KR100448643B1 - 금속가공유조성물 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재한 발명이 속한 기술분야
본발명은 개량된 금속가공유조성물에 관한 것이다.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본발명은 금속가공성에 우수하고, 역에멀션에도 불구하고 난연성이며, 점도상승이 적기 때문에 가공시에 오일 배출손실량이 적고, 또한 폐수처리성에 우수하기 때문에 관리가 용이한 새로운 금속가공유조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
3. 발명의 해결방법의 요지
본발명의 새로운 금속가공유조성물은 광유 및 합성유에서 선택되는 기유를 50∼98.9%중량, 과염기성 술폰산염을 0.1∼49중량%, 및 물을 1∼25중량% 함유하는 금속가공유조성물이다.
4. 발명의 중요한 용도
본발명의 금속가공유조성물은 난연성이며 금속가공성에 우수하고, 또한 관리가 용이한 연삭·절삭용등에 사용된다.

Description

금속가공유조성물
본발명은 개량된 금속가공유조성물에 관한 것이고, 특히 난연성이며 금속가공성에 우수하고, 또한 관리가 용이한 연삭·절삭용등에 사용되는 금속가공유조성물에 관한 것이다.
최근, 연삭·절삭등의 금속가공에 있어서는 수요증대에 의한 생산성향상으로 그 가공조건이 엄격해지는 경향이 있다. 그와 같은 엄격한 조건하에 있어서, 윤활제로서 오일계 유제를 사용한 경우, 가공열, 마찰열이 증대하고, 화재가 발생하는 것과 같은 문제가 염려된다. 이 때문에, 윤활제로서 수용성이고 난연성인 것이 사용되고 있으나, 종래 사용되고 있는 에멀션인 용액에서는 연속 상이 물이기 때문에, 오일계에 비해 가공성이 나쁘다는 결점이 있다.
한편, 연속 상이 오일이고 물을 분산한 W/O형의 에멀션(이하, 역에멀션이라 함)으로 이루어지는 유제로서는 종래 수가용화유가 알려져 있으나, 이와 같은 수가용화유의 경우, 수분량을 증가시키면 점도상승이 증가하기 때문에, 가공시에 오일 배출손실량(carry-over loss)이 증가하여 취급하기 어렵다고 하는 문제를 가지고 있다. 또한, 가용화제로서 계면활성제가 다량으로 사용되기 때문에, 폐수처리성이 나쁘다는 결점도 있었다.
본발명은 이러한 상황하에서 개발된 것이다. 즉, 본발명은 금속가공성에 우수하고, 역에멀션에도 불구하고 난연성이며, 점도상승이 적기 때문에 가공시에 오일 배출손실량이 적고, 또한 폐수처리성에 우수하기 때문에 관리가 용이한 새로운 금속가공유조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본발명자등은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 기유와물과 특정 금속술폰산염을 특정량 배합해서 된 역에멀션형의 금속가공유조성물에 의해, 상기 본발명의 목적을 유효하게 달성할 수 있음을 발견하여 본발명을 완성한 것이다.
즉, 본발명은 광유 및 합성유에서 선택된 기유를 50∼98.9중량%, 과염기성 술폰산염을 0.1∼49중량%, 및 물을 1.0∼25.0중량% 함유하는 금속가공유조성물을 제공하는 것이다.
제1도는 실시예에 있어서 금속가공성의 평가에 사용하는 접촉휠(contact wheel)식 벨트 연삭장치의 개략단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 연삭벨트
2 접촉휠
3 피삭재
4 연삭유 급유노즐
5 스플라인축
6 스플라인축받이
7 벨트궤도 수정볼트
8 텐션 풀리
9 공기실린더
다음에, 본발명을 보다 상세하게 설명한다.
본발명의 금속가공유조성물은 광유 및 합성유에서 선택된 기유를 50∼98.9중량% 함유한다. 본발명에 사용할 수 있는 광유로서는, 예를 들면 파라핀계 원유, 중간계 원유 또는 나프텐계 원유를 상압증류하여 얻어지는 유출유, 또는 그 상압증류의 잔사유를 감압증류하여 얻어지는 유출유, 또는 이것을 상법에 따라 정제하여 얻어지는 정제유, 예를 들면 용제정제유, 수첨정제유, 탈랍처리유, 백토처리유 등을 들 수 있다. 상기 광유는 40℃에서의 점도가 1.5∼100mm2/s인 것이 바람직하다. 상기 점도가 1.5mm2/s미만인 경우는 미스트(mist)가 발생하여 작업환경이 악화되고, 또한 100mm2/s를 초과하는 경우는 유제가 피가공물에 부착하여 오일의 배출손실량이 증가하여 경제적이지 않다. 이점 때문에, 상기 점도는 3∼50mm2/s인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본발명에 있어서 기유로서 사용할 수 있는 합성유는, 예를 들면 탄소수 8∼14의 폴리-α-올레핀, 에틸렌-프로필렌공중합체등의 올레핀공중합체, 폴리부텐, 폴리프로필렌등의 분기 폴리올레핀이나 이들의 수소화물, 트리메틸올프로판의 지방산 에스테르, 펜타에리트리톨의 지방산 에스테르등의 폴리올에스테르, 이염기산 에스테르등의 에스테르계 화합물, 알킬벤젠등을 들 수 있다. 상기 합성유의 40℃에서의 점도는 광유의 경우와 마찬가지의 이유에서 1.5∼100mm2/s, 다시또 3∼50mm2/s인 것이 바람직하다.
상기 기유는 본발명의 금속가공유조성물중, 50∼98.9중량%, 바람직하게는 70∼95중량% 함유된다. 기유가 50중량%의 양보다 적은 경우는 안정한 에멀션이 형성되지 않아 바람직하지 않다. 본발명에 있어서는 전기한 광유 또는 합성유는 상기 범위내의 양이면 기유로서 1종 또는 2종이상 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 본발명의 금속가공유조성물은 과염기성 술폰산염을 0.1∼49중량% 함유한다. 과염기성 술폰산염으로서는 과염기성 알칼리금속 술폰산염이 특히 바람직하게 사용된다. 구체적으로는 나트륨술포네이트, 칼륨술포네이트, 리튬술포네이트 등을 들 수 있다. 이와 같은 과염기성 술폰산염으로서는 JIS K-2501에 의한 염기가가 100mgKOH/s미만인 경우는 안정한 역에멀션을 생성하기 어렵고, 또한 연삭, 절삭등에서 양호한 가공성을 유지할 수 없다. 이와 같은 점 때문에, 상기 염기가는 200∼600mgKOH/g, 특히 300∼500mgKOH/g의 범위에 있는 것이 바람직하다. 염기가가 상기 범위를 초과하는 경우는 기유에 대한 용해성이 불충분한 경우가 있다.
상기 과염기성 술폰산염은 본발명의 금속가공유조성물중에 0.1∼49중량% 함유된다. 상기한 양이 0.1중량%미만인 경우는 안정한 역에멀션을 생성하기 어렵고, 또한 49중량%를 초과하는 경우는 유제의 점도가 상승하기도 하고, 저장안정성이 저하하기도 하기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 점에서 상기 과염기성 술폰산염은 금속가공유조성물중에 바람직하게는 0.5∼30중량%, 더욱 바람직하게는 1∼15중량% 함유된다.
본발명의 금속가공유조성물에는 다시 물을 1∼25중량% 함유하는 것이 필요하다. 물의 양이 1중량%미만인 경우는 금속가공유조성물에 난연성을 부여할 수 없고, 또한 25중량%를 초과하는 경우는 안정한 역에멀션을 생성하기 어렵다. 따라서, 난연성 및 안정성의 점에서, 상기한 물의 양은 바람직하게는 5∼20중량%, 더욱 바람직하게는 8∼15중량%이다.
본발명의 금속가공유조성물은 그 40℃에서의 점도가 1.5∼50mm2/s인 것이 바람직하다. 상기 점도가 1.5mm2/s미만인 경우는 미스트에 의해 작업환경이 악화되고, 또한 50mm2/s를 초과하는 경우는 유제가 피가공물에 부착하여 배출손실량이 증가하여 경제적이지 않다.
본발명의 금속가공유조성물은 상술한 기유, 과염기성 술폰산염 및 물만으로 구성되는 역에멀션형 조성물로서도 양호한 효과를 나타내지만, 이것에 다시 극압제 및/또는 고분자화합물을 배합할 수 있다.
극압제는 연삭유, 절삭유등에서의 가공성을 향상시킬 목적으로 배합되지만,이와 같은 관점에서 유황계 극압제가 바람직하게 사용되고, 예를 들면 폴리술피드, 황화유지등을 들 수 있다. 폴리술피드로서는 탄소수 6∼15의 알킬기를 갖는 디알킬폴리술피드(바람직하게는, 디노닐폴리술피드, 디도데실폴리술피드 등), 올레핀폴리술피드(구체적으로는, 탄소수 3∼20의 올레핀 또는 그 2∼4량체와 황화제를 반응시켜 얻어지는 것 등, 단, 탄소수 3∼20의 올레핀으로서는 프로필렌, 이소부텐, 디이소부텐등을 들 수 있고, 황화제로서는 황, 염화황, 할로겐화황 등을 들 수 있다)등을 들 수 있고, 또한, 황화유지로서는 황화라아드, 황화유채유, 황화피마자유, 황화대두유등, 및 황화올레핀산등의 이황화지방산, 황화올레인산메틸등의 황화에스테르등도 사용할 수 있다.
본발명에 있어서는 상기 유황계 극압제이외에, 인산에스테르, 아인산에스테르등의 인계 극압제, 염소화 파라핀, 염소화유지, 염소화지방산등의 염소계 극압제도 사용할 수 있다.
상기 극압제의 배합량에 대해서는 제한은 없지만, 통상은 금속가공유조성물에 기초하여 0.05∼20중량%의 범위에서 선택된다. 0.05중량%이상으로 하면 극압성이 양호하여 공구류의 이상마모를 방지할 수 있고, 또한 20중량%이하로 하면 부식마모의 진행을 억제할 수 있어 생산성에의 악영향을 방지할 수 있다. 이러한 점에서 상기 배합량은 0.5∼10중량%인 것이 보다 바람직하다.
본발명에 있어서 기유로서 비교적 저점도, 예를 들면 40℃에서의 점도가 약7mm2/s이하인 것을 사용하는 경우는 금속가공시 미스트의 발생을 효과적으로 억제하기 때문에 고분자화합물을 기유에 배합하는 것이 바람직하다.
이와 같은 고분자화합물로서는 예를 들면 폴리메타크릴레이트, 폴리이소부틸렌, 올레핀공중합체(예를 들면, 에틸렌-프로필렌공중합체, 스티렌-부타디엔공중합체, 스티렌-이소프렌공중합체 등)등을 사용할 수 있고, 그 수평균 분자량이 2,000∼300,000, 특히, 2,000∼150,000인 것이 바람직하게 사용된다.
상기 고분자화합물은 본발명의 금속가공유조성물에 기초하여, 0.05∼20중량% 배합된다. 상기 배합량이 0.05중량%이상일 때, 미스트의 발생을 충분히 억제할 수 있고, 20중량%이하일 때, 점도상승에 의해 유제가 피가공물에 부착하여 배출손실되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 점에서, 상기 배합량을 0.1∼5중량%인 것이 보다 바람직하다.
본발명의 금속가공유조성물에는 다시 필요에 따라 본발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 유성제, 내마모제, 산화방지제, 금속불활성화제, 슬러지 분산제, 방녹제, 소포제등을 배합할 수 있다.
유성제로서는 예를 들면 올레인산, 스테아릴산, 다이머산등의 카르복시산 또는 그 에스테르를 사용할 수 있고, 내마모제로서는 예를 들면 디티오인산아연(ZnDTP), 디티오카바민산아연(ZnDTC), 황화옥시몰리브덴디티오포스페이트(MoDTP), 황화옥시몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC), 디티오인산니켈(NiDTP), 디티오카바민산니켈(NiDTC)등을 사용할 수 있다. 또한, 산화방지제로서는 예를 들면 아민계 또는 페놀계의 것을, 금속불활성화제로서는 예를 들면 티아디아졸, 벤조트리아졸등을, 슬러지분산제로서는 예를 들면 알케닐숙신산또는 그 에스테르나 이미드, 산아미드를, 방녹제로서는 예를 들면 소르비탄에스테르, 중성 알칼리토류금속의 술포네이트, 술피네이트, 살리실레이트등을, 또한 소포제로서는 예를 들면 디메틸폴리실옥산, 플루오로에테르등을 사용할 수 있다.
이들 첨가제는 조성물중에 0.001∼10중량%, 바람직하게는 0.001∼5중량%의 범위에서 배합할 수 있다.
본발명의 금속가공유조성물은 연삭유, 절삭유등으로서 바람직하게 적용되고, 연삭유의 경우, 예를 들면 스테인레스강판의 벨트연삭가공, 조다듬질 및 다듬질연삭가공, 크리이프 필드(creep field) 연삭가공, 초다듬질가공등에 적당하게 사용된다.
또한 절삭유의 경우는 예를 들면 선삭가공, 드릴, 탭핑, 리이밍, 천공 등의 구멍가공, 브로우치가공, 기어절삭가공, 자동선반가공 등에 적당하게 사용된다. 이중, 본발명의 금속가공유조성물은 특히 벨트연삭가공유로서 가장 적당하다.
[실시예]
다음에, 실시예에 의해 본발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본발명은 이들 예에 한정되지 않는다.
참고예 1 및 2
표1에 나타나는 조성의 역에멀션원액(참고예 1) 및 수가용화유원액(참고예 2)의 각각에 표1에 나타내는 바와 같이 물을 그 양을 변화시켜 첨가하고, 그 각각에 대하여 40℃에서의 동점도(mm2/s)를 측정했다. 결과를 표1에 나타낸다.
표1에 의하면, 수분량 25중량%이하인 본발명의 조성물(참고예 1)의 경우, 가용화유에 비해 그 점도상승이 적다는 것을 알 수 있다.
참고예 3 및 4
참고예 1 및 2의 각각에서 조제한 물 10중량% 함유하는 역에멀션(참고예 3) 또는 수가용화유(참고예 4)의 10㎖와 물 90㎖를 100㎖의 메스실린더에 넣어 진동교반하고, 24시간 방치후 분리수의 COD값(ppm)을 측정했다. 결과를 표2에 나타낸다.
즉, 본발명의 역에멀션형 금속가공유는 유수분리성 및 폐수처리성의 어느 것에 있어서도 수가용화유보다 현저하게 우수한 것이었다.
실시예 1∼7 및 비교예 1∼3
실시예 1∼7에서는 표3에 나타내는 조성의 금속가공유를, 또한 비교예 1에서는 물 10중량%를 함유한 참고예 2의 수가용화유를, 비교예 2에서는 실시예 1∼6에서 사용한 것과 동일한 파라핀계기유에 디-t-노닐폴리술피드 5중량%를 첨가해서 된 오일계 벨트연삭유를, 다시 비교예 3에서는 실시예 1∼6에서 사용한 것과 동일한 파라핀계기유만으로 이루어진 오일을 각각 조제했다. 또한, 실시예 7에 있어서는 기유로서 40℃에서의 동점도가 5.7mm2/s인 파라핀계광유에 수평균분자량 85,000인 폴리메타크릴레이트 0.6중량%를 함유하는 것을 사용했다. 각각의 가공유에 대해 제1도에 나타내는 접촉휠식 벨트연삭장치를 사용하여, 하기하는 조건으로 10분간의 연삭을 3회 행하고, 그 총연삭량(g)을 구하여 그 값으로 연삭성의 좋고 나쁨을 판정했다. 결과를 표3에 나타낸다.
실험조건
벨트 : DAX AA80(산꾜 리가가꾸사(제))
접촉휠 : 네오프렌고무제,φ220mm, 랜드폭 10mm, 구폭 10mm,
랜드각 45°, 구깊이 10mm
피삭재 : SUS304φ140×50W
연삭속도 : 1000m/분
연삭재속도 : 15m/분
연삭방법 : 다운커트
연삭부하전력 : 2kW
본발명에 의해, 금속가공성에 우수하고, 역에멀션에도 불구하고 난연성이며, 점도상승이 적기 때문에 가공시에 오일 배출손실량이 적고, 또한 페수 처리성에 우수하기 때문에 관리가 용이한 새로운 금속가공유조성물을 제공할 수 있다.
즉, 본발명의 금속가공유조성물은 통상의 방법으로 혼합·교반할 뿐이고 안정한 역에멀션으로 할 수 있다. 또한, 종래의 역에멀션은 고점도의 점성액체이지만, 본발명의 금속가공유조성물은 역에멀션에도 불구하고 점도상승이 적다는 특징으로 갖는다. 따라서, 유제가 피가공물에 부착하여 배출손실되는 양이 적기 때문에 취급하기 쉽고 경제적이다.
더욱더, 본발명의 금속가공유조성물은 수용성 계면활성제를 사용하지 않기 때문에 공장의 폐수피트등으로 잘못 흘러들어간다 해도 상층으로 분리되어 폐수피트의 물과 혼합되지 않는 특성을 유지하여 제거가 용이하다. 따라서, 페수중의 COD값도 상승하지 않고, 폐수처리성에 우수한, 관리하기 쉬운 유제이다.
또한. 본발명의 금속가공유조성물은 연속층이 오일이기 때문에, 오일계 유제와 같은 가공성을 발휘할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광유 및 합성유에서 선택되는 기유를 50∼98.9중량%, 염기가가 100mgKOH/g이상인 과염기성 술폰산염을 0.1∼49중량%, 및 물을 1∼25중량% 함유하는 금속가공유 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과염기성 술폰산염이 과염기성 알칼리금속 술폰산염인 것을 특징으로 하는 금속가공유 조성물.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 과염기성 술폰산염의 염기가는 20∼600mg KOH/g 범위인 것을 특징으로 하는 금속가공유 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속가공유 조성물은 유황계 극압제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속가공유 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속가공유 조성물은 W/O형 에멀션인 것을 특징으로 하는 금속가공유조성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속가공유 조성물은 연삭가공 또는 절삭가공에 사용되는 것을 특징으로 하는 금속가공유 조성물.
  7. 광유 및 합성유에서 선택되는 기유를 50∼98.9중량%, 염기가가 100mgKOH/g이상인 과염기성 술폰산염을 0.1∼49중량%, 및 물을 1∼25중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 금속가공유 조성물의 제조방법.
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