JP2008214510A - 金属用水溶性加工油剤 - Google Patents

Abstract

【課題】水に溶解または分散して水溶液または分散液を形成し、マグネシウムを含む金属の加工用に使用しても安定な水溶液または分散液を維持し、経時的劣化の少ない金属用水溶性加工油剤を提供する。
【解決手段】オキシエチレン基の平均付加モル数が４〜２０であるポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸またはその塩を１〜３０重量％含む金属用水溶性加工油剤。また、加工対象物がマグネシウム含有金属である、金属用水溶性加工油剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属用水溶性加工油剤に関する。さらに詳細には、水に溶解または分散して水溶液または分散液を形成し、特にマグネシウムを含有する金属の加工油剤として好適に使用できる金属用水溶性加工油剤に関する。

金属を加工する際には、主に潤滑性の向上および冷却効果を目的として、その工程に応じて切削油、研削油、プレス油および圧延油などの加工油剤が使用される。前記加工油剤は、主に不水溶性加工油剤と水溶性加工油剤に大別され、優れた冷却性と安全性の点から水溶性の加工油剤が主流になりつつある。

水溶性加工油剤は、通常、水で１〜５０重量％程度の濃度に希釈し（得られた希釈液の全量が１００重量％）、この希釈液がクーラントとして使用される。このように水で希釈するため、クーラントは微生物や加工金属の切屑の影響を受けて、経時的に劣化していく。とくに加工金属の切屑が混入すると、この切屑に油剤成分の一部が吸着され、油剤成分の濃度低下の原因となり、また切屑から溶出した金属イオンが、油剤成分である脂肪酸類と反応して水に不溶ないわゆる金属セッケンを形成し、クーラントの液相分離および不安定化を引き起こす。

ところで、近年、自動車分野などにおいて車体の軽量化が進められており、使用される材料として、鉄からアルミニウム合金やマグネシウム合金などへシフトしてきている。マグネシウムを含有するアルミニウム合金やマグネシウム合金を加工する際にも前記水溶性加工油剤が使用されているが、マグネシウムは、鉄およびアルミニウムに比較してイオン化傾向が高いため、加工油剤にマグネシウムイオンが溶出しやすい。たとえば、通常、クーラントの硬度は４０〜５０ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ程度であるが、マグネシウム合金を加工した場合には２０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌにまで上昇する。そのため、マグネシウムを含有する金属加工の場合に、とくに前記したクーラントの液相分離および不安定化が問題となる。

特許文献１には、スルホン酸塩を含むことを特徴とするマグネシウム合金用の水溶性加工油剤が開示されている。しかし、この水溶性加工油剤では、マグネシウムによるクーラントの液相分離および不安定化を解消するには不十分である。

特開平７−１１３０９６号公報

本発明は、マグネシウムを含有する金属の加工用に使用しても安定な水溶液または分散液を維持し、経時的劣化の少ない金属用水溶性加工油剤を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、金属用水溶性加工油剤に配合する界面活性剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸またはその塩を使用することにより、水溶液または分散液の金属イオン濃度が高くなった場合でも、液相分離および凝集が起こらずに、安定な水溶液または分散液を維持することができることを見出してなされたものである。すなわち請求項１の発明は、加工油剤の全量を１００重量％とした場合に、オキシエチレン基の平均付加モル数が４〜２０であるポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸またはその塩を１〜３０重量％含む金属用水溶性加工油剤を提供する。

請求項２の発明は、請求項１の発明にかかる金属用水溶性加工油剤であって、加工対象物がマグネシウム含有金属であることを特徴とする。

本発明によれば、マグネシウムを含有する金属の加工用に使用しても安定な水溶液または分散液を維持し、経時的劣化の少ない金属用水溶性加工油剤を得ることができる。

本発明の金属用水溶性加工油剤は、水で希釈したときに溶解または分散して水溶液または分散液を形成するものであり、前記金属用水溶性加工油剤の全量を１００重量％とした場合、オキシエチレン基の平均付加モル数が４〜２０であるポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸またはその塩を１〜３０重量％含んでいる。

前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸またはその塩の含有量は、１〜３０重量％であることが好ましい。ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸またはその塩の含有量が１重量％より少ないと、クーラントの液相分離抑制効果が不十分となり、３０重量％をこえると、この界面活性剤を処方した水溶液または分散液の泡立ちが多くなり、作業が困難となる。金属加工油剤に配合する界面活性剤としてこの化合物を使用することにより、極めて少ない量で水溶液または分散液を安定化することができる。

本発明で使用されるポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸は、Ｒ¹−Ｏ−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）ｎ−ＣＨ₂−ＣＯＯＨで示され、その塩であってもよい。前記Ｒ¹は、炭素数８〜２０、好ましくは１０〜１８の直鎖状または分岐しているアルキル基であって、特に炭素数１２の直鎖状アルキル基であることが好ましい。炭素数が８より小さいと、臭気が強くなる傾向にあり、２０をこえると、クーラントの液相分離抑制効果が不十分となる傾向にある。

前記ｎは、オキシエチレン基の平均付加モル数であり、４〜２０である。ｎは、好ましくは６〜１８であり、より好ましくは８〜１２であり、さらに好ましくは１０である。平均付加モル数が４より小さいと、クーラントの液相分離抑制効果が不十分であり、２０をこえると、この界面活性剤を処方した水溶液の泡立ちが多くなり、作業が困難になる。また、本発明の金属用水溶性加工油剤は、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸またはその塩のほかに、基油、アミン化合物および該ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸以外の脂肪酸類などを含んでいてもよい。

前記基油としては、鉱油、油脂および合成油などがあげられ、とくに限定されない。鉱油としては、灯油、軽油、スピンドル油、マシン油、タービン油、シリンダー油、トランス油、ニュートラル油、ブライトストック油、プロセスオイルおよび流動パラフィン油などがあげられる。油脂としては、なたね油、大豆油、パーム油、ヒマシ油、ヌカ油およびヤシ油などの植物性油脂や、牛脂およびラード油などの動物性油脂などがあげられる。合成油としては、エーテル油、エステル油、ポリアルキレングリコール油、ポリアルファオレフィン、アルキルベンゼン油、シリコーンオイル、ポリペンタジエン油およびポリエーテルポリオール油などがあげられる。これらのなかでも、水に希釈した際の液安定性が良好である点で、マシン油が好ましい。

前記基油の含有量は、本発明の金属用水溶性加工油剤の全量を１００重量％とした場合、０〜９０重量％であることが好ましく、０〜８０重量％であることがより好ましい。基油の含有量が９０重量％をこえると、水に希釈した際の液安定性に劣る傾向にある。

前記アミン化合物は、脂肪酸類と塩を形成して乳化剤、防錆剤および防腐剤として作用するものであり、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、アミノメチルプロパノールアミン、アミノエチルエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミンおよびＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）−Ｎ−シクロヘキシルアミンなどがあげられ、とくに限定されない。これらを２種以上組み合わせて使用してもよい。

前記アミン化合物の含有量は、本発明の金属用水溶性加工油剤の全量を１００重量％とした場合、１〜８０重量％であることが好ましく、１〜５０重量％であることがより好ましい。アミン化合物の含有量が１重量％より少ないと、得られる水溶液または分散液の安定性、防錆性および耐腐敗性が低下する傾向にあり、８０重量％をこえると、水溶液または分散液のｐＨが高くなり、肌荒れの原因となり好ましくない傾向にある。

本発明で使用されるポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸以外の脂肪酸類およびそのエステルとしては、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸およびアラキン酸や、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸およびマレイン化脂肪酸などの二塩基酸、ひまし油系縮合脂肪酸などの縮合脂肪酸およびそのエステルなどがあげられ、とくに限定されない。これらを２種以上組み合わせて使用してもよい。

前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸以外の脂肪酸およびそのエステルの含有量は、本発明の金属用水溶性加工油剤の全量を１００重量％とした場合、１〜８０重量％であることが好ましく、５〜５０重量％であることがより好ましい。ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸以外の脂肪酸およびそのエステルの含有量が１重量％より少ないと、得られる水溶液または分散液の防錆性が低下する傾向にあり、８０重量％をこえると、水溶液のｐＨが低くなり、腐敗の原因となり好ましくない傾向にある。

さらに、本発明の金属用水溶性加工油剤には、金属加工油剤に通常配合されるその他の成分が含まれていてもよい。たとえば、その他の界面活性剤、極圧添加剤、防腐剤、金属腐食防止剤、消泡剤および分散剤などがあげられ、とくに限定されない。

これらの成分を混合し、均一になるまで撹拌することにより、本発明の金属用水溶性加工油剤を得ることができる。具体的には、前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸を含むすべての脂肪酸類およびそのエステルとアミン化合物とを３０〜４０℃に加熱しながら混合した後、基油を添加して均一に撹拌、ろ過することで得られる。もちろん、この工程に限定されるものではない。その他の成分も適宜添加、撹拌すればよい。

本発明の金属用水溶性加工油剤を使用して加工される金属としては、特に限定されず、鉄およびその合金、アルミニウムおよびその合金、マグネシウムおよびその合金などがあげられる。なかでも、イオン化傾向の高いマグネシウムを含有する金属に対して使用されると、本発明の効果がより顕著に発揮されるため好ましい。

また、その加工の種類もとくに限定されず、金属加工全般に適応できる。たとえば、本発明の金属用水溶性加工油剤は、切削油、研削油、圧延油、プレス油、引き抜き油および押出し油として使用することができる。なかでも、本発明の効果がより顕著に発揮できる点で、金属イオンが溶出しやすい切削加工および研削加工に使用する切削油剤として使用することが好ましい。

本発明の金属用水溶性加工油剤は、水で希釈して水溶液または分散液として使用される。この水溶液または分散液の全量を１００容量％とした場合に、前記金属用水溶性工油剤の濃度は０．１〜５０容量％であることが好ましく、１〜１５容量％であることがより好ましい。前記金属用水溶性加工油剤の濃度が０．１容量％より低いと潤滑性、防錆性および耐腐敗性が低下する傾向にあり、５０容量％をこえると水溶液または分散液のｐＨが高くなり、肌荒れの原因となり好ましくない傾向にある。

また、前記水溶液または分散液のｐＨは、７〜１１であることが好ましく、７〜１０であることがより好ましい。ｐＨが７より小さいと、得られた水溶液が腐敗しやすくなる傾向にあり、１１をこえると、肌荒れの原因となり好ましくない傾向にある。

本発明の金属用水溶性加工油剤を含む水溶液または分散液は、そのマグネシウム硬度が２０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ以上であっても、安定な水溶液または分散液を維持することができる。

次に本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明は必ずしもこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜５、比較例１および２
表１に示す配合割合にしたがって、金属用水溶性加工油剤を調製した。まず、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸を含むすべての脂肪酸類およびそのエステルとアミン化合物とを３０〜４０℃に加熱しながら混合した後、基油およびその他の成分を添加して約４０℃にて均一に撹拌した。得られた混合物をろ過して金属加工油剤を得た。表１における配合割合を示した数値は、金属用水溶性加工油剤全量を１００重量％とした場合の重量％を示す。

評価方法
乳化安定度はＪＩＳ Ｋ ２２４１ ７．４に準じて評価する。すなわち、１００ｍＬのメスシリンダーにマグネシウム硬度２０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌの水溶液９０ｍＬを加えた後、得られた金属用水溶性加工油剤１０ｍＬを加える。よく振とうした後、室温で静置する。２４時間後に浮上した油層およびクリーム層の量を測定する。

この測定結果を表１に示す。

マグネシウム硬度２０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌの水溶液は、ＪＩＳ Ｋ ０１０１ １５．３．２のマグネシウム量を炭酸カルシウム相当量に換算する場合の係数に基づき、１Ｌのメスフラスコに塩化マグネシウム６水和物４．０６３ｇを入れ、蒸留水を加えて１Ｌとし、マグネシウム硬度が２０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌとなるように調整する。

＊１：タイポールソフト（登録商標）ＥＣＡ−３９０（泰光油脂化学工業株式会社製）
＊２：タイポールソフト（登録商標）ＥＣＡ−４９０（泰光油脂化学工業株式会社製）
＊３：タイポールソフト（登録商標）ＥＣＡ−１０９０（泰光油脂化学工業株式会社製）
＊４：タイポールソフト（登録商標）ＥＣＡ−２０８５（泰光油脂化学工業株式会社製）
＊５：ＴＥＡ−９９（ジャパンケムテック株式会社製）
＊６：オレイン酸ＤＤ（日本精化株式会社製）
＊７：ミネラゾール（登録商標）ＲＣ−２２（伊藤製油株式会社製）
＊８：ＫＦ−３４００（ＫＦトレーディング株式会社製）
＊９：ダイアナフレシア（登録商標）Ｇ−９（出光興産株式会社製）

Claims (2)

1. 加工油剤の全量を１００重量％とした場合に、オキシエチレン基の平均付加モル数が４〜２０であるポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸またはその塩を１〜３０重量％含む金属用水溶性加工油剤。
2. 前記金属がマグネシウム含有金属である請求項１記載の金属用水溶性加工油剤。