KR20100041875A

KR20100041875A - 표면 처리제, 표면 처리 방법 및 기계 부품

Info

Publication number: KR20100041875A
Application number: KR1020107005187A
Authority: KR
Inventors: 유지 시타라; 타카시 카이마이; 코이치 요시다
Original assignee: 가부시키가이샤 쟈판에나지
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-04-22
Also published as: CN101772565A; JP5729855B2; CN101772565B; JPWO2009022629A1; KR101545033B1; WO2009022629A1

Abstract

본 발명은 가공 소재, 접동 부품 등의 표면에 윤활성, 가공성, 방청성이 우수한 박막을 제조하기 위한 표면 처리제 및 이러한 표면 처리제를 이용하는 표면 처리 방법 및 부재의 표면에 윤활성, 가공성이나 방청성이 우수한 박막을 갖는 해당 기계 부품을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따르면, 비점이 300 ℃ 이하인 휘발성 액체를 30 내지 95 질량％, 윤활유 기유 및/또는 방청제를 1 내지 50 질량％ 및 아미드기를 갖는 화합물을 0.1 내지 50 질량％ 함유하는 표면 처리제 및 상기 표면 처리제를 부재에 부착시키고, 휘발성 액체를 휘발시키는 표면 처리 방법 및 윤활유 기유 및/또는 방청제를 2.0 내지 99.8 질량％ 및 아미드기를 갖는 화합물을 0.2 내지 98.0 질량％ 함유하는 두께 0.1 내지 50 ㎛의 겔상 박막을 표면에 갖는 기계 부품을 제공한다.

Description

표면 처리제, 표면 처리 방법 및 기계 부품 {SURFACE-TREATING AGENT, SURFACE TREATMENT METHOD, AND MECHANICAL COMPONENT}

본 발명은 가공 소재나 윤활 접동 부품을 상온에서 액상의 조성물에 침지시킨 후 또는 상기 조성물을 도포 내지 분무한 후에 건조시키는 것만으로 내마모성, 윤활성, 가공성이나 방청(anti-rust)성이 우수한 박막을 소재나 부품의 표면에 용이하게 제조할 수 있는 조성물(표면 처리제)에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 상기 조성물을 부재에 부착시키고, 휘발성 액체를 휘발시키는 표면 처리 방법, 또한 윤활유 기유 및/또는 방청제 및 아미드기를 갖는 화합물을 포함하고, 내마모성, 윤활성이나 방청성 등의 특성이 우수한 두께 0.1 내지 50 ㎛의 박막을 표면에 갖는 기계 부품에 관한 것이다.

최근 각종 산업에서는 생산성의 추가적인 효율화, 비용 절감이 요구되고 있다. 금속, 수지, 세라믹 및 고무 등의 가공 소재는 목적이 되는 형상으로 하기 위해서 여러 가공 방법을 이용하여 가공된다. 일반적인 가공 방법으로서, 예를 들면 프레스, 단조, 절삭, 연삭, 연마 및 사출 성형 등이 알려져 있다. 이들 가공 방법에서는, 가공 소재의 가공을 원활히 행하기 위해서, 또한 가공 지그를 손상시키지 않기 위해서 여러 가공액을 분무하거나, 흘리거나, 겔상(그리스상) 물질을 도포하여 가공된다. 한편, 이들 가공액 등은 종래의 방법에서는 가공 소재에 대하여 대량으로 사용할 필요가 있고, 비용면을 고려하여 재생 순환 사용하는 경우도 있어 생산 효율, 비용 및 작업 환경의 측면에서 과제가 있었다.

또한, 산업계에서는 다종 다양한 기계 시스템, 예를 들면 정밀 기계, 산업 기계, 수송 기계 및 측정 기기가 사용되고 있고, 이들의 접동부는 항상 마찰·마모를 반복하는 환경에 노출되어 있어, 이들 접동부의 윤활 불량에 따라서 기계 시스템은 원하는 기능을 할 수 없게 된다. 이 때문에, 접동부에는 각종 윤활유제가 이용되고, 또는 접동 부재 자체가 우수한 윤활성을 갖는 재료로 구성되거나, 또는 접동부의 표면에 윤활성을 부여하는 표면 처리가 실시되고 있다. 그러나 시스템상, 윤활유제의 누설 오염을 피해야 하는 경우, 단가 상승 등의 이유에 의해 접동 부재의 윤활성을 개선할 수 없는 경우가 있었다. 또한, 금속의 가공 소재나 부재는, 녹(rust)의 발생을 방지하기 위해서 여러가지 방청 방법이 취해지고 있다. 예를 들면, 방청제의 도포나, 방청지에 의한 포장 등을 들 수 있다. 그러나 생산 효율, 작업 환경, 비용에 추가로 탈지 처리나, 사용 종료된 방청지의 처리 등의 환경 대책에서 과제가 있었다.

본 발명은 가공되는 금속, 수지(플라스틱), 세라믹 및 고무 등의 가공 소재, 부재 또는 가공구의 표면에 윤활성, 가공성이나 방청성이 우수한 박막을 용이하게 제조하고, 생산 효율을 높여 비용 절감이나 작업 환경의 개선을 도모하거나, 가공 후에도 가공 소재, 접동 부품 등의 표면에 윤활성, 방청성이 우수한 박막을 유지하는 표면 처리제를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 본 발명은 이러한 표면 처리제를 이용하는 표면 처리 방법을 제공하고, 추가로 금속, 수지(플라스틱) 및 세라믹 등으로 만들어진 기계 부품의 표면에 윤활성이나 방청성이 우수한 박막을 갖는 해당 기계 부품을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 금속, 수지(플라스틱), 세라믹 및 고무 등의 가공이나 접동시에 이용되는 가공유, 윤활유, 겔상 물질, 각종 첨가제 등에 대해서 예의 연구를 진행시켰다. 그 결과, 어떤 특정한 휘발성을 갖는 액체에 박막의 기초가 되는 성분을 용해시키고, 이 액상 조성물에 가공 소재나 윤활 접동 부품 또는 가공구를 침지시켜 도포, 분무 등을 행하고, 그 후에 건조시켜 휘발성 성분을 제거함으로써, 가공 소재 등의 표면에 윤활성, 가공성이나 방청성이 우수한 박막을 용이하게 형성할 수 있다는 것을 발견하였다. 그리고, 이 지견에 기초하여 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은 다음과 같은 표면 처리제, 표면 처리 방법 및 기계 부품이다.

(1) 비점이 300 ℃ 이하인 휘발성 액체를 30 내지 95 질량％, 광유계 또는 합성계의 윤활유 기유 및/또는 방청제를 1 내지 50 질량％ 및 아미드기를 갖는 화합물을 0.1 내지 50 질량％ 함유하는 것을 특징으로 하는 표면 처리제.

(2) 상기 (1)에 있어서, 휘발성 액체가 비점 60 내지 300 ℃의 탄화수소, 에스테르, 알코올 및 에테르 중 적어도 하나를 포함하는 표면 처리제.

(3) 상기 (1)에 있어서, 휘발성 액체가 탄소수 6 내지 16의 포화지방족 탄화수소인 표면 처리제.

(4) 상기 (1)에 있어서, 윤활유 기유가 광유, 합성 탄화수소유, 에스테르, 폴리에테르 및 실리콘 중 적어도 하나인 표면 처리제.

(5) 상기 (1)에 있어서, 방청제로서 카르복실산, 카르복실산염, 술폰산염, 인산, 인산염, 에스테르, 알코올 및 아민 중 적어도 하나를 포함하고, 방청액으로서 이용되는 표면 처리제.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 아미드기를 갖는 화합물이 융점 20 내지 200 ℃의 지방산 아미드인 표면 처리제.

(7) 상기 (6)에 있어서, 지방산 아미드가 하기 화학식 1로 표시되는 모노아미드인 표면 처리제.

단, R¹ 및 R²는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, 또한 R²는 수소일 수도 있다.

(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 표면 처리제를 부재에 부착시키고, 휘발성 액체를 휘발시키는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.

(9) 광유계 또는 합성계의 윤활유 기유 및/또는 방청제를 2.0 내지 99.8 질량％ 및 아미드기를 갖는 화합물을 0.2 내지 98.0 질량％ 함유하는 두께 0.1 내지 50 ㎛의 겔상 박막을 표면에 갖는 것을 특징으로 하는 기계 부품.

본 발명의 표면 처리제에 따르면, 휘발성 액체, 윤활유 기유 및/또는 방청제 및 아미드기 화합물을 포함하기 때문에, 침지, 도포, 분무 등의 방법으로 가공 소재나 기계 부재의 표면 전체를 상기 표면 처리제로 피복한 후, 건조시키고, 휘발성 성분을 제거하면, 소재, 기계 부재 표면에 방청성, 가공성이나 윤활성이 우수한 불휘발성의 박막이 형성된다.

또한, 본 발명의 표면에 겔상 박막을 갖는 기계 부품을 이용하면, 녹의 발생이 억제되고, 또한 접동 기계 부품에 이용한 경우, 윤활유를 이용하지 않아도 정기적인 도포를 행함으로써 장기간에 걸쳐 양호한 접동을 계속할 수 있다. 특히 부하가 높지 않은 접동 기계 부품에 적용하면, 적은 도포 빈도로 매우 효과적이다.

이와 같이 간단한 조작으로 방청성, 가공성이나 윤활성을 부여할 수 있기 때문에, 생산 효율을 높이고, 비용 절감이나 작업 환경의 개선에 효과를 발휘한다. 즉, 부품 표면은 불휘발성 박막으로 덮여 있기 때문에, 작업 공정 중이나 가공 후, 부품 등의 이동시에 녹의 발생을 방지하기 위해서, 질소 밀봉이나 방청 시트로 둘러싸는 등 특별한 취급을 요하지 않으며, 윤활성, 방청성이 우수한 박막은 휘산(揮散)되지 않고 부재 표면에 유지되기 때문에, 특별히 접동 기계 부품이 기계 시스템에 삽입되어 원활히 가동된다는 각별한 효과를 발휘한다.

〔휘발성 액체〕

본 발명의 표면 처리제에 이용하는 휘발성 액체는 비점이 300 ℃ 이하, 바람직하게는 120 내지 250 ℃이다. 비점이 이 범위이면, 박막을 형성할 때의 건조에 있어서 특별히 가온하거나, 진공하에서 건조할 필요가 없기 때문에, 저비용이고 효율적이다. 휘발성 액체의 비점이 지나치게 낮은 경우에는, 상온에서 휘발이 과도해지고, 위험해짐과 동시에 작업 환경이 악화되기 때문에 실용적으로 사용하는 것이 어렵다. 휘발성 액체의 30 ℃에서의 동점도는 0.5 내지 3.0 ㎟/s, 특히 1.0 내지 2.5 ㎟/s가 바람직하다. 동점도가 지나치게 낮은 경우에는, 박막의 두께가 얇아지고, 또한 취급이 어려워질 뿐 아니라, 작업 환경상 바람직하지 않고, 반대로 동점도가 너무 높은 경우에는, 휘발성 액체의 건조 제거가 어려워져 효율이 손상된다. 또한, 휘발성 액체는 인화점이 40 ℃ 이상인 것이 제2 석유류로 분류되고, 특히 인화점이 70 ℃ 이상인 것이 제3 석유류로 분류되어 취급이 용이해지기 때문에 바람직하다. 보다 높은 휘발성이 요구되는 경우에도, 혼합 후 표면 처리제의 인화점은 70 ℃ 이상인 것이 바람직하다.

휘발성 액체로서 구체적으로는 유기 화합물, 특히 광유계 및 합성계의 탄화수소, 에스테르, 알코올 및 에테르 등을 들 수 있고, 이들 중 어느 1종 또는 이들 2종 이상을 적절한 비율로 혼합하여 사용할 수 있다. 특히 탄화수소, 에스테르, 알코올, 에테르 등의, 이른바 범용 용제가 바람직하고, 윤활유 및 아미드기를 갖는 화합물을 균일하게 용해시킨다.

광유계 탄화수소의 용제로는 원유로부터 정제 증류 등의 공정에서 얻어지는 휘발성이 높은 증류분을 들 수 있고, 벤진, 석유 에테르, 등유, 경유 및 정제 파라핀 등을 그의 일례로서 들 수 있다. 특히 탄소수가 4 내지 20인 탄화수소, 더욱 바람직하게는 탄소수 8 내지 16의 탄화수소가 저렴하고, 휘발성 성분의 작업 환경상 부하가 작다는 점에서 바람직하다. 직쇄 또는 분지의 포화쇄상 탄화수소를 모두 사용할 수 있지만, 특히 직쇄의 포화쇄상 탄화수소가 바람직하다.

합성계 탄화수소로는 에틸렌 등의 올레핀의 중합물 등을 적합한 액체로서 사용할 수 있다. 화학 합성에서 얻어지는 이들 탄화수소 중, 탄소수가 4 내지 20, 더욱 바람직하게는 탄소수 8 내지 16의 탄화수소가 상기 광유계의 경우와 마찬가지로 바람직하다. 또한 방향족계 용제도 사용할 수 있으며, 톨루엔, 크실렌 등의 범용 용제를 일례로서 들 수 있다.

알코올로는 알코올계 용제로서 알려진 범용 용제를 바람직하게 사용할 수 있고, 탄소수 2 내지 18, 특히 6 내지 12의 1가 알코올이 바람직하며, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올 및 옥탄올 등을 그의 일례로서 들 수 있다.

에테르로는, 에테르계 용제로 탄소수 2 내지 18, 특히 6 내지 12의 디알킬에테르를 바람직하게 사용할 수 있고, 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디프로필에테르, 디부틸에테르 등을 일례로서 들 수 있다.

표면 처리제에 있어서의 휘발성 액체의 함유량은 30 내지 95 질량％, 바람직하게는 35 내지 85 질량％, 더욱 바람직하게는 40 내지 80 질량％이다.

〔윤활유 기유〕

윤활유 기유로는 후술하는 아미드기를 갖는 화합물의 융점보다 20 ℃ 높은 온도에서 실질적으로 휘발되지 않고, 안정적인 액체인 것이 바람직하다. 윤활유 기유의 물성은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 40 ℃에서의 동점도는 5 내지 5000 ㎟/s가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 1000 ㎟/s이며, 더욱 바람직하게는 20 내지 700 ㎟/s이다. 점도지수는 90 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 95 내지 250이며, 유동점은 -10 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 -15 내지 -70 ℃이고, 인화점은 130 ℃ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 150 ℃ 이상이다. 또한, 기체 크로마토그래피 증류(ASTM D-7213-05)에 있어서의 50 ％ 유출 온도가 320 ℃ 이상인 것이 바람직하다.

윤활유 기유로서 상기한 물성을 만족시키는 것이면, 광유(광물유라고도 함), 합성유 또는 이들 혼합유를 바람직하게 사용할 수 있다. 광유계의 윤활유 기유로는 원유를 상압 증류하고, 추가로 감압 증류하여 얻어진 윤활유 증류분을 용제 탈력(deasphalting), 용제 추출, 수소화 분해, 용제 탈랍(dewaxing), 수소화 탈랍, 수소화 정제, 황산 세정, 백토 처리 등의 윤활유 정제 수단을 적절하게 조합하여 처리하여 얻어진 정제 윤활유 증류분을 바람직하게 사용할 수 있다. 각종 원료와 각종 정제 수단을 조합하여 성상이 상이한 여러가지 물성의 정제 윤활유 증류분을 얻을 수 있지만, 상기 물성을 만족시키면 그대로 단독으로 사용할 수 있다. 또한, 상기 물성을 만족시키지 않아도 2종 이상을 조합하여 상기 물성을 만족시키면, 윤활유 기유로서 이용할 수도 있다.

또한, 합성유계의 윤활유 기유로는 폴리-α-올레핀(PAO), 에틸렌-α-올레핀 올리고머 등의 폴리-α-올레핀 올리고머, 알킬나프텐, 알킬나프탈렌, 글리콜, 지방산 에스테르, 실리콘유, 불소화유 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 폴리-α-올레핀, 지방산 에스테르가 점도 특성, 산화 안정성, 재료 적합성, 비용의 측면에서 우수하여 바람직하게 사용할 수 있다.

폴리-α-올레핀은 1-데센이나 1-도데센, 또는 1-테트라데센 등의 올레핀 올리고머를 중합하고, 중합도 2 내지 10의 범위에서, 이들 중합물을 점도 조정을 위해 적절하게 배합한 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 지방산 에스테르도 여러가지 분자 구조의 화합물이 시판되고 있고, 각각 특유의 점도 특성(고점도 지수, 저유동점)을 가지며, 동일한 점도인 탄화수소계 기유와 비교하면 인화점이 높다는 특징이 있는 기유이다.

지방산 에스테르는 알코올과 지방산을 탈수축합 반응하여 얻을 수 있지만, 본 발명에서는 화학적인 안정성의 측면에서 디에스테르, 폴리올에스테르 또는 콤플렉스에스테르를 바람직한 윤활유 기유 성분으로서 들 수 있다.

디에스테르로는 탄소수 4 내지 14의 이염기산과 탄소수 5 내지 18의 알코올과의 에스테르가 바람직하게 이용된다. 여기서, 이염기산으로는 구체적으로는 아디프산, 아젤라산, 세박산, 운데칸이산, 도데칸이산 등을 들 수 있으며, 아디프산, 아젤라산, 세박산이 바람직하다. 알코올로는 탄소수가 6 내지 12인 1가 알코올, 특히 8 내지 10의 탄화수소기에 분지를 갖는 1가 알코올이 바람직하다. 구체적으로는 2-에틸헥산올, 3,5,5-트리메틸헥산올, 데실알코올, 라우릴알코올, 올레일알코올 등을 들 수 있다.

또한, 폴리올에스테르로는 네오펜틸글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄, 디-(트리메틸올프로판), 트리-(트리메틸올프로판), 펜타에리트리톨, 디-(펜타에리트리톨), 트리-(펜타에리트리톨) 등의 힌더드(hindered) 알코올과 탄소수 2 내지 24의 지방산과의 에스테르가 바람직하다. 이 지방산으로서, 그의 탄소수는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 탄소수 2 내지 24의 지방산 중에서도, 윤활성의 관점에서 탄소수 3 이상의 것이 바람직하고, 탄소수 4 이상의 것이 보다 바람직하며, 탄소수 5 이상의 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 7 이상의 것이 특히 바람직하다. 구체적으로는 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 노난산, 데칸산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산, 테트라데칸산, 펜타데칸산, 헥사데칸산, 헵타데칸산, 옥타데칸산, 노나데칸산, 이코산산, 올레산 등을 들 수 있으며, 이들 지방산은 직쇄상 지방산, 분지상 지방산 중 어느 하나일 수도 있고, 또한 α 탄소 원자가 4급 탄소 원자인 지방산(네오산)일 수도 있다. 이들 중에서도, 발레르산(n-펜탄산), 카프로산(n-헥산산), 에난트산(n-헵탄산), 카프릴산(n-옥탄산), 펠라르곤산(n-노난산), 카프르산(n-데칸산), 올레산(시스-9-옥타데센산), 이소펜탄산(3-메틸부탄산), 2-메틸헥산산, 2-에틸펜탄산, 2-에틸헥산산 및 3,5,5-트리메틸헥산산이 바람직하게 이용된다.

또한, 이염기산과 다가 알코올과 1가 카르복실산 또는 1가 알코올로부터 합성되는 콤플렉스에스테르도 바람직하게 이용된다.

상기 각종 합성유계의 윤활유 기유는 상기한 물성을 만족하는 것이면 단독으로 이용할 수도 있고, 상기한 물성을 만족하도록 2종 이상을 블렌드하여 이용할 수도 있다. 또한, 상기한 광유와 합성유를 임의의 혼합 비율로 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 때, 광유와 합성유는 각각 복수개 이용할 수도 있다. 광물유는 보다 범용인 기유이며, 비용면, 점도 특성, 산화 안정성 등의 균형을 이루고 있다. 폴리-α-올레핀은 화학적으로 불활성이고 안정적이며, 성능면, 특히 점도 특성이 우수하고, 폭넓은 점도를 갖는 것이 시판되고 있어, 비용면에서 가장 우수한 기유로서 사용될 수 있다.

표면 처리제에서의 윤활유 기유의 함유량은 1 내지 50 질량％, 바람직하게는 3 내지 35 질량％이다. 윤활유 기유의 함유량이 지나치게 적으면 오일제로서의 특성이 약해지고, 한편 지나치게 많으면 아미드기를 갖는 화합물의 부착 효과가 약해진다.

또한, 기계 부품 표면의 겔상 박막 중 윤활유 기유의 함유량은 2.0 내지 99.8 질량％, 바람직하게는 20 내지 95 질량％, 더욱 바람직하게는 20 내지 80 질량％이다.

〔방청제〕

본 발명의 표면 처리제에 방청제를 첨가, 배합함으로써, 방청 특성이 발휘되고, 본 발명의 표면 처리액을 방청액으로서 사용할 수 있다. 방청제로는 카르복실산, 카르복실산염, 술폰산염, 인산, 인산염, 에스테르, 알코올 및 아민 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것이고, 스테아르산 등의 모노카르복실산, 알킬 또는 알케닐숙신산 및 그의 유도체 등의 디카르복실산계, 알케닐숙신산 부분 에스테르와 같은 지방산의 부분 에스테르, 지방산, 나프텐산, 라놀린 지방산, 알케닐숙신산, 아미노산 유도체 등과 금속(Ca, Ba, Mg 등)과의 카르복실산염, 석유 술폰산, 디노닐나프탈렌술폰산, 알킬벤젠술폰산 등의 술폰산과 금속(Na, Ca, Ba, Zn 등)과의 술폰산염, 인산에스테르, 아인산에스테르, 디알킬디티오인산, 산성 인산에스테르의 아민염 등의 인 화합물, 소르비탄모노올레에이트, 펜타에리트리트·모노올레에이트 등의 다가 알코올의 카르복실산 부분 에스테르, 고급 지방산 알코올, 시클로헥실아민계 화합물, 모르폴린, 디에탄올아민 유도체 등의 아민을 들 수 있다. 또한 칼슘페네이트 등이나 티아디아졸 유도체, 벤조트리아졸 및 이 유도체 등의 금속 불활성제를 들 수 있다.

본 발명의 표면 처리제는 방청제를 1 내지 50 질량％ 함유한다. 방청제의 함유량이 지나치게 적으면 방청 효과가 약해지고, 한편 지나치게 많으면 아미드기를 갖는 화합물의 부착 효과가 약해진다.

또한, 기계 부품 표면의 겔상 박막 중 방청제의 함유량은 2.0 내지 99.8 질량％, 바람직하게는 20 내지 95 질량％, 더욱 바람직하게는 20 내지 80 질량％이다.

본 발명에서 상기 윤활유 기유와 방청제란, 목적에 따라서 각각 단독으로 이용하고, 또한 양자를 병용한다. 표면 처리제 중 휘발성 액체가 제거된 후, 아미드 화합물과 방청제만으로 형성되는 마이셀형 피막보다도 윤활유 기유가 공존하는 마이셀형 피막이 강고해져 방청성이 높아지는 경우도 있다. 아미드 화합물이 실온에서 고체이고, 방청제도 고체인 경우는 겔상 피막을 형성하기 위해서 윤활유 기유는 중요한 역할을 한다. 단, 윤활유 기유의 양은 방청제를 용해시킬 수 있을 만큼은 필요하지만, 양이 지나치게 많으면 방청제의 방청 효과가 감소되기 때문에, 병용하는 경우에는 주의를 요한다.

〔아미드기를 갖는 화합물〕

본 발명에 이용하는 아미드기를 갖는 화합물(이하, 아미드 화합물이라고도 함)은 아미드기(-NH-CO-)를 1개 이상 갖는 것이다. 아미드 화합물은 분자량이 100 내지 1000인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 150 내지 800이다. 융점은 20 내지 200 ℃가 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 내지 120 ℃이다. 아미드 화합물로는 지방산 아미드가 바람직하고, 아미드기를 1개 갖는 모노아미드, 2개 갖는 비스아미드, 3개 갖는 트리아미드를 들 수 있으며, 모노아미드가 가장 바람직하고, 이어서 비스아미드이다. 모노아미드, 비스아미드 및 트리아미드는 하기의 화학식 1, 화학식 2 및 3 및 화학식 4로 각각 표시된다.

<화학식 1>

식 중, R¹ 및 R²는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, 추가로 R²는 수소일 수도 있다.

화학식 2 및 3에 있어서, R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶은 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, A¹ 및 A²는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기 또는 탄소수 7 내지 10의 알킬페닐렌기로부터 선택되는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다. 또한, 알킬페닐렌기의 경우, 페닐렌기와 알킬기 및/또는 알킬렌기의 2개 이상이 결합한 형태의 2가의 탄화수소기일 수도 있다.

식 중, R⁷, R⁸, R⁹는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기, 지환식 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기이고, M은 아미드기(-CO-NH-), A³, A⁴, A⁵는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 5 이하의 알킬렌기이다.

모노아미드 화합물은 상기 화학식 1로 표시되지만, R¹ 및 R²를 구성하는 수소의 일부는 수산기로 치환될 수도 있다. 이러한 모노아미드 화합물로서, 구체적으로는 라우르산아미드, 팔미트산아미드, 스테아르산아미드, 베헨산아미드, 히드록시스테아르산아미드 등의 포화지방산 아미드, 올레산아미드, 에루크산아미드 등의 불포화지방산 아미드 및 스테아릴스테아르산아미드, 올레일올레산아미드, 올레일스테아르산아미드, 스테아릴올레산아미드 등의 포화 또는 불포화의 장쇄 지방산과 장쇄 아민에 의한 치환 아미드류 등을 들 수 있다.

이들 모노아미드 화합물 중에서도, 화학식 1의 R¹ 및 R²가 각각 독립적으로 탄소수 11 내지 20의 포화쇄상 탄화수소기의 아미드 화합물 및/또는 R¹과 R² 중 적어도 어느 하나가 탄소수 11 내지 20의 불포화쇄상 탄화수소기의 아미드 화합물인 것이 바람직하고, 양쪽 아미드 화합물의 혼합물이 보다 바람직하다. 또한 불포화쇄상 탄화수소기가 탄소수 18의 불포화 결합을 갖는 올레일기인 모노아미드 화합물 및 포화쇄상 탄화수소기가 탄소수 18의 스테아릴기인 모노아미드 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 올레산아미드, 올레일올레산아미드, 스테아르산아미드가 바람직하고, 접동부에 박막을 형성하고 유지하여, 소부(눌어붙음, seizure) 트러블의 해소에 효과적인 박막 유지성을 확보한다.

비스아미드 화합물로는 디아민의 산아미드 또는 디산의 산아미드의 형태를 한 상기 화학식 2 또는 3으로 각각 표시되는 화합물이다. 또한, 화학식 2 및 3에서 R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶, 또한 A¹ 및 A²로 표시되는 탄화수소기에 있어서, 일부의 수소가 수산기(-OH)로 치환될 수도 있다.

화학식 2로 표시되는 아미드 화합물로서, 구체적으로는 에틸렌비스스테아르산아미드, 에틸렌비스이소스테아르산아미드, 에틸렌비스올레산아미드, 메틸렌비스라우르산아미드, 헥사메틸렌비스올레산아미드, 헥사메틸렌비스히드록시스테아르산아미드, m-크실릴렌비스스테아르산아미드 등을 들 수 있다. 화학식 3으로 표시되는 아미드 화합물로서, 구체적으로는 N,N'-비스스테아릴세박산아미드 등을 들 수 있다.

이들 비스아미드 화합물 중에서도, 모노아미드 화합물의 경우와 마찬가지로, 화학식 2의 R³과 R⁴ 및 화학식 3의 R⁵와 R⁶이 각각 독립적으로 탄소수 12 내지 20인 포화쇄상 탄화수소기의 아미드 화합물 및/또는 R³과 R⁴ 및 R⁵와 R⁶ 중 적어도 어느 하나가 탄소수 12 내지 20인 불포화쇄상 탄화수소기의 아미드 화합물인 것이 바람직하고, 양쪽 아미드 화합물의 혼합물이 보다 바람직하다. 또한 불포화쇄상 탄화수소기가 탄소수 18의 불포화 결합을 갖는 올레일기인 비스아미드 화합물이 박막 유지성을 확보하는 데에 있어서 바람직하다. 이러한 화합물로서, 에틸렌비스올레산아미드, 헥사메틸렌비스올레산아미드 등을 들 수 있다.

화학식 4로 표시되는 트리아미드 화합물은 다수개 있지만, 본 발명에 바람직하게 사용할 수 있는 화합물로서 구체적으로는 N-아실아미노산디아미드 화합물을 들 수 있다. 이 화합물의 N-아실기는 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지의 포화 또는 불포화의 지방족 아실기 또는 방향족 아실기, 특히 카프로일기, 카프릴로일기, 라우로일기, 미리스토일기, 스테아로일기를 포함하는 것이 바람직하고, 또한 아미노산으로는 아스파라긴산, 글루탐산을 포함하는 것이 바람직하며, 아미드기의 아민은 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지의 포화 또는 불포화의 지방족 아민, 방향족 아민 또는 지환식 아민, 특히 부틸아민, 옥틸아민, 라우릴아민, 이소스테아릴아민, 스테아릴아민, 시클로헥실아민, 벤질아민 등이 바람직하다. 특히, 구체적인 화합물로서 N-라우로일-L-글루탐산-α,γ-디-n-부틸아미드가 바람직하다.

상기한 아미드 화합물을 각각 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상의 비율로 조합하여 이용할 수도 있다. 또한, 표면 처리제에 대한 아미드 화합물의 함유량은 0.1 내지 50 질량％, 바람직하게는 3 내지 35 질량％이다. 또한, 기계 부품 표면의 겔상 박막 중 아미드 화합물의 함유량은 0.2 내지 98.0 질량％, 바람직하게는 5 내지 80 질량％, 더욱 바람직하게는 20 내지 80 질량％이다.

〔기타 첨가제〕

표면 처리제 및 겔상 박막에는 윤활유나 가공유에 사용되는 첨가제를 가함으로써, 박막의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 첨가제로는 산화 방지제, 마모 방지제, 소포제, 유동점 강하제, 점도지수 향상제, 가수분해 안정제 등을 들 수 있다. 기계 부품 표면의 겔상 박막의 기초가 되는 조성물을 제조할 때에, 첨가제는 윤활유 기유 및 아미드 화합물과 혼합하여 균일한 조성물(표면 처리제)이 얻어지면, 어떠한 순서로 혼합하여도 관계없다. 미리 윤활유 기유와 첨가제를 각각 소정량 혼합하여 윤활유 조성물을 만든 후, 아미드 화합물을 블렌드하여 제조할 수도 있다.

본 발명에서 사용할 수 있는 첨가제로, 바람직한 산화 방지제로는 페놀계에서는 2,6-디-tert-부틸-P-크레졸(DBPC), 4,4-메틸렌-비스-(2,6-디-tert-부틸-P-크레졸)아민계 화합물에서는 P,P'-디-옥틸-디-페닐아민 등을 들 수 있다.

마모 방지제로는 트리크레실포스페이트(TCP), 트리페닐포스페이트, 디알킬디티오인산아연, 디벤질디술피드 등의 인계 및 황계 화합물의 극압제 내지 마모 방지제나 글리세린모노올레에이트, 글리세린모노올레일에테르 등의 유성제를 들 수 있다.

이들 첨가제 이외에 기유가 에스테르인 경우, 가수분해 안정제로는 알킬글리시딜에스테르, 카르보디이미드 등을 사용하여 가수분해를 억제할 수 있다. 또한, 소포제로서의 실리콘계 화합물 등 유동점 강하제, 점도지수 향상제로서의 PMA 중합체 등을 가하는 것도 효과를 발휘하는 경우가 있기 때문에, 사용 재료, 용도 등에 맞춰 적절하게 선택 배합한다. 또한, 상기 첨가제는 여러 종류가 미리 혼합된 이른바 첨가제 패키지의 형태로 이용할 수도 있다.

첨가제의 합계의 첨가량은 표면 처리제 또는 윤활유 기유 100 질량부에 대하여 0.1 내지 10 질량부, 특히 0.2 내지 5 질량부가 바람직하다. 지나치게 적으면 첨가제 효과를 발휘할 수 없으며, 지나치게 많으면 용해도의 문제, 적정량을 초과함에 따른 특성의 악화가 있다.

〔표면 처리제의 제조〕

표면 처리제의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 필요에 따라 다른 첨가제를 가한 윤활유 기유 및/또는 방청제와 아미드 화합물을 아미드 화합물의 융점 이상으로 가열하여 균일 혼합한 후, 냉각에 의해 얻어진 겔상 조성물에 휘발성 액체를 혼합, 교반하여 표면 처리제를 제조할 수 있다. 또한 윤활유 기유와 방청제를 모두 이용하는 경우에는, 필요에 따라 다른 첨가제를 가한 윤활유 기유와 방청제 및 아미드 화합물을 아미드 화합물의 융점 이상으로 가열하여 균일하게 혼합한 후, 냉각하고, 얻어진 겔상 조성물에 휘발성 액체를 혼합하여 표면 처리제를 제조할 수 있다. 다른 방법으로는 휘발성 액체, 윤활유 기유, 방청제, 아미드 화합물, 또한 그 밖의 첨가제 등 조합하는 모든 기재를 혼합하고, 교반하여 제조할 수도 있다.

본 발명의 표면 처리제는 상온에서 액체이지만, 제조 중, 휘발성 액체의 증발 비산에 의해서 환경의 안전이나 작업성이 저해되지 않을 정도로 온도를 높여주면 균일 혼합의 속도를 빠르게 할 수 있어 효율적이다.

표면 처리제의 물성은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 40 ℃에서의 동점도가 0.1 내지 50 ㎟/s인 것이 바람직하고, 0.1 내지 10 ㎟/s인 것이 보다 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 5 ㎟/s이다. 또한, 인화점이 70 ℃ 이상인 것이 안전면에서 바람직하다.

〔표면 처리의 대상〕

표면 처리의 대상이 되는 부재로는 윤활성이 요구되는 접동 부재나 녹의 발생을 꺼리는 기계 부품 등의 구성 요소, 기계 부재를 가공하기 위한 재료가 되는 가공 소재, 이 가공 도중의 부재, 또는 가공을 위해 이용하는 지그, 공구 등의 가공구 등을 들 수 있다.

가공 소재로는 금속, 수지(플라스틱), 세라믹, 고무 등 특별히 한정되지 않지만, 특히 금속, 수지에 적용하기 쉽다. 구체적으로는 기어, 운동 나사, 피스톤, 캠, 벨트, 체인, 와이어, 로프 등의 기계 부재를 들 수 있다.

가공구로는 바이트, 다이스, 금형 등을 들 수 있고, 이들에 적용하여 장기 수명화를 도모할 수 있다.

〔표면 처리의 방법〕

본 발명의 표면 처리제를 솔, 브러시 등을 이용하여 부재 표면에 도포하거나, 분무상 또는 액체상으로 분무하거나, 또는 표면 처리제 중에 부재를 침지시킴으로써, 부재 표면 전체에 표면 처리제를 부착시킨다. 이어서, 정치 또는 송풍, 필요에 따라서 가열하여, 부재 표면에 부착되어 있는 표면 처리제 중 휘발성 성분을 제거한다. 부재를 표면 처리제에 침지시킨 후, 휘발성 성분을 증발 제거하는 방법이 조작이 용이하고 간편하지만, 박막의 누락이 없으며 신뢰성이 높은 바람직한 방법이다. 그 결과, 윤활유 기유, 아미드 화합물 및 첨가제가 되는 균일한 박막으로 표면이 전면적으로 피복된 부재가 얻어진다.

〔박막〕

한편, 박막의 형성 방법도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 필요에 따라 첨가제를 배합한 윤활유 기유 및/또는 방청제와 아미드 화합물을 혼합하고 아미드 화합물의 융점 이상으로 가열하여 균일하게 혼합한 후, 냉각에 의해 얻어진 겔상 조성물을 접착제나 도장의 업계에서 일반적인 공지된 각종 코터나 디벨로퍼 등을 이용하여 기계 부품의 소재 표면에 도포하여 박막을 형성할 수 있다.

또한, 아미드 화합물의 융점 이상의 온도에서 액체상을 유지하고, 그 중에 기계 부품을 침지하고, 취출한 후 여분의 액을 제거하면서 자연 냉각하여 겔화시켜 박막을 형성할 수도 있다.

그러나 상기에서 조정한 표면 처리제를 이용하는 것이 간편하고 가장 바람직하다. 즉, 이 표면 처리제를 코터나 디벨로퍼를 이용하여 기계 부품 표면에 도포하거나, 솔, 브러시 등을 이용하여 기계 부품 표면에 도포하거나, 스프레이로 분무상 또는 액체상으로 분무하거나, 또는 처리액 중에 부품을 침지함으로써, 부품 표면에 처리액을 부착시키고, 이어서 정치 또는 송풍, 필요에 따라서 가열하여 용제를 제거하여 박막을 형성할 수도 있다. 특히 이 침지, 용제 제거의 방법은 설비가 심플하고, 조작이 용이하며, 복잡한 형상의 기계 부품이어도 도막의 누락이 없고 신뢰성이 높은 바람직한 방법이다. 또한, 분무 또는 침지 후, 통상 부착된 표면 처리제는 자연 낙하하여 균일한 박막을 형성하지만, 원심력을 이용하여 여분의 표면 처리제를 제거하여 막 두께를 조정할 수도 있다.

박막의 두께는 0.1 내지 50 ㎛이고, 바람직하게는 1 내지 30 ㎛이다. 박막이 얇으면 그 효과의 지속성이 낮으며, 지나치게 두꺼우면 끈적거려 주위를 오염시킬 가능성이 있다. 그러나 하중 등의 부하가 큰 용도인 경우에는 효과의 지속성을 장시간 유지하기 위해서 두껍게 할 수도 있다.

부재 표면에는 똑같은 박막이 신속하게 형성되기 때문에, 여러가지 기계 시스템의 부품에 박막을 형성시키고, 기계 시스템에 조립함으로써 마모를 방지하고, 녹의 발생을 억제하여 기계 시스템을 장기간 원활히 가동시킬 수 있다. 특히 접동 부재에 적용하면 우수한 윤활성, 내마모성을 부여할 수 있다. 가공되는 부재나, 가공구에 이 박막을 형성함으로써, 가공시의 마모 등을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 가공 직후 녹이 발생하기 쉬운 부품 표면을 이 박막이 보호하기 때문에, 특별한 방청 시트나 그 밖의 방청 대책을 실시할 필요가 없어 작업 효율이 향상된다.

박막의 두께는 코터 등의 코팅 기구를 이용하는 경우는 용제의 종류, 농도나 코터의 막 두께 제어 기구 등을 적절하게 선택, 조정함으로써, 또한 침지, 분무 등의 방법으로 박막 형성하는 경우는 휘발성 용제의 종류나 농도를 조정함으로써 제어할 수 있다. 박막의 두께는 중량 변화, 광 간섭법 등의 방법으로 측정할 수 있다. 또한, 여기서의 박막의 두께는 박막 형성 전후의 중량 증가로부터, 단위 표면적당 박막 중량을 측정하고, 박막 조성물의 밀도로부터 산출한 것이다.

<실시예>

이하에 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 자세히 설명하지만, 본 발명이 이것으로 한정되는 것은 아니다.

〔실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 4〕

이하에 나타내는 휘발성 액체, 윤활유(윤활유 기유와 첨가제의 혼합물) 및 아미드 화합물을 하기 표 2의 상부에 나타내는 비율(질량％)로 배합하여 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 4의 시험유(test oil)(표면 처리제)를 제조하였다.

1. 휘발성 액체

다음 2종의 휘발성 액체를 사용하였다.

A: n-파라핀(n-데칸: 비점 170 ℃, 융점 -30 ℃, 인화점 53 ℃)

B: n-옥탄올(비점 195 ℃, 융점 -15 ℃, 인화점 81 ℃)

2. 윤활유

다음 윤활유 기유(가 내지 다)와 첨가제(라 및 마)를 하기 표 1에 나타내는 비율(질량％)로 혼합하여 윤활유 C 내지 H를 제조하였다.

(1) 윤활유 기유

윤활유 기유로서 다음 3종의 오일을 사용하였다.

가: 광유(40 ℃에서의 동점도 26 ㎟/s, 100 ℃에서의 동점도 4.8 ㎟/s, 점도지수 105, 유동점 -15 ℃, 인화점 230 ℃, 전체 산가 0.01 mKOH/g)

나: 폴리-α-올레핀(PAO)(40 ℃에서의 동점도 31 ㎟/s, 100 ℃에서의 동점도 5.8 ㎟/s, 점도지수 132, 유동점 -50 ℃ 이하, 인화점 244 ℃, 전체 산가 0.01 mgKOH/g)

다: 펜타에리트리톨과, 2-에틸헥산(50 몰％)/3,5,5-트리메틸헥산산(50 몰％)과의 에스테르(40 ℃에서의 동점도 65 ㎟/s, 100 ℃에서의 동점도 8.3 ㎟/s, 점도지수 95, 유동점 -40 ℃, 인화점 250 ℃, 전체 산가 0.01 mgKOH/g)

(2) 첨가제

다음 2종의 첨가제를 사용하였다.

라: 산화 방지제, 디-tert-부틸-P-크레졸(DBPC)

마: 내마모제, 트리크레실포스페이트(TCP)

3. 아미드 화합물

아미드기를 갖는 화합물로서 다음 모노아미드와 비스아미드를 이용하였다.

I: 모노아미드(올레일올레산아미드: 닛카 아미드 O, 융점 35 ℃)

J: 비스아미드(에틸렌비스올레산아미드: 슬리팩 O, 융점 120 ℃)

4. 시험유(표면 처리제)의 제조

유리제 비이커에 윤활유 및 아미드 화합물을 표 2의 상부에 나타내는 마무리 시험유(표면 처리제)에 대한 기재의 배합 비율(질량％)로, 각각 약 100 ㎖의 시험유가 얻어지도록 소정량 칭량하고, 탁상 전자 히터를 이용하여 아미드 화합물의 융점 이상(융점+20 ℃)으로 가온하면서 교반하였다. 균일하게 용해시킨 것을 외관의 관찰로 판단한 후, 휘발성 액체를 소정량 가하고, 다시 교반하여 균일한 시험유(표면 처리제)를 얻었다.

5. 평가 시험

(1) 윤활성

〔시험편의 제조〕

시험유에 φ 24 mm의 디스크(원반)상 시험편(재질 SUJ-2)을 10 분간 침지시킨 후, 취출한 디스크상 시험편을 실온하에서 30 분간 방치하여 건조하였다. 시험편 표면에 부착된 시험유를 건조하여 형성된 박막의 양은 1 내지 20×10^-4 g/㎠로 일정하게 단시간에 부착되어 박막이 형성되는 것을 알 수 있었다.

〔소부 하중, 마찰계수의 측정〕

실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 4의 각 조성물을 이용하여 각각 디스크 표면에 형성된 박막의 윤활 특성(소부 하중)을 이하에 기재한 조건에 따라서 볼온 디스크 시험기(SRV 마찰 시험기)에 의해 시험하여 평가하고, 동시에 마찰계수를 측정하였다. 그 결과를 표 2의 하부에 나타낸다. 표 2의 하부에서 "소부"는 소부가 발생한 것을 나타내고, "양호"는 소부가 일어나지 않은 것을 나타낸다. "양호"한 경우에 대해서는, 그 때의 마찰계수도 함께 나타내었다.

<조건>

볼: SUJ-2(φ 10 mm), 디스크: SUJ-2(φ 24 mm)

하중: 20 N, 50 N, 100 N, 200 N

진폭수: 20 Hz, 진폭: 1.5 mm,

온도: 40 ℃, 시간: 30 분

(2) 방청성

〔시험편의 제조〕

습윤 시험(JIS K2246)에 준거하여 방청성을 평가하기 위한 시험편을 다음과 같이 하여 제조하였다. 상기한 바와 같이 제조한 시험유(방청액; 500 ㎖) 중에 스테인리스 강판(SUS304, 60 mm×80 mm×1 mm)을 실온(23 ℃)에서 1 분간 침지시켰다. 시험유로부터 취출한 후, 실온, 공기중에서 30 분간 방치하고, 스테인리스 강판을 건조하여 휘발성 액체를 증발 제거하여, 방청제, 아미드 화합물, 윤활유 기유, 방청제 이외의 첨가제 등을 포함하는 균일한 박막을 표면 전체에 피복한 시험편을 제조하였다.

〔녹 발생도(％)의 측정〕

JIS K2246에 준거하여, 상기한 바와 같이 하여 방청 처리를 실시하여 제조한 시험편을 이용한 습윤 시험을 실시하였다. 즉, 온도 49 ℃, 상대습도 95 ％ 이상으로 설정한 항온항습조 내에 시험편을 매달아 녹의 발생을 강제적으로 촉진시키는 시험을 실시하였다. 또한 시험편은 매분 1/3 회전으로 조 내를 주회한다. 항온항습조 내에 24 시간 및 72 시간 동안 매단 후, 시험편을 취출하고, 시험편에 측정판(1변 5 mm의 정방형의 바둑판 눈금 100개를 새긴 것)을 중첩시키고, 육안으로 녹슬어 있는 바둑판 눈금의 수를 세었다. 녹의 발생도(％)는 다음 기준으로 판정하였다.

A: 0 ％, B: 1 내지 10 ％, C: 11 내지 25 ％, D: 26 내지 50 ％, E: 51 내지 100 ％

6. 평가

표 2의 소부 하중의 시험 결과로부터, 비교예에서는 모두 최소 하중의 20 N에서 소부를 일으켰지만, 실시예에서는 실시예 5가 100 N에서 및 실시예 9와 10이 200 N에서 소부가 일어난 것만으로 본 발명의 표면 처리제로 처리함으로써 윤활성(소부 하중)이 대폭 개선된다는 것을 알 수 있다.

〔실시예 11 내지 19, 비교예 5 내지 9〕

1. 시험유(방청액)의 제조

이하에 나타내는 휘발성 액체, 방청제, 아미드 화합물, 윤활유 기유와 기타 첨가제 등의 기재를 표 1의 상부에 나타내는 비율(질량％)로 배합하여 실시예 11 내지 19 및 비교예 5 내지 9의 시험유(방청액)를 제조하였다.

〔휘발성 액체〕

다음 2종의 휘발성 액체를 사용하였다.

A: n-트리데칸(비점 234 ℃, 융점 -5.5 ℃, 인화점 102 ℃)

B: n-옥탄올(비점 195 ℃, 융점 -15 ℃, 인화점 81 ℃)

〔방청제〕

다음 4 종류의 방청제를 사용하였다.

C: 디노닐나프탈렌술폰산칼슘염(킹 인더스트리스(King Industries)사 제조, NA-SUL CA-HT3)

D: 디노닐나프탈렌술폰산바륨염(킹 인더스트리스사 제조, NA-SUL BSN)

E: 알케닐숙신산 부분 에스테르(시바 스페셜리티 케미컬즈사 제조, 이르가콜 L12)

F: 알케닐숙신산아미드, 이미드의 혼합물(에틸사 제조, HiTEC E536)

〔아미드 화합물〕

G: 모노아미드(올레일올레산아미드: 닛본 가세이 가부시끼가이샤 제조, 닛카 아미드 O, 융점 35 ℃)

H: 비스아미드(에틸렌비스올레산아미드: 닛본 가세이 가부시끼가이샤 제조, 슬리팩 O, 융점 119 ℃)

〔윤활유 기유〕

윤활유 기유로서 다음 3종을 사용하였다.

I: 광유(40 ℃에서의 동점도 26 ㎟/s, 100 ℃에서의 동점도 4.8 ㎟/s, 점도지수 105, 유동점 -15 ℃, 인화점 230 ℃, 전체 산가 0.01 mKOH/g)

J: 폴리-α-올레핀(PAO)(40 ℃에서의 동점도 31 ㎟/s, 100 ℃에서의 동점도 5.8 ㎟/s, 점도지수 132, 유동점 -50 ℃ 이하, 인화점 244 ℃, 전체 산가 0.01 mgKOH/g)

K: 펜타에리트리톨과, 2-에틸헥산산(50 몰％)/3,5,5-트리메틸헥산산(50 몰％)과의 에스테르(40 ℃에서의 동점도 65 ㎟/s, 100 ℃에서의 동점도 8.3 ㎟/s, 점도지수 95, 유동점 -40 ℃, 인화점 250 ℃, 전체 산가 0.01 mgKOH/g)

〔첨가제(방청제 이외)〕

방청제 이외의 첨가제로서 다음 2종의 첨가제를 사용하였다.

L: 산화 방지제, 디-tert-부틸-P-크레졸(DBPC)

M: 마모 방지제, 트리크레실포스페이트(TCP)

〔시험유의 제조〕

아미드 화합물을 이용한 실시예 11 내지 19의 경우, 유리제 비이커에 방청제, 아미드 화합물, 윤활유 기유 및 방청제 이외의 첨가제를, 하기 표 3의 상부에 나타내는 마무리 시험유에 대한 기재의 배합 비율(질량％)로 약 500 ㎖의 시험유가 얻어지도록 소정량 칭량하고, 탁상 전자 히터를 이용하여 아미드 화합물의 융점 이상(융점+20 ℃)으로 가온하면서 교반하였다. 균일하게 용해시킨 것을 외관의 관찰로 판단한 후, 실온(23 ℃)으로 냉각하여, 액상 내지 겔상의 혼합물에 휘발성 액체를 소정량 가하고, 다시 교반하여 균일한 시험유를 얻었다.

아미드 화합물을 이용하지 않은 비교예 5 내지 9의 경우, 표 3의 상부에 나타내는 배합 비율(질량％)로, 휘발성 액체와 윤활유 기유를 유리제 비이커에 칭량하고, 실온(23 ℃)에서 교반하면서 여기에 방청제 및 방청제 이외의 첨가제를 소정량 서서히 첨가하여 균일한 시험유를 얻었다.

2. 평가 시험편의 제조 (금속 표면의 방청 처리)

JIS K2246에 준거하여 방청성을 평가하기 위한 시험편을 다음과 같이 하여 제조하였다. 상기한 바와 같이 제조한 시험유 중에 시험용 탄소 강판(JIS G3141에서 규정)을 실온(23 ℃)에서 1 분간 침지하였다. 시험유로부터 취출한 후, 실온, 공기중에서 30 분간 방치하고, 시험편을 건조하여 휘발성 액체를 증발 제거하여, 방청제, 아미드 화합물, 윤활유 기유, 방청제 이외의 첨가제 등을 포함하는 균일한 박막을 표면 전체에 유지하는 피복 시험편을 제조하였다. 시험편 표면에 부착된 시험유를 건조하여 형성된 박막의 양은 1 내지 20×10^-4 g/㎠가 되어 단시간에 부착되어 박막이 형성되었다.

3. 평가 시험

JIS K2246에 기초하는 다음 2종의 시험 방법으로 실시예 11 내지 19 및 비교예 5 내지 8의 시험유의 방청성을 평가하였다.

(1) 습윤 시험

JIS K2246에 준거하여, 상기한 바와 같이 하여 방청 처리를 실시하여 제조한 시험편을 이용한 습윤 시험을 실시하였다. 즉, 온도 49 ℃, 상대습도 95 ％ 이상으로 설정한 항온항습조 내에 시험편을 매달아 녹의 발생을 강제적으로 촉진시키는 시험을 실시하였다. 또한 시험편은 매분 1/3 회전으로 조 내를 주회한다. 항온항습조 내에 24 시간 및 72 시간 동안 매단 후, 시험편을 취출하고, 시험편에 측정판(1변 5 mm의 정방형의 바둑판 눈금 100개를 새긴 것)을 중첩시켜, 육안으로 녹슬어 있는 바둑판 눈금의 수를 세었다. 녹의 발생도(％)는 다음 기준으로 판정하였다.

(2) 염수 분무 시험

JIS K2246에 준거하여, 상기한 바와 같이 하여 방청 처리를 실시하여 제조한 시험편을 이용한 염수 분무 시험을 실시하였다. 시험편에 대한 시료의 도포 방법은 상기 습윤 시험과 동일한 절차로 행하여 염수 분무 시험용의 피복 시험편을 제조하였다. 온도 35 ℃의 항온조에 있어서, 측정면을 위로 하여 시험편을 항온조 내의 유지기에 놓고, JIS Z 2371에 규정된 시험용 염 용액을 분무하고, 24 시간 및 72 시간 후 시험편을 취출하여, 녹의 발생도(％)를 상기 습윤 시험과 동일한 방법으로 측정하고, 동일한 기준으로 판정하였다.

4. 평가

침지 후 강판의 중량 측정으로부터 실시예 11 내지 19 및 비교예 5 내지 8에서 피복 처리한 시험편에는 수 ㎛ 내지 수십 ㎛의 피막이 되어 있는 것을 알 수 있었다(비교예 9에 대해서는 오일이 부착되어 있기 때문에 측정하지 않음). 상기한 습윤 시험 및 염수 분무 시험을 실시하여 방청성(녹 발생도)을 시험하고, 그의 평가 결과를 표 3의 하부에 통합하였다.

겔화제인 아미드를 배합한 실시예 11 내지 19는, 그의 강화된 부착력에 의해 방청성이 비교예 5 내지 8보다 대폭 향상되고 있다. 또한, 용제가 포함되지 않은 비교예 9의 경우, 방청제의 기유에 대한 용해도와의 관계에서 농도를 높일 수 없기 때문에, 보다 떨어진 결과가 얻어졌다.

〔실시예 20 내지 27, 비교예 10 내지 13〕

이하에 나타내는 윤활유 기유와 첨가제의 혼합물인 윤활유 및 아미드 화합물을 하기 표 5의 상부에 나타내는 비율(질량％)로 배합하여 실시예 20 내지 25 및 비교예 10 내지 12의 시험유를 제조하였다. 또한, 윤활유와 아미드 화합물에 추가로 휘발성 용제를 배합하여 실시예 26, 27의 시험유를 제조하고, 추가로 윤활유와 휘발성 용제를 포함하지만 아미드 화합물을 포함하지 않는 비교예 13의 시험유를 제조하였다.

1. 윤활유

다음 윤활유 기유(가 내지 다), 방청제 (라)와 첨가제(마 내지 바)를 하기 표 4에 나타내는 비율(질량％)로 혼합하여 윤활유 A 내지 F를 제조하였다.

(1) 윤활유 기유

윤활유 기유로서 다음 3종의 오일을 사용하였다.

다: 펜타에리트리톨과, 2-에틸헥산산(50 몰％)/3,5,5-트리메틸헥산산(50 몰％)과의 에스테르(40 ℃에서의 동점도 65 ㎟/s, 100 ℃에서의 동점도 8.3 ㎟/s, 점도지수 95, 유동점 -40 ℃, 인화점 250 ℃, 전체 산가 0.01 mgKOH/g)

(2) 방청제

라: Ba 디노닐나프탈렌술포네이트(BNNS)

(3) 그 밖의 첨가제

다음 2종의 첨가제를 사용하였다.

마: 산화 방지제, 디-tert-부틸-P-크레졸(DBPC)

바: 내마모제, 트리크레실포스페이트(TCP)

2. 아미드 화합물

H: 비스아미드(에틸렌비스올레산아미드: 닛본 가세이 가부시끼가이샤 제조, 슬리팩 O, 융점 120 ℃)

3. 휘발성 용제

다음 2종의 휘발성 용제를 사용하였다.

I: n-파라핀(n-데칸: 비점 170 ℃, 융점 -30 ℃, 인화점 53 ℃)

J: n-옥탄올(비점 195 ℃, 융점 -15 ℃, 인화점 81 ℃)

4. 시험유의 제조

실시예 20 내지 25 및 비교예 10 내지 12에 대해서는, 유리제 비이커에 윤활유 및 아미드 화합물을 표 5의 상부에 나타내는 마무리 시험유에 대한 기재의 배합 비율(질량％)로 각각 약 100 ㎖의 시험유가 얻어지도록 소정량 칭량하고, 탁상 전자 히터를 이용하여 아미드 화합물의 융점 이상(융점+20 ℃)으로 가온하면서 교반하여 시험유를 얻었다. 실시예 26, 27에 대해서는, 동일하게 하여 윤활유 및 아미드 화합물을 혼합, 교반하고, 균일하게 용해시킨 것을 외관의 관찰로 판단한 후, 휘발성 용제를 소정량 가하고, 다시 교반하여 균일한 시험유를 얻었다.

비교예 13의 시험유는 윤활유 F와 휘발성 용제 I(n-데칸)를 표 5에 나타내는 비율로 배합하여 균일하게 교반하여 제조하였다.

5. 평가 시험

(1) 윤활성

〔시험편의 제조〕

실시예 20 내지 25 및 비교예 10 내지 12의 경우, 시험유를 주걱으로 부착량이 약 1×10^-3 g/㎠가 되도록 φ 24 mm의 디스크(원반)상 시험편(재질 SUJ-2)에 도포하고, 약 10 ㎛ 두께의 겔상 박막을 형성시켰다. 또한 실시예 26, 27과 비교예 13의 경우는, 시험유에 디스크(원반)상 시험편을 10 분간 침지시킨 후, 취출한 디스크형 시험편을 실온하에서 30 분간 방치하여 건조하였다. 시험편 표면에 부착된 시험유를 건조하여 형성된 박막의 양은 1 내지 5×10^-4 g/㎠(두께는 약 1 내지 5 ㎛)로 일정하게 되어 단시간에 부착되어 박막이 형성되는 것을 알 수 있었다.

〔소부 하중, 마찰계수의 측정〕

실시예 20 내지 27 및 비교예 10 내지 13의 시험편(디스크)을 이용하여 각각 디스크 표면에 형성된 박막의 윤활 특성(소부 하중)을 이하에 기재한 조건에 따라서 볼온(ball on) 디스크 시험기(SRV 마찰 시험기)에 의해 시험하여 평가하고, 동시에 마찰계수를 측정하였다. 그 결과를 표 5의 하부에 나타낸다. 표 5의 하부에서 "소부"는 소부가 일어난 것을 나타내고, "양호"는 소부가 일어나지 않은 것을 나타낸다. "양호"한 경우에 대해서는, 그 때의 마찰계수도 함께 나타내었다.

<조건>

볼: SUJ-2(φ 10 mm), 디스크: SUJ-2(φ 24 mm)

하중: 20 N, 50 N, 100 N, 200 N

진폭수: 20 Hz, 진폭: 1.5 mm,

온도: 40 ℃, 시간: 30 분

(2) 방청성

〔시험편의 제조〕

습윤 시험(JIS K2246)에 준거하여 방청성을 평가하기 위한 시험편은 스테인리스 강판(SUS304, 60 mm×80 mm×1 mm)을 이용하였다. 실시예 20 내지 25 및 비교예 10 내지 12의 경우, 각각의 시험유를 스테인리스 강판에 솔로 도포하고, 두께 약 10 ㎛의 박막을 형성시켰다. 실시예 26, 27과 비교예 13의 경우는, 스테인리스 강판을 시험유에 10 분간 침지한 후, 시험유로부터 취출하여, 실온하에 공기중에서 30 분간 방치하고, 스테인리스 강판을 건조하여 휘발성 용제를 증발 제거하여, 윤활유와 아미드 화합물을 포함하는 균일한 박막을 표면 전체에 피복한 시험편을 제조하였다. 박막의 두께는 1 내지 5 ㎛였다.

〔녹 발생도(％)의 측정〕

JIS K2246에 준거하여, 상기한 바와 같이 하여 피복 처리를 실시하여 제조한 시험편을 이용한 습윤 시험을 실시하였다. 즉, 온도 49 ℃, 상대습도 95 ％ 이상으로 설정한 항온항습조 내에 시험편을 매달아 녹의 발생을 강제적으로 촉진시키는 시험을 실시하였다. 또한 시험편은 매분 1/3 회전으로 조 내를 주회한다. 항온항습조 내에 24 시간 및 72 시간 동안 매단 후, 시험편을 취출하고, 시험편에 측정판(1변 5 mm의 정방형의 바둑판 눈금 100개를 새긴 것)을 중첩시켜, 육안으로 녹슬어 있는 바둑판 눈금의 수를 세었다. 녹의 발생도(％)는 다음 기준으로 판정하였다.

6. 평가

표 5의 소부 하중의 시험 결과로부터, 비교예에서는 모두가 최소 하중의 20 N에서 소부를 일으켰지만, 실시예에서는 실시예 26이 100 N에서 및 실시예 23이 200 N에서 소부가 일어난 것만으로, 본 발명의 표면 박막을 형성시킴으로써 윤활성(소부 하중)이 대폭 개선된다는 것을 알 수 있다. 또한, 방청성의 시험 결과로부터, 실시예의 시험유로 피복 처리가 실시된 시험편은, 비교예의 것과 비교하여 방청능도 대폭 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명의 표면 처리제는 가공 소재나 기계 부재의 표면에 용이하게 내마모성, 윤활성, 가공성이나 방청성이 우수한 박막을 형성한다. 이 박막은 금속, 수지, 세라믹, 고무 등의 가공 소재를 가공하는 여러 가공 공정에서의 효율을 향상시키기 위해서, 또는 기계 시스템의 윤활 접동 부품의 내마모성이나 윤활성을 향상시키기 위해서, 또한 재료 보존시, 재료 가공 후 또는 기계 시스템 가동시 방청성을 향상시키기 위해서 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 겔상 박막을 표면에 갖는 기계 부품은 내마모성, 윤활성, 가공성이나 방청성이 우수하다. 이 박막은 금속, 수지, 세라믹 등의 기계 부품을 가공하는 여러 가공 공정에서의 작업 효율을 향상시키기 위해서, 또는 보관시 방청성을 높이기 위해서 유효하다.

Claims

비점이 300 ℃ 이하인 휘발성 액체를 30 내지 95 질량％, 광유계 또는 합성계의 윤활유 기유 및/또는 방청제를 1 내지 50 질량％ 및 아미드기를 갖는 화합물을 0.1 내지 50 질량％ 함유하는 것을 특징으로 하는 표면 처리제.
제1항에 있어서, 휘발성 액체가 비점 60 내지 300 ℃인 탄화수소, 에스테르, 알코올 및 에테르 중 적어도 하나를 포함하는 표면 처리제.
제1항에 있어서, 휘발성 액체가 탄소수 6 내지 16의 포화지방족 탄화수소인 표면 처리제.
제1항에 있어서, 윤활유 기유가 광유, 합성 탄화수소유, 에스테르, 폴리에테르 및 실리콘 중 적어도 하나인 표면 처리제.
제1항에 있어서, 방청제로서 카르복실산, 카르복실산염, 술폰산염, 인산, 인산염, 에스테르, 알코올 및 아민 중 적어도 하나를 포함하고, 방청액으로서 이용되는 표면 처리제.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 아미드기를 갖는 화합물이 융점 20 ℃ 내지 200 ℃의 지방산 아미드인 표면 처리제.
제6항에 있어서, 지방산 아미드가 하기 화학식 1로 표시되는 모노아미드인 표면 처리제.
<화학식 1>

(식 중, R¹ 및 R²는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, 또한 R²는 수소일 수도 있다)
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 표면 처리제를 부재에 부착시키고, 휘발성 액체를 휘발시키는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
광유계 또는 합성계의 윤활유 기유 및/또는 방청제를 2.0 내지 99.8 질량％ 및 아미드기를 갖는 화합물을 0.2 내지 98.0 질량％ 함유하는 두께 0.1 내지 50 ㎛의 겔상 박막을 표면에 갖는 것을 특징으로 하는 기계 부품.