CN107207992A - 水溶性金属加工油组合物及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的水溶性金属加工油组合物的特征在于，其配合有：（A）矿物油、合成油和油脂之中的至少任1种以上；（B）选自碳原子数为12以上的不饱和脂肪酸及其聚合物中的至少1种以上；（C）硫系极压剂；以及（D）胺化合物，前述（B）成分的配合量以组合物总量基准计为5质量%以上，前述（D）成分的碱值相对于前述（B）成分的酸值之比高于1。
Description
技术领域
本发明涉及水溶性金属加工油组合物及其使用方法。
背景技术
塑性加工、切削加工和研削加工等中使用的加工油剂存在油系（油性）和水系（水性），但大多使用冷却性和浸润性优异、没有起火风险的水性类型。作为这种水性类型的加工油剂中使用的水溶性组合物，提出了例如由微胶囊和润滑剂成分形成的水溶性金属加工用润滑剂组合物，所述微胶囊的内部包含抗菌性物质，所述润滑剂成分含有选自矿物油、合成润滑剂、油性改善剂和极压剂中的至少1种以上（专利文献1）。此外，提出了例如下述金属加工用水溶性油，其含有：极压添加剂、高分子阳离子化合物、脂环式胺和/或芳香族胺、单羧酸和/或二羧酸以及使该羧酸进行中和水溶化所需的碱性物质、聚氧亚烷基二醇、以及水（专利文献2）。此外，提出了例如下述水溶性金属加工用润滑剂，其配合有：羟基脂肪酸化合物、碳原子数为8~20的脂肪酸、碱性化合物、碳原子数为8~20的直链烯烃、以及非离子系表面活性剂（专利文献3）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平03-177498号公报
专利文献2：日本特开平11-279581号公报
专利文献3：日本特开2009-242743号公报。
发明内容
发明要解决的问题
近年来，在加工领域中，为了提高生产率而推进了加工的高速化。然而，在高速加工中，现有的加工油剂在工具磨耗方面容易成为问题。此外，水性类型用途的组合物通常用水稀释并使用，但此时还存在原液与水发生分离的问题。
本发明的目的在于，提供可抑制工具的磨耗、液体稳定性优异的水溶性金属加工油组合物及其使用方法。
用于解决问题的方法
根据本发明的一个方式，提供水溶性金属加工油组合物，其特征在于，其配合有：（A）矿物油、合成油和油脂之中的至少任1种以上；（B）选自碳原子数为12以上的不饱和脂肪酸及其聚合物中的至少1种以上；（C）硫系极压剂；以及（D）胺化合物，前述（B）成分的配合量以组合物总量基准计为5质量%以上，前述（D）成分的碱值相对于前述（B）成分的酸值之比高于1。
此外，根据本发明的一个方式，提供水溶性金属加工油组合物的使用方法，其特征在于，将前述水溶性金属加工油组合物以使用时的浓度达到3体积%以上的方式用水稀释，并用于被削材料的加工。
根据本发明，可提供能够抑制工具的磨耗、液体稳定性优异的水溶性金属加工油组合物及其使用方法。
具体实施方式
以下，针对本发明的一个实施方式、即水溶性金属加工油组合物（以下也称为“本组合物”）进行详细说明。
应予说明，本发明的水溶性金属加工油组合物中，配合有各种成分的组合物不仅包括“包含各种成分的组合物”，还包括：“代替各种成分中的至少任意成分而包含将该成分改性而成的改性物的组合物”以及“包含由各种成分之中的任意两种成分以上发生反应而得到的反应产物的组合物”。
[水溶性金属加工油组合物]
本组合物是用水稀释而用于各种金属加工的原液，配合有下述的（A）成分、（B）成分、（C）成分和（D）成分。
〔（A）成分〕
本组合物的（A）成分为矿物油、合成油和油脂之中的至少任1种以上。
作为矿物油，可列举出例如：将链烷烃系原油、中间基系原油或环烷烃系原油进行常压蒸馏而得到的提取油；将该常压蒸馏的残渣油进行减压蒸馏而得到的提取油；以及将这些提取油按照常规方法进行精制而得到的精制油（具体而言，溶剂精制油、氢化精制油、脱蜡处理油和白土处理油等）等。矿物油之中，适合为环烷烃系的矿物油。
作为合成油，可列举出例如聚α-烯烃、α-烯烃共聚物、聚丁烯、烷基苯、聚氧亚烷基二醇、聚氧亚烷基二醇酯、聚氧亚烷基二醇醚、硅油、多元醇酯、单酯和α-烯烃等。合成油之中，从润滑性的观点出发，优选为多元醇酯和单酯，这些之中，更适合为多元醇酯。
作为油脂，可列举出例如天然油脂（例如牛油、猪油、大豆油、菜籽油、米糠油、蓖麻油、椰子油、棕榈油和棕榈仁油等）、以及该天然油脂的氢化物等。此外，油脂可以为酯等的合成油脂。作为酯，可列举出例如使具有碳原子数为6~24的烃基和羧基的羧酸与碳原子数为2~18的醇发生反应而得到的酯等。
它们可以单独使用1种，也可以任意地组合使用2种以上。
从润滑性的观点出发，（A）成分在40℃下的运动粘度优选为2mm2/s以上、更优选为5mm2/s以上、进一步优选为8mm2/s以上。此外，从原液的处理以及向被削材料-工具间浸透的浸透性的观点出发，（A）成分在40℃下的运动粘度优选为80mm2/s以下、更优选为70mm2/s以下、进一步优选为60mm2/s以下。
应予说明，运动粘度是按照JIS K2283测定的值。
作为（A）成分的配合量，以组合物总量基准计优选为5质量%以上、更优选为30质量%以上且90质量%以下、进一步优选为40质量%以上且80质量%以下。如果（A）成分的配合量为5质量%以上，则抑制工具磨耗的效果进一步提高。
〔（B）成分〕
本组合物中的（B）成分为选自不饱和脂肪酸及其聚合物中的至少1种以上。如果为不饱和脂肪酸或其聚合物，则组合物的润滑性变得良好。
此处，前述不饱和脂肪酸的碳原子数为12以上、优选为14以上、更优选为16以上。如果该碳原子数为12以上，则将本组合物稀释时的液体稳定性和抑制工具磨耗的效果提高。
作为这种不饱和脂肪酸，可列举出例如十二碳烯酸、二十二碳烯酸、油酸、亚油酸、妥尔油脂肪酸、蓖麻醇酸、亚麻酸、十一碳烯酸、反油酸和芥酸等。应予说明，这些脂肪酸不限定于直链结构，包括所有的分枝型异构体。
它们可以单独使用1种，也可以任意地组合使用2种以上。
从降低工具磨耗的观点出发，作为（B）成分，优选为选自妥尔油脂肪酸及其聚合脂肪酸中的至少1种以上。
（B）成分的配合量以组合物总量基准计为5质量%以上，优选为8质量%以上且60质量%以下，更优选为10质量%以上且50质量%以下。如果（B）成分的配合量为5质量%以上，则将本组合物稀释时的液体稳定性和抑制工具磨耗的效果提高。
〔（C）成分〕
本组合物的（C）成分为硫系极压剂。作为硫系极压剂，可列举出例如硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化酯、硫化烯烃、二烃基多硫化物、噻二唑化合物、烷基硫代氨甲酰基化合物、三嗪化合物、硫代萜烯化合物和二烷基硫代二丙酸酯化合物等。
（C）成分优选硫链长为2以上的多硫化物、更优选的硫链长为3以上、进一步优选的硫链长为5以上。如果硫链长为2以上，则极压性变得更好、工具的耐磨耗性也提高。
作为硫链长为2以上的多硫化物，可列举出例如二甲基三硫化物、二乙氧基二硫化物、乙基氢化二硫化物、二乙酰基二硫化物和二叔十二烷基三硫化物等。
（C）成分的配合量以组合物总量基准计优选为1质量%以上且30质量%以下、更优选为2质量%以上且20质量%以下、进一步优选为5质量%以上且15质量%以下。如果（C）成分的配合量为1质量%以上且30质量%以下，则抑制工具磨耗的效果提高。
〔（D）成分〕
本组合物的（D）成分为胺化合物。作为胺化合物，可列举出例如烷醇胺、烷基胺、脂环式胺和芳香族胺等。
作为烷醇胺，可列举出例如单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、丁基二乙醇胺、环己基二乙醇胺、苯基二乙醇胺、苄基二乙醇胺、油基二乙醇胺、月桂基二乙醇胺、二甲苯基二乙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙基乙醇胺、二丁基乙醇胺、二辛基乙醇胺、二油基乙醇胺、辛基二丙醇胺、硬脂基二丙醇胺、甲苯基二丙醇胺、二丁基丙醇胺、二己基丙醇胺和二月桂基丙醇胺等。
作为烷基胺，可列举出甲胺、乙胺、二甲胺、二乙胺、甲乙胺、甲基丙基胺、乙二胺、四亚甲基二胺、N-乙基乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和五亚乙基六胺等。
作为脂环式胺，可列举出例如1,4-二氨基环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基二环己基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基二环己基和N,N-二环己基甲胺等。
作为芳香族胺，可列举出例如苄胺和二苄胺等。
这些胺化合物可以进一步被1个以上的碳原子数为1~18的烷基、环己基、苯基等具有环结构的官能团所取代。
它们可以单独使用1种，也可以任意地组合使用2种以上。
从耐腐败性的观点出发，（D）成分优选为N,N-二环己基甲胺、二环己胺、单异丙醇胺、三异丙醇胺和环己基二乙醇胺之中的至少任一者。
（D）成分的配合量以其与前述（B）成分的配合量之间的关系计，（D）成分的碱值相对于（B）成分的酸值之比（（D）成分的碱值/（B）成分的酸值）高于1、优选为1.1以上、更优选为1.2以上。如果（D）成分的碱值/（B）成分的酸值高于1，则将本组合物用水稀释时的液体稳定性优异。此外，耐腐败性也优异。
应予说明，酸值是利用基于JIS K2501的电位差滴定法测定的值[mgKOH/g]。此外，碱值是利用基于JIS K2501的盐酸法测定的值[mgKOH/g]。
〔其它成分〕
本组合物中，在不损害本发明效果的范围内，还可以配合其它的任意成分（添加剂等）。
作为其它添加剂，可列举出例如非离子表面活性剂、金属钝化剂、防锈剂、消泡剂和杀菌剂等。它们可以单独使用1种，也可以任意地组合使用2种以上。
作为非离子表面活性剂，可列举出例如烷基聚乙二醇、硬脂酸聚乙二醇和季戊四醇硬脂酸单酯等。作为配合量，以组合物总量基准计优选为0.1质量%以上且10质量%以下左右。
作为金属钝化剂，可列举出例如苯并三唑、苯并三唑衍生物、咪唑烷、嘧啶衍生物、噻二唑和噻二唑等。作为配合量，以组合物总量基准计优选为0.01质量%以上且10质量%以下左右。
作为防锈剂，可列举出例如十二烷二酸的胺盐、壬酸的胺盐、烷基苯磺酸盐、二壬基萘磺酸盐、烯基琥珀酸酯和多元醇酯等。作为配合量，以组合物总量基准计优选为1质量%以上且30质量%以下左右。
作为消泡剂，可列举出例如甲基硅油、氟硅油和聚丙烯酸酯等。作为配合量，以组合物总量基准计优选为0.01质量%以上且1质量%以下左右。
作为杀菌剂，可列举出例如三嗪系防腐剂、烷基苯并咪唑系防腐剂、对羟基苯甲酸酯类（PARABEN类）、苯甲酸、水杨酸、山梨酸、脱氢乙酸、对甲苯磺酸和它们的盐类、以及苯氧基乙醇等。作为配合量，以组合物总量基准计优选为0.01质量%以上且5质量%以下左右。
制备本组合物（原液）时，可以进一步配合水。通过配合水，有时具有提高组合物的分散稳定性或液体稳定性的效果。针对制备原液时使用的水，没有特别限定，可以使用例如脱离子水（离子交换水）、纯水、自来水和工业用水等。
组合物的分散稳定性或液体稳定性还因组合物中的前述（A）~（D）成分的内容和它们的配合比例而发生变化。因此，有时也不需要水。因此，用于制备原液的水的配合量以组合物总量基准计优选为0质量%以上且50质量%以下、更优选为0质量%以上且20质量%以下、进一步优选为0质量%以上且10质量%以下。
本组合物可以将该组合物作为原液，并根据其使用目的以达到适当浓度的方式适当用水稀释，从而适用于以冲切加工、切削加工、研削加工为首的研磨、深拉、抽伸、轧制等各种金属加工的领域。应予说明，作为研削加工，可列举出圆筒研削加工、内面研削加工、平面研削加工、无芯研削加工、工具研削加工、磨刀加工、超精研磨加工和特殊曲面研削加工（例如螺栓研削、齿轮研削、凸轮研削、辊研削）等。
本组合物适合作为其中的切削加工用途或研削加工用途。
本组合物优选以使用时的浓度达到3体积%以上的方式用水稀释并用于被削材料的加工，更优选为5体积%以上、进一步优选为10体积%以上。如果用水稀释时的浓度为3体积%以上，则能够充分获得降低工具磨耗的效果，进而能够充分获得延长工具寿命的效果。
但是，本组合物无论是原液还是稀释液，所有的配合成分均不需要均匀地溶解。因此，可以是溶液，也可以是乳液之类的分散形态。
应予说明，针对将原液稀释时使用的水，可以使用例如脱离子水（离子交换水）、纯水、自来水和工业用水等。
本组合物优选用于由铁系材料（例如碳钢、延性铸铁、不锈钢和合金钢等）或镍基合金（例如镍铬铁耐热耐蚀合金和耐蚀耐热镍基合金等）形成的被削材料的加工。如果在上述被削材料的加工中使用抑制工具磨耗的效果高的本组合物，则可以使用各种工具进行加工。
实施例
以下列举出实施例和比较例来更详细地说明本发明，但本发明完全不限定于这些记载内容。应予说明，各例中的组合物的性状等利用下述方法来求出。
（1）运动粘度
按照JIS K2283，测定40℃下的运动粘度。
（2）酸值
按照JIS K2501进行测定。
（3）碱值
按照JIS K2501进行测定。
（4）羟基值
按照JIS K0070进行测定。
（5）皂化值
按照JIS K2503进行测定。
<组合物的评价>
利用表1所示的配合组成，制备评价用的组合物。
利用下述那样的方法来进行各组合物的评价。将所得结果示于表1。
[液体稳定性的评价方法]
在100mL的量筒中将原液用水稀释（10体积%），制成100mL。静置24小时后，对试样进行目视观察，将油分未分离和浮游且未产生不溶解物的情况评价为A，将产生的情况评价为B。应予说明，比较例8的组合物为水不溶性，比较例9的组合物仅由水构成，因此，比较例8和比较例9未进行液体稳定性的评价。
[工具磨耗的评价方法]
使用将原液用水稀释（10体积%）而得到的试验液，在下述条件下进行切削后，利用DIGITAL MICROSCOPE VHX-600（キーエンス公司制）测定工具的横向后隙面磨耗宽度。应予说明，比较例8为水不溶性，因此未稀释地实施评价。
（6）切削条件
加工机： YAMAZAKI MAZAK NC车床QT-15N型
被削材料： FCD450 直径为97mm
切削工具： CNMA120404 UC5115（三菱マテリアル公司制）
夹具： DCLNL2020K12（三菱マテリアル公司制）
切削速度： 250m/分钟
送给： 0.2mm/rev
切入量： 1mm
给油量： 3.7L/h
给油方式：外部给油方式
加工距离：4km。
[表1]
[注]
※1 环烷烃系矿物油：40℃运动粘度为26mm2/s
※2 通过将蓖麻醇酸在氮气气流下以200℃进行加热脱水缩合而得到的聚合脂肪酸。酸值：52mgKOH/g、皂化值：196mgKOH/g、羟基值：20mgKOH/g
※3 エマルゲン404（花王ケミカル公司）。
根据表1所示的结果可确认：实施例1~4的组合物的抑制工具磨耗的效果良好，液体稳定性也良好。另一方面可确认：比较例1、2、5、6、8和9的组合物的工具磨耗严重。关于比较例3、4和7的组合物，原液与水发生分离，无法评价工具磨耗。
Claims (9)
1.水溶性金属加工油组合物，其特征在于，其配合有：
（A）矿物油、合成油和油脂之中的至少任1种以上；
（B）选自碳原子数为12以上的不饱和脂肪酸及其聚合物中的至少1种以上；
（C）硫系极压剂；以及
（D）胺化合物，
所述（B）成分的配合量以组合物总量基准计为5质量%以上，
所述（D）成分的碱值相对于所述（B）成分的酸值之比高于1。
2.根据权利要求1所述的水溶性金属加工油组合物，其特征在于，所述（D）成分的碱值相对于所述（B）成分的酸值之比为1.1以上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的水溶性金属加工油组合物，其特征在于，所述（A）成分的配合量以组合物总量基准计为5质量%以上。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的水溶性金属加工油组合物，其特征在于，所述（B）成分为选自妥尔油脂肪酸及其聚合脂肪酸中的至少1种以上。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的水溶性金属加工油组合物，其特征在于，所述（C）成分是硫链长为2以上的多硫化物。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的水溶性金属加工油组合物，其特征在于，所述（C）成分的配合量以组合物总量基准计为1质量%以上且30质量%以下。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的水溶性金属加工油组合物，其特征在于，其为切削加工用途或研削加工用途。
8.水溶性金属加工油组合物的使用方法，其特征在于，将权利要求1~7中任一项所述的水溶性金属加工油组合物以使用时的浓度达到3体积%以上的方式用水稀释，并用于被削材料的加工。
9.根据权利要求8所述的水溶性金属加工油组合物的使用方法，其特征在于，所述被削材料由铁系材料或镍基合金形成。
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