KR20170088109A - 친환경 금속 가공유제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 금속 가공유제에 관한 것으로 물의 전기분해에 의해 생성된 알카리 전해수 25.0 ~ 32.5 중량%;
항화석(抗火石) 개질수 25.0 ~ 35.0 중량%; 방청 및 내부패재로서 아민(Amine) 수용액 15.0 ~ 25.0 중량%;윤활
첨가제 15.0 ~ 20.0 중량%; 및 유기산류 2,5 ~ 5.0 중량%를 배합하여 조성된 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 본 발명의 친환경 금속 가공유제는 종래의 인체에 유해하고, 환경을 오염시키는 석유계나 광물계 오
일 및 동식물 오일을 포함하지 않은 수성 가공유제로서, 생분해성, 폐액처리성, 폐액 재사용 등이 우수하며, 가
공원가가 절감된다. 또한, 인체에 무해한 수용성 가공유제를 사용함으로써 작업자가 가공유제에 노출 접촉되어도
인체에 안전하며, 가공유제에 의해 작업환경이 오일에 오염되지 않아 작업성 및 작업환경이 개선된다. 그리고,
강력한 살균작용과 청정작용을 가지는 전해 이온수 및 항화석 개질수를 조성물로 사용하기 때문에 장기간 사용
보관하여도 부패나 악취가 발생하지 않으며, 피삭재에 대한 방청성능이 우수하고 냉각성, 윤활성 및 가공성이 탁
월하다.

Description

친환경 금속 가공유제{ENVIRONMENTAL FRIENDLY WATER SOLUBLE METAL WORKING FLUID COMPOSITION}

본 발명은 절삭가공이나 연삭가공 등에 사용하는 친환경 금속 가공유제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광유나 동식물 오일을 기유(Base Oil)로 사용하지 않는 세미 케미칼 형(Semi-Chemical Type)의 수용성 친환경 금속 가공유제에 관한 것이다

금속소재의 불필요한 부분을 절삭 또는 연삭하여 요구되는 형상으로 가공하는 금속가공분야에서 가공능률 및 가

공정밀도를 높이기 위하여 절삭유 또는 연삭유가 사용되고 있다. 이러한 절삭유는 크게 유용성과 수용성으로 구

분되며 종래에는 절삭성능과 부식방지성능이 우수한 유용성 절삭유가 주로 사용되어 왔다.

[0003] 그러나 유용성 절삭유는 오일을 주성분으로 하기 때문에 윤활성은 우수하지만 사용 중 화재위험, 환경오염 유발

등의 문제점으로 인하여 그 사용량이 점차 감소하고 있는 실정이다. 따라서 환경오염을 덜 유발하는 수용성 절

삭유의 사용량이 점차 증가하고 있는 추세이나 윤활성능은 유용성 절삭유에 비해 부족하며 또한 부패한다는 것

이 단점이다.

[0004] 따라서 수용성 절삭유의 부족한 윤활성능을 보완하기 위해 절삭유에 첨가되는 내마모제, 유성 향상제 및 부패방

지제, 부식방지제, 거품방지제, 점증제 등 첨가제들의 물성 향상에 관한 연구들이 이루어지고 있으며 그 중에서

윤활성능과 직접적으로 관련되는 내마모제 및 유성향상제의 선택은 매우 중요하다. 지금까지 내마모제로 사용되

는 염소화파라핀, 황화합물 등은 염소나 황을 포함한 첨가제로 인체에 대한 유해성 뿐만아니라 대기 및 수질 환

경오염을 유발하기 때문에 최근에 이들을 대체하기 위한 환경친화형 절삭유 관련 연구들이 활발히 이루어지고

있다.

[0005] 대표적인 예로 폴리알킬렌글리콜의 지방산에스테르, 폴리알킬렌글리콜에테르, 폴리알킬렌글리콜과 지방산 혼합

물, 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드의 에스테르, 이염기산의 모노에스테르, 히드록시 스테아린산의 에스테

르 등이 있다.

[0006] 현재 선진국에서의 수용성 절삭유에 대한 개발동향은 수용성 절삭유의 단점인 윤활성능과 내부패성 성능을 개선

하여 환경친화적 절삭유를 개발하는데 중점을 두고 있으며, 선진국에서는 벌써 일부 개발되어 시판하고 있고 현

재에도 제품의 품질을 개선하기 위하여 집중 연구를 하고 있다.

[0007] 그리고 현재는 환경친화적인 제품이 요구되면서 생분해성, 폐액처리성, 폐액 재사용 등의 환경처리성이 뛰어난

원료 물질을 합성하여 사용할 수밖에 없게 되었으며 선진국을 비롯한 모든 나라에서 이와 같은 방향으로 연구

개발하고 있다.

[0008] 또한, 무엇보다 중요한 것은 사용하는 근로자들의 건강에 관한 사항이다. 절삭유의 노출로 인하여 근로자들은

신체의 여러 조직에 질환을 초래한다고 알려져 있다.현재 선진국에서는 절삭유에 포함되어 근로자의 건강에 악 영향을 미칠 것으로 생각되는 광유와 다핵방향족 탄

화수소류, 염소화파라핀, 포름알데히드, 니트로스아민 등의 사용량이 규제되고 있다

[0010] 국내의 기술동향은 외국과 기술제휴 또는 합작투자 등을 통해 외국설계에 대부분 의존하고 있으며, 내마모제 및

유성향상제 등의 원료를 실험실적으로 합성하는 수준이며 주로 원료를 수입하여 배합하는 방향으로 진행되고 있

다. 특히, 선진국에 비해 독자적인 원료합성기술, 부족한 현장 성능평가 기술, 환경영향평가에 관한 기술은 등

한시되고 있는 실정이다.

[0011] 에멀젼형, 솔루블형, 합성형 등의 수용성 절삭유 중에서 국내에서 개발된 환경친화형 합성형의 수용성 절삭유는

제조업체에서 핵심 중간물질이나 원료를 수입하여 국내에서 브렌딩한 후 판매하고 있는 정도이다. 그러나, 국내

산업계에도 환경친화에 대한 관심이 높아지면서 작업환경 개선에 많은 노력을 기울이고 있어 앞으로 환경오염이

적은 수용성 절삭유에 대한 수요가 크게 증가할 것으로 예상된다.

[0012] 일본 다카하시(高橋)금속 주식회사가 한국에 출원하여 등록된 한국 등록특허 10-0398446호(2003.09.02 등록)에

는 수용성 절삭유에 전해 이온수를 혼합해서 절삭유의 부패방지와 절삭 가공시의 가공성 향상, 가공 공구의 수

명연장 및 가공시의 지석의 표면 메움 현상을 방지하는 효과를 가진 수용성 절삭유를 제공하기 위해, 전해 이온

수 생성장치(1)에서 얻어지는 물의 pH 값이 8.0 ~ 13.0이고, 산화 환원전위가 -100mV ~ -1000mV인 전해 이온수를 액면센서(7)로 관리하면서 혼합탱크(3) 내로 이송시켜, 액면센서(7)가 적당량을 감지한 위치에서 전해 이온

수의 이송이 그치도록 하고, 절삭유 탱크(5)로부터 절삭유를 정량펌프(4)로 주입시켜 교반기(6)로 교반하면서

혼합시킨 수용성 절삭유를 이송펌프(8)로 가공기에 급유하도록 된 전해 이온수를 혼합한 수용성 절삭유 및 그

제조장치를 개시하고 있다.

또한, 한국 등록특허 10-0665790호에는 식물유 30~60중량%를 기유로 사용하고 [0013] 불포화 및 포화 고급 지방산 등의

윤활성 향상제 5~25중량%, 이염기 지방산, 아마이드 등의 방청 및 유화제 중량 1~10%, 알코올계 용매 3~20중량

%, pH 조정제 0.1~1.5중량%, 천연계 계면활성제 3~7중량%, 부식방지제 0.1~0.5중량%, 산화방지제 0.1~1중량% 및

미생물 억제제 0.5~3중량%으로 배합하여 조성된 것을 특징으로 하는 에멀젼형 수용성 절삭유 조성물로서, 피삭

재에 대한 방청성, 윤활성, 냉각성, 열역학적인 상(相)의 안정성 등이 충족되어 장기간 보관하여도 상 분리가

없으며, 사용 중 특유한 냄새가 없고 미스트(Mist)현상이 억제되며 친환경적이고, 인체에 무해하여 피부나 호흡

질환의 우려가 없고 금속가공, 정밀가공 시에 유효하게 사용할 수 있게 한 수용성 절삭유 조성물을 개시하고 있

다.

[0014] 그러나 상술한 종래의 수용성 절삭유에 관한 기술들은 여전히 다음과 같은 문제점이 있다.

[0015] 첫째, 수용성 절삭유는 미생물에 의해 부패하기 쉽고, 이로 인해 악취가 발생하고 있다.

[0016] 둘째, 수용성 절삭유의 교환주기가 짧고, 교환시 산업 폐기물이 발생하여 가공 원가가 증대된다.

[0017] 셋째, 수용성 절삭유는 유용성 절삭유에 비해 윤활성, 방청효과가 나쁘다.넷째, 종래의 유용성 절삭유는 생분해성, 폐액처리성, 폐액 재사용 등의 환경처리성이 나쁘다.

[0019] 다섯째, 종래의 유용성 절삭유를 사용시 작업자가 절삭유에 함유된, 그리고 가공시에 분해 휘발되는 각종 유해

물질에 작업자가 노출되고, 작업장 주변이 절삭유 오일에 오염되어 작업성 및 작업환경이 나쁘다.

[0020] 따라서, 상기와 같은 문제점을 가지고 있는 유용성 절삭유 및 수용성 절삭유를 대체할 친환경 금속 가공용 절삭

유 또는 금속 가공유제가 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로 수용성 절삭유의 기능은 유지하되 미생물에

의한 부패를 방지하고, 작업자에게 노출되어도 무해한 안전한 친환경 금속 가공유제를 제공하는 것을 목적으로한다.

본 발명의 다른 목적은 유용성 절삭유와 대등한 윤활성과 방청효과를 제공할 [0024] 수 있는 친환경 금속 가공유제를

제공하는 것이다.

[0025] 본 발명의 또 다른 목적은 교환주기가 길어 장시간 사용할 수 있고, 생분해성, 폐액처리성, 폐액 재사용 등의

환경처리성이 뛰어난 환경 친화적인 친환경 금속 가공유제를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 친환경 금속 가공유제는 물의 전기분해에 의해 생성된 알카리 전해수

25.0 ~ 32.5 중량%; 항화석(抗火石) 개질수 25.0 ~ 35.0 중량%; 방청 및 내부패재로서 아민(Amine) 수용액

15.0 ~ 25.0 중량%;윤활 첨가제 15.0 ~ 20.0 중량%; 및 유기산류 2,5 ~ 5.0 중량%를 배합하여 조성된다.

[0027] 상기 알카리 전해수는 물 전기분해조의 음극(-)실에서 생성되고, pH 13.0 이상인 것을 특징으로 하며, 항화석

개질수는 50℃ 이상으로 가열된 물을 다공성 항화석(석영조면암) 표면에 접촉 개질시켜서 상온으로 냉각된 것을

특징으로 한다.

[0028] 또한, 아민 수용액은 탄소수 3 ~ 6의 알카놀 아민, 또는 탄소수 1 ~ 12의 알킬기를 가지는 테트라알킬디아민인

것을 특징으로 하며, 윤활 첨가제는 폴리4-불소화에틸렌(PTFE), 흑연, 금속 산화물, 붕소 질화물, 몰리브덴 황

화물 또는 인산염으로부터 선택된 유기 또는 무기 고체 윤활제로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 한

다.

[0029] 그리고 유기산류는 아세트산(초산), 주석산 또는 구연산으로부터 선택된 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결수단에 의한 본 발명은 종래의 유용성 절삭유에 있어서 기유(Base Oil)로 사용하는 인체에

유해하고, 환경을 오염시키는 석유계나 광물계 오일 및 동식물 오일을 포함하지 않은 친환경 금속

가공유제로서, 생분해성, 폐액처리성, 폐액 재사용 등이 우수하며, 가공원가가 절감된다.

[0031] 또한, 인체에 무해한 친환경 금속 가공유제를 사용함으로써 작업자가 가공유제에 노출 접촉되어도 인체에 안전

하며, 오일이 포함되지 않는 가공유제를 사용하므로 작업환경이 오일에 오염되지 않아 작업성 및 작업환경이 개

선된다.

[0032] 또한, 본 발명은 강력한 살균작용과 청정작용을 가지는 전해 이온수 및 항화석 개질수를 조성물로 사용하기 때

문에 장기간 사용 보관하여도 부패나 악취가 발생하지 않으며, 피삭재에 대한 방청성능이 우수하고 냉각성, 윤

활성 및 가공성이 탁월하다.

본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

[0034] 본 발명의 친환경 금속 가공유제의 조성물은 광물성이나 동식물성 기유(Base Oil)를 포함하지 않고, 물의 전기

분해에 의해 생성된 알카리 전해수와, 항화석(抗火石) 개질수, 방청 및 내부패재로서 아민(Amine) 수용액, 윤활

첨가제 및 유기산류로 배합되어 가공유제의 부패방지와 절삭 가공시의 가공성 향상, 가공 공구의 수명연장 등을

제공한다.

[0035] (알카리 전해수)

[0036] 알카리 전해수는 전해 이온수 생성장치(격막식 전해조)의 음극(-)실에서 얻을 수 있으며, pH 13.0 이상인 것 또

는 산화환원 전위(ORP)가 -1000mV 이하인 것을 사용한다. 전해 이온수 생성장치는 잘 알려진 기술로서, 예를 들

면, 수도물을 원수로 하여 연수기를 통과시켜 칼슘이온과 마그네슘이온을 제거하고, 여기에다 탄산나트륨 또는염화나트륨, 탄산칼륨 중의 하나를 첨가해서 전해조가 음극(-)실과 양극(+)실의 격막으로 분리된 전해이온수 생

성장치에서 전기분해하면 음극(-)실에서 는 강알카리 전해수, 양극(+)실에서는 강산성 전해수가 생성된다.

알카리 전해수는 강력한 방청능력, 탈지성, 세정성 및 살균성을 가지고 있는 [0037] 것으로 잘 알려져 있다. 알카리 전

해수는 pH값이 높고, 용존 산소량이 적을 뿐만 아니라 환원성이 크기 때문에 금속을 산화시키기 어려운 환경을

형성한다. 또한, 금속표면에 수산화물을 주체로 하는 부동태 피막이 형성되어 부식을 억제한다.

[0038] 알카리 전해수의 pH값이 13.0에 이르면, ORP는 -960mV, 이온농도는 대략 2,300ppm, 용존산소는 1ppm정도이며,

자극냄새가 없으며, 눈이나 피부를 자극하지 않는다. 또한, 알카리 전해수는 상온(20℃)에서 일반 수용성 80℃

에 해당하는 표면장력을 가지기 때문에 침투력이 강하다. 그리고, 절삭 가공시에 가공물의 발열로 인하여 40 ~

70℃로 가열되면 일반 수용성 100℃이상의 증기범위에 해당하는 강력한 탈지 세정력을 갖는다.

[0039] 알카리 전해수의 함유량은 친환경 금속 가공유제 전체를 100중량%로 했을 경우, 하한이 25.0중량% 이상, 상한이

32.5 중량% 이하가 바람직하다. 알카리 전해수의 함유량이 너무 많으면, 가공 작업시 자극적인 냄새나 가공물의

산화, 변색이 일어나고, 너무 적으면 장기 보관 사용시 부패가 일어날 수 있다.

[0040] (항화석 개질수)

[0041] 항화석(抗火石) 개질수는 50℃ 이상으로 가열된 물을 다공성 항화석 표면에 접촉 개질시켜서 상온으로 냉각된

것을 조성물로 사용한다.

[0042] 항화석은 석영, 장석, 흑운모를 주성분으로 하는 세립질 화산암(분출암)이다. 반들거리는 흑색 암석이지만 가열

하면 밀도와 색갈이 변하여 다공성의 부석(浮石)과 같이 변한다.

물을 항화석에 접촉 통과시키면, 물은 이온화되어 수산기(OH

-

[0043] )가 생성되고 강한 산화 환원작용이 일어나는 물로

개질되는 것으로 알려져 있다. 또한, 개질수는 물과의 접촉각이 거의 "0"이 되는 초친수성을 띄게 되며, 이에

따라 본 발명의 친환경 금속 가공유제에 함유된 수산기가 물분자의 표면장력을 이겨내고 가공물 표면에 고농도

로 배열되어 가공유제에 높은 침투성을 가지도록 한다.

[0044] 항화석 개질수의 함유량은 친환경 금속 가공유제 전체를 100중량%로 했을 경우, 하한이 25.0중량% 이상, 상한이

35.0 중량% 이하가 바람직하다. 항화석 개질수의 함유량이 너무 많으면, 가공물의 부식을 초래할 수 있으며, 너

무 적으면 가공유제 조성물의 부패가 일어날 수 있다.(아민 수용액)

[0046] 아민 수용액은 향균성을 가지며, 탄소수 3 ~ 6의 알카놀 아민, 또는 탄소수 1 ~ 12의 알킬기를 가지는 테트라알

킬디아민을 들 수 있다.

[0047] 알카놀 아민으로서는, 예를 들면, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노인프로파놀아민, 디이소

프로파노르아민, 트리인프로파노르아민, N, N-디메틸에탄올아민, N, N-디에틸에탄올아민, n-부틸 에탄올아민,

2-아미노-2-메틸-1-프로파놀, 2-아미노-1-부탄올, 및 N-아미노에틸에탄올아민 등의 탄소수 3 이상 6 이하의 알

카놀 아민이 바람직하다.

[0048] 테트라 알킬 디아민은, 디아민에 포함되는 2개의 아미노기의 수소 원자가 모두 알킬기(N치환 알킬기)에 의해 치

환된 화합물이며, 그 구체적인 구조에 특히 한정은 없고, 테트라 알킬 디아민으로서 N, N, N, N-테트라 알킬1,

8-나프틸렌 디아민 이외의 테트라 알킬 디아민을 이용할 수 있다. 또한, 알킬기의 탄소수는 1 ~ 4로서, 뛰어난

내미생물 열화성을 나타내는 것이 바람직하다.

[0049] 아민 수용액의 함유량은 친환경 금속 가공유제 전체를 100중량%로 했을 경우, 하한이 15.0중량% 이상, 상한이

25.0 중량% 이하가 바람직하다. 아민 수용액의 함유량이 너무 많으면, 피부 자극성이 켜져 작업성이 나쁘고, 너

무 적으면 가공유제 조성물의 향균, 방부 성능이 저하한다.

[0050] (윤할 첨가제)

[0051] 윤활 첨가제는 폴리4-불소화에틸렌(PTFE), 흑연, 금속 산화물, 붕소 질화물, 몰리브덴 황화물 또는 인산염으로부터 선택된 유기 또는 무기 고체 윤활제로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용한다.

본 발명의 친환경 금속 가공유제의 1차적인 기능은 냉각과 윤활작용이다, [0052] 윤활작용은 공구 마모를 줄이고 공구

수명을 연장시킨다. 또한, 절삭저항을 줄여 가공능률을 향상시키고 기계 부하를 감소시킨다. 그리고 절삭저항으

로 인한 공구 및 공작물의 변형을 줄여 원하는 치수 공차와 표면 거칠기를 얻을 수 있도록 치수 정도를 유지시

키는 중요한 기능을 한다.

[0053] 윤할 첨가제의 함유량은 친환경 금속 가공유제 전체를 100중량%로 했을 경우, 하한이 2,5중량% 이상, 상한이

5.0 중량% 이하가 바람직하다. 윤할 첨가제의 함유량이 너무 많으면, 가공유제 조성물의 밀도와 점도를 증가시

켜 유동성을 나쁘게 하고, 너무 적으면 가공유제 조성물의 냉각과 윤활작용을 저하시킨다.

[0054] (유기산류)

[0055] 유기산류는 주로 수성 가공유제의 병원성 세균의 증식과 곰팡이 성장을 억제하는 항생제로 작용하며, 아세트산

(초산), 주석산 또는 구연산으로부터 선택된 것을 사용하거나 2종류 이상 병용 사용한다.

[0056] 유기산류는 2가지의 작용기전을 지닌 것으로 알려져 있다. 가장 잘 알려진 작용기전은 중성상태의 기질로부터

양자의 활성을 강화시켜 pH를 낮춤으로써(산성화) 병원성 미생물의 증식을 억제하는 것이고, 또 다른 작용기전

은 pH에 의존적인 기질의 해리를 촉진시킨다.

[0057] 유기산류의 함유량은 친환경 금속 가공유제 전체를 100중량%로 했을 경우, 하한이 2,5중량% 이상, 상한이 5.0

중량% 이하가 바람직하다. 유기산류의 함유량이 너무 많으면, 가공물의 부식을 초래하거나 휘발하여 냄새를 발

산할 수 있으며, 너무 적으면 금속 가공유제 조성물의 병원성 세균의 증식과 곰팡이 성장을 가져올 수 있다.

[0058] (본 발명 친환경 금속 가공유제의 물성시험예)

[0059] 아래의 표 1은 본 발명의 일실시예의 조성물에 대해 각종 물성을 시험하여 측정한 결과이다. 표 1의 물성은 다

른 실시예의 조성물에 대해서는 다소 차이가 있을 수 있으며, 본 발명의 금속 가공유제의 물성은 표 1에 한정되

는 것은 아니다.

표1

Claims (1)

1. 청구항 1
   물의 전기분해에 의해 생성된 알카리 전해수 25.0 ~ 32.5 중량%;
   항화석(抗火石) 개질수 25.0 ~ 35.0 중량%;
   방청 및 내부패재로서 아민(Amine) 수용액 15.0 ~ 25.0 중량%;
   윤활 첨가제 15.0 ~ 20.0 중량%; 및
   유기산류 2,5 ~ 5.0 중량%를 배합하여 조성된 것을 특징으로 하는 친환경 금속 가공유제.
   청구항 2
   청구항 1에 있어서,
   상기 알카리 전해수는 물 전기분해조의 음극(-)실에서 생성되고, pH 13.0 이상인 것을 특징으로 하는 친환경 금
   속 가공유제.
   청구항 3
   청구항 1에 있어서,
   상기 항화석 개질수는 50℃ 이상으로 가열된 물을 다공성 항화석(석영조면암) 표면에 접촉 개질시켜서 상온으로
   냉각된 것을 특징으로 하는 친환경 금속 가공유제.
   청구항 4
   청구항 1에 있어서,
   상기 아민 수용액은 탄소수 3 ~ 6의 알카놀 아민, 또는 탄소수 1 ~ 12의 알킬기를 가지는 테트라알킬디아민인
   것을 특징으로 하는 친환경 금속 가공유제.
   청구항 5
   청구항 1에 있어서,
   상기 윤활 첨가제는 폴리4-불소화에틸렌(PTFE), 흑연, 금속 산화물, 붕소 질화물, 몰리브덴 황화물 또는 인산염
   으로부터 선택된 유기 또는 무기 고체 윤활제로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 친환경 금속
   가공유제.
   청구항 6
   청구항 1에 있어서,
   상기 유기산류는 아세트산(초산), 주석산 또는 구연산으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 친환경 금속 가공유
   제.