JP2018523748A - 極微量油剤潤滑のための組成物及びその使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、潤滑剤組成物、及び金属加工の分野における極微量油剤潤滑のためのその使用に関する。組成物は、組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％の乳化剤と、組成物を１００％にする量の脂肪族Ｃ１６〜２４アルコールとを含有する。乳化剤は、脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテル、又はグリコール酸アルコキシレートアルキルエーテル、又はこれらの混合物から選択される。

Description

本発明は、金属加工における極微量油剤潤滑のための潤滑剤組成物、及びそのための潤滑剤組成物の使用に関する。

金属加工プロセスにおいては、切削工具が潤滑冷却剤に浸される従来の湿式加工と、切削工程で生じる熱が主にチップ、工具、及びワークピースに移動する潤滑油なしの乾式加工とが区別される。乾式加工は潤滑油を使用しないものの、ワークピースへの熱の流れが部品の精度に悪影響を及ぼす場合があり、また、熱負荷の増加のため工具が早く摩耗する場合がある。湿式加工で用いられる潤滑冷却剤は、一次冷却、潤滑、及びチップの除去をもたらすが、それと同時に潤滑冷却剤の回収、リサイクル、または廃棄による製造プロセスの補助的な処理時間に対する影響を与え、その結果、これらの購入、リサイクル、及び廃棄のためのコストにも影響を与える。更に、環境及び健康の保護に関して注意を払わなければならない。

湿式加工と乾式加工の折衷策は、極微量油剤潤滑（ｍｉｎｉｍｕｍ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＭＱＬ）又は同じく極微量冷却油剤潤滑（ｍｉｎｉｍｕｍ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｃｏｏｌｉｎｇ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＭＱＣＬ）である。「極微量」についての厳密な定義は存在しないが、原料に応じて、最大２０ｍｌ／ｈ、５０ｍｌ／ｈ、１５０ｍｌ／ｈであり、場合によって更には最大５００ｍｌ／ｈもＭＱＬと呼ばれるが、全ての場合において、３０，０００〜６０，０００ｍｌ／ｈ、あるいはそれより更にはるかに多い量である湿式加工のための通常の量とは大きな差が存在する。

湿式加工と比較して、極微量油剤潤滑は、潤滑冷却剤の供給及び廃棄技術の大幅な削減をもたらし、これによってより長い耐用年数及び加工時間の短縮が可能になる。更に、ワークピースの洗浄のための下流の工程及び工具の洗浄のための下流の工程も削減することができる。極微量油剤潤滑はロス潤滑を意味することから、新しい潤滑剤のみ、すなわちリサイクル又は再処理がされていない潤滑剤のみが用いられ、そのため殺生物剤、殺菌剤、及び他の添加剤は必要とされない。

しかし、最適な結果を得るために、ワークピース材料、機械パラメータ、及び工具材料に適合しなくてはならない潤滑剤に対する要求が高まっている。

通常、ＭＱＬのためには、望ましい作業範囲のための蒸発及び引火点の観点から組み合わされた合成エステル油又は脂肪族アルコールのいずれかが用いられている。これに関連して、効率的な潤滑が最も重要である切削プロセスのためには合成エステルが好ましい。脂肪族アルコールを使用する場合には、潤滑よりも冷却作用に重点が置かれる。

極微量油剤潤滑によってアルミニウムを加工するための脂肪族アルコールを主成分とする組成物は、欧州特許出願公開第２３９７５３５Ａ１号明細書に開示されている。アルコール化合物は、１〜８個のヒドロキシル基と、２〜２７個の炭素原子とを有しており、１６〜１００重量％の量で組成物中に含まれる。残部の量は、鉱油または合成油であってもよく、またエステル油であってもよい。この組成物の潤滑作用を向上させるために、組成物中に添加され得る様々な添加剤が列挙されている。

極微量油剤潤滑であっても、極微量の潤滑冷却剤が切削位置周りのワークピース上及び工具上に残ることが分かった。潤滑剤は、ワークピース上に残留して一方では加工位置での腐食の回避に役立ち得るが、他方で溶接、接着、塗装等などの下流の製造プロセスに悪影響を及ぼす場合もあり、その結果洗浄工程が必要になる可能性がある。

水で洗い落とすことができる水混和性の金属加工液は、これらがそのために必要とされる潤滑作用又は必要とされる引火点を有していないことから、極微量油剤潤滑のためには不適切であるとみなされている。

アルミニウムの冷間加工のためのワークピースの表面上のフィルムとして形成される、飽和脂肪族一価Ｃ_{１４〜１８}アルコールを主成分とする潤滑剤を洗い落すために、国際公開第９１／０６６１９号パンフレットには、潤滑剤を蒸発させるためのワークピースの加熱が記載されている。

先行技術を踏まえ、本発明の課題は、加熱なしで、単純な方法でワークピースからのみならず工具及び機械工具からも洗い落すことが可能な、極微量潤滑剤を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する潤滑剤組成物によって解決される。

潤滑剤組成物の更なる実施形態は、従属請求項に開示される。

潤滑剤組成物を使用する場合の単純な洗い落しは、独立請求項８の特徴によって開示される。

金属加工のための極微量油剤潤滑のための本発明の潤滑組成物は、主要割合の脂肪族Ｃ_{１６〜２４}アルコールから構成され、潤滑剤が水と乳化できるように、これにわずかな割合の乳化剤が添加される。この方式では、ワークピースだけでなく工具及び加工空間（例えば機械の内部）も、水と乳化させることによって、本発明の潤滑剤組成物の残留物を簡単に除去することができる。しかし、保管時及び工具への供給時に潤滑剤組成物が水と接触しないように注意を払わなければならない。

好ましい乳化剤は、組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％で組成物中に含まれる、脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテルであってもよい。あるいは、乳化剤は、その組成物中の割合が組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％の範囲である、グリコール酸アルコキシレートアルキルエーテルであってもよい。しかし、乳化剤として、脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテルとグリコール酸アルケトキシレートアルキルエーテルの混合物を、組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％の重量割合で使用することも考えられる。その場合、脂肪族Ｃ_{１６〜２４}アルコールは、それぞれ組成物を補完して１００％にする割合で存在する。

脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテルは、下記式（Ｉ）を有する。
Ｒ^＊−［（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｘ−（ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ）_ｙ］−Ｒ^１ （Ｉ）
式中、Ｒ^１は脂肪族の分岐又は直鎖のＣ_{１６〜１８}アルキル又はアルキレン残基である。Ｒ^＊はヒドロキシル基であってもよい。変数ｘ及びｙは、ｘ＋ｙの合計が１〜１０という条件付きで０〜１０であってもよい。脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテル（慣用名を脂肪族アルコールアルコキシレート又はアルコキシレート化脂肪族アルコールともいう）は、エチレンオキシド単位のみ（ｙ＝０）又はプロピレンオキシド単位のみ（ｘ＝０）から構成されていてもよい。しかし、ポリアルキレングリコールエーテルは、エチレンオキシド単位だけでなくプロピレンオキシド単位も含んでいてもよい。この場合、単位のそれぞれの割合及び配列（例えば交互又はブロック）は、様々であってもよい。非限定的な例示的な純粋にエトキシル化された脂肪族アルコールは、例えばオレイルアルコール又はセチルアルコールを基本としていてもよい：ＨＯ−（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ−Ｒ（Ｒ＝Ｃ_１８又はＣ_１６でありｎ＝５）。基本となるアルコール、アルコキシ単位の種類及び数に関する逸脱は当然想定される。

好ましくは、脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテルの重量割合は１〜５重量％であってもよく、例えば１重量％などのより少ない割合が特に好ましい。有利には、１重量％の脂肪族アルコールポリアルキレングリコールエーテルを有する潤滑剤組成物は、これに関連する洗浄装置の分離挙動（脱乳化挙動）に悪影響を及ぼすことなしに十分に優れた乳化特性を有する、好適な乳化剤バランスを示す。乳化剤濃度が低すぎると工具、ワークピース、機械空間での洗浄作用が低下する一方で、濃度が高すぎると洗浄装置中でのオイルの分離が妨げられる。

脂肪族アルコールポリアルキレングリコールエーテルの代替としてのグリコール酸アルコキシレートアルキルエーテル（別名エーテルカルボン酸）は、下記式（ＩＩ)を有する。
Ｒ^２−Ｏ−［（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｘ−（ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ）_ｙ］−ＣＨ_２−ＣＯＯＨ （ＩＩ）
式中、Ｒ^２は脂肪族の、好ましくは分岐又は直鎖の、Ｃ_６〜２０アルキル又はアルキレン残基である。これに関連して、合計ｘ＋ｙ＝１〜１０という条件付きでｘ及びｙが０〜１０から選択できるように、純粋なエトキシル化化合物、純粋なプロポキシル化化合物、又はエトキシル化とプロポキシル化の混合の化合物も想定される。グリコール酸アルコキシレートアルキルエーテルは好ましくはグリコール酸エトキシレートアルキルエーテルである。

グリコール酸アルコキシレートアルキルエーテルの例は、ポリ（オキシ−１，２エタンジイル），α−（カルボキシメチル）−ω−ヒドロキシ−，Ｃ_{１０〜１６}アルキル及びＣ_{１２〜２０}不飽和アルキルエーテル（例えばＣＡＳ Ｎｏ．６８９５４−８９−２）、ポリ（オキシ−１，２−エタンジイル），α−（カルボキシメチル）−ω−ヒドロキシ−，Ｃ_{１６〜１８}及びＣ_１８不飽和アルキルエーテル（ＣＡＳ Ｎｏ．２２７３１０−６９−２）、ポリ（オキシ−１，２−エタンジイル），α−（カルボキシメチル）−ω−ヒドロキシ−オクチルオキシ−，（ＣＡＳ Ｎｏ．５３５６３−７０−５）、又はポリ（オキシ−１，２−エタンジイル），α−（カルボキシメチル）−ω−ヒドロキシ−ヘキシルオキシ−，（ＣＡＳ Ｎｏ．１０５３９１−１５−９）である。

本発明の潤滑剤組成物中で使用される脂肪族Ｃ_{１６〜２４}アルコールは、分岐アルコールであってもよく、好ましくは例えば２−ヘキシル−１−デカノール又は２−オクチル−１−ドデカノールなどの、ゲルベアルコール（一級ＯＨ残基に対してα位でアルキル置換されている長鎖アルコール）であってもよい。好ましくは後者のＣ_２０アルコールを用いることができる。完全な飽和の結果としての低流動点及び低粘着傾向のため、そのようなアルコールは、天然の直鎖アルコールと比較してより低い使用温度で使用することができる。

上述のことから、本発明により具体化される潤滑剤組成物は、基本のＣ_{１６〜２４}アルコールと乳化剤の２成分だけから構成されていてもよい。

しかし、本発明の追加的な実施形態においては、潤滑剤組成物がこれらに加えて、組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％の、下記式（ＩＩＩ）の脂肪酸アルカノールアミド又はアルコキシル化脂肪酸アルカノールアミドを含むことも提供されてもよい。
Ｒ^３−（ＣＯ）−ＮＲ’−（ＣＨ_２）_２−Ｏ−［（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｘ−（ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ）_ｙ］−Ｒ” （ＩＩＩ）
式中、Ｒ^３は脂肪族の直鎖又は分岐のＣ_５〜２３アルキル又はアルケニル残基であり、Ｒ’、Ｒ”は互いに独立に水素又は脂肪族の直鎖又は分岐の置換又は無置換のアルキル又はアルケニル残基である。ｘ及びｙはそれぞれ０〜１０から選択することができ、その結果、上述のように、純粋なエトキシル化化合物、純粋なプロポキシル化化合物、又はエトキシル化とプロポキシル化の混合の化合物も包含され、ここで合計ｘ＋ｙは０（非アルコキシル化）から１０であってもよい。脂肪酸アルカノールアミド又はアルコキシル化脂肪酸アルカノールアミドの添加は、潤滑剤組成物の腐食防止作用の向上に寄与し、乳化特性の結果として、ワークピース又は機械の洗浄作用に良い影響を与えることができる。

更に、本発明の潤滑剤組成物は、
ａ）硫化オレフィン、硫化エステル、硫化トリグリセリド、及び硫化天然エステル油などの硫化化合物、
ｂ）Ｃ_{１２〜２４}脂肪酸、
ｃ）エトキシル化天然油、
ｄ）ＫＯＨけん化菜種油、
ｅ）エトキシル化酸性リン酸エステル、
を含む群から選択され得る少なくとも１種の性能添加剤を追加的に含有することができる。

以降で実施例を開示するが、明示は限定するものとして理解すべきではない。

非限定的な実施例
ａ）次のものを含む硫化化合物：
− ジ−ｔｅｒｔ−ドデシルポリスルフィド（ＥＣ Ｎｏ．２７０−３３５−７）などの硫化オレフィン、例えばジ−ｔｅｒｔ−ドデシルトリスルフィド又はジ−ｔｅｒｔ−ドデシルペンタスルフィド、
− 脂肪酸，植物油，メチルエステル，硫化（ＥＣ Ｎｏ．２７６−３３７−４）などの硫化エステル、
− 例えば硫化菜種油、硫化ラード油、硫化ヒマシ油等などの硫化トリグリセリド／硫化天然エステル油、
ｂ）Ｃ_{１２〜２４}の範囲の鎖長を有する例えばオレイン酸又は同様のものなどの純粋な脂肪酸、
ｃ）例えば１〜１０個のエチレンオキシド単位を有するエトキシル化ヒマシ油などのエトキシル化天然油、
ｄ）ＫＯＨけん化菜種油、
ｅ）例えばオレイルアルコールエトキシル化リン酸エステル（ＣＡＳ Ｎｏ．３９４６４−６９−２）などのエトキシル化酸性リン酸エステル。

これに関係して、組成物の総重量に対する各性能添加剤の割合は、最大１５重量％の量であり、組成物の総重量に対する性能添加剤の合計の割合は３０重量％を超えない。

以上から、本発明の潤滑剤組成物は、金属加工における極微量油剤潤滑のために使用することができ、ワークピース及び工具の表面に残る潤滑剤組成物の残留物は水で洗い落とすことができる。

金属加工のための極微量油剤潤滑のための本発明の潤滑組成物は、主要割合の脂肪族Ｃ_{１６〜２４}アルコールから構成され、潤滑剤が水と乳化できるように、これにわずかな割合の乳化剤が添加される。この方式では、ワークピースだけでなく工具及び加工空間（例えば機械の内部）も、水と乳化させることによって、本発明の潤滑剤組成物の残留物を簡単に取り除くことができる。しかし、保管時及び工具への供給時に潤滑剤組成物が水と接触しないように注意を払わなければならない。

好ましい乳化剤は、組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％で組成物中に含まれる、脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテルであってもよい。あるいは、乳化剤は、その組成物中の割合が組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％の範囲である、グリコール酸アルコキシレートアルキルエーテルであってもよい。しかし、乳化剤として、脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテルとグリコール酸アルコキシレートアルキルエーテルの混合物を、組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％の重量割合で使用することも考えられる。その場合、脂肪族Ｃ_{１６〜２４}アルコールは、それぞれ組成物を補完して１００％にする割合で存在する。

グリコール酸アルコキシレートアルキルエーテルの例は、ポリ（オキシ−１，２エタンジイル），α−（カルボキシメチル）−ω−ヒドロキシ−，Ｃ_{１０〜１６}アルキル及びＣ_{１２〜２０}不飽和アルキルエーテル（例えばＣＡＳ Ｎｏ．６８９５４−８９−２）、ポリ（オキシ−１，２−エタンジイル），α−（カルボキシメチル）−ω−ヒドロキシ−，Ｃ_{１６〜１８}及びＣ_１８不飽和アルキルエーテル（ＣＡＳ Ｎｏ．２２７３１０−６９−２）、ポリ（オキシ−１，２−エタンジイル），α−（カルボキシメチル）−ω−オクチルオキシ−，（ＣＡＳ Ｎｏ．５３５６３−７０−５）、又はポリ（オキシ−１，２−エタンジイル），α−（カルボキシメチル）−ω−ヘキシルオキシ−，（ＣＡＳ Ｎｏ．１０５３９１−１５−９）である。

Claims (8)

1. 組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％の乳化剤と、
   前記組成物を補完して１００％にする割合の脂肪族Ｃ_{１６〜２４}アルコールと、
   を含有する、金属加工における極微量油剤潤滑のための潤滑剤組成物であって、前記乳化剤が、脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテル、グリコール酸アルコキシレートアルキルエーテル、又はこれらの混合物から選択されることを特徴とする、潤滑剤組成物。
2. 前記脂肪族アルコールのポリアルキレングリコールエーテルが、下記式（Ｉ）：
   Ｒ^＊−［（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｘ−（ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ）_ｙ］−Ｒ^１ （Ｉ）
   （式中、Ｒ^１は脂肪族の分岐又は直鎖のＣ_{１６〜１８}アルキル又はアルキレン残基であり、Ｒ^＊はヒドロキシル残基であり、ｘ＝０〜１０、ｙ＝０〜１０、及びｘ＋ｙ＝１〜１０である）
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の潤滑剤組成物。
3. 前記グリコール酸アルコキシレートアルキルエーテルが、下記式（ＩＩ)：
   Ｒ^２−Ｏ−［（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｘ−（ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ）_ｙ］−ＣＨ_２−ＣＯＯＨ （ＩＩ）
   （式中、Ｒ^２は脂肪族の、分岐、又は直鎖の、Ｃ_６〜２０アルキル又はアルキレン残基であり、ｘ＝０〜１０、ｙ＝０〜１０、及びｘ＋ｙ＝１〜１０である）
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の潤滑剤組成物。
4. 前記脂肪族Ｃ_{１６〜２４}アルコールが、分岐アルコール、好ましくはゲルベアルコール、特に好ましくはＣ_２０アルコールであることを特徴とする、請求項１〜３ののいずれか一項に記載の潤滑剤組成物。
5. 前記組成物が追加的に、前記組成物の総重量に対して０．０５〜５重量％の、下記式（ＩＩＩ）：
   Ｒ^３−（ＣＯ）−ＮＲ’−（ＣＨ_２）_２−Ｏ−［（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｘ−（ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ）_ｙ］−Ｒ” （ＩＩＩ）
   （式中、Ｒ^３は脂肪族の直鎖又は分岐のＣ_５〜２３アルキル又はアルキレン残基であり、Ｒ’、Ｒ”は互いに独立に水素又は脂肪族の直鎖又は分岐の置換又は無置換のアルキル又はアルケニル残基であり、ｘ＝０〜１０、ｙ＝０〜１０、及びｘ＋ｙ＝０〜１０である）
   の脂肪酸アルカノールアミド又はアルコキシル化脂肪酸アルカノールアミドを含むことを特徴とする、請求項１〜４ののいずれか一項に記載の潤滑剤組成物。
6. 前記組成物が、
   ａ）硫化オレフィン、硫化エステル、硫化トリグリセリド、及び硫化天然エステル油を含む硫化化合物、
   ｂ）Ｃ_{１２〜２４}脂肪酸、
   ｃ）エトキシル化天然油、
   ｄ）ＫＯＨけん化菜種油、
   ｅ）エトキシル化酸性リン酸エステル、
   を含む群のうちの少なくとも１種の性能添加剤を追加的に含有することを特徴とする、請求項１〜５ののいずれか一項に記載の潤滑剤組成物。
7. 前記組成物の総重量に対する各性能添加剤の割合が、前記組成物の総重量に対して１５重量％までの量であり、前記組成物の総重量に対する前記性能添加剤の合計の割合が３０重量％までの量であることを特徴とする、請求項６に記載の潤滑剤組成物。
8. 金属加工における極微量油剤潤滑のための、請求項１〜７ののいずれか一項に記載の潤滑剤組成物の使用であって、ワークピース及び工具の表面に残る前記潤滑剤組成物の残留物を水で洗い落とすことができる、使用。