【発明の詳細な説明】
改良型水溶性金属加工用流体
本発明は、生分解性であり且つ再生を必要としない新規な水溶性金属加工用流
体(metal working fluid)に関する。より特定的に言えば、本発明は、金属加
工用流体を必要とする切削、研磨、形削り及び他の金属加工作業に有用な、ポリ
アミノ酸、その塩及びアミドを含む改良型組成物に関する。開示されているポリ
アミノ酸化合物は、耐蝕特性が改良されており且つ現行の含油流体より環境にや
さしい。
発明の背景
環境面に対する懸念から、既知の含油金属加工用流体は、再生するか又は一般
下水処理システムへの廃棄以外の手段を用いて処理することが要求されている。
場合によっては、該流体の処理コストが膨大になり、処理コストが仕入れ価格に
近くなってしまうこともある。
金属加工用流体は、種々の金属加工用に様々な機能を果たしている。そのよう
な機能の典型的な例には、加工物及び工具からの発熱の除去(冷却)、チップ、
工具及び加工物の摩擦の減少(潤滑)、加工作業から生じる金属破壊物
の除去、腐蝕の減少又は防止、並びに加工物と工具の境界部上でのプレートアウ
ト(build-up)の防止又は低減が含まれる。通常、この機能の組み合わせには、
該流体中に特定の金属加工作業に要求される最上の属性を得るための組成物又は
成分の組み合わせが必要とされる。
最近、含油金属加工用流体に代わるものとして、第1級アミド、エチレンジア
ミン四酢酸、脂肪酸エステル及びアルカノールアミン塩のような種々の流体が提
案された。そのような化合物は、該化合物を含有する錠剤を該流体の有効寿命中
に溶解することにより使用時に補充することができる。Satoの米国特許第4
,144,188号を参照されたい。
切削油中の抗菌剤としてアミンも有用であることが知見された。そのようなア
ミンには、アニリノアミン及びアリールアルキルアミン、例えば、p−ベンジル
アミノフェノールが含まれる。NodaらのEPO90−400732号を参照
されたい。
上述のように、産業界で発生する問題の1つは金属加工用流体の適切な処理で
ある。上記アミンは、流体から生分解により除去されるが、そのためには、沈降
タンク、処理
タンク及びスラッジ処理タンタのような設備が必要である。そのようなシステム
が特願平3−181395号に開示されている。環境基準を満たす他の廃棄物処
理法や油除去システムが用いられている。
現在用いられている含油水溶性金属加工用流体には常に作業貢の衛生問題が存
在する。そのような流体が、切削、曲げ、ねじ切り及び他の金属加工用に該流体
を用いる作業貨と接触することは避けられない。該含油流体は、加工物の作業現
場で霧を発生させ、霧は空気中を漂って機械類やその操作員の近辺に到達する。
英国特許第2,252,103号に記載されているように霧問題を減少させよう
とするいくつかの試みがなされた。該特許には、アクリルアミド、アクリル酸ナ
トリウム及びN−n−オクチルアクリルアミドのコポリマーを含む高分子増粘剤
が開示されている。該コポリマーには水溶性モノマーと水不溶性モノマーが配合
されている。
慣用の水溶性金属加工用流体を用いる作業現場での霧の発生やドリフトのため
に、そうした作業現場には通常その辺一帯に特有の臭気が充満する。通常、その
ような臭気は不快なものではあるが、不可避条件として許容されている。
特に切削作業において有用な、高度に生分解性で霧を発生させない無臭の水溶
性金属加工用流体が必要とされる。そのような流体により、処理コストが不要と
なり且つ作業現場がより衛生的で許容し得る労働環境となる。
アスパラギン酸の乾燥混合物の重台を触媒してポリスクシンイミドを形成する
種々の方法が見出された。乾燥環境で機能する好ましい触媒はリン酸である。リ
ン酸がアスパラギン酸の熱縮合の優れた触媒であることは以前から公知であるが
、リン酸は大量に用いて液状叉はペースト状混合物を形成するのが慣用的であっ
た。しかし、比較的少量を用いて実質的に流動性の粉末を保持することも公知で
ある。例えば、Knebelらの米国特許第5,142,062号には、1:0
.1〜1:2の範囲のアスパラギン酸/触媒重量比を用い得ることが開示されて
いる。また、Fox及びHaradaは、“Ana1ytical Metho
ds of Protein Chemistry”と題する刊行物において、
α−アミノ酸の熱重縮合法を公開しており、該方法に1:0.07のモル比のア
スパラギン酸/触媒を用いる手順が記載されている。さらに、Fox及びHar
adaは、アミノ酸の重縮合反応において極めて
有効な触媒としてポリリン酸の使用を開示しており、o−リン酸を用いた場合に
要求される温度より低い温度が可能であることを示している。
Kalotaらの米国特許第5,401,428号には、金属加工におけるポ
リアスパラギン酸、その塩及びアミドの有用性が開示されている。Kalota
らの米国特許第4,971,724号から、そのような塩が鉄金属用の腐蝕抑制
剤として水性系に有用であることは公知であるが、驚くべきことには、米国特許
第5,401,428号に開示されている金属加工用流体は腐蝕抑制剤を含む必
要があることが判明した。該加工用流体が空気に曝されると経時的に該流体と金
属との腐蝕反応が生じるために、該流体は腐蝕抑制剤を含有する必要がある。た
とえ腐蝕抑制剤が存在したとしても、金属加工作業における通常の使用中に生起
する通気により該加工用流体がいくぶん劣化することが認められている。連続し
て空気に曝しても腐蝕性にならないKalotaらの金属加工用流体組成物が必
要である。
発明の簡単な説明
高度に生分解性で霧を発生させない無臭のポリアスパラギン酸、その塩及びア
ミドと、安定化量の塩基性添加剤と
を含む新規な金属加工用流体組成物が見出された。前記添加剤は、該組成物のp
Hを約8.5以上、好ましくは約9以上に保持するのに十分な塩基性と緩衝力と
を有する。そのような組成物は、金属加工作業中の通気によっても劣化せず且つ
長期間にわたって耐蝕性を保持することが知見された。
該組成物を水に稀釈すると、種々の鉄及び非鉄金属の切削、ねじ切り、曲げ、
研磨、ブローチ、ねじ立て、平削り、歯車形削り、リーマー仕上げ、深孔あけ/
ガン孔あけ、孔あけ、中ぐり、ホッビング、ミリング、旋削、のこ引き及び形削
りのような作業に有用な極めて望ましい水性金属加工用流体が得られる。当業者
が本明細書を読めば、そのような多様な金属加工作業及び金属加工材には、最適
には、異なる稀釈度の金属加工用流体及び異なる濃度比の種々の組成物成分が必
要であることが認識されよう。
図面の簡単な説明
図1は、少量のリン酸ナトリウム及びベンゾトリアゾールを含むポリアスパラ
ギン酸ナトリウム水溶液のpHに及ぼす二酸化炭素の影響を示す実験で得られた
データのグラフである。発明の詳細な説明
典型的には、本発明の金属加工用流体は、有効量のポリアスパラギン酸、また
はその塩もしくはアミン、あるいは溶液中で有効量の前記成分を提供する任意の
化台物を、好ましくは、水中に約0.5%〜約70%の範囲の濃度で含む。この
非常に広い範囲は、金属加工用用途(加工用流体)として用いられる組成物と、
典型的には加工用流体としての実際の使用前に希釈される濃厚物としての商業的
に包装された組成物の両方を覆う。商業用組成物を、他の比も用い得るが、約1
0:1の比で希釈することにより加工用流体を提供することが都合良いことがわ
かった。他の濃度および希釈比は当業者に明らかであろう。
本発明の好ましい組成物は、約3%〜約25%のポリアスパラギン酸、および
好ましくは約5%〜約20%の塩またはアミドを、水中に、濃厚物として含む。
前記加工用流体は、希釈して一つの加工用流体を形成するときに約0.15%〜
約20%のポリマーを含むが、それより多いまたは少ない量を用いてもよい。
本発明により向上した安定性を有するポリアスパラギン組成物を形成するため
に任意の数の塩基性化合物を用いることがで
きる。塩基性添加剤は少なくとも幾分か水溶性であることが好ましい。安定性を
付与するために実際に必要な塩基性化合物の溶液中の量は少ないので、該塩基性
化合物は、効果的であるためには比較的少ない程度に可溶性であるだけでよい。
塩基性添加剤は、ポリマー溶液のpH(10%以下の水溶液で常温で測定)を効
果的に約8.5〜約11、より好ましくは約9〜約10.5に維持するために、
充分に高い塩基性および緩衝力を有すべきである。しかしながら、効果的な水準
において、特に機械の運転者が使用するうえで危険になるので、ポリマー溶液の
pHは約11を超えないことが好ましい。
好適な塩基性添加剤の例は、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属オルト燐酸塩
、アルカリ金属ポリ燐酸塩、アルカリ金属珪酸塩、アルカリ金属ホウ酸塩などで
あり、それらの混合物を含む。低コスト、適当な塩基性、溶解性特性および入手
性を考慮するとアルカリ金属炭酸塩が好ましい。ここで用いられる「アルカリ金
属」という用語は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウ
ムならびにそれらの混合物を意味する。
好ましくは、この発明で用いられるアルカリ金属はカリウムである。本発明で
用いられるカリウム塩は、水溶性の大きな金
属加工用流体を形成し、より重要なことには、ナトリウムのような他の通常入手
され廉価なアルカリ金属よりも組成物の凍結点を低く抑えることがわかった。従
って、本発明の組成物の調製に用いられる全ての工程においてカリウムを用いる
ことが好ましい。すなわち、当分野で知られている加水分解のようなポリスクシ
ンイミド中間体の加水分解は、通常の水酸化ナトリウムよりはむしろ水酸化カリ
ウムを用いて好ましく行われる。アルカリ金属塩基性添加剤は、好ましくは、カ
リウム塩、特に炭酸カリウムである。しかしながら、少なくとも部分的にアルカ
リ金属としてカリウムを用い、残りをナトリウムのような他のアルカリ金属とす
ることにより、ある利益が得られる。例えば、通常使用される水酸化ナトリウム
を用いてポリスクシンイミドの加水分解を行うとき、塩基性添加剤を炭酸カリウ
ムのようなカリウム塩とすることができる。
安定化ポリアスパラギン酸金属加工用流体の形成に用いられる塩基性添加剤の
量は、優れた結果を伴って大きく変化することができ、前記好ましいpH範囲を
念頭において、本発明の記載を考慮して通常の試験により任意の選択された添加
剤について最少有効水準を決めることができる。炭酸ナトリウムの使用
において、好ましい重量基準範囲は、加工用流体中約0.02%以上かつ濃厚物
中の炭酸ナトリウムとして約7重量%までであり、0.02%〜約1%、好まし
くは、濃厚物中における炭酸ナトリウム約1重量%〜約3重量%が特に好ましい
。
本発明の塩基性添加剤は、任意の典型的かつ好適な混合またはブレンド手段に
よりポリアスパラギン酸溶液と混合される。ポリアスパラギン酸金属加工用流体
の典型的製造において、固体材料であるポリスクシンイミドが通常、最初に製造
される。この材料は、任意の典型的既知手段により、通常、塩基の水溶液を用い
て加水分解され、それがこの材料を液状に換える。塩基性添加剤は、通常、調製
工程中に、液体に添加される。少量しか用いられないので、塩基性添加剤のブレ
ンドは、流体の調製および包装の最終工程において行うことができる。均一に構
成された組成を得るための充分な混合の達成に関して、特別の手順手段は必要な
い。
塩基性添加剤である炭酸ナトリウムに関して、溶解限度までの任意の量を用い
ることができる。そのような水溶液においてカリウム塩の溶解性が高いので、ナ
トリウム塩より僅かに多い量を用いることができ、例えば、ポリアミドの濃厚溶
液中、9
重量%とすることができる。しかしながら、本発明のポリアルパラギン酸加工用
流体は、典型的には、ポリアスパラギン酸、塩またはアミドを約2重量%〜約7
0重量%あるいは溶解限度までの範囲で含む濃厚物として調製される。本発明の
濃厚物に添加する時、存在する炭酸ナトリウムの量は、全体混合物の約0.2重
量%〜約7重量%の範囲であってよい。通常の金属加工用装置に使用するための
希釈状態において、本発明の濃厚物は、典型的には、ポリアスパルテートポリマ
ーについて約0.7%に、かつ約0.02%〜炭酸ナトリウムのほぼ溶解限度、
おそらく約7%以土、または炭酸カリウムについて約0.03%〜約10%、好
ましくは約0.08%〜約0.8%に希釈される。
本発明の組成物において、金属加工用用途における組成物の使用に関して広範
囲の機能を可能にする特性を向上させるまたは寄与するために種々の他の添加剤
を用いることができる。添加剤の種類は、境界潤滑剤、腐蝕抑制剤、酸化防止剤
、洗剤(detergent)および分散剤、粘度指数向上剤、乳化改良剤、耐摩耗およ
び耐摩擦剤、ならびに抑泡剤を含む。
例えば、摩耗抑制剤、潤滑剤、極圧剤(extreme pressure
agent)、摩擦改良剤等のような境界潤滑性を向上させるために添加剤を用いる
ことができる。そのような添加剤の典型例は、金属ジアルキルジチオホスフェー
ト、金属ジアリールジチオホスフェート、アルキルホスフェート、アルカリ金属
ホスフェート、トリクレシルホスフェート、2−アルキル−4−メルカプト−1
,3,4−チアジアゾール、金属ジアルキルジチオカルボネート、金属ジアルキ
ルホスホロジチオエート;ここで金属は典型的に亜鉛、モリブデン、タングステ
ンまたは他の金属である;燐酸化脂肪およびオレフィン、硫酸化または塩素化脂
肪およびオレフィンならびにパラフィン、脂肪酸、カルボン酸およびそれらの塩
、脂肪酸エステル、有機モリブデン化合物、モリブデンジスルフィド、グラファ
イトおよびホウ酸塩分散物である。そのような境界潤滑添加剤は、当分野におい
て良く知られている。ここで有用な他の添加剤は、清浄化機能を提供する洗剤お
よび分散剤を含む。
本発明のポリアスパラギン酸化合物は、特定の範囲のpHにおいて腐蝕抑制剤
として機能するが、ポリアスパラギン酸、塩またはアミドが腐蝕抑制剤として機
能しないpH範囲において機能する腐蝕抑制剤を本発明の組成物において用いる
ことがで
きる。限定されないが典型的な腐蝕抑制剤の例は、当分野において知られており
、ここで有用なものは、クロム酸亜鉛、ジチオ燐酸亜鉛のようなジチオホスフェ
ート、金属スルホン酸塩(金属はアルカリ金属)、エタノールアミノのようなアル
カノールアミンおよび置換アルカノールアミン(ここでアルキル基の主鎖は種々
の特性を提供するように置換されている)、ヘキシルアミンおよびトリエタノー
ルアミンのようなアルキルアミン、ホウ酸ナトリウムのようなホウ酸塩化台物お
よびホウ酸塩とアミンとの混合物、高いpH(10以上)のポリアルパラギン酸
および硬水中で特に有用なアルキルアミノカルホン酸を含むカルボン酸、モリブ
デン酸ナトリウム、ホウ酸モノベンジルのようなホウ酸エステルおよびホウ酸と
種々のエタノールアミン(制生物剤としても作用する)、安息香酸、安息香酸の
ニトロ誘導体、安息香酸アンモニウム、ヒドロキシ安息香酸、安息香酸ナトリウ
ム、カルボン酸とカルボキシメチルチオ基のトリエタノールアミン塩、例えば1
,1−(カルボキシメチルチオ)ウンデカン酸トリエタノールアミン塩、ベンゾ
トリアゾール、トリトリアゾールおよび他のC1〜C4アルキルベンゾトリアゾー
ルを含む。
腐蝕抑制剤のより詳細は、Corrosion Reviews、11(1〜2
)巻、105〜122頁、1993年版に見られる「Chromate Sub
stitutes For Corrosion Inhibitors in
Cooling Water Systems」と題する出版物中のArun
a Buhadurにより提供され、それをここで参考として取り入れる。
特に、アルカリ金属ホスフェート、好ましくはオルト燐酸ナトリウムまたはカ
リウムが好ましく、腐蝕抑制剤を補助するために本発明の組成物中に有利に含ま
れる。すなわち、本発明の組成物は、好ましい態様において、腐蝕抑制剤および
、アルカリ金属オルトホスフェートを含む補助腐蝕抑制剤を含む。補助のアルカ
リ金属オルトホスフェートは、金属加工操作により、加工用流体中、約0.1重
量%〜約10重量%の範囲で用いられる。ポリアミノポリマーの量は濃厚物また
は加工用流体において調節されるので、他の濃度が当業者に明らかである。
ここで用いられる「腐蝕抑制剤」という用語は、本発明の組成物の他の成分と
共に用いられたときに腐蝕抑制を示す化学物質を含む。
加工用流体の調製のために希釈調整される本発明の典型的濃厚組成物(重量部
表示)を以下の表1に示す。表1の組成物は重量部で示す。
本発明の典型的濃厚組成物は、約3重量%〜約30重量%のポリアスパラギン
酸の塩またはアミドを約1重量%〜約10重量%の腐蝕抑制剤と組み合わせて含
み、塩基性添加剤を溶液の約200重量ppm〜約5重量%含む水溶液である。
本発明の組成物は、それによってポリマーがつくられるL−アスパラギン酸の
熱縮合反応において用いられる触媒の少量を含んでもよい。典型的には、そのよ
うな触媒は、スクシンイミドポリマーの加水分解中にピロホスフェート副産物の
対応する塩に転化する燐酸のような酸である。
典型的酸化抑制剤は、本発明の組成物に組み込むこともでき、例えば、亜鉛お
よび他の金属のジチオホスフェート、ヒンダードフェノール、金属フェノールス
ルフィド、金属非含有フェノールスルフィド、芳香族アミンおよびにそれらの混
合物を含む。
本発明の組成物が用いられる多くの操作は、金属表面から運び去られるべき粒
子を形成するので、本発明の組成物中には洗剤および分散剤が用いられる。典型
的分散剤は、ポリアミンスクシンイミド、アルカリオキシド、ヒドロキシベンジ
ルポリアミン、ポリヒドロキシコハク酸エステルおよびポリアミンアミドイミダ
ゾリンおよびそれらの混合物を含む。典型的な洗剤は、金属スルホネート、過塩
基金属スルホネート、金属フェネートスルフィド、過塩基金属フェネートスルフ
ィド、金属サリチレートおよび金属チオホスホネートならびにそれらの混合物を
含む。
従って、本発明の組成物は、界面活性剤、極圧剤、緩衝剤、増粘剤、抗菌剤お
よび、そのような組成物において通常用いられる他のアジュバント、ならびにそ
れらの混合物を含むことができる。
最も商業的に都合よく用いられ使用前に希釈される本発明の濃厚組成物は、好
ましくは、種々の成分のカリウム塩を種々の濃度範囲で含むが、典型的には、約
0.5重量%からその溶解限度までのポリアスパラギン酸カリウム、約0.1%
〜約10%の補助腐蝕抑制剤としての二塩基オルト燐酸カリウム、約0.02%
〜その溶解限度、おそらく約9.5%までの炭酸カリウム、および約200pp
m〜約3重量%の腐蝕抑制剤を含む。前述したように、好ましい腐蝕抑制剤は、
約40重量%〜約0重量%の4−メチル−1H−ベンゾトリアゾールおよび約6
0%〜約100%の5−メチル−1H−ベンゾトリアゾールを含むトリルトリア
ゾールである。各成分の溶解限度は他の成分の圧力により影響を受けることを当
業者は理解する。他の有用な腐蝕抑制剤は、C1〜C4アルキルベンゾトリアゾー
ルおよびブチルベンゾトリアゾールのようなアルキルベンゾトリアゾールを含む
。
本発明のポリアスパラギン酸は、好ましくは、アスパラギン酸の熱縮合により
提供される。ポリアスパラギン酸は、マレイン酸モノまたはジアンモニウム、フ
マル酸モノまたはジアンモニウムおよびマレアミド酸のような他のモノマーの重
合により調製することもできる。そのような目的で多くの異なるプロセスが知ら
れている。例えば、反応材料を次の隣接する低い位置のトレイに送達するために
水平平面内を循環移動するトレイの上部位置にアスパラギン酸が導入されるトレ
イドライヤーを用いる連続プロセスが最近発見された。ドライヤー中の滞留時間
は、多くのトレイ水準、トレイ回転速度、空気のような加熱ガスのドライヤーを
通る循環、および温度により制御される。そのような装置における温度は、通常
、約180℃〜約350℃であり、滞留時間は約0.5〜約6時間である。典型
的トレイドライヤーは、ニュージャージー州Fort Lee在のWyssmo
nt Company,Incorporatedから市販されている。
そのようなプロセスで用いることのできる別のトレイドライヤーは、ケンタッ
キー州Florence在Kraus Maffeiにより商業的に製造されて
いるトレイドライヤーであ
る。Kraus Maffeiトレイドライヤーにおいて、加熱トレイは静止し
ており、反応体は、軸方向に回転しているプロー(plow)とシャベルにより各プ
レートを通過するように移動する。反応体は、また、トレイの内側または外側端
部において、一つのトレイから次のトレイに落ちる。反応体はトレイにより直接
加熱される。
D−、L−またはDL−アスパラギン酸のような、ポリアスパラギン酸の調製
のために用いることのできるアスパラギン酸の幾つかの異性体があるが、ここで
はL−アスパラギン酸を用いることが好ましい。
触媒を用いる場合、ドライヤーにおける反応、滞留時間を、前述の他の要因に
依存して、約30分〜約2時間の範囲で短くすることができる。循環ガス中の二
酸化炭素が、少なくとも約5容量%存在する場合に、熱縮合を触媒することが最
近発見された。循環ガス中の二酸化炭素の量は、通常、約10容量%である。
本発明のポリアスパラギン酸を製造するために種々の他の反応機を用いること
ができる。典型的な反応機は、スイス国Augst在Aerni,A.G.から
市販されているList
反応機およびケンタッキー州Florence在Littleford Bro
s.Inc.から入手されるモデルFM130実験室用ミキサーのようなLit
tleford反応機およびより大きなモデルを含む。
Littlefordミキサーは、流動床状態をつくるのに充分な攪拌を提供
し、成長する粒子の塊を破壊し、流動床にさらなるせん断力を付与するためにチ
ョッパーを設けることができる。ミキサーにより提供される攪拌は、反応時間中
に粒子を実質的に流動状態に維持するのに充分である。典型的には、Littl
efordミキサーは、少なくとも約180℃の温度で操作され、加熱床を約1
80℃〜約250℃またはそれ以上の温度に、アスパラギン酸を重合するのに充
分な時間維持することができる。ミキサーは、望ましくは、反応機を通るパージ
ガス流を提供するために設けられる。本発明によれば、ガス流は、縮合反応を触
媒し、それによりアスパラギン酸の完全な重合に達する時間を大きく減少させる
ように、充分な量の二酸化炭素を用いて提供される。
アスパラギン酸の通常の熱縮合反応は、ボリスクシンイミド中間体を製造する
。中間体は、アルカリ溶液により容易に加水
分解されてポリアスパラギン酸塩になる。アルカリ溶液の例は、アルカリ金属水
酸化物、トリエタノールアミン(TEA)等、水酸化アンモニウムなどである。
L−アスパラギン酸の熱縮合により製造することのできるものを含むポリアス
パラギン酸の水溶性塩を、本発明の金属加工用組成物において用いることができ
る。典型的水溶性塩は、アルカリ金属塩、アンモニウム、有機アンモニウムおよ
びそれらの混合物を含む。「アルカリ金属」という用語は、リチウム、ナトリウ
ム、カリウム、セシウムおよびルビジウムならびにそれらの混合物を含む。ここ
で有用な有機アンモニウム塩は、低分子量、すなわち約270より低い分子量を
有する有機アミンから調製されたものを含む。ここで有用な有機アミンは、アル
キルアミン、アルキレンアミン、アルカノールアミンを含む。典型的な有機アミ
ンは、プロピルアミン、イソプロピルアミン、エチルアミン、イソブチルアミン
、n−アミルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニ
ルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルア
ミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、およびリシンのような塩基性
アミノ酸を含む。
どの反応機を用いても、L−アスパラギン酸の熱縮合により製造されるポリア
スパラギン酸またはその塩は、本発明において有用である。このポリマーは、鉄
または非鉄金属上での金属加工用操作を可能にする充分な潤滑を提供することか
発見された。
いかなる分子量のポリアスパラギン酸もここで有用に用いることができる。
他の原料から誘導されるポリアスパラギン酸も、本発明の組成物および方法に
おいて用いられる。例えば、フジモトらの米国特許第3,846,380号、B
oehmkeの米国特許第4,839,461号、ハラダらの米国特許第4,6
96,891号に記載のように、ポリアスパラギン酸を、マレイン酸またはその
誘導体を用いて、重縮合プロセスから誘導することができ、前記文献を参考のた
めにここに取り入れる。好ましくはないが、ハラダらの米国特許第4,590,
260号に従って調製されたコポリマーのような、アミノ酸のコポリマーを本発
明の方法で用いることもできる。
本発明の水性金属加工用流体は、ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはア
ミンの水溶液が実質的に無臭である点で特に
有利である。さらに、本発明の流体が、水性含油流体において一般的である、工
具作業領域の周囲のいかなる霧(mist)も劇的に減少させることが観察された。
霧形成が実質的に無いことにより、作業領域は機械類に由来する流体を実質的に
含まないように維持され、作業者は本発明を実施する金属加工用流体による汚れ
を実質的に受けない。本発明の水性金属加工用流体は、活性成分のポリアスパラ
ギン酸または塩が生分解性が早いとわかった点で最も有利である。本発明の金属
加工用流体の生分解性により、下水処理システムへの廃棄のような通常の手段に
よる処理が可能である。本発明のそのような流体のコスト的利点は、処理の別の
手段を必要とする環境関連事項を考慮すると明らかである。
黄銅および銅のような非鉄金属を用いた試験は、作業場所が比較的汚染されな
いのみならず、作業部品が変色性付着物を比較的よせつけないことを示している
。実際、ポリアスパラギン酸の塩の水溶液が、Kalotaらの米国特許第4,
971,724号により示されているように腐蝕抑制剤であることが観察された
。すなわち、金属、好ましくは鉄金属は、有害な付着物がなく、実際、本発明の
金属加工用流体による腐蝕から保護
される。しかしながら、ポリアスパラギン酸の水溶液の腐蝕抑制効果は約8.5
以上の範囲のpHを有する溶液にわたる。本発明のポリアスパラギン酸または誘
導体を用いる組成がpHが約10以下の水溶液を提供する場合、本発明の金属加
工用流体の組成物にさらなる腐蝕抑制剤を組み入れることか薦められる。しかし
ながら、図1に、実際の流体の拡張された使用中、本発明のポリアスパラギン組
成物のpHが、大気からの二酸化炭素のような酸性化剤との接触により低下する
傾向にあることが示された。従って、本発明の組成物にさらなる腐食抑制剤を含
むことが一般的である。腐蝕抑制剤の量は、特定の抑制剤、および流体を用いる
環境により広く変化し得る。例えば、クロム酸亜鉛が腐蝕抑制剤である場合、有
効量は、加工用流体中50ppmの少量からそれ以上の範囲である。
本発明の金属加工用流体は、任意の種類の金属について前述したような種々の
金属加工用用途において有用である。特に、それらは、鉄、鋼(炭素鋼および低
合金炭素鋼)、鋳鉄、ステンレス鋼、ニッベース合金およびコバルト含有合金な
どのような鉄金属および合金の加工において有用である。本発明の流体とともに
加工し得る非鉄金属および合金は、銅、黄銅、チ
タン、アルミニウム、青銅、およびマンガンなどである。そのような金属は、本
発明の水性流体により提供される潤滑性を有して安全に加工される。
本発明の金属加工用流体の切削操作における特に重要な機能は、道具の温度お
よび作業温度を低く維持するように冷却する機能である。そのような制御は、工
具の摩耗および加工部品の歪みを最少にするのに役立つ。本発明の金属加工用流
体のもう一つの機能は、切削操作中に形成されるチップと道具との摩擦を低減す
る潤滑、および工具と加工部品との摩擦の低下である。種々の種類の切削操作に
おいて、典型的に小さな金属片のチップが形成され、それは有利にできるだけ早
く加工部品から運び去られるので、切削工具を詰まらせることがない。
好ましい態様の説明 実施例1
以下の実施例において、反応体材料をつぎつぎと送って前述の市販のトレイド
ライヤーの条件を模倣する二つのトレイを有するトレイドライヤーの実験室用モ
デルを用いた。反応体材料を、市販モデルの望ましいトレイの数に等しくするた
めに、一つのトレイから別のトレイに移した。ニュージャージー州
Fort Lee在のWyssmont Companyから市販されているW
yssmont Turbo Dryerを模倣するトレイドライヤーを、L−
アスパラギン酸1kgをトレイ当り2.5cmの深さに加えて、操作した。合計
で28トレイ水準を用いた。305℃のドライヤーを通る循環空気温度を、実験
中維持した。空気速度は、1分当たり114.3mに維持し、トレイ回転を回転
当たり3分とした。トレイ上の材料に接触する空気中の二酸化炭素を合計で10
容量%提供するようにな量で二酸化炭素を空気供給部に供給した。種々の反応時
間にトレイからサンプルを採取し、ポリマーへの転化量、pH、色(APHA)
および分子量を分析した。得られたデータを以下の表2に示す。
実施例2
本発明のポリアスパラギン酸金属加工用流体のpHへの二酸化炭素の影響を示
すために実験を行った。残留(PO4として1500ppm)している燐酸ナト
リウムを含むポリアスパラギン酸ナトリウムの1%水溶液を、二酸化炭素2.5
容量%の窒素中混合物および純粋窒素を用いた気体処理に付した。データを図1
に示したが、曲線Aが純粋窒素を用いて得られたデータであり、曲線Bが二酸化
炭素と窒素とのブレンドを用いて得られたデータである。曲線Bで示されるpH
の迅速な低下は、溶液のpHへの二酸化炭素の影響を示している。図1に示すよ
うに、二酸化炭素を含むガスを用いて気体処理した溶液は迅速に(数時間のうち
に)約7のpHを示し、窒素のみで気体処理した溶液のpHは本質的に変化しな
いままであった。
実施例3
金属加工用流体のpHの安定性および流体が金属に対して腐蝕性となる傾向へ
の塩基性淵加剤の効果を示すために促進試験を行つた。種々の手段により調製し
たポリスクシンイミドのサンプルを加水分解し、金属加工用流体として用いるた
めに調合した。触媒を含まないアスパラギン酸から一組のサンプルを調
製(サンプルA)し、アスパラギン酸に対して7.5重量%の燐酸の存在下に製
造したポリアスパラギン酸からもう一組を調製(サンプルB)した。以下の組成
を有するサンプルを調製し、必要により酸または塩基の添加により等しいpHに
調節した。
ポリアスパラギン酸ナトリウム 1重量%
ベンゾトリアゾール 950ppm
燐酸二ナトリウム 1500ppm
(PO4として)
pH 9.60
水 693g
対照として、水酸化ナトリウムでpH9.6に調節した第3のサンプルである
水道水(サンプルC)を用いた。典型的に0.033%の二酸化炭素を含む周囲
空気を、周囲室温および圧力において200cc/分を超える一定速度で液体サ
ンプルを通して連行した。各溶液のpHを、毎日6日間測定した。250ppm
〜1000ppmの炭酸ナトリウムを、試験の開始時に各サンプルに添加した。
試験の結果を以下の表3に示す。 前記データから、水道水でみつかるよりも高いpH水準を維持するのに炭酸ナ
トリウムが全ての水準で効果的であることが注目される。また、1000ppm
の水準において、2日後に、pHが9以上の平衡に達した。pH9以上において
は、腐蝕水準が重大でない程度に低下することが知られている。塩基性添加剤の
添加は、促進試験において、pHを許容できる水準に維持し、それは、加工用流
体が比較的長期間の通常の使用により劣化しないことを示している。
実施例4
燐酸触媒7.5%の存在下にWyssmont Turbo
Dryerによりポリアスパラギン酸ナトリウム塩を調製した。酸ポリマーを、
水酸化ナトリウムで加水分解し、1重量%の水溶液に希釈した。2バッチのポリ
アスパラギン酸ポリマーを、pKa8.3のベンゾトリアゾールと配合した。こ
の試験においてpHへの効果は、pKaが試験溶液のpHより低いので、ベンゾ
トリアゾールにより影響されなかった。ベンゾトリアゾール200ppmを含む
一つのバッチにおいて、炭酸ナトリウムは添加せず、ベンゾトリアゾール950
ppmを含む別のバッチにおいて、炭酸ナトリウムを1000ppmの濃度で添
加した。切削用流体の各バッチを、Okuma LB10切断機の切削用流体と
して用いた。切削用流体の各バッチのpHを、開始時、1日後、および5日後に
測定した。MitSubishi DMN G432MAインサートを用いて3
00ピースの1018スチールを2.54cmから0.934cmに切削した。
Manchester M50分離ツールを用いた。ポリアスパラギン酸ポリマ
ー切削用流体の経時的pH測定からの経時的pH試験の結果を以下の表4に示す
。
結果は、1000ppmの水準の炭酸ナトリウムがポリアスパラギン酸ポリマ
ー切削用流体のpHを安定化させ、塩基性添加剤を含有しない切削用流体のpH
が所望のpH9〜9.5より低くなったことを示している。
実施例5
典型的に、本発明の好ましい組成物は、実施例4に記載のようにL−アスパラ
ギン酸を重合し、次に、得られたポリスクシンイミドを、以下の表5に示す重量
部で適当な溶器を満たすことにより加水分解して調製することができる。
前述の加水分解手順により製造されたポリアスパラギン酸カリウムに、燐酸二
カリウム21部、炭酸カリウム17.7部およびトリルトリアゾール13.5部
を添加した。このトリルトリアゾールは、40%の4−メチル−1H−ベンゾト
リアゾールと60%の5−メチル−1H−ベンゾトリアゾールを含む混合物から
なる。トリルトリアゾールの使用において、最高の結果を得るためには、加工用
流体中において約900ppmを超える水準を維持することが望ましい。
実施例6
ナトリウムイオンの代わりにカリウムイオンを組み込むことにより達成される
本発明の組成物の凍結点の低下を示すために、前記表1に示す3つの組成物を、
均質性および凍結点に関して組成物を視覚的に観察しつつ冷却することにより試
験した。結果は以下の表6に示す。組成の重量%は以下の如くである。
上のデータから、カリウム塩は、凍結温度を大きく低下させた点において非常
に有利であることが明らかである。低下した凍結温度において重要なのは、凍結
温度においても沈殿が観察されなかったことであり、それは溶液の異なる相への
分離が起こっていないことを示している。従って、カリウム塩混合物は、凍結温
度において組成物の分離した層を再分散させるために更なる混合を必要とするナ
トリウム塩または混合塩組成物のように有害な温度では凍結しない。
本発明を、前述した特定の態様において詳細説明したが、この記載は効果的な
組成物および効果的な成分の量を説明するためのみになされ、当業者には別の態
様および操作技術が(本開示をもとにして)明らかであるので、本発明はこれら
に限定されてはならないことを理解すべきである。従って、記載された本発明の
精神および範囲から離れることなく修正を行うことができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Improved water-soluble metal working fluid
The present invention provides a novel water-soluble metalworking stream that is biodegradable and does not require regeneration.
Regarding the body (metal working fluid). More specifically, the present invention
Poly, useful for cutting, polishing, shaping and other metalworking operations that require working fluids
An improved composition comprising an amino acid, a salt thereof and an amide. Poly disclosed
Amino acid compounds have improved corrosion resistance and are more environmentally friendly than current oil-containing fluids.
Nice
Background of the Invention
Due to environmental concerns, known oil-impregnated metal working fluids may be regenerated or
It is required to treat by using means other than disposal in the sewage treatment system.
In some cases, the processing cost of the fluid becomes enormous, and the processing cost is reduced to the purchase price.
Sometimes it gets closer.
Metal working fluids perform various functions for various metal working. Like that
Typical examples of such functions are removal of heat (cooling) from workpieces and tools, chips,
Reduction of friction between tools and workpieces (lubrication), metal debris resulting from machining operations
Removal, reduction or prevention of corrosion, and plate out at the workpiece-tool interface
Prevention or reduction of build-up. Usually, this combination of features includes
A composition for obtaining the best attributes required for a particular metalworking operation in the fluid or
A combination of components is required.
Recently, primary amides, ethylenedia
Various fluids such as mintetraacetic acid, fatty acid esters and alkanolamine salts are available.
Was devised. Such compounds allow the tablets containing the compounds to be used during the useful life of the fluid.
Can be replenished at the time of use. US Patent No. 4 to Sato
, 144,188.
Amines have also been found to be useful as antimicrobial agents in cutting oils. Such a
Mines include anilinoamines and arylalkylamines such as p-benzyl
Contains aminophenol. See Noda et al., EPO 90-400732.
I want to be.
As mentioned above, one of the problems that arises in the industry is the proper handling of metalworking fluids.
is there. The amines are removed from the fluid by biodegradation,
Tank, processing
Equipment such as tanks and sludge treatment tantalum is required. Such a system
Is disclosed in Japanese Patent Application No. 3-181395. Other waste treatment sites that meet environmental standards
Law and oil removal systems are used.
Oil-containing water-soluble metal working fluids currently used always have work-related hygiene issues.
Exist. Such fluids can be used for cutting, bending, threading and other metalworking.
Inevitably come into contact with working coins using The oil-containing fluid is used for the work
The fog is generated in the field, and the fog drifts in the air and reaches the vicinity of machinery and its operators.
Reduce fog problems as described in UK Patent No. 2,252,103
Some attempts have been made. The patent includes acrylamide, sodium acrylate
Polymeric thickeners containing copolymers of thorium and Nn-octylacrylamide
Is disclosed. The copolymer contains water-soluble and water-insoluble monomers
Have been.
For fog formation and drift at work sites using conventional water-soluble metalworking fluids
In addition, such work sites are usually filled with odors peculiar to the area. Usually
Such an odor is unpleasant, but is accepted as an unavoidable condition.
Highly biodegradable, mist-free, odorless, water-soluble, especially useful in cutting operations
A need exists for a fluid for the processing of compliant metals. Such fluids eliminate the need for processing costs
And a more hygienic and acceptable working environment for the work site.
Catalyze the platform of a dry mixture of aspartic acid to form polysuccinimide
Various methods have been found. A preferred catalyst that works in a dry environment is phosphoric acid. Re
It has long been known that acid is an excellent catalyst for the thermal condensation of aspartic acid.
It is customary to use phosphoric acid in large quantities to form a liquid or pasty mixture.
Was. However, it is also known to use relatively small amounts to retain substantially flowable powders.
is there. For example, US Pat. No. 5,142,062 to Knebel et al.
. It is disclosed that aspartic acid / catalyst weight ratios in the range of 1-1: 2 can be used.
I have. Fox and Harada are "Analytical Metho."
In a publication entitled "ds of Protein Chemistry,"
A thermal polycondensation method for α-amino acids has been disclosed, and the method has a molar ratio of 1: 0.07.
A procedure using sparginic acid / catalyst is described. In addition, Fox and Har
ada is very important in the polycondensation reaction of amino acids.
It discloses the use of polyphosphoric acid as an effective catalyst, and when using o-phosphoric acid,
It indicates that lower temperatures than required are possible.
U.S. Patent No. 5,401,428 to Kalota et al.
The utility of riaspartic acid, its salts and amides is disclosed. Kalota
From U.S. Pat. No. 4,971,724 to such salts, such salts can be used to inhibit corrosion for ferrous metals.
Although it is known to be useful in aqueous systems as an agent, surprisingly, US Pat.
The metalworking fluid disclosed in US Pat. No. 5,401,428 must contain a corrosion inhibitor.
It turned out to be necessary. When the processing fluid is exposed to air, the fluid and gold
In order for a corrosion reaction with the genus to occur, the fluid must contain a corrosion inhibitor. Was
Even if corrosion inhibitors are present, they will occur during normal use in metalworking operations.
It has been observed that the working fluid is somewhat degraded by the aeration. Continuous
A metal working fluid composition that does not become corrosive even when exposed to air.
It is important.
BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Highly biodegradable, non-fogless odorless polyaspartic acid, its salts and salts
And a stabilizing amount of a basic additive.
Novel metalworking fluid compositions comprising: The additive comprises a p of the composition.
Sufficient basicity and buffering power to keep H above about 8.5, preferably above about 9
Having. Such compositions are not degraded by ventilation during metalworking operations and
It has been found that corrosion resistance is maintained over a long period of time.
When the composition is diluted in water, it can cut, thread, bend, cut various ferrous and non-ferrous metals,
Grinding, broaching, tapping, planing, gear shaping, reamer finishing, deep hole drilling /
Gun drilling, drilling, boring, hobbing, milling, turning, sawing and shaping
A highly desirable aqueous metalworking fluid useful for such operations is obtained. Skilled person
After reading this specification, it is ideal for such a variety of metalworking operations and materials.
Requires different dilutions of metalworking fluids and different composition ratios of different composition ratios.
It will be appreciated that this is important.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 shows a polyasparagus containing a small amount of sodium phosphate and benzotriazole.
Obtained in experiments showing the effect of carbon dioxide on the pH of aqueous sodium formate solutions
It is a graph of data.Detailed description of the invention
Typically, the metalworking fluid of the present invention comprises an effective amount of polyaspartic acid,
Is a salt or amine thereof, or any which provides an effective amount of said ingredient in solution.
The petroleum is preferably contained in water at a concentration ranging from about 0.5% to about 70%. this
A very wide range includes compositions used as metalworking applications (working fluids),
Commercially available as a concentrate, typically diluted before actual use as a processing fluid
Cover both of the packaged compositions. Commercial compositions may be used at about 1 ratio, although other ratios may be used.
It may prove convenient to provide the working fluid by diluting it in a 0: 1 ratio.
won. Other concentrations and dilution ratios will be apparent to those skilled in the art.
Preferred compositions of the present invention comprise from about 3% to about 25% polyaspartic acid, and
Preferably about 5% to about 20% of the salt or amide is contained in the water as a concentrate.
The processing fluid may be diluted from about 0.15% to form one processing fluid.
It contains about 20% polymer, but higher or lower amounts may be used.
To form a polyasparagine composition having improved stability according to the present invention
Any number of basic compounds can be used for
Wear. Preferably, the basic additive is at least somewhat water-soluble. Stability
Since the amount of the basic compound in the solution actually required for application is small,
The compounds need only be soluble to a relatively small extent to be effective.
The basic additive has an effect on the pH of the polymer solution (measured at room temperature with an aqueous solution of 10% or less).
In order to effectively maintain from about 8.5 to about 11, more preferably from about 9 to about 10.5,
It should have sufficiently high basicity and buffering power. However, effective levels
In particular, the use of polymer solutions can be dangerous for machine operators.
Preferably, the pH does not exceed about 11.
Examples of suitable basic additives are alkali metal carbonates, alkali metal orthophosphates
, Alkali metal polyphosphate, alkali metal silicate, alkali metal borate, etc.
Yes, including mixtures thereof. Low cost, suitable basicity, solubility properties and availability
Considering the properties, an alkali metal carbonate is preferred. The term “alkali gold” used here
The term "genus" refers to lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium.
As well as mixtures thereof.
Preferably, the alkali metal used in the present invention is potassium. In the present invention
The potassium salt used is a large water-soluble gold
Forming fluids for processing, and more importantly, other commonly available
It was found that the freezing point of the composition was kept lower than that of inexpensive alkali metals. Obedience
Therefore, potassium is used in all the steps used for preparing the composition of the present invention.
Is preferred. That is, polysushi such as hydrolysis known in the art.
The hydrolysis of the imido intermediate is a process of potassium hydroxide rather than ordinary sodium hydroxide.
It is preferably carried out using chromium. The alkali metal basic additive is preferably
Lium salts, especially potassium carbonate. However, at least partially
Use potassium as the metal and the rest with other alkali metals such as sodium.
By doing so, certain benefits are obtained. For example, commonly used sodium hydroxide
When polysuccinimide is hydrolyzed using
Potassium salt such as potassium.
Of basic additives used to form stabilized polyaspartate metalworking fluids
The amount can vary greatly with excellent results, and can vary the preferred pH range.
With in mind, any selected additions by routine testing in view of the description of the invention
The minimum effective level for an agent can be determined. Use of sodium carbonate
In the above, the preferred weight basis range is about 0.02% or more
Up to about 7% by weight as sodium carbonate in it, 0.02% to about 1%, preferably
In particular, about 1% to about 3% by weight of sodium carbonate in the concentrate is particularly preferred.
.
The basic additive of the present invention can be used in any typical and suitable mixing or blending means.
More mixed with polyaspartic acid solution. Fluids for processing polyaspartic metal
In typical production of polysuccinimide, a solid material is usually first produced
Is done. This material is prepared by any typical known means, usually using an aqueous solution of a base.
Hydrolyzed, which converts the material to a liquid state. Basic additives are usually prepared
During the process, it is added to the liquid. Because only a small amount is used, the
Can be performed in the final step of fluid preparation and packaging. Uniformly composed
No special procedural steps are necessary to achieve sufficient mixing to obtain the formed composition.
No.
Regarding the basic additive sodium carbonate, use any amount up to the solubility limit.
Can be Because of the high solubility of potassium salts in such aqueous solutions,
Slightly higher amounts can be used than thorium salts, for example, for concentrated polyamides.
In liquid, 9
% By weight. However, for processing polyaspartic acid according to the invention
The fluid typically comprises about 2% to about 7% by weight of polyaspartic acid, salt or amide.
It is prepared as a concentrate containing 0% by weight or up to the solubility limit. Of the present invention
When added to the concentrate, the amount of sodium carbonate present is about 0.2 weight of the total mixture.
It can range from% to about 7% by weight. For use in ordinary metalworking equipment
In the diluted state, the concentrate of the present invention typically comprises a polyaspartate polymer.
About 0.7% and about 0.02% to about the solubility limit of sodium carbonate,
Possibly about 7% or less, or about 0.03% to about 10% for potassium carbonate,
Preferably, it is diluted to about 0.08% to about 0.8%.
The compositions of the present invention have a wide range of uses for the compositions in metalworking applications.
Various other additives to enhance or contribute to the properties that enable the function of the enclosure
Can be used. Additive types include boundary lubricants, corrosion inhibitors, antioxidants
, Detergents and dispersants, viscosity index improvers, emulsifiers, antiwear and
And anti-frictional agents, as well as foam inhibitors.
For example, wear inhibitors, lubricants, extreme pressure agents (extreme pressure
use additives to improve boundary lubricity, such as agents), friction modifiers, etc.
be able to. Typical examples of such additives are metal dialkyldithiophosphates.
Metal, diaryldithiophosphate, alkyl phosphate, alkali metal
Phosphate, tricresyl phosphate, 2-alkyl-4-mercapto-1
, 3,4-thiadiazole, metal dialkyldithiocarbonate, metal dialki
Metal, typically zinc, molybdenum, tungsten
Or other metals; phosphorylated fats and olefins, sulfated or chlorinated fats
Fats and olefins and paraffins, fatty acids, carboxylic acids and their salts
, Fatty acid esters, organic molybdenum compounds, molybdenum disulfide, grapha
And borate dispersion. Such boundary lubrication additives are known in the art.
Well-known. Other additives useful herein are detergents and other agents that provide a cleaning function.
And a dispersant.
The polyaspartic acid compound of the present invention is a corrosion inhibitor at a specific range of pH.
, But polyaspartic acid, salts or amides act as corrosion inhibitors
Use of Corrosion Inhibitors in the Composition of the Invention that Function in the Non-functional pH Range
With
Wear. Examples of, but not limited to, typical corrosion inhibitors are known in the art.
Useful herein are dithiophosphoric acids such as zinc chromate and zinc dithiophosphate.
Salts, metal sulfonates (metals are alkali metals), alcohols such as ethanolamino
Canolamine and substituted alkanolamines (where the main chain of the alkyl group varies
Hexylamine and triethanolamine
Alkylamines such as ruamine, borated products such as sodium borate and the like.
And mixtures of borates and amines, polyaspartic acid of high pH (10 or more)
Carboxylic acids, including alkylamino carboxylic acids, particularly useful in hard water and molybdenum
With borate esters and boric acids such as sodium denate, monobenzyl borate
Various ethanolamines (which also act as antibiotics), benzoic acid, benzoic acid
Nitro derivatives, ammonium benzoate, hydroxybenzoic acid, sodium benzoate
Triethanolamine salts of carboxylic acids and carboxymethylthio groups, such as 1
, 1- (carboxymethylthio) undecanoic acid triethanolamine salt, benzo
Triazoles, tritriazoles and other C1~ CFourAlkyl benzotriazo
Including
For more details on corrosion inhibitors, see Corrosion Reviews, 11 (1-2).
), Pp. 105-122, 1993 Edition.
states For Corrosion Inhibitors in
Arun in a publication entitled "Cooling Water Systems"
a Provided by Buhadur, which is incorporated herein by reference.
In particular, alkali metal phosphates, preferably sodium orthophosphate or potassium phosphate
Lium is preferred and is advantageously included in the compositions of the present invention to aid the corrosion inhibitor.
It is. That is, the composition of the present invention, in a preferred embodiment, a corrosion inhibitor and
And an auxiliary corrosion inhibitor comprising an alkali metal orthophosphate. Auxiliary Arca
Li metal orthophosphate is about 0.1 weight in the working fluid by the metal working operation.
It is used in the range of% to about 10% by weight. The amount of polyamino polymer can be
Since is adjusted in the processing fluid, other concentrations will be apparent to those skilled in the art.
As used herein, the term "corrosion inhibitor" refers to other ingredients of the composition of the present invention.
Contains chemicals that exhibit corrosion inhibition when used together.
Typical concentrated compositions of the present invention (parts by weight) which are diluted and adjusted to prepare a processing fluid
Table 1) is shown in Table 1 below. The compositions in Table 1 are given in parts by weight.
A typical concentrated composition of the present invention comprises from about 3% to about 30% by weight of polyasparagine.
An acid salt or amide in combination with about 1% to about 10% by weight of a corrosion inhibitor.
And an aqueous solution containing about 200% by weight to about 5% by weight of the solution of a basic additive.
The composition of the present invention comprises the L-aspartic acid from which the polymer is made.
It may contain a small amount of the catalyst used in the thermal condensation reaction. Typically,
Such catalysts form pyrophosphate by-products during the hydrolysis of succinimide polymers.
Acids such as phosphoric acid which are converted to the corresponding salts.
Typical antioxidants can also be incorporated into the compositions of the present invention, for example, zinc and
And other metal dithiophosphates, hindered phenols, metal phenols
Sulfides, metal-free phenol sulfides, aromatic amines and mixtures thereof
Including compounds.
Many operations in which the compositions of the present invention are used involve the removal of particles to be carried away from metal surfaces.
Detergents and dispersants are used in the compositions of the present invention to form particles. Typical
Dispersants include polyamine succinimide, alkali oxide, hydroxybenzyl
Polyamine, polyhydroxysuccinate and polyamine amide imida
Including zoline and mixtures thereof. Typical detergents are metal sulfonates, persalts
Base metal sulfonate, metal phenate sulfide, overbased metal phenate sulf
, Metal salicylates and metal thiophosphonates and their mixtures
Including.
Therefore, the composition of the present invention comprises a surfactant, an extreme pressure agent, a buffer, a thickener, an antibacterial agent and the like.
And other adjuvants commonly used in such compositions, as well as
These mixtures can be included.
The concentrated compositions of the present invention, which are most commercially conveniently used and diluted prior to use, are preferred.
Preferably, it contains potassium salts of the various components in various concentration ranges, but typically comprises about
0.5% by weight to its solubility limit potassium polyaspartate, about 0.1%
~ About 10% potassium dibasic orthophosphate as an auxiliary corrosion inhibitor, about 0.02%
~ Its solubility limit, perhaps up to about 9.5% potassium carbonate, and about 200 pp
m to about 3% by weight of a corrosion inhibitor. As mentioned above, preferred corrosion inhibitors are
About 40% to about 0% by weight of 4-methyl-1H-benzotriazole and about 6%
Tolyltria containing 0% to about 100% 5-methyl-1H-benzotriazole
Sol. It is important to note that the solubility limit of each component is affected by the pressure of the other components.
Traders understand. Other useful corrosion inhibitors are C1~ CFourAlkyl benzotriazo
And alkyl benzotriazoles such as butyl benzotriazole
.
The polyaspartic acid of the present invention is preferably obtained by thermal condensation of aspartic acid.
Provided. Polyaspartic acid is mono- or di-ammonium maleate,
Weight of other monomers such as mono- or di-ammonium malate and maleamic acid
It can also be prepared by combination. Many different processes are known for such purposes.
Have been. For example, to deliver reactants to the next adjacent lower tray
A tray in which aspartic acid is introduced at the top of a tray that circulates in a horizontal plane
A continuous process using an idler has recently been discovered. Residence time in dryer
Has many tray levels, tray rotation speeds, dryers for heated gases such as air
Controlled by circulation through and temperature. The temperature in such devices is usually
From about 180 ° C to about 350 ° C, and the residence time is from about 0.5 to about 6 hours. Typical
Tray dryer is available from Wyssmo, Fort Lee, NJ
Commercially available from nt Company, Incorporated.
Another tray dryer that can be used in such a process is Kentucky.
Commercially manufactured by Kraus Maffei, Florence, KY
Is a tray dryer
You. In the Kraus Maffei tray dryer, the heating tray is stationary
The reactants are controlled by an axially rotating plow and a shovel.
Move through the rates. Reactants can also be placed on the inside or outside edge of the tray.
Part falls from one tray to the next. Reactants directly by tray
Heated.
Preparation of polyaspartic acid, such as D-, L- or DL-aspartic acid
There are several isomers of aspartic acid that can be used for
Preferably uses L-aspartic acid.
When using a catalyst, the reaction and residence time in the dryer are
Depending on the range, it can be as short as about 30 minutes to about 2 hours. Two in the circulating gas
It is best to catalyze thermal condensation when carbon oxide is present at least about 5% by volume.
Recently discovered. The amount of carbon dioxide in the circulating gas is usually about 10% by volume.
Using various other reactors to produce the polyaspartic acid of the present invention
Can be. A typical reactor is described in Aerni, A., Augst, Switzerland. G. FIG. From
List that is commercially available
Reactor and Littleford Bro, Florence, Kentucky
s. Inc. Like model FM130 laboratory mixer obtained from
Includes telford reactor and larger model.
Littleford mixer provides sufficient agitation to create fluidized bed conditions
To break up clumps of growing particles and apply additional shear to the fluidized bed.
A chopper can be provided. The agitation provided by the mixer during the reaction time
Sufficient to keep the particles substantially fluid. Typically, Litel
The eford mixer is operated at a temperature of at least about 180 ° C.
Temperatures from 80 ° C. to about 250 ° C. or higher are sufficient to polymerize aspartic acid.
Can be maintained for minutes. The mixer is desirably purged through the reactor
Provided to provide a gas flow. According to the invention, the gas stream catalyzes the condensation reaction.
Medium, thereby greatly reducing the time to reach complete polymerization of aspartic acid
As such, it is provided with a sufficient amount of carbon dioxide.
Normal thermal condensation reaction of aspartic acid produces borsk succinimide intermediate
. Intermediates are easily hydrolyzed by alkaline solutions
Decomposes into polyaspartate. An example of an alkaline solution is alkali metal water.
Oxides, triethanolamine (TEA), ammonium hydroxide, and the like.
Polyas including those which can be produced by thermal condensation of L-aspartic acid
Water-soluble salts of paraginic acid can be used in the metalworking compositions of the present invention.
You. Typical water-soluble salts are alkali metal salts, ammonium, organic ammonium and
And mixtures thereof. The term "alkali metal" refers to lithium, sodium
And potassium, cesium and rubidium and mixtures thereof. here
The organic ammonium salts useful in are low molecular weight, ie, having a molecular weight less than about 270.
And those prepared from organic amines. Organic amines useful herein are
Including killamine, alkyleneamine and alkanolamine. Typical organic net
Propylamine, isopropylamine, ethylamine, isobutylamine
, N-amylamine, hexylamine, heptylamine, octylamine, noni
Ruamine, decylamine, undecylamine, dodecylamine, hexadecyla
Basics such as min, heptadecylamine, octadecylamine, and lysine
Contains amino acids.
Regardless of which reactor is used, the polymer produced by thermal condensation of L-aspartic acid can be used.
Spartic acid or a salt thereof is useful in the present invention. This polymer is made of iron
Or to provide sufficient lubrication to enable metalworking operations on non-ferrous metals
It's been found.
Any molecular weight polyaspartic acid can be usefully used herein.
Polyaspartic acid derived from other sources may also be used in the compositions and methods of the present invention.
Used in For example, US Pat. No. 3,846,380 to Fujimoto et al., B
U.S. Pat. No. 4,839,461 to Oehmke, U.S. Pat.
No. 96,891, polyaspartic acid can be converted to maleic acid or its derivatives.
Derivatives can be used to derive from the polycondensation process and refer to the literature.
Take it here for help. Although not preferred, Harada et al., US Pat. No. 4,590,
Invented copolymers of amino acids, such as those prepared according to No. 260
It can also be used in a clear way.
The fluid for processing an aqueous metal according to the present invention is polyaspartic acid or a salt or a polyaspartic acid thereof.
Especially in that the aqueous solution of min is virtually odorless.
It is advantageous. In addition, the fluids of the present invention are commonly used in aqueous oil-containing fluids.
It was observed that any mist around the tool working area was dramatically reduced.
With substantially no fog formation, the work area is substantially free of machinery-derived fluids.
Is maintained free from contamination by workers with metalworking fluids embodying the present invention.
Substantially do not. The aqueous metalworking fluid of the present invention contains the active ingredient polyaspara
Most advantageous is that formic acid or salts have been found to be fast biodegradable. The metal of the present invention
Due to the biodegradability of the processing fluid, it can be used for normal means such as disposal in sewage treatment systems.
Processing is possible. The cost advantage of such a fluid of the present invention is that
It is clear when considering the environmental issues that require measures.
Testing with non-ferrous metals such as brass and copper has shown that the workplace is relatively
Not only does it indicate that the work parts do not relatively discolor the discolored deposits
. Indeed, an aqueous solution of a salt of polyaspartic acid is disclosed in US Pat.
971,724 was observed to be a corrosion inhibitor
. That is, metals, preferably ferrous metals, are free of harmful deposits and, in fact, of the present invention.
Protection from corrosion by metalworking fluids
Is done. However, the corrosion inhibiting effect of the aqueous solution of polyaspartic acid is about 8.5.
It covers solutions having a pH in the above range. The polyaspartic acid or derivative of the present invention
When the composition using the conductor provides an aqueous solution having a pH of about 10 or less, the metal additive of the present invention may be used.
It is recommended that further corrosion inhibitors be incorporated into the composition of the working fluid. However
1 shows the polyasparagine combination of the present invention during extended use of actual fluids.
The pH of the product is reduced by contact with an acidifying agent such as carbon dioxide from the atmosphere
It was shown that there was a tendency. Therefore, the compositions of the present invention may contain additional corrosion inhibitors.
Is common. The amount of corrosion inhibitor depends on the specific inhibitor and fluid
Can vary widely with the environment. For example, if zinc chromate is a corrosion inhibitor,
Effective amounts range from as little as 50 ppm in the working fluid to more.
The metal working fluid of the present invention may be any of various kinds of metals as described above for any kind of metal.
Useful in metalworking applications. In particular, they include iron, steel (carbon steel and low
Alloy carbon steel), cast iron, stainless steel, nibase alloy and cobalt-containing alloy.
Useful in the processing of any ferrous metals and alloys. With the fluid of the present invention
Non-ferrous metals and alloys that can be processed include copper, brass, and copper.
Tan, aluminum, bronze, and manganese. Such metal books
Processed safely with the lubricity provided by the aqueous fluids of the invention.
Particularly important functions in the cutting operation of the metal working fluid of the present invention are the temperature of the tool and the temperature of the tool.
And a function to cool so as to keep the working temperature low. Such control is
Helps to minimize tool wear and workpiece distortion. Flow for metal processing of the present invention
Another function of the body is to reduce the friction between the tool and the chips formed during the cutting operation.
Lubrication and reduced friction between the tool and the machined part. For various types of cutting operations
In this case, typically a small piece of metal chip is formed, which is advantageously as soon as possible.
Since it is carried away from the machined parts, it does not clog the cutting tool.
Description of the preferred embodiment Example 1
In the following examples, the reactant materials are fed one after the other and the commercially available trade
Laboratory dryer with two trays that mimics the conditions of the dryer
Dell was used. The reactant material was adjusted to equal the desired number of trays on the commercial model.
For this purpose, they were moved from one tray to another. New Jersey
W commercially available from Wyssmont Company of Fort Lee
Tray dryer imitating yssmont Turbo Dryer, L-
The operation was performed by adding 1 kg of aspartic acid to a depth of 2.5 cm per tray. total
Used a 28 tray level. Experiment with circulating air temperature through dryer at 305 ° C
Maintained inside. Air speed is maintained at 114.3m / min and tray rotation is turned
3 minutes per session. The total carbon dioxide in the air that contacts the material on the tray is 10
Carbon dioxide was supplied to the air supply in an amount to provide volume percent. During various reactions
Samples are taken from the tray in the meantime, conversion to polymer, pH, color (APHA)
And molecular weight were analyzed. The data obtained is shown in Table 2 below.
Example 2
4 illustrates the effect of carbon dioxide on the pH of the polyaspartic metal processing fluid of the present invention.
An experiment was conducted in order to Residual (POFourSodium phosphate
1% aqueous solution of sodium polyaspartate containing lium
The mixture was subjected to a gas treatment with a mixture by volume of nitrogen in nitrogen and pure nitrogen. Figure 1 shows the data
The curve A is data obtained using pure nitrogen, and the curve B is
4 is data obtained using a blend of carbon and nitrogen. PH shown by curve B
The rapid drop in the pH indicates the effect of carbon dioxide on the pH of the solution. As shown in Figure 1
As described above, the solution gas-treated with a gas containing carbon dioxide
2) exhibit a pH of about 7, and the pH of the solution gassed with nitrogen only remains essentially unchanged.
There was until now.
Example 3
The pH stability of metalworking fluids and the tendency of fluids to become corrosive to metals
An accelerated test was performed to show the effect of the basic additive. Prepared by various means
Hydrolyzed polysuccinimide sample and used as metalworking fluid
Was prepared. Prepare a set of samples from aspartic acid without catalyst
(Sample A) and in the presence of 7.5% by weight of phosphoric acid with respect to aspartic acid.
Another set was prepared from the prepared polyaspartic acid (Sample B). The following composition
A sample having the same pH as necessary, and adding an acid or a base to equal pH if necessary.
Adjusted.
Sodium polyaspartate 1% by weight
Benzotriazole 950 ppm
Disodium phosphate 1500ppm
(POFourAs)
pH 9.60
693 g of water
As a control, a third sample adjusted to pH 9.6 with sodium hydroxide.
Tap water (sample C) was used. Ambient typically containing 0.033% carbon dioxide
Air is pumped at a constant rate above 200 cc / min at ambient room temperature and pressure.
He was taken through the sample. The pH of each solution was measured daily for 6 days. 250ppm
10001000 ppm of sodium carbonate was added to each sample at the start of the test.
The results of the test are shown in Table 3 below. From the above data, it can be seen that sodium carbonate can be used to maintain higher pH levels than can be found in tap water.
It is noted that thorium is effective at all levels. 1000 ppm
After 2 days, the pH reached an equilibrium of 9 or more. At pH 9 or higher
Is known to reduce the level of corrosion to an insignificant degree. Of basic additives
The addition maintained the pH at an acceptable level in the accelerated test, which
It indicates that the body does not degrade with normal use for a relatively long time.
Example 4
Wyssmont Turbo in the presence of 7.5% of phosphoric acid catalyst
The polyaspartic acid sodium salt was prepared by Dryer. Acid polymer,
It was hydrolyzed with sodium hydroxide and diluted to a 1% by weight aqueous solution. 2 batches of poly
The aspartic acid polymer was compounded with a benzotriazole with a pKa of 8.3. This
The effect on pH in the test was that the pKa was lower than the pH of the test solution and that
Unaffected by triazole. Contains 200ppm of benzotriazole
In one batch, no sodium carbonate was added and benzotriazole 950
In another batch containing ppm, add sodium carbonate at a concentration of 1000 ppm.
Added. Each batch of cutting fluid was combined with the cutting fluid of the Okuma LB10 cutting machine.
Used. The pH of each batch of cutting fluid was adjusted at the start, after 1 day, and after 5 days
It was measured. 3 using the MitSubishi DMN G432MA insert.
00 pieces of 1018 steel were cut from 2.54 cm to 0.934 cm.
A Manchester M50 separation tool was used. Polyaspartic acid polymer
-The results of the pH test over time from the pH measurement of the cutting fluid over time are shown in Table 4 below.
.
The results show that sodium carbonate at the level of 1000 ppm is a polyaspartic acid polymer.
-Stabilizes the pH of the cutting fluid and does not contain basic additives.
Is below the desired pH of 9-9.5.
Example 5
Typically, a preferred composition of the present invention comprises L-asparam as described in Example 4.
Formic acid was polymerized and the resulting polysuccinimide was then weighed as shown in Table 5 below.
It can be prepared by hydrolyzing by filling an appropriate solvent in a part.
The potassium polyaspartate produced by the hydrolysis procedure described above
21 parts of potassium, 17.7 parts of potassium carbonate and 13.5 parts of tolyltriazole
Was added. The tolyltriazole contains 40% of 4-methyl-1H-benzoto
From a mixture containing liazole and 60% 5-methyl-1H-benzotriazole
Become. For best results when using tolyltriazole, process
It is desirable to maintain levels above about 900 ppm in the fluid.
Example 6
Achieved by incorporating potassium ions instead of sodium ions
In order to show the lowering of the freezing point of the composition of the present invention, the three compositions shown in Table 1 above were used.
Cool by visually observing the composition for homogeneity and freezing point.
Tested. The results are shown in Table 6 below. The weight percentages of the compositions are as follows:
From the above data, potassium salt is very significant in significantly reducing the freezing temperature.
It is clear that this is advantageous. What is important at the reduced freezing temperature is freezing
No precipitation was observed even at the temperature, which indicates that the solution
This indicates that no separation has occurred. Therefore, the potassium salt mixture is
Require further mixing to re-disperse the separated layers of the composition in degrees
Does not freeze at harmful temperatures like thorium salt or mixed salt compositions.
Although the present invention has been described in detail in the specific embodiments described above, this description is not intended to be exhaustive.
It is done only to illustrate the composition and the amount of effective ingredients;
Since the modes and operating techniques are clear (based on this disclosure), the present invention
It should be understood that it should not be limited to Therefore, the described invention of
Modifications can be made without departing from the spirit and scope.
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(31)優先権主張番号 60/005,017
(32)優先日 平成7年10月10日(1995.10.10)
(33)優先権主張国 米国(US)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),AU,BR,CA,C
N,JP,KR,LT,LV,NO,NZ,PL,RU
,UA,US
(72)発明者 シルバーマン,デイビツド・シー
アメリカ合衆国、ミズーリ・63017、チエ
スターフイールド、ストローブリツジ・コ
ート・14314────────────────────────────────────────────────── ───
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(31) Priority claim number 60 / 005,017
(32) Priority date October 10, 1995 (Oct. 10, 1995)
(33) Priority country United States (US)
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), AU, BR, CA, C
N, JP, KR, LT, LV, NO, NZ, PL, RU
, UA, US
(72) Inventor Silberman, David Sea
United States, Missouri 63017, Chie
Starfield, Strobe Ridge
14314