KR20160120787A - 금속 가공 유체의 포뮬레이션 - Google Patents

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리오이드 이. 헌드레이
지 퀴
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케메탈 코포레이션
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Abstract

본 발명은 희석시 120 나노미터를 초과하는 가공된 입자 크기를 갖는 합성 금속 가공 유체로도 알려진, 비오일(non-oil)성 금속 가공 유체에 관한 것이다. 팽창된 입자 크기는 실질적으로 윤활성을 증가시키며, 이전에 오일 함유 제품만이 달성할 수 있었던 헤비-듀티 공정에 적합하다. 또한, 이 비오일 함유 금속 가공 유체는 임의적으로 우수한 부식 억제 및 헤비-듀티 공정에 사용할 수 있는 윤활성을 포함하는 오일-함유 제품의 긍정적인 속성을 포함한다.

Description

금속 가공 유체의 포뮬레이션{FORMULATION OF A METALWORKING FLUID}
본 발명은 합성 금속 가공 유체로도 알려진, 비오일(non-oil)성 금속 가공 유체에 관한 것이다.
금속 가공이란 금속성 워크-피스를 바람직한 일련의 기하학적 사양에 맞도록 성형하는 것으로 정의된다. 금속 가공은 절삭(cutting) 및 형성(forming), 두 기본적 카테고리를 포함한다. 절삭 공정은 그라인딩, 터닝(turning), 밀링(milling), 탭핑(tapping), 브로칭(broaching) 및 하빙(hobbing)을 포함한다. 형성 공정은 냉온 롤링, 드로잉, 포징(forging), 스탬핑(stamping) 및 블랭킹(blanking)을 포함한다.
금속 가공 유체는 절삭 및 형성 공정 모두에 필수적이다. 워크-피스 및 공구 사이에 윤활을 제공해야만 하며 또한 금속 가공 공정 동안에 생성된 열을 제거함에 의해 냉각을 제공해야만 한다.
윤활이란 두 개의 움직이는 표면들 사이에서의 마찰의 감소로서 정의된다. 금속 가공 공정에서 두 가지 주요 형태의 윤활은 유체역학적 및 경계 또는 극도 압력(EP) 윤활이다. 유체역학적 윤활은 액체 윤활제의 막에 의해 움직이는 표면들을 분리시키는 것을 포함한다. 경계 또는 EP 윤활은 표면들이 서로 문질러질 때 경험되는 마모를 최소화한다. 중합체 윤활제는 이들 형태의 윤활을 모두 제공할 수 있다.
금속 가공 유체는 크게 오일성 및 비오일성의 두 부분으로 나누어진다. 오일성 부분은 스트레이트 오일, 가용성 오일, 및 반-합성 오일을 포함하며, 모두 기본적 윤활제로서 미네랄 오일을 이용한다. 비오일성 부분은 합성물로 알려져 있으며, 이는 수용성 운송 시스템 또는 희석제 내에 윤활성-제공 첨가제의 조성물을 포함한다. 가용성 오일 및 반-합성 제품은 시장의 80% 점유율을 가지며, 비-감수성(non-water reducible) 스트레이트 오일 부분이 10% 점유율을 가지고, 합성물이 10%의 시장을 갖는다.
존재하는 금속 가공 유체의 형태들은 장점들과 단점들을 갖는다. 오일을 함유한 제품은 우수한 윤활성, 넓은 범위의 적용, 및 부식으로부터 섬프(sumps)의 장벽 보호라는 장점들을 갖는다. 오일을 함유한 금속 가공 유체의 단점들은 물의 경도가 종종 유체 안정성에 영향을 주고, 더욱 높은 세정력 유화제의 함유로 인한 거품이 자주 문제되며, 더욱 큰 진흙 로드(dirt load)를 동반하고, 탱크의 배치 및 탱크의 청소에 비용이 더 들며, 더욱 큰 미생물 문제들을 갖는다는 점이다.
합성물의 사용은 환경 문제로부터 미생물 이점에 이르기까지 여러 가지 요인에 대해 장려된다. 그러나, 대부분의 고객이 오일 함유 제품을 계속 사용하는 것은 낮은 상대 비용에서 이들의 우수한 윤활성과 합성물과 관련된 증가된 유지 보수 부식 문제들 때문이다. 오일에 의해 공급되는 보호 장벽막이 상실된 합성 섬프는 부식될 수 있으며 가공 시스템 볼트를 "굳어지게 하여(freeze)," 유지 보수를 어렵게 만든다. 또한, 고 윤활 성능 합성 제품은 유사한 윤활 성능 오일 함유 제품과 비교할 때 비싸다. 반-합성물을 기준으로 한 가격에서 이들의 감소된 물리적 윤활성은 헤비-듀티 공정에서 이들의 사용을 제한한다.
발명의 요약
본 발명의 양태는 완전히 새로운 계열의 금속 가공 유체 제품에 관한 것이다. 이 신규 화합물은 카복실산염, 경계 윤활유 지방산, 및 EO/PO 중합체의 상조적인 블렌드를 포함하며, 이는 반응하여, 특정 구체예에서, 증대된 입자 크기, 뛰어난 윤활성 또는 이 둘 모두를 임의적으로 가질 수 있는 모이어티(moiety)를 형성한다. 또한, 특정 구체예에 사용한 희석물은 불투명하며, 유성(oil-based) 용액의 외관처럼 보인다.
특정 구체예에서, 금속 가공 유체 조성물은, 0.1 내지 50 부피%로 희석되는 경우, 125 nm 또는 초과의 부피 평균 입자 크기(부피 평균 입자 크기)를 가질 수 있다. 상기 조성물은,
(a) 하나 이상의 중합체 윤활제(polymeric lubricity agent);
(b) 하나 이상의 카복실산염;
(c) 하나 이상의 유화제 또는 분산제; 및
(d) 운송 성분(transport component)을 포함한다.
특정 구체예는 부식 보호 및 미생물 컨트롤을 제공하면서도 증가된 윤활성을 보여주도록 제작된 합성 금속 가공 유체가 될 수 있다.
발명의 상세한 설명
*한 구체예에서, 본 발명의 금속 가공 윤활유(lubricant)는 0.1 내지 50 부피 퍼센트로 희석되는 경우, 125 nm 또는 초과의 부피 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 한 구체예에서, 본 발명의 조성물은,
(a) 하나 이상의 중합체 윤활제;
(b) 하나 이상의 카복실산염;
*(c) 하나 이상의 유화제 또는 분산제; 및
(d) 운송 성분을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 조성물은,
(a) 중합체 윤활제로서 1 내지 80 부피 퍼센트의 하나 이상의 블록 공중합체;
(b) 1 내지 40 부피 퍼센트의 하나 이상의 카복실산염;
(c) 1 내지 20 부피 퍼센트의 하나 이상의 유화제 또는 분산제; 및
(d) 1 내지 97 부피 퍼센트의 운송 성분을 포함할 수 있다.
다른 구체예에서, 본 발명의 조성물은,
(a) 중합체 윤활제로서 5 내지 40 부피 퍼센트의 하나 이상의 블록 공중합체;
(b) 3 내지 30 부피 퍼센트의 하나 이상의 카복실산염;
(c) 2 내지 12 부피 퍼센트의 하나 이상의 유화제; 및
(d) 18 내지 97 부피 퍼센트의 운송 성분을 포함할 수 있다.
다른 구체예에서, 본 발명의 조성물은,
(a) 중합체 윤활제로서 15 내지 25 부피 퍼센트의 하나 이상의 블록 공중합체;
(b) 5 내지 15 부피 퍼센트의 하나 이상의 카복실산염;
(c) 3 내지 8 부피 퍼센트의 하나 이상의 유화제 또는 분산제; 및
(d) 52 내지 77 부피 퍼센트의 운송 성분을 포함할 수 있다.
이들의 각각의 구성요소 및 예들을 아래에 추가로 기술한다.
중합체 윤활제
예를 들어, 중합체 윤활제는 EO/PO 공중합체가 될 수 있다. EO/PO 중합체는 예를 들어, 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다. EO/PO 공중합체는 양쪽 말단에 폴리옥시에틸렌 사슬을 갖고 중심에 폴리옥시프로필렌 블록을 갖는 블록 공중합체가 될 수 있다. EO/PO 공중합체는 양쪽 말단에 폴리옥시프로필렌 사슬을 갖고 중심에 폴리옥시에틸렌 블록을 포함하는 블록 공중합체가 될 수 있다. EO/PO 공중합체는 에틸렌디아민에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 순차적 첨가로부터 유도된 테트라블록 공중합체가 될 수 있다. EO/PO 공중합체는 하나 이상의 말단 하이드록실기를 갖는 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 공중합체가 될 수 있다. EO/PO 공중합체는 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 랜덤 공중합체의 수용성 윤활유 베이스 스탁(base stocks)이 될 수 있다. EO/PO 공중합체는 수용성 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌 알코올 또는 이러한 알코올의 수용성 카복실산에스테르가 될 수 있다. EO/PO 공중합체는 하나의 말단 하이드록실기를 갖는 모든 폴리옥시프로필렌기의 알코올-시작 베이스 스탁이 될 수 있다. EO/PO 공중합체는 일염기 또는 이염기산 에스테르, 폴리올 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜 에스테르, 유기산으로 그라프트된 폴리알킬렌 글리콜, 포스페이트 에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 알코올, 또는 아크릴산 또는 메타크릴산 및 아크릴산 에스테르의 공중합체가 될 수 있다.
특히 고려되는 중합체는 폴리프로필렌 글리콜 블록 공중합체, 폴리에틸렌 글리콜 블록 공중합체, 또는 폴리에틸렌 글리콜/ 폴리프로필렌 글리콜 블록 공중합체를 포함한다.
카복실산염
부분적 중성화된 카복실산염이 네트워크에 중합체 윤활제를 위한 소수성 모이어티(moiety)를 제공하고 보다 큰 입자 크기의 엔지니어링을 제공하기 위해 고려된다. 염은, 예를 들어, 본 명세서에 기재된 임의의 알칼리제(alkaline agent)를 사용한 유리 카복실산, 지방, 또는 오일의 부분적 중성화에 의해 제조될 수 있다. 특히 고려되는 염의 양이온은 알칼리 금속 또는 알칸올아민 염, 예컨대 소듐 염(예를 들어, 산을 소듐 하이드록사이드로 처리함에 의해 제조되는)을 포함한다. 부분적 중성화의 pH는 사용된 알칼리제에 의존한다. 수많은 이들 카복실산염도 추가적으로 이들 자체의 경계 윤활을 제공한다.
공급원료로서 사용된 카복실산은 선형 또는 가지형의, 포화되거나 불포화된 유리 카복실산이 될 수 있다. 산은 포화되거나 불포화될 수 있고, 불포화 위치는 시스 또는 트랜스 배열이 될 수 있다. 산은 디카복실산, 트리카복실산, 또는 에스테르, 아민, 아미드, 또는 카복실산의 에톡실화된 유도체가 될 수 있다. 택일적으로, 동물 또는 식물성 지방 또는 오일이 직접적으로 중성화되어 카복실산염을 제공할 수 있다.
다음은 고려되는 카복실산 또는 이들의 공급원의 몇몇 예들이다: 카프론산(헥산산으로도 알려짐), 에난틱산(헵탄산으로도 알려짐), 카프릴산(옥탄산으로도 알려짐), 펠라르곤산(노난산으로도 알려짐), 이소노난산, 카프린산(데칸산으로도 알려짐), 네오데칸산, 라우르산(도데칸산으로도 알려짐), 스테아르산(옥타데칸산으로도 알려짐), 아라키딘산(에이코산산으로도 알려짐), 팔미트산(헥사데칸산으로도 알려짐), 에루스산, 올레산, 아라키돈산, 리놀레산, 리놀렌산, 미리스트산(테트라데칸산으로도 알려짐), 베헨산(도코산산으로도 알려짐), 알파-리놀렌산, 도코사헥산산, 리시놀렌산, 부티르산, 라드 오일, 탈로우 오일, 버터, 코코넛 오일, 팜 오일, 면실유, 윗점 오일, 소야 오일, 올리브 오일, 옥수수유, 해바라기유 및 유채 또는 카놀라 오일.
유화제 또는 분산제
물로 금속 가공 유체 조성물을 희석하면 불투명한 에멀션을 형성한다. 10% 초과의 농도에서, 에멀션은 안정화를 필요로 할 수 있다. 계획된 큰 입자 에멀션의 안정화를 제공하기 위해 유화제 또는 분산제가 고려된다.
유화제 또는 분산제는 다음 중 하나 이상이 될 수 있다: 알칸올아미드, 알킬아릴 설포네이트, 알킬아릴 설폰산, 아민 옥사이드, 아미드 및 아민 소프, 블록 공중합체, 카복실화된 알코올, 카복실산 또는 지방산, 에톡실화된 알코올, 에톡실화된 알킬페놀, 에톡실화된 아민 또는 아미드, 에톡실화된 지방산, 에톡실화된 지방산 에스테르 및 오일, 에톡실화된 페놀, 지방 아민 및 에스테르, 글리세롤 에스테르, 글리콜 에스테르, 이미다졸린 및 이미다졸린 유도체, 리그닌 및 리그닌 유도체, 말레산 또는 숙신산 무수물, 메틸 에스테르, 모노글리세리드 및 유도체, 나프텐산, 올레핀 설포네이트, 포스페이트 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리올, 중합체(폴리사카라이드, 아크릴산, 아크릴아미드), 프로폭실화 및 에톡실화된 지방산, 알코올 또는 알킬 페놀, 4급(quaternary) 계면활성제, 사르코신 유도체, 소프, 소르비탄 유도체, 슈크로스 및 글루코스 에스테르 및 유도체, 오일 및 지방산의 설페이트 및 설포네이트, 에톡실화된 알킬페놀의 설페이트 및 설포네이트, 알코올의 설페이트, 에톡실화된 알코올, 또는 지방산 에스테르, 도데실 및 트리데실벤젠, 나프탈렌, 알킬 나프탈렌, 또는 석유의 설포네이트, 설포숙시나메이트, 설포숙시네이트 및 유도체, 또는 트리데실 및 도데실 벤젠 설폰산.
부식 억제 성분
오일 함유 제품은 오일 자체에 크게 의존하여 부식 보호의 경계 코팅을 형성한다. 비-오일 함유 제품은 임의적으로 화학물질 수단에 의해 이 부식 보호를 달성할 수 있다. 부식 억제제는, 적은 농도로 첨가될 때, 금속 및 합금의 부식을 중단시키기나 둔화시키는 화학적 화합물이다.
부식 억제제에 대한 몇몇 메커니즘은 산화환원반응 부식 시스템(양극 및 음극 억제제)의 산화 또는 환원 부분을 억제하거나 용해된 산소를 스캐빈징하는 보호막 층(passivation layer; 금속으로 부식 물질의 접근을 막는 물질의 표면상 박막)의 형성이다.
이 군에 포함되는 많은 다른 물질들이 있다. 몇몇 예들은 카복실산의 알칼리 및 알칸올아민 염, 운데칸이산 또는 도데칸이산 또는 이들의 염, C4-22 카복실산 또는 이들의 염, 붕산 및 이의 염, 톨리트리아졸 및 이의 염, 벤조트리아졸 및 이들의 염, 이미다졸린 및 이들의 염, 알칸올아민 및 아미드, 설포네이트, 나프텐산의 알칼리 및 알칸올아민 염, 포스페이트 에스테르 아민 염, 알칼리 나이트라이트, 알칼리 카보네이트, 카복실산유도체, 알킬설폰아미드 카복실산, 아릴설폰아미드 카복실산, 지방 사코사이드(fatty sarkosides), 페녹시 유도체 및 소듐 몰리브데이트이다.
알칼리제
알칼리성 및 pH 버퍼링을 유지하기 위한 일부 예에서, 알칼리제는 생성물에 바람직한 pH를 제공한다. 알칼리제의 예들은 알칸올아민 - 1차, 2차 및 3차, 아미노메틸프로판올(AMP-95), 디글리콜아민(DGA), 모노에탄올아민(MEA), 모노이소프로판올아민(MIPA), 부틸에탄올아민(NBEA), 디시클로헥실아민(DCHA), 디에탄올아민(DEA), 부틸디에탄올아민(NBDEA), 트리에탄올아민(TEA), 금속 알칼리 하이드록사이드, 포타슘 하이드록사이드, 소듐 하이드록사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 리튬 하이드록사이드, 금속 카보네이트 및 비카보네이트, 소듐 카보네이트, 소듐 비카보네이트, 포타슘 카보네이트 및 포타슘 비카보네이트를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 특정 구체예에 대해 바람직한 알칼리제는 금속 알칼리 하이드록사이드이다.
조성물에 대해 고려되는 pH는 임의적으로 3 또는 초과, 임의적으로 3 내지 10, 임의적으로 4 내지 9, 임의적으로 4 내지 8이다.
다른 성분
조성물은 또한 소포제(anti-foaming agent) 및/또는 살생물제 또는 살균제뿐 아니라 임의의 다른 일반적이거나 신규한 첨가제를 포함할 수 있다.
운송 성분
분산 미디움 또는 비히클로서도 언급될 수 있는, 바람직한 운송 성분은, 주로, 임의적으로 전적으로, 물이다. 임의적으로, 그러나, 조성물은 하나 이상의 오일을, 바람직하게 10 부피 퍼센트 미만으로 함유할 수 있다. 이들은 임의의 일반적인 윤활유가 될 수 있다. 혼합된 오일 및 물 운송 성분을 고려한다면, 물과 오일의 안정한 에멀션을 만들기 위해 유화제가 사용될 수 있다.
현재 유용한 비-오일 제품의 긍정적인 속성이 임의적으로 이 조성물에 유지될뿐 아니라 임의적으로 다음 중 하나, 하나 이상, 또는 전부를 포함한다: 환경 규정 준수, 우수한 냉각, 우수한 칩 제거 또는 세팅 특성, 긴 섬프 수명 및 우수한 생물학적 저항성.
청구된 발명에서, 가공 금속 유체 조성물은, 0.1 내지 50 부피 퍼센트로 희석되는 경우, 탭핑 토크 장치(tapping torque instruments)에 의해 측정된 8000 Newton-cm-1미만의 윤활성을 가질 수 있다.
조성물은 임의적으로 로우-오일(즉, 10 부피% 이하의 오일) 또는 실질적으로 또는 완전한 오일-프리 포뮬레이션에서 하나 이상의 아래의 바람직한 특성들을 가질 수 있다:
● 오일 함유 제품의 윤활성,
● 오일 함유 제품의 것에 근접한 윤활성/비용 대 성능비 포인트,
● 감소된 작업자 자극(자극은 더욱 높은 pH 제품과 관련된다),
● 오일 함유 제품의 녹 또는 다른 부식 보호, 또는
● 알칸올아민이 없는 화학.
입자 크기
아래의 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 포뮬레이트된 본 발명의 조성물은 입자를 함유한다. 본 발명이 이 이론의 정확성에 따라 제한되는 것은 아니지만, 보다 큰 윤활성을 제공하기 위해서는 보다 큰 입자가 고려된다. 임의의 구체예의 고려되는 입자는 임의적으로 120 내지 100,000 나노미터(nm), 택일적으로 120 내지 100,000 nm, 택일적으로 120 내지 10,000 nm, 택일적으로 120 내지 5000 nm, 택일적으로 125 내지 10,000 nm, 택일적으로 125 내지 5000 nm,, 택일적으로 125 내지 2000 nm, 택일적으로 140 내지 10,000 nm, 택일적으로 140 내지 5000 nm, 택일적으로 140 내지 2000 nm, 택일적으로 200 내지 10,000 nm, 택일적으로 200 내지 5,000 nm, 택일적으로 200 내지 2000 nm, 택일적으로 220 내지 10,000 nm, 택일적으로 220 내지 5,000 nm, 택일적으로 220 내지 2000 nm, 택일적으로 350 내지 10,000 nm, 택일적으로 350 내지 5,000 nm, 택일적으로 350 내지 2,000 nm의 부피 평균 직경을 갖는다.
실시예
상술한 내용은 아래의 실시예를 참고하여 보다 잘 이해될 수 있으며, 이는 본 발명을 수행하기 위한 방법을 설명하도록 의도되지만, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지는 않는다.
실시예 1:
Figure pat00001
표 1의 물질 A로부터 E가 6061 알루미늄의 탭핑을 포함하는 탭핑 토크 공정에 사용되었다. 시험하기 전에 농축액은 1차로 7.5 부피% 용액으로 희석하였다. 탭핑 토크 시험은 금속 가공 유체의 윤활성 성능의 양적 측정이다. 이는 D5619의 ASTM 표준 방법 지정을 갖는다. 탭핑 토크는 다른 시험보다 더욱 나은 방법으로 산업적 가공 공정을 반영하며, 이는 일반적으로 두 금속 표면을 함께 마찰시킴에 의해 수행된다. 이는 실험실에서 금속 가공 유체(MWF) 제품 가공 성능을 구별하는 우수한 방법이다. 탭핑 토크 결과는 가공 수행 분야와 잘 연관되는 것으로 판명되었다.
탭핑 토크 장치는 실제 절삭이 수행되는 동안, MWF의 윤활성을 측정하도록 고안되었다. 탭핑 공정 동안, 탭핑 토크 장치는 컷(cut)의 깊이 전반에 걸쳐 탭 어드밴스보다 순간적으로 250배의 토크를 측정한다. 이후 특정화된 소프트웨어로 데이터 분석을 용이하게 한다. 탭핑 토크는 N-m(뉴턴-미터) 또는 N-cm(뉴턴-센티미터)의 단위로 표현된다. 고 윤활성인 제품은 더욱 낮은 토크값을 생성할 것이다. 반면에, 저 윤활성 제품은 높은 토크값을 생성할 것이다. 이 방법에서 장치는 제품 사이의 윤활성 성능의 차이를 정량화한다.
탭핑 토크 장치의 단점은 측정된 절대 토크값이 사용된 탭의 직경에 의존하고 이에 의해 변한다는 점이다. 따라서, 이들 기하학적 효과를 제거하기 위해, 면적당 토크로서 윤활성을 나타내고 탭이 1 회전하는데 드는 에너지를 기술하는 것이 효과적이다. 이를 위한 화학식은,
E/A = (2'r) /r2
여기서, t= 토크값, r = 탭의 반경, E/A = 면적당 에너지이고 단위는 N-m-1(미터당 뉴턴) 또는 N-cm-1(센티미터당 뉴턴)이다.
E/A로서 확인된 윤활성 데이터를 표 1에 나타내었다. E/A값이 낮을수록, 윤활성 및 가공 성능은 좋아진다. 모든 샘플은 시험 이전에 물을 사용하여 7.5 부피%로 희석하였다.
실시예 2:
표 1의 물질들은 나노미터 단위에서 부피 평균 입자 크기의 측정을 포함하는 입자 크기 공정에 사용되었다. 시험하기 전에 농축액은 물을 사용하여 1차로 7.5 부피% 용액으로 희석하였다. 입자 크기를 재는 장치는 20 내지 100,000 나노미터의 입자 크기를 정량하기 위해 고효율 동적 광산란을 사용한다.
모든 샘플은 시험 이전에 7.5 부피%로 희석하였다. 결과적인 입자 크기를 표 1에 나타내었다.
실시예 3:
표 1로부터 물질 C를 입자 크기에 대해 2가지의 다른 농도에서 측정하였으며, 외관 및 에멀션 안정성을 각 농도에서 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었으며, 이는 각 농도에서 큰 평균 입자 크기, 불투명한 외관, 및 우수한 안정성을 보여준다. 더욱 큰 입자 크기는 더욱 우수한 윤활유의 특징이다. 전형적인 합성 MWF는 희석되었을 때, 100 나노미터 미만의 입자 크기를 갖는 투명한 용액을 형성한다. 샘플 C의 희석물은 전형적인 합성 MWF가 보여주는 최대 입자보다 3.5 내지 20배가 더 큰 입자 크기를 갖는다.
Figure pat00002
실시예 1-3은 최적의 윤활성 및 입자 크기가 10% 카복실산-알칼리염 및 20% 플로닉 "R" 블록 공중합체가 결합된 샘플 C로부터 얻어짐을 보여준다. 이 비율은 최대 부피 평균 입자 크기 및 최대 윤활성을 준다.
또한, 실시예로부터 명확한 것은 대부분, 조성물의 윤활성은 자체의 부피 평균 입자 크기와 상관관계에 있다는 점이다. 증가된 부피 평균 입자 크기는 증가된 윤활성으로 나타난다.
실시예 3은 증가된 농도의 샘플 C가 상당히 큰 부피 평균 입자 크기를 나타내는 것을 보여준다. 이것은 더욱 높은 농도의 샘플 C를 안정화하기 위해서는 유화제가 필요함을 설명해준다. 유화제가 없는 경우, 더욱 높은 농도의 입자 크기는 지속적으로 응집화되어 불안정한 상태가 될 것으로 보인다.
여기에 기재된 현재의 바람직한 구체예에 대한 다양한 변화 및 변형이 당업자에게 명백하게 될 것임을 이해하여야 한다. 이러한 변화 및 변형은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이의 의도된 장점을 감소시키지 않으면서도 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 변화 및 변형은 첨부된 청구범위에 해당하도록 의도된다.

Claims (24)

  1. (a) 하나 이상의 중합체 윤활제;
    (b) 하나 이상의 카복실산염;
    (c) 하나 이상의 유화제 또는 분산제; 및
    (d) 운송 성분을 포함하고,
    0.1 내지 50 부피 퍼센트로 희석되는 경우, 125 nm 또는 초과의 부피 평균 입자 크기를 가지는 금속 가공 유체(metalworking fluid) 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 10 부피 퍼센트 미만으로 하나 이상의 오일을 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 운송 성분이 물을 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 부식 억제 성분을 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 부식 억제 성분이 카복실산의 알칼리 및 알칸올아민 염, 운데칸이산 또는 도데칸이산 및 이들의 염, C4-22 카복실산 및 이들의 염, 붕산, 화합물 및 이들의 염, 톨리트리아졸 및 이의 염, 벤조트리아졸 및 이의 염, 이미다졸린 및 이의 염, 알칸올아민 및 아미드, 설포네이트, 나프텐산의 알칼리 및 알칸올아민 염, 포스페이트 에스테르 아민 염, 알칼리 나이트라이트, 알칼리 카보네이트, 카복실산 유도체, 알킬설폰아미드 카복실산, 아릴설폰아미드 카복실산, 지방 사코사이드(fatty sarkosides), 페녹시 유도체 및 소듐 몰리브데이트 중 하나 이상을 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, pH가 3 내지 9인 금속 가공 유체 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 알칼리제(alkalinity agent)를 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 알칼리제가 알칸올아민 - 1차, 2차 및 3차, 아미노메틸프로판올(AMP-95), 디글리콜아민(DGA), 모노에탄올아민(MEA), 모노이소프로판올아민(MIPA), 부틸에탄올아민(NBEA), 디시클로헥실아민(DCHA), 디에탄올아민(DEA), 부틸디에탄올아민(NBDEA), 트리에탄올아민(TEA), 금속 알칼리 하이드록사이드, 포타슘 하이드록사이드, 소듐 하이드록사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 리튬 하이드록사이드, 금속 카보네이트 및 비카보네이트, 소듐 카보네이트, 소듐 비카보네이트, 포타슘 카보네이트 및 포타슘 비카보네이트 중 하나 이상인 금속 가공 유체 조성물.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 알칼리제가 금속 알칼리 하이드록사이드인 금속 가공 유체 조성물.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 소포제(anti foaming agent)를 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 살생물제(biocide) 및/또는 살균제를 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 윤활제가 블록 공중합체인 금속 가공 유체 조성물.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 윤활제가 양쪽 말단에 폴리옥시에틸렌 사슬을 갖고 중심에 폴리옥시프로필렌 블록을 포함하는 블록 공중합체, 양쪽 말단에 폴리옥시프로필렌 사슬을 갖고 중심에 폴리옥시에틸렌 블록을 포함하는 블록 공중합체, 에틸렌디아민에 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 순차적 첨가로부터 유도된 테트라블록 공중합체, 하나 이상의 말단 하이드록실기를 갖는 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 공중합체, 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 랜덤 공중합체의 수용성 윤활유 베이스 스탁(base stocks), 수용성 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌 알코올 또는 이러한 알코올의 수용성 카복실산에스테르, 하나의 말단 하이드록실기를 갖는 모든 폴리옥시프로필렌기의 알코올-시작(alcohol-started) 베이스 스탁, 일염기 및 이염기산 에스테르, 폴리올 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜 에스테르, 유기산으로 그라프트된 폴리알킬렌 글리콜, 포스페이트 에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 알코올 및 아크릴산 또는 메타크릴산 및 아크릴산 에스테르의 공중합체 중 하나 이상인 금속 가공 유체 조성물.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 윤활제가 폴리프로필렌 글리콜 블록 공중합체인 금속 가공 유체 조성물.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 윤활제가 폴리에틸렌 글리콜 블록 공중합체인 금속 가공 유체 조성물.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 윤활제가 폴리에틸렌 글리콜/폴리프로필렌 글리콜 블록 공중합체인 금속 가공 유체 조성물.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 카복실산염이 C4-C22 카복실산 또는 지방산 및 에스테르의 알칼리 및/또는 알칸올아민 염을 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 카복실산염이 부탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 노난산, 이소노난산, 데칸산, 네오데칸산, 도데칸산, 테트라데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 알파-리놀렌산, 리시놀렌산, 에이코산산, 도코산산, 도코사헥산산, 에루스산, 아라키돈산, 라드 오일, 탈로우 오일, 버터, 코코넛 오일, 팜 오일, 면실유, 윗점 오일(wheat germ oil), 소야 오일, 올리브 오일, 옥수수유, 해바라기유 및 유채 또는 카놀라 오일 중 하나 이상을 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 유화제 또는 분산제가 알칸올아미드, 알킬아릴 설포네이트, 알킬아릴 설폰산, 아민 옥사이드, 아미드 및 아민 소프, 블록 공중합체, 카복실화된 알코올, 카복실산 또는 지방산, 에톡실화된 알코올, 에톡실화된 알킬페놀, 에톡실화된 아민 또는 아미드, 에톡실화된 지방산, 에톡실화된 지방산 에스테르 및 오일, 에톡실화된 페놀, 지방 아민 및 에스테르, 글리세롤 에스테르, 글리콜 에스테르, 이미다졸린 및 이미다졸린 유도체, 리그닌 및 리그닌 유도체, 말레산 또는 숙신산 무수물, 메틸 에스테르, 모노글리세리드 및 유도체, 나프텐산, 올레핀 설포네이트, 포스페이트 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리올, 중합체(폴리사카라이드, 아크릴산, 아크릴아미드), 프로폭실화 및 에톡실화된 지방산, 알코올 또는 알킬 페놀, 4급(quaternary) 계면활성제, 사르코신 유도체, 소프, 소르비탄 유도체, 슈크로스 및 글루코스 에스테르 및 유도체, 오일 및 지방산의 설페이트 및 설포네이트, 에톡실화된 알킬페놀의 설페이트 및 설포네이트, 알코올의 설페이트, 에톡실화된 알코올의 설페이트, 지방산 에스테르의 설페이트, 도데실 및 트리데실벤젠의 설포네이트, 나프탈렌 및 알킬 나프탈렌의 설포네이트, 석유의 설포네이트, 설포숙시나메이트, 설포숙시네이트 및 유도체, 또는 트리데실 및 도데실 벤젠 설폰산 중 하나 이상인 금속 가공 유체 조성물.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 가공 유체 조성물이, 0.1 내지 50 부피 퍼센트로 희석되는 경우, 탭핑 토크 장치(tapping torque instruments)에 의해 측정된 8000 Newton-cm- 1미만의 윤활성을 가지는 금속 가공 유체 조성물.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 1 내지 80 부피 퍼센트의 하나 이상의 블록 공중합체;
    (b) 1 내지 40 부피 퍼센트의 하나 이상의 카복실산염;
    (c) 1 내지 20 부피 퍼센트의 하나 이상의 유화제; 및
    (d) 운송 성분을 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 5 내지 40 부피 퍼센트의 하나 이상의 블록 공중합체;
    (b) 3 내지 30 부피 퍼센트의 하나 이상의 카복실산염;
    (c) 2 내지 12 부피 퍼센트의 하나 이상의 유화제; 및
    (d) 운송 성분을 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 15 내지 25 부피 퍼센트의 하나 이상의 블록 공중합체;
    (b) 5 내지 15 부피 퍼센트의 하나 이상의 카복실산염;
    (c) 3 내지 8 부피 퍼센트의 하나 이상의 유화제; 및
    (d) 운송 성분을 포함하는 금속 가공 유체 조성물.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 120 내지 100,000 나노미터(nm), 택일적으로 125 내지 10,000 nm, 140 내지 10,000 nm, 택일적으로 220 내지 10,000 nm, 택일적으로 350 내지 5,000 nm, 택일적으로 350 내지 2,000 nm의 부피 평균 직경을 갖는 금속 가공 유체 조성물.
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