KR20150135770A - 수용성 금속 가공 유제 - Google Patents

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Abstract

금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에 사용된 때에, 미스트로 되어 비산하는 것이 장기간에 걸쳐 억제되는 수용성 금속 가공 유제, 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 수용성 금속 가공 유제는 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 포함한다.

Description

수용성 금속 가공 유제{WATER-SOLUBLE METAL WORKING OIL AGENT}
본 발명은, 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에 사용될 때, 미스트로 되어 비산하는 것이 장기간에 걸쳐 억제되는 수용성 금속 가공 유제 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에 있어서는, 가공 대상이 되는 금속 재료와 고속으로 회전하는 가공구와의 사이의 윤활, 냉각 등을 목적으로, 금속 가공 유제가 이용되고 있다. 금속 가공 유제로는, 주로 광유 등으로 구성되는 비 수용성 금속 가공 유제와, 광유나 계면 활성제 등을 물에 희석시킨 수용성 금속 가공 유제 등이 알려져 있다.
최근, 비 수용성 금속 가공 유제는, 인화하기 쉽다는 결점을 가지고 있기 때문에, 수용성 금속 가공 유제가 널리 이용되어 오고 있다. 또, 가공 효율을 향상시키기 위해, 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에서의 가공구의 회전 속도의 고속화가 진행되고 있다. 이에 따라, 금속 가공 유제에 가해지는 전단력, 마찰열 등이 더욱 커지게 되고 있다. 금속 가공 유제에 큰 전단력과 마찰열이 가해지면, 금속 가공 유제의 일부가 미립자화, 열분해하여, 금속 가공 유제가 미스트로 되어 주위에 비산하기 쉬워진다. 특히, 수용성 금속 가공 유제는, 일반적으로, 비 수용성 금속 가공 유제에 비해 점도가 낮고, 미스트로 되어 비산하기 쉽다는 문제를 가진다.
금속 가공 유제의 미스트가 비산하면, 금속 가공 유제에 의해, 가공 기계와 제품 등이 오염되는 문제가 생긴다. 또, 금속 가공 유제의 미스트가, 작업자의 호흡기 등을 통해 체내에 들어오게 되면, 작업자의 건강을 해칠 우려도 있다. 이러한 상황 하에서, 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에 사용 될 때, 미스트로 되어 비산하는 것이 효과적으로 억제되는 수용성 금속 가공 유제의 개발이 요망되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 미스트의 비산을 억제하는 관점 등으로부터, 평균 분자량이 1,000,000을 넘는 폴리알킬렌옥사이드 등을 포함하는 수용성 금속 가공 유제가 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 국제공개 제93/24601호 팜플렛
그러나, 본 발명자가 예의 검토를 거듭한 결과, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되어 있는 것처럼 수용성 금속 가공 유제를 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에 사용한 경우, 사용 개시 직후에 있어서는, 수용성 금속 가공 유제의 미스트의 비산은 억제되지만, 반복 사용하고 있으면 미스트의 비산이 커지게 된다는 새로운 과제가 현출되었다. 특히, 고전단력이 가해지는 금속 가공에서는, 미스트 비산의 억제 효과가 저하하기 쉽고, 새로운 수용성 금속 가공 유제를 수시로 보급해야만 하는 경우가 있는 것이 명백해졌다.
본 발명은, 이러한 문제점에 비추어 이루어진 발명이다. 즉, 본 발명은, 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에 사용될 때에, 미스트로 되어 비산하는 것이 장기간에 걸쳐 억제되는 수용성 금속 가공 유제, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 주요한 목적으로 한다.
본 발명자는, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 실시했다. 그 결과, 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 포함하는 수용성 금속 가공 유제로 함으로써, 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에 사용될 때에, 당해 수용성 금속 가공 유제의 미스트의 비산이 장기간에 걸쳐 억제되는 것을 현출했다. 본 발명은, 이들의 지견에 기초하여, 더욱 검토를 거듭함으로써 완성된 발명이다.
즉, 본 발명은, 하기에 열거된 형태의 수용성 금속 가공 유제 및 그 제조 방법을 제공한다.
항 1. 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 포함하는, 수용성 금속 가공 유제.
항 2. 제 1항에 있어서,
상기 폴리알킬렌옥사이드를 구성하는 단량체(mononer) 단위의 탄소수가 2 ~ 4인, 수용성 금속 가공 유제.
항 3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 폴리알킬렌옥사이드가, 에틸렌옥사이드 단위, 프로필렌옥사이드 단위, 및 부틸렌옥사이드 단위로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 단량체 단위를 포함하는, 수용성 금속 가공 유제.
항 4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리알킬렌옥사이드가, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부틸렌옥사이드, 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 에틸렌옥사이드-부틸렌옥사이드 공중합체, 및 프로필렌옥사이드-부틸렌옥사이드 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종인, 수용성 금속 가공 유제.
항 5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리알킬렌옥사이드의 함유량이, 0.1 ~ 5 질량%인, 수용성 금속 가공 유제.
항 6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
점도가 5 ~ 10,000mpa·s인, 수용성 금속 가공 유제.
항 7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 재료의 절삭 가공용 또는 연삭 가공용인, 수용성 금속 가공 유제.
항 8. 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 혼합하는 공정을 구비하는, 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 수용성 금속 가공 유제의 제조 방법.
항 9. 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 포함하는 수용성 조성물의 금속 가공에의 사용.
본 발명에 따르면, 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에 사용될 때에, 미스트로 되어 비산하는 것이 장기간에 걸쳐 억제되는 수용성 금속 가공 유제, 및 그 제조 방법을 제공하는 것이 가능하다.
[도 1] 수용성 금속 가공 유제의 비산 직경을 측정하는 장치의 모식도이다.
[도 2] 미스트 비산의 억제 효율의 평가 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
[도 3] 미스트 비산의 억제 효율의 평가 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
본 발명의 수용성 금속 가공 유제는, 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명의 수용성 금속 가공 유제와 그 제조 방법, 수용성 금속 가공 유제를 이용한 금속 가공 방법에 대하여 상술한다.
1. 수용성 금속 가공 유제
본 발명의 수용성 금속 가공 유제는, 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 포함한다. 본 발명의 수용성 금속 가공 유제는, 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 포함하는 수용성 조성물로서, 금속 가공에 사용되는 것이다.
폴리알킬렌옥사이드로는, 상기 범위의 중량 평균 분자량을 가지며, 알킬렌옥사이드를 단량체 단위로 포함하는 경우라면, 특별히 제한되지 않는다. 수용성 금속 가공 유제가 절삭 가공, 연삭 가공 등에 사용될 때, 수용성 금속 가공 유제의 미스트의 비산을 장기간에 걸쳐 억제하는 관점으로부터는, 폴리알킬렌옥사이드를 구성하는 단량체 단위의 탄소수로서는, 바람직하게는 2 ~ 4 정도, 보다 바람직하게는 2 ~ 3 정도를 들 수 있다.
또, 수용성 금속 가공 유제의 미스트의 비산을 장기간에 걸쳐 억제하는 관점으로부터, 바람직한 알킬렌옥사이드 단위로서는, 에틸렌옥사이드 단위, 프로필렌옥사이드 단위, 부틸렌옥사이드 단위 등의 탄소수가 2 ~ 4의 지방족 알킬렌옥사이드 단위를 들 수 있으며, 보다 바람직하게는, 에틸렌옥사이드 단위, 프로필렌옥사이드 단위 등의 탄소수가 2 ~ 3의 지방족 알킬렌옥사이드 단위를 들 수 있다. 덧붙여, 예를 들면 프로필렌옥사이드 단위로서는, 1, 2-프로필렌옥사이드 단위 및 1, 3-프로필렌옥사이드 단위를 들 수 있다. 또, 예를 들면 부틸렌옥사이드 단위로서는, 1, 2-부틸렌옥사이드 단위, 2, 3-부틸렌옥사이드 단위, 및 이소부틸렌옥사이드 단위를 들 수 있다. 이들의 알킬렌옥사이드 단위는, 1종류 단독으로 포함되어 있어도 좋고, 2종류 이상이 포함되어 있어도 좋다. 또, 폴리알킬렌옥사이드는, 이들의 알킬렌옥사이드 단위 중 적어도 1종을 포함하는 블록 공중합체여도 좋고, 랜덤 공중합체여도 좋다.
특히 바람직한 폴리알킬렌옥사이드의 구체예로서는, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부틸렌옥사이드, 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 에틸렌옥사이드-부틸렌옥사이드 공중합체, 프로필렌옥사이드-부틸렌옥사이드 공중합체 등을 들 수 있다. 이들의 공중합체는, 블록 공중합체 및 랜덤 공중합체 중 어느 것이어도 좋다. 폴리알킬렌옥사이드는, 1종류 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 좋다.
폴리알킬렌옥사이드의 중량 평균 분자량은, 100,000 ~ 1,000,000 정도이다. 본 발명에서는, 수용성 금속 가공 유제에 이러한 특정의 분자량을 가지는 폴리알킬렌옥사이드가 포함되어 있기 때문에, 수용성 금속 가공 유제의 미스트의 비산을 장기간에 걸쳐 억제하는 것이 가능하게 된다. 수용성 금속 가공 유제의 미스트의 비산이 억제되는 기구의 상세는 반드시 분명치는 않지만, 예를 들면, 다음과 같이 생각할 수 있다. 즉, 본 발명의 수용성 금속 가공 유제에 있어서는, 폴리알킬렌옥사이드의 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000 정도로 특정의 범위 내에 있기 때문에, 예를 들면 중량 평균 분자량이 1,000,000을 넘는 폴리알킬렌옥사이드에 비하여, 장시간에 걸쳐 높은 전단력을 가했을 때에도, 폴리알킬렌옥사이드 분자 사슬이 절단되기 어렵고, 수용성 금속 가공 유제의 미립자 화가 억제될 것으로 생각된다. 또, 본 발명의 수용성 금속 가공 유제에서는, 100,000 미만의 폴리알킬렌옥사이드에 비하여 폴리알킬렌옥사이드의 중량 평균 분자량이 크기 때문에, 수용성 금속 가공 유제가 미립자로 되기 어려울 것으로 생각된다.
수용성 금속 가공 유제의 미스트 비산의 억제 효과를 더욱 높이기 위한 관점으로부터는, 폴리알킬렌옥사이드의 중량 평균 분자량은, 130,000 ~ 950,000 정도 인 것이 바람직하고, 300,000 ~ 750,000 정도인 것이 보다 바람직하다. 상기와 같이, 폴리알킬렌옥사이드의 중량 평균 분자량이 100,000 미만인 경우, 수용성 금속 가공 유제를 절삭 가공, 연삭 가공 등에 사용하면, 미스트 비산의 억제 효과가 현저하게 저하되는 경우가 있다. 한편, 폴리알킬렌옥사이드의 중량 평균 분자량이 1,000,000을 넘는 경우에, 수용성 금속 가공 유제가 장기간의 전단력이 가해지면, 미스트의 비산 억제 효과가 지속하지 않고, 미스트 비산의 억제 효과가 저하되기 쉽다. 덧붙여, 폴리알킬렌옥사이드의 중량 평균 분자량은, 표준 샘플로서 폴리에틸렌옥사이드를 이용한 겔 침투 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된 값이다.
폴리알킬렌옥사이드는, 종래 공지의 방법으로 제조해도 좋고, 시판품을 사용하여도 좋다. 폴리알킬렌옥사이드의 시판품으로는, 예를 들면, 스미토모 세이카 주식회사 제의 상품명 : PEO-L2Z (중량 평균 분자량: 10만 ~ 15만), PE0-1 (중량 평균 분자량: 15만 ~ 40만), 상품명: PEO-2 (중량 평균 분자량 : 40만 ~ 60만), 상품명: PE0-3 (중량 평균 분자량 : 60만 ~ 100만) 등을 들 수 있다. 덧붙여. 「PEO」는 스미토모 세이카 주식회사의 등록 상표이다.
본 발명의 수용성 금속 가공 유제에서는, 폴리알킬렌옥사이드의 함유량은, 특별히 제한되지 않지만, 수용성 금속 가공 유제의 미스트의 비산을 장기간에 걸쳐억제하는 관점으로부터는, 바람직하게는 0.1 ~ 5 질량% 정도, 보다 바람직하게는 0.3 ~ 4.8 질량% 정도를 들 수 있다.
수용성 금속 가공 유제의 점도는, 특별히 제한되지 않고, 통상 5 ~ 10,OOOmpa·s 정도, 바람직하게는 7 ~ 2000mpa·s 정도를 들 수 있다. 덧붙여, 수용성 금속 가공 유제의 점도는, B형 회전식 점도계 (TOKIMEC사 제의 B형 점도계)를 이용하여, 회전 속도를 매 분 60 회전으로 해서, 3분 후의 25℃에 있어서 점도를 측정한 값이다. 측정에 사용하는 로터는, 80mpa·s 미만의 경우는 로터 No.1을 사용하고, 80mpa·s 이상 400mpa·s 미만의 경우는 로터 No.2를 사용하고, 400mpa·s 이상 1,600mpa·s 미만의 경우는 로터 No.3을 사용하고, 1,600mpa·s 이상의 경우는 로터 No.4를 사용한다.
본 발명의 수용성 금속 가공 유제에 포함되는 물은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 공업 용수, 수돗물, 정제수, 이온 교환수, 순수 등을 들 수 있다. 또, 수용성 금속 가공 유제에 포함되는 물의 함유량은, 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공 등에 있어서, 윤활제나 냉각제로 기능할 수 있는 양이면, 특별히 제한되지 않지만, 통상 30 ~ 99 질량% 정도, 바람직하게는 50 ~ 95 질량% 정도, 보다 바람직하게는 70 ~ 95 질량% 정도이다.
본 발명의 수용성 금속 가공 유제는, 상기 폴리알킬렌옥사이드에 더해, 일반적으로 베이스 오일을 포함한다. 베이스 오일로는, 특별히 제한되지 않고, 수용성 금속 가공 유제에 일반적으로 사용되는 베이스 오일을 들 수 있으며, 예를 들면, JIS K2241-2000에 기재되어 있는 A1종, A2종, 또는 A3종의 수용성 절삭 유제에 이용되는, 공지된 것을 들 수 있다. 베이스 오일의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 통상 0.01 ~ 20 질량% 정도, 바람직하게는 0.1 ~ 15 질량% 정도로 할 수 있다.
본 발명의 수용성 금속 가공 유제는, 필요에 따라, 첨가제를 추가로 포함해도 좋다. 이러한 첨가제로서는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 공지의 수용성 금속 가공 유제에 포함되는 첨가제를 들 수 있다. 첨가제로는, 예를 들면, 윤활제, 극압 첨가제, 소포제, 산화 방지제, 방청제, 방식제, 방부제, 계면 활성제 등을 들 수 있다. 첨가제는, 1종류만을 이용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 이용해도 좋다.
윤활제로는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 수용성 금속 가공 유제에 사용되는 공지의 윤활제를 들 수 있다. 윤활제의 구체예로는, 광물유, 합성유, 탄소수 6 이상의 지방족 칼본산, 탄소수 6 이상의 지방족 디칼본산 등을 들 수 있다. 윤활제는, 1종류만을 이용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 이용해도 좋다. 수용성 금속 가공 유제가 윤활제를 포함하는 경우, 그 함유량은, 특별히 제한되지 않지만, 통상 0.01 ~ 20 질량% 정도, 바람직하게는 0.1 ~ 15 질량%로 할 수 있다.
극압 첨가제로는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 수용성 금속 가공 유제에 사용되는 공지의 극압 첨가제를 들 수 있다. 극압 첨가제의 구체예로는, 염소계 극압 첨가제, 유황계 극압 첨가제, 인계 극압 첨가제 등을 들 수 있다. 염소계 극압 첨가제로는, 예를 들면, 염소화 파라핀, 염소화 지방산, 염소화 지방유 등을 들 수 있다. 유황계 극압 첨가제로는, 황화올레핀, 황화라드, 알킬폴리설파이드, 황화지방산 등을 들 수 있다. 인계 극압 첨가제로는, 인산에스테르(염)계, 아인산에스테르(염)계, 티오인산에스테르(염)계, 포스핀계, 인산트리크레질(tricresyl phosphate) 등을 들 수 있다. 극압 첨가제는, 1종류만을 이용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 이용해도 좋다. 수용성 금속 가공 유제가 극압 첨가제를 포함하는 경우, 그 함유량은, 특별히 제한되지 않지만, 통상 0.01 ~ 20 질량% 정도, 바람직하게는 0.1 ~ 15 질량% 정도로 할 수 있다.
소포제로는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 수용성 금속 가공 유제에 사용되는 공지의 소포제를 들 수 있다. 소포제의 구체예로는, 메틸실리콘유, 플루오로실리콘유, 디메틸폴리실록산, 변성 폴리실록산 등의 실리콘계 소포제 등을 들 수 있다. 소포제는, 1종류만을 이용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 이용해도 좋다. 수용성 금속 가공 유제가 소포제를 포함하는 경우, 그 함유량은, 특별히 제한되지 않지만, 통상 0.01 ~ 10 질량% 정도, 바람직하게는 0.1 ~ 5 질량% 정도로 할 수 있다.
방부제로는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 수용성 금속 가공 유제에 사용되는 공지의 방부제를 들 수 있다. 방부제로는, 예를 들면, 트리아진계 방부제, 이소티아졸린계 방부제, 페놀계 방부제 등의 방부제를 들 수 있다. 트리아진계 방부제의 구체예로는, 헥사히드로-1, 3, 5-트리스(2-히드록시에틸)-1, 3, 5-트리아진 등을 들 수 있다. 이소티아졸린계 방부제의 구체예로는, 1, 2-벤조이소티아졸린-3-온, 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온, 2-메틸-이소티아졸린-3-온 등을 들 수 있다. 페놀계 방부제의 구체예로는, 오르토페닐페놀, 2, 3, 4, 6-테트라클로로페놀 등을 들 수 있다. 방부제는, 1종류만을 이용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 이용해도 좋다. 수용성 금속 가공 유제가 방부제를 포함하는 경우, 그 함유량은, 특별히 제한되지 않지만, 통상 0.01 ~ 10 질량% 정도, 바람직하게는 0.1 ~ 5 질량% 정도로 할 수 있다.
방식제로는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 수용성 금속 가공 유제에 사용되는 공지의 방식제를 들 수 있다. 방식제로는, 예를 들면, 트리아졸류 등을 들 수 있다. 트리아졸류의 구체예로는, 벤조트리아졸, 트릴트리아졸, 3-아미노트리아졸 등을 들 수 있다. 방식제는, 1종류만을 이용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 용해도 좋다. 수용성 금속 가공 유제가 방식제를 포함하는 경우, 그 함유량은, 특별히 제한되지 않지만, 통상 0.01 ~ 10 질량% 정도, 바람직하게는 0.1 ~ 5 질량% 정도로 할 수 있다.
방청제로는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 수용성 금속 가공 유제에 사용되는 공지의 방청제를 들 수 있다. 방청제로는, 예를 들면, 유기칼본산, 유기아민 등을 들 수 있다. 유기 칼본산의 구체예로는, 디메틸옥탄산, 페랄곤산, 세바신산, 도데칸이산 등을 들 수 있다. 또, 유기아민산으로는, 구체예로는, 알카놀아민, 알킬알카놀아민, 알킬아민 등을 들 수 있다. 방청제는, 1종류만을 이용해도 좋고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 좋다. 수용성 금속 가공 유제가 방청제를 포함하는 경우, 그 함유량은, 특별히 제한되지 않지만, 통상 0.01 ~ 10 질량% 정도, 바람직하게는 0.1 ~ 5 질량% 정도로 할 수 있다.
계면 활성제로는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 수용성 금속 가공 유제에 사용되는 공지의 계면 활성제를 들 수 있다. 계면 활성제로는, 예를 들면, 지방산 아민 비누, 석유술포네이트, 황산화유, 알킬술폰아미드칼본산염, 카복시화유지 등의 아니온계 계면 활성제; 솔비탄지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌솔비탄지방산에스테르, 프로필렌글리콜지방산에스테르, 폴리에틸렌글리콜지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 지방산알킬롤아미드 등의 노니온계 계면 활성제 등을 들 수 있다. 계면 활성제는, 1종류만을 이용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 이용해도 좋다. 수용성 금속 가공 유제가 계면 활성제를 포함하는 경우, 그 함유량은, 특별히 제한되지 않지만, 통상 0.01 ~ 10 질량% 정도, 바람직하게는 0.1 ~ 5 질량% 정도로 할 수 있다.
2. 수용성 금속 가공 유제의 제조 방법
본 발명의 수용성 금속 가공 유제는, 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 혼합함으로써 제조할 수 있으며, 통상, 상기한 것과 같은 일반적인 베이스 오일을 더 혼합한다. 또, 본 발명의 수용성 금속 가공 유제의 제조 방법에 있어서는, 필요에 따라, 상기의 첨가제의 적어도 1종을 혼합해도 좋다. 폴리알킬렌옥사이드와, 물과, 베이스 오일과, 필요에 따라 이용할 수 있는 첨가제와의 혼합 방법은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 상기의 폴리알킬렌옥사이드와, 베이스 오일과, 필요에 따라 상기의 첨가제를, 상기의 함유량으로 되도록, 물에 더하여, 상온 상압 하에서 교반함으로써, 용이하게 제조할 수 있다.
3. 금속 가공 방법
본 발명의 수용성 금속 가공 방법에는, 가공 대상이 되는 금속 재료의 가공 부분에 본 발명의 수용성 금속 가공 유제를 접촉시키면서 가공을 실시한다. 보다 구체적으로는, 고속 회전하는 가공구와 금속 재료의 피가공부에 본 발명의 수용성 금속 가공 유제를 공급하면서, 피가공부의 윤활성을 높이면서, 또한 냉각하여 마찰열을 제거하면서 가공을 실시한다. 본 발명의 수용성 금속 가공 방법에 의하면, 고속 회전하는 가공구에 의해 발생하는 수용성 금속 가공 유제의 미스트의 비산을 장기간에 걸쳐 억제할 수 있다. 따라서, 작업 환경이 수용성 금속 가공 유제로 오염되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
가공 대상이 되는 금속 재료로는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 철, 티타늄, 알루미늄, 마그네슘, 구리, 니켈, 크롬, 망간, 몰리브덴, 텅스텐, 금, 은, 백금, 및 이들 중 적어도 1종을 포함하는 합금 등을 들 수 있다.
가공 방법으로는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 절삭 가공, 연삭 가공 등을 들 수 있다. 절삭 가공의 구체예로는, 선삭 가공, 타공 가공, 보우링 가공, 밀링 가공, 절삭 가공 등을 들 수 있다. 연삭 가공의 구체예로는, 내면 연삭 등을 들 수 있다. 본 발명의 수용성 금속 가공 유제는, 미스트로 되어 비산하는 것이 효과적으로 억제되어 있다. 이 때문에, 본 발명의 수용성 금속 가공 유제는, 이들의 가공 방법 중에서도, 특히 미스트가 비산하기 쉽고, 선삭 가공, 밀링 가공 등의 가공 방법에 특히 적합하게 사용될 수 있다. 금속 가공에 이용되는 가공구로는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 드릴, 바이트, 밀링, 엔드밀, 리머, 호브, 피니언 커터, 다이스, 브로치, 숫돌차 등을 들 수 있다. 또, 이들의 가공구를 구성하는 재료로는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 강철, 초경 합금, 세라믹, 서메트(cermet), 다이아몬드, 입방정질화붕소 등을 들 수 있다.
본 발명의 금속 가공 방법에 있어서는, 본 발명의 수용성 금속 가공 유제를 금속 재료의 피가공부에 공급하면서 가공을 실시함으로써, 피가공부의 윤활성을 높여, 마찰에 의해 생기는 열을 제거할 수 있다. 게다가, 본 발명의 수용성 금속 가공 유제는, 가공시의 미스트 비산이 효과적으로 억제되기 때문에, 장기간에 걸쳐 반복 사용할 수 있다.
[실시예]
이하에, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은, 실시예에 한정되지 않는다.
[실시예 1]
시판의 금속 절삭용 유제(주식회사 에이젯트제, 수용성 절삭유) 25g과 물 475g을 혼합해, 거기에 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1, 중량 평균 분자량: 300,000) 5.0g을 투입해, 더 테스터(주식회사 미야모토 제작소제, 더 테스터 MJS-8S)에서 3시간 교반해, 수용성 금속 가공 유제 505.0g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 1.0 질량%, 점도: 7.4mPs)를 얻었다. 덧붙여, 폴리에틸렌옥사이드의 중량 평균 분자량 및 수용성 금속 가공 유제의 점도는, 이하의 방법에 의해 측정했다. 다른 실시예 및 비교예에 있어서도 마찬가지이다.
<중량 평균 분자량의 측정>
폴리에틸렌옥사이드의 중량 평균 분자량은, 겔 침투 크로마토그래피(토소 주식회사제, HLC-8220 GPC)를 이용하여 측정했다. 칼럼은, Shodex OHpack SB-804 HQ (쇼와 덴코 주식회사제)를 2개 직렬로 접속하여 이용했다. 덧붙여, 칼럼 온도는 30℃, 이동상은 0.02 질량% NaNO3 수용액, 유속은 1.0mL/min으로 했다. 상기 조건에서, 표준 샘플로서 폴리에틸렌옥사이드를 이용하여 중량 평균 분자량을 산출했다.
<점도의 측정>
수용성 금속 가공 유제의 점도는, B형 회전식 점도계(TOKIMEC사제의 B형 점도계)를 이용하여, 회전 속도를 매분 60 회전으로 하여, 3분 후의 25℃에서의 점도를 측정한 값이다. 측정에 사용한 로터는, 80mpa·s 미만의 경우는 로터 No.1를 사용하고, 80mpa·s 이상 400mpa·s 미만의 경우는 로터 No.2를 사용하고, 400mpa·s 이상 1,600mpa·s 미만의 경우는 로터 No.3을 사용하고, 1,600mpa·s 이상의 경우는 로터 No.4를 사용했다.
[실시예 2]
실시예 1에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1, 중량 평균 분자량: 300,000)의 사용량을, 5.0g으로부터 12.5g으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 512.5g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 2.4 질량%, 점도: 20.6mPs)를 얻었다.
[실시예 3]
실시예 1에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1, 중량 평균 분자량: 300,000) 5.0g을, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-3, 중량 평균 분자량: 750,000) 2.5g으로 변경한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 502.5g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 0.5 질량%, 점도: 8.6mPs)를 얻었다.
[실시예 4]
실시예 3에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-3, 중량 평균 분자량: 750,000)의 사용량을, 2.5g으로부터 5.0g으로 변경한 것 이외는 실시예 3과 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 505.0g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 1.0 질량%, 점도: 2.6mPs)를 얻었다.
[실시예 5]
실시예 3에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-3, 중량 평균 분자량: 750,000)의 사용량을, 2.5g으로부터 12.5g으로 변경한 것 이외는 실시예 3과 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 512.5g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 2.4 질량%, 점도: 252mPs)를 얻었다.
[실시예 6]
실시예 3에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-3, 중량 평균 분자량: 750,000)의 사용량을, 2.5g으로부터 22.5g으로 변경한 것 이외는 실시예 3과 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 522.5g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 4.3 질량%, 점도: 4660mPs)를 얻었다.
[실시예 7]
실시예 1에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1, 중량 평균 분자량: 300,000) 5.0g을, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-L2Z, 중량 평균 분자량: 130,000) 25.0g으로 변경한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 525.0g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 4.8 질량%, 점도: 107mPs)를 얻었다.
[실시예 8]
실시예 5에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-3, 중량 평균 분자량: 750,000)을, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-3, 중량 평균 분자량: 950,000)으로 변경한 것 이외는 실시예 5와 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 512.5g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 2.4 질량%, 점도: 232mPs)를 얻었다.
[비교예 1]
실시예 1에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1, 중량 평균 분자량: 300,000) 5.0g을 사용하지 않은 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 500g(점도: 3.2mPs)을 얻었다. 이하의 평가 시험에 있어서는, 이 수용성 금속 가공 유제의 평가 결과를 공백으로 했다.
[비교예 2]
실시예 1에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1, 중량 평균 분자량: 300,000) 5.0g을, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-4, 중량 평균 분자량: 1,300,000) 2.5g으로 변경한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 502.5g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 0.5 질량%, 점도: 9.0mPs)를 얻었다.
[비교예 3]
비교예 2에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-4, 중량 평균 분자량: 1,300,000)의 사용량을, 2.5g으로부터 5.0g으로 변경한 것 이외는 비교예 2와 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 505.0g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 1.0 질량%, 점도: 22.4mPs)를 얻었다.
[비교예 4]
비교예 2에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-4, 중량 평균 분자량: 1,300,000)의 사용량을, 2.5g으로부터 12.5g으로 변경한 것 이외는 비교예 2와 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 512.5g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 2.4 질량%, 점도: 261mPs)를 얻었다.
[비교예 5]
실시예 1에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1, 중량 평균 분자량: 300,000) 5.0g을, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1K1LZ, 중량 평균 분자량: 90,000) 2.5g으로 변경한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 502.5g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 0.5 질량%, 점도: 3.2mPs)를 얻었다.
[비교예 6]
비교예 5에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1K1LZ, 중량 평균 분자량: 90,000)의 사용량을, 2.5g으로부터 5.0g으로 변경한 것 이외는 비교예 5와 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 505.0g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 1.0 질량%, 점도: 3.2mPs)를 얻었다.
[비교예 7]
비교예 5에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드(스미토모 세이카 주식회사제의 상품명: PE0-1K1LZ, 중량 평균 분자량: 90,000)의 사용량을, 2.5g으로부터 12.5g으로 변경한 것 이외는 비교예 5와 마찬가지로 하여, 수용성 금속 가공 유제 512.5g(폴리에틸렌옥사이드의 함유량: 2.4 질량%, 점도: 8.2mPs)를 얻었다.
Figure pct00001
[미스트 비산의 억제 효율의 평가 방법]
(1) 미스트의 비산 시험
수용성 금속 가공 유제의 미스트 비산의 억제 효율을 평가하기 위해, 이하에 나타내는 방법으로, 실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 7로 얻어진 수용성 금속 가공 유제에 대하여, 미스트 비산 시험을 실시했다. 도 1에 나타난 것과 같은 장치를 이용하여, 에어 브러시(아네스트 이와타 주식 회사제, 에어 브러시 하이라인 HP-CH, 노즐 구경 0.3mm)를 이용해, 종이에 대하여 수용성 금속 가공 유제(시험시료)를 분사했다. 시험 조건은, 장치의 결부 압력을 0.1㎫, 액류량을 10g/min, 에어 브러시로부터 종이까지의 거리를 300㎜, 에어 브러시의 높이를 500㎜, 시험 시료의 분사량을 1mL로 했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다. 덧붙여, 에어 브러시의 높이는, 공백으로 한 수용성 금속 가공 유제를 분사하여 종이에 형성된 원형상이, 종이의 중심에 맞도록 적절하게 설정할 수 있다. 표 1 중의 미스트 비산의 억제 효율란「-」의 표기는, 얻어진 수용성 금속 가공 유제의 점도가 너무 높아서, 미스트가 종이까지 닿지 않고, 비산 직경을 측정 할 수 없었던 것을 나타낸다.
(2) 미스트 비산의 억제 효과의 평가
상기 (1) 미스트의 비산 시험에서 얻어진 분무 모양은, 도 2 및 도 3의 모식도에 나타나는 것처럼 원형상으로 되어 있다. 미스트 비산의 억제 효율은, 이하의 식을 이용하여 산출했다.
미스트 비산의 억제 효율 = D2 / D1 × 100
상기 식에 있어서, D1은, 폴리에틸렌옥사이드를 포함하지 않는 비교예 1의 시험 시료를 분사시킬 때에 형성된 분무 모양의 직경을 나타낸다.(도 2를 참조).
또, D2는, 실시예 1 ~ 8 및 비교예 2, 3, 5 ~ 7의 각 시험 시료를 분사시킨 때에 형성된 분무 모양의 직경을 나타낸다.(도 3을 참조). 덧붙여, 상기와 같이, 비교예 4의 시험 시료는, 점도가 너무 높아서, 원형의 분무 모양이 형성되지 않았다. 상기 식에서 산출된 값이 작을수록, 미스트 비산의 억제 효과가 높다고 판단할 수 있다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
(3) 전단 처리 후의 비산 직경 및 미스트 비산의 억제 효과의 평가
실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 7에서 얻어진 각 시험 시료에 대하여, 다음과 같은 전단 처리 조건에서 전단력을 걸었다. 전단 처리는, 호모믹서(특수기화 공업 주식회사제, T. K. 호모믹서 MARKⅡ2.5형)을 이용하여, 각 시험 시료를 15,000rpm에서 2분간 교반하여, 전단 처리를 실시했다. 2분간의 전단 처리 후의 각 시험 시료에 대하여, 상기 (1) 및 (2) 와 마찬가지로 하여, 미스트 비산의 억제 효과를 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 마찬가지로, 실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 7에서 얻어진 각 시료에 대하여, 10분간, 15분간의 전단 처리를 상기와 마찬가지로 하여 실시한 후의 각 시험 시료에 대하여, 미스트 비산의 억제 효과를 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 1 ~ 8의 결과로부터, 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 수용성 금속 가공 유제는, 미스트 비산의 억제 효율이 양호하며, 게다가, 전단력을 장시간 건 경우에도, 미스트 비산의 억제 효율이 지속하고 있는 것이 명백해졌다.
비교예 1의 결과는, 상기와 같이, 폴리에틸렌옥사이드를 포함하지 않는 시험 시료를 분사시킬 때의 결과이다. 비교예 2 및 3의 결과에 의해, 중량 평균 분자량이 1,000,000을 넘는 폴리에틸렌옥사이드를 사용한 경우, 초기의 미스트 비산의 억제 효율은 양호하지만, 이 억제 효율은 전단력을 더하는 시간의 영향을 받기 쉽고, 전단력을 가하는 시간의 경과와 함께, 억제 효율이 저하하는 것이 명백해졌다. 또, 비교예 4의 결과로부터, 중량 평균 분자량이 1,000,000을 넘는 폴리에틸렌옥사이드의 사용량을 많게 하면, 점도가 너무 높아서, 수용성 금속 가공 유제로서의 사용에는 적합하지 않다는 것이 명백해졌다. 게다가, 비교예 5 ~ 7의 결과로부터, 중량 평균 분자량이 100,000 미만의 폴리에틸렌옥사이드를 사용한 경우에는, 미스트 비산의 억제 효율이 낮다는 것이 명백해졌다.
1 … 에어 브러시
2 … 에어
3 … 시험 시료의 미스트
4 … 종이

Claims (9)

  1. 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 포함하는, 수용성 금속 가공 유제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌옥사이드를 구성하는 단량체 단위의 탄소수가 2 ~ 4인, 수용성 금속 가공 유제.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌옥사이드가, 에틸렌옥사이드 단위, 프로필렌옥사이드 단위, 및 부틸렌옥사이드 단위로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 단량체 단위를 포함하는, 수용성 금속 가공 유제.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌옥사이드가, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부틸렌옥사이드, 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 에틸렌옥사이드-부틸렌옥사이드 공중합체, 및 프로필렌옥사이드-부틸렌옥사이드 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종인, 수용성 금속 가공 유제.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌옥사이드의 함유량이, 0.1 ~ 5 질량%인, 수용성 금속 가공 유제.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    점도가 5 ~ 10,000mpa·s인, 수용성 금속 가공 유제.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 재료의 절삭 가공용 또는 연삭 가공용인, 수용성 금속 가공 유제.
  8. 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 혼합하는 공정을 구비하는, 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 수용성 금속 가공 유제의 제조 방법.
  9. 중량 평균 분자량이 100,000 ~ 1,000,000의 폴리알킬렌옥사이드와 물을 포함하는 수용성 조성물의 금속 가공에의 사용.
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