JP2008189714A - 金属加工用油剤及び金属加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等の金属加工に広く適用できる金属加工用油剤であって、防腐性能に優れた水溶性金属加工用油剤及びこれを用いた金属加工方法を提供すること
【解決手段】モルホリン化合物及びイソチアゾリン化合物を含有することを特徴とする金属加工用油剤及びこれを用いた金属加工方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等の金属加工に広く適用できる金属加工用油剤及びこれを用いた金属加工方法に関するものであり、さらに詳細には、水で希釈して使用する水溶性金属加工用油剤に関し、特に防腐性能に優れた水溶性金属加工用油剤、及びこれを用いた金属加工方法に関するものである。

一般に切削・研削加工においては切削・研削油剤が使用されている。切削・研削油剤の最も重要な機能としては潤滑作用と冷却作用が挙げられ、これらの作用により、加工に用いられる工具の寿命延長、被加工物の仕上げ面精度の向上、生産能率の向上等、生産性を向上する事ができる。
従来より金属加工用油剤は、原液のまま使用する不水溶性タイプと水で希釈して使用する水溶性タイプがある。近年、省資源、環境対応（作業環境、地球環境）、火災の危険性を考慮し、水溶性タイプの使用が主流となりつつある。
水溶性タイプの金属加工用油剤を使用することにより、火災の危険性を軽減する事は出来るものの、その反面、水溶性タイプの金属加工用油剤は、有機成分を水で希釈する為、微生物が繁殖しやすく、腐敗による悪臭の発生、性能の劣化といった問題から、希釈油剤を短期間に頻繁に交換しなければならず、資源の無駄使い、地球の環境汚染の一因ともなっていた。

その対策としては、例えば、ハッカ油を用いた水溶性金属加工用油剤（特許文献１）、桂皮油を用いた水溶性金属加工用油剤（特許文献２）、芳香族アミンあるいは脂環式アミンを用いた水溶性金属加工用油剤（特許文献３）、ベンゾール系化合物とパラオキシ安息香酸エステル化合物を用いた水溶性研削油剤（特許文献４）、アルキレンジアミンを用いた抗菌性水溶性切削油剤（特許文献５）、脂肪酸アルカノールアミドエチレンオキサイド付加物とアルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂環式アミンエチレンオキサイド付加物、脂肪酸高級アルコール付加物を用いた水溶性切削油剤（特許文献６）、１級、２級、３級のアルキルアミン、芳香族ジアミンオキシアルキレン付加物、脂環式ジアミンオキシアルキレン付加物等を用いた水溶性切削研削油剤（特許文献７）、第１級アルカノールアミンと、炭素原子数６〜２４のカルボン酸と、特定のアルキレンジアミンを含む油剤（特許文献８）、Ｎ−置換ベンゾイソチアゾリン系化合物（例えば、Ｎ−ブチルベンゾイソチアゾリン−３−オン）と、殺微生物作用（例えば、殺菌、防カビ、防藻作用）を有する非Ｎ−置換ベンゾイソチアゾリン系化合物とを組み合わせた殺微生物剤組成物（特許文献９）などが知られている。
しかしながら、これらの水溶性金属加工用油剤では、十分な防腐効果が得られないか、または、効果があるものについては、ハロゲンを含有する化合物、多環芳香族化合物、フェノール系化合物あるいは金属塩等を使用しており、ＰＲＴＲ対象物質となっている化合物もあり、人体に対しての影響が懸念される。

特許第２６７６０５６号 特許第２６４５６７５号 特許第２５１０２３３号 特公平７−３７６３２号公報 特公平７−３０３４８号公報 特公平６−３１３８８号公報 特開平９−３１６４８２号公報 特公平６−７６５９０号公報 特開平１０−２９８０１２号公報

本発明の目的は、切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等の金属加工に広く適用できる金属加工用油剤を提供することである。特に、防腐性能に優れた水溶性金属加工用油剤及びこれを用いた金属加工方法を提供することである。

本発明者は、鋭意検討の結果、特定の防腐剤を組合せることにより、従来の防腐剤を含有した水溶性金属加工用油剤の防腐効果よりはるかに優れた防腐効果が得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。本発明は以下の水溶性金属加工用油剤及びこれを用いた金属加工方法を提供するものである。
１．モルホリン化合物及びイソチアゾリン化合物を含有することを特徴とする金属加工用油剤。
２．さらに界面活性剤を含有することを特徴とする上記１記載の金属加工用油剤。
３．モルホリン化合物がＮ，Ｎ−メチレンビスモルホリンである上記１又は２記載の金属加工用油剤。
４．イソチアゾリン化合物がＮ−ｎ−ブチル−１，２−ベンゾイソチアゾリン−３−オンである上記１〜３のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
５．界面活性剤が、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤及び両性界面活性剤からなる群から選ばれる少なくとも１種である上記２〜４のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
６．油剤中、モルホリン化合物０．０１〜１０．０質量％、イソチアゾリン化合物０．００１〜５．０質量％を含有することを特徴とする上記１〜５のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
７．油剤中、界面活性剤０．０５〜８０重量％を含有することを特徴とする上記２〜６のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
８．上記１〜７のいずれか１項記載の金属加工用油剤を、水で１〜３０質量％に希釈して使用することを特徴とする金属加工方法。
９．金属加工が、切削加工、または研削加工である上記８記載の金属加工方法。

本発明の金属加工用油剤は、金属材料の切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等を効率的に行うことができる。また、防腐性能に優れ、かつ、地球環境や人体に対し、悪影響を及ぼしにくい。本発明は、モルホリン化合物とチアゾリン化合物、あるいはさらに界面活性剤を混合して使用することにより、従来の金属加工用油剤と比較し、著しい防腐性能の向上が認められ、金属加工用油剤の長寿命化が可能となる。その結果、省資源、廃棄物（廃液）低減を達成する事が出来、地球環境への悪影響を低減する事ができる。

本発明の油剤に使用するモルホリン化合物（成分Ａ）としては、例えば、モルホリン、Ｎ，Ｎ−メチレンビスモルホリン、Ｎ−（２−アミノエチル）モルホリン、Ｎ−（３−アミノプロピル）モルホリン、４−トリチルモルホリン、４−フェニルモルホリンなどが挙げられる。特にＮ，Ｎ−メチレンビスモルホリンが好ましい。
本発明の油剤に使用するイソチアゾリン化合物（成分Ｂ）としては、例えば、Ｎ−メチルベンゾイソチアゾリン−３−オン、Ｎ−エチルベンゾイソチアゾリン−３−オン、Ｎ−プロピルベンゾイソチアゾリン−３−オン、Ｎ−ｎ−ブチルベンゾイソチアゾリン−３−オン、Ｎ−イソブチルベンゾイソチアゾリン−３−オン、Ｎ−ペンチルベンゾイソチアゾリン−３−オン、Ｎ−イソペンチルベンゾイソチアゾリン−３−オン、Ｎ−ヘキシルベンゾイソチアゾリン−３−オン、Ｎ−アリルベンゾイソチアゾリン−３−オン、Ｎ−（２−ブテニル）ベンゾイソチアゾリン−３−オンなどが挙げられる。中でも、Ｎ−ｎ−ブチルベンゾイソチアゾリン−３−オンが好ましい。

本発明の油剤には界面活性剤（成分Ｃ）を含有させることが好ましい。このような界面活性剤としては、ノニオン系、アニオン系、カチオン系又は両性界面活性剤を用いることができ、特にノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤が好ましい。これらは、本発明の金属加工用油剤を水に希釈するための乳化剤として機能する。また、イソチアゾリン化合物が水に溶解しにくい為、希釈使用時のイソチアゾリン化合物の分散安定性を保持するための分散安定剤として機能する。
ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル型、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル型、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル型、ポリオキシエチレンヒマシ油型、ポリオキシエチレン脂肪酸ジエステル型、ポリオキシエチレンロジンエステル型、ポリオキシエチレンラノリンエーテル型、ポリオキシエチレン多価アルコールエーテル型、ポリオキシエチレン多価アルコール脂肪酸エステル型、多価アルコール脂肪酸エステル型、酸化エチレン酸化プロピレンブロック重合型、酸化エチレン酸化プロピレンランダム重合型、酸化プロピレン重合型、多価アルコールアルキレンオキサイド重合型などが挙げられる。
アニオン系界面活性剤としては、例えば、脂肪酸誘導体（脂肪酸石けん、ナフテン酸石けん、脂肪酸アミド等）、硫酸エステル系化合物（アルコ−ル硫酸エステル塩、オレフィン硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエ−テル硫酸エステル塩、脂肪酸多価アルコ−ル硫酸エステル塩等）、スルホン酸系化合物（アルカンスルホン酸塩、石油スルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルナフタリンスルホン酸塩、リン酸エステル系化合物（アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルリン酸エステル塩等）が挙げられる。上記ノニオン系とアニオン系の界面活性剤を併用することもできる。更に、公知のカチオン系界面活性剤、両性界面活性剤を用いることもできる。

本発明の金属加工用油剤中のモルホリン化合物の質量比率は、組成物（水で希釈する前の原液、以下特に明記しない限り同様）全体に対して、好ましくは０．０１〜１０．０質量％、さらに好ましくは０．０５〜５．０質量％である。この範囲より、成分の量が少ないと期待する腐敗防止性能を得ることが困難になる傾向があり、多いと配合量に相当する効果の向上がみられない場合がある。
本発明の金属加工用油剤中のイソチアゾリン化合物の質量比率は、組成物全体に対して、好ましくは０．００１〜５．０質量％、さらに好ましくは０．００５〜３．０質量％である。この範囲より、成分の量が少ないと期待する腐敗防止性能を得ることが困難になる傾向があり、多いと配合量に相当する効果の向上がみられない場合がある。
本発明の金属加工用油剤中の界面活性剤の質量比率は、組成物全体に対して、好ましくは０．１〜８０．０重量％、さらに好ましくは０．２〜５０．０質量％である。この範囲より、界面活性剤の量が少ないと油剤を水に希釈することが困難になる傾向があり、またイソチアゾリン化合物を希釈液中に安定に分散することが困難になり、期待する腐敗防止性能を得ることが困難になる傾向がある。

本発明の金属加工用油剤は、必要に応じて、基油を含有する。基油としては、たとえば鉱油、ポリオールエステル、油脂、ポリグリコール、ポリαオレフィン、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、アルキルベンゼン、ポリエーテルなどがあげられる。これらは、単品に限らず、複数種のブレンド油としても良い。好ましくは、鉱油、ポリグリコール、アルキルベンゼンが良い。
更に、本発明の金属加工用油剤には、消泡剤、及びその他の添加剤（例えば、極圧添加剤、防食剤、粘度指数向上剤、酸化防止剤、清浄分散剤、着色剤、香料等）を適宜配合することができる。
本発明の金属加工用油剤は、エマルション系、ソリュブル系、ソリューション系いずれのタイプのものであってもよく、水で１〜３０質量％程度に希釈して使用するのが一般的である。

表１〜４に示す各金属加工用油剤について防腐性試験を以下の方法により評価した。
表１及び３に示す油剤は、鉱物油または合成基油（アルキルベンゼン）を使用した水溶性金属加工用油剤であり、表２及び４に示す油剤は、天然基油（菜種油）を使用した水溶性金属加工用油剤である。

防腐性試験
各油剤を滅菌水で２質量％に希釈した液１００ｍｌに下記腐敗菌液（※１）を１０ｍｌ添加し、３０℃で２週間振盪培養後、生菌数を測定した。
（※１）腐敗液：
腐敗劣化しているエマルション型切削液 １０．０質量％
トリプトソイブイヨン培地 １．０質量％
ブドウ糖ペプトン培地 １．０質量％
滅菌水 ８８．０質量％
上記の混合物を２５℃で２４時間培養した腐敗菌液で、且つ生菌数が１０⁷個以上のものを腐敗液として使用した。

判定基準
一般細菌、黴、酵母、嫌気性菌の数あるいは汚染度をサンアイバイオチェッカー（三愛石油株式会社製）により評価した。
一般細菌および酵母については、１ｍＬ中の菌数を、０、１０³個＞、１０³個、１０⁴個、１０⁵個、１０⁶個、１０⁷個、１０⁷個＜の８段階で評価し、１０³個未満を合格（○）とした。
黴および嫌気性菌については、汚染度を、なし、軽（軽度）、中（中度）、重（重度）の４段階で評価し、なしを合格（○）とした。

希釈液安定性試験
調整した硬水（塩化カルシウム２水塩０．０７５７ｇを蒸留水で希釈し１Ｌとした水：ドイツ硬度３°，Ｃａ硬度５４ｐｐｍ、ＪＩＳ Ｋ ２２２１ 切削油剤 乳化安定性試験参照）を用い、各油剤を水で希釈して５％希釈液を作り、希釈直後及び、２４時間後の状態を目視にて観察する。判定基準は下記の通りである。
○：合格 均一に溶解し、分離、クリーム層なし。
×：不合格 分離、クリーム層あり。

表１から４に、実施例及び比較例の配合処方と評価試験結果を示す。表１から４の結果から、成分（Ａ）と成分（Ｂ）を含有する本発明の実施例１−１１の水溶性金属加工用油剤は、防腐性に優れていることがわかる。したがって、本発明の水溶性金属加工用油剤は、各種金属加工の際の金属加工用潤滑剤として長期間にわたり安定して使用することが出来る。
これに対して成分（Ａ）と成分（Ｂ）の少なくとも一方を含まない比較例１−１２の水溶性金属加工用油剤は、防腐性が劣る。

Claims (9)

1. モルホリン化合物及びイソチアゾリン化合物を含有することを特徴とする金属加工用油剤。
2. さらに界面活性剤を含有することを特徴とする請求項１記載の金属加工用油剤。
3. モルホリン化合物がＮ，Ｎ−メチレンビスモルホリンである請求項１又は２記載の金属加工用油剤。
4. イソチアゾリン化合物がＮ−ｎ−ブチル−１，２−ベンゾイソチアゾリン−３−オンである請求項１〜３のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
5. 界面活性剤が、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤及び両性界面活性剤からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項２〜４のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
6. 油剤中、モルホリン化合物０．０１〜１０．０質量％、イソチアゾリン化合物０．００１〜５．０質量％を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
7. 油剤中、界面活性剤０．０５〜８０重量％を含有することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の金属加工用油剤を、水で１〜３０質量％に希釈して使用することを特徴とする金属加工方法。
9. 金属加工が、切削加工、または研削加工である請求項８記載の金属加工方法。