JP2010189461A - 冷間圧延油用添加剤及び冷間圧延油 - Google Patents

Abstract

【課題】長期にわたる循環使用時の乳化安定性及び潤滑性に優れ、かつ圧延材の表面品質および作業環境の向上に寄与できる冷間圧延油を得るための冷間圧延油用添加剤を提供すること。
【解決手段】式（a）で示される非イオン性界面活性剤を含有する冷間圧延油用添加剤。
［化１］
Ｒ1−Ｏ−[（ＰＯ）x （ＥＯ）ｚ（ＰＯ）y]−Ｒ2 - - - - - - （a）
（式中、Ｒ１及びＲ２はアルキル基、脂肪酸残基、ヒドロキシ脂肪酸残基、ヒドロキシステアリン酸ポリエステル残基、又はポリブチレンオキシド残基を示し、ＰＯはオキシプロピレン基、ＥＯはオキシエチレン基、ｘ、ｙおよびｚは平均付加モル数を示し、ｘ＋ｙは３〜３０、ｚは１０〜２００、ＰＯとＥＯはそれぞれブロック状に付加しており、分子量が２０００以上１００００未満である）
【選択図】なし

Description

本発明は、普通鋼、ステンレス鋼、珪素鋼等をはじめとする金属の冷間圧延時に使用するエマルション型の冷間圧延油に添加するための冷間圧延油用添加剤、該冷間圧延油用添加剤を添加してなる冷間圧延油、及びその使用方法関する。

近年の圧延設備および技術の進歩により、圧延の高速化・大量生産化が可能になる一方で、圧延油に対する要求性能も過酷なものとなり、長期循環使用時における乳化安定性および潤滑性の維持、且つ圧延材の表面品質および作業環境の向上に寄与できるものが求められている。
このような要求性能を阻害する要因の一つとして、スカムの生成・堆積が考えられる。スカムは油粒子表面が加工時に発生する疎水性の金属摩耗粉に覆われて合一されることで生成する。生成したスカムがエマルジョン中に混入するとエマルジョンのｐＨ低下および電気伝導度上昇を生じ、長期循環使用時における乳化安定性および潤滑性の維持に影響を与える。従って、近年においては、技術進歩による生産効率の向上によってスカムの生成は更に増加し、長期循環使用時における乳化安定性および潤滑性の維持がより困難になり、且つ圧延材表面に対する要求品質も一層厳格化してきている。生成・堆積したスカムは圧延機廻りに堆積するなどして作業環境悪化の原因となるばかりか、ひいては圧延板品質低下の引き金にもなるため、スカムの発生量を低減させるか、発生したスカムをフィルター等の清浄化装置で除去する必要がある。
これらの問題を解決するために現在までに種々の検討がなされているが、従来の界面活性剤を使用した圧延油では、前述の要求性能を全て満足するようなものは得られていない。

一方、分子中に、ＰＯ（オキシプロピレン基）とＥＯ（オキシエチレン基）のそれぞれのブロック状付加体を有する非イオン界面活性剤は既に知られており、種々の用途に用いられている。例えば、特許文献１には、ＲＯ−（ＥＯ）ｘ−（ＰＯ）ｙ−（ＥＯ）ｘ'−Ｈで表される非イオン界面活性剤を含有する潤滑油組成物が開示されており、このような非イオン界面活性剤を用いると、低温安定性に優れ、潤滑性と乳化性に優れた潤滑油組成物となることが記載されている。又、特許文献２には、モノアルキルフェノールとアルキレンオキサイドの反応生成物を含有する非イオン界面活性剤が、乳化剤、分散剤、可溶化剤、洗浄剤や湿潤剤として優れていることが開示されている。

特開平１０−２９８５７７号公報 特開２００４−６６１２１号公報

本発明は、長期にわたる循環使用時の乳化安定性及び潤滑性に優れ、かつ圧延材の表面品質および作業環境の向上に寄与できる冷間圧延油を得るための冷間圧延油用添加剤を提供することを目的とする。
本発明は、上記冷間圧延油を提供することを目的とする。
本発明は、又、上記冷間圧延油を用いる冷間圧延方法を提供することを目的とする。

通常、ノニオン性界面活性剤は、親水基と親油基で構成され、親水基は水側、親油基は油側に溶解することで乳化分散することが一般的に知られている。しかし、何らかの外乱要因、例えばスカム生成により親水基の性能が阻害された場合、親油基の性能が高まるため、界面活性剤は油側に移行し、界面活性剤の性能が損なわれるものと考えられる。本発明では、親水基であるＥＯ（オキシエチレン基）と、アルキル基や脂肪酸残基といった親油基の間に比較的親油性の弱いＰＯ（オキシプロピレン基）を導入した構造の非イオン性界面活性剤にすると、この非イオン性界面活性剤は、上記スカム生成などの外乱要因に対して非常に強くなることを見出し、この知見に基づいて本発明は完成したものである。

すなわち、本発明は、式（a）で示される非イオン性界面活性剤を含有することを特徴とする冷間圧延油用添加剤を提供する。
［化１］
Ｒ1−Ｏ−[（ＰＯ）x （ＥＯ）ｚ（ＰＯ）y]−Ｒ2 - - - - - - （a）
（式中、Ｒ１及びＲ２はアルキル基、脂肪酸残基、ヒドロキシ脂肪酸残基、ヒドロキシステアリン酸ポリエステル残基、又はポリブチレンオキシド残基を示し、ＰＯはオキシプロピレン基、ＥＯはオキシエチレン基、ｘ、ｙおよびｚは平均付加モル数を示し、ｘ＋ｙは３〜３０、ｚは１０〜２００、ＰＯとＥＯはそれぞれブロック状に付加しており、分子量が２０００以上１００００未満である）
本発明は、又、（1）動植物油脂、鉱油および合成エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種類の基油、及び（2）上記冷間圧延油用添加剤を含有することを特徴とする冷間圧延油を提供する。
本発明は、又、圧延機にて、上記冷間圧延油を水で０．２〜２０体積％に希釈したエマルションを循環方式で使用することを特徴とする冷間圧延方法を提供する。

本発明の冷間圧延油用添加剤を用いると、長期にわたる循環使用時の乳化安定性および潤滑性が向上すると同時に、圧延板品質の向上および圧延油原単位の低減にも寄与できる冷間圧延油及び冷間圧延方法を提供することができる。

本発明の冷間圧延油用添加剤は、式（a）で示される非イオン性界面活性剤を含有する。式（a）中、Ｒ１及びＲ２はアルキル基、脂肪酸残基、ヒドロキシ脂肪酸残基又はポリブチレンオキシド残基を示す。ここで、アルキル基としては、直鎖又は分岐鎖を有するデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシルなどがあげられ、脂肪酸残基、ヒドロキシ脂肪酸残基としては、ラウリン酸残基、ミリスチン酸残基、パルミチン酸残基、ステアリンサン残基、オレイン酸残基、リノール酸残基、デカン酸残基、ドデカン酸残基、ヒドロキシステアリン酸残基などがあげられる。ヒドロキシステアリン酸ポリエステル残基としては、ヒドロキシステアリン酸ポリエステルのヒドロキシル基とカルボキシル基がエステル結合してなるヒドロキシステアリン酸ポリエステルのカルボキシル残基があげられる。ポリブチレンオキシド残基としては、ブチレンオキシド １〜２５モル重合体残基などがあげられる。

式（a）中、Ｒ１及びＲ２の炭素数は、１０〜２５０であるのが好ましく、さらに好ましくは、炭素数１２〜１００である。
式（a）で示される非イオン界面活性剤は、例えば、ＥＯはオキシエチレン基、ＰＯはオキシプロピレン基であり、ＥＯの両末端にＰＯをそれぞれブロック状ポリマーの形で付加させ、このようにして得られたＨＯ−（ＰＯ）−（ＥＯ）−（ＰＯ）Ｈの両端に、脱水反応やエステル化反応などにより、アルキル基をもたらすアルコールや脂肪酸残基をもたらす脂肪酸などを反応させることにより、得ることができる。又、活性水素を有する化合物（ポリブチレンオキシド残基を含む）に対して弱い親油基であるオキシプロピレン、親水基であるオキシエチレン、弱い親油基であるオキシプロピレンの順に、ブロック付加させ、次いで、活性水素を有する化合物を反応させることにいって、式（a）で示される非イオン界面活性剤を調製してもよい。

式（a）において、ｚはオキシエチレン基の平均付加モル数を示し、１０〜２００である。ｘおよびｙはオキシプロピレン基の平均付加モル数を示し、ｘ＋ｙは２〜６０が適しているが、好ましくは５〜１５である。ｘ＋ｙが５〜１５の範囲にあると非イオン界面活性剤の乳化特性が向上する。尚、ｘとｙはそれぞれ１以上である。式（ａ）で示される非イオン性界面活性剤の分子量は２０００以上１００００未満の範囲が適しているが、好ましくは３０００以上６０００未満、より好ましくは、３０００〜５５００である。
本発明の冷間圧延油用添加剤は、式（a）で示される非イオン性界面活性剤のみを含有していてもよいが、鉱物油、油脂、合成エステルなどの希釈剤を５〜９０質量％含有する形態であってもよい。又、上記成分に活性剤、酸価防止剤、極圧添加剤が含んでいても差し支えない。

本発明の冷間圧延油は、（1）動植物油脂、鉱油および合成エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種類の基油、及び（2）上記冷間圧延油用を含有することを特徴とする。ここで、成分（1）である基油としては、従来から冷間圧延油に用いられているものを使用できる。例えば、牛脂、ヤシ油、パーム油、パーム核油、ナタネ油、綿実油等の動植物油脂および多価アルコ−ルと脂肪酸との合成エステル；マシン油、スピンドル油、タービン油等の鉱油が挙げられ、これらの群から選ばれる一種または二種以上を選ぶことができる。これらのうち、トリメチロールプロパントリオレエートなどの合成エステル基油が好ましい。ただし、特に温度が低い時期に起こりやすい圧延油の固化および圧延加工によって発生した金属粉と圧延油の混和による圧延機廻り堆積スカムの生成を防止するためには、流動点が２０℃以下の基油を使用するのが好ましい。流動点が２０℃より高い動植物油脂や合成エステル等を用いる場合は、流動点が低い別の基油との組み合わせで構成し、圧延油自体の流動点を好ましくは２０℃以下に、より好ましくは１０℃以下にすることにより、圧延材の表面品質および作業環境について大幅に向上することが可能になる。

基油（１）に対する式（ａ）で示される非イオン性界面活性剤の配合重量比は０.００１〜５質量％であるのが好ましく、より好ましくは０.０１〜３質量％である。この範囲で用いると、充分な乳化安定性を発揮することができる。
本発明の冷間圧延油は、必須成分である基油（１）、および（２）式（ａ）で示される非イオン性界面活性剤以外にも、本発明の効果が損なわれない範囲内であれば、必要に応じて、他の界面活性剤、各種油性向上剤、極圧添加剤、酸化防止剤等の各種添加剤を含有しても良い。
本発明の冷間圧延油の使用方法としては、通常は水により０．２〜２０体積％のエマルションに希釈したものをクーラント液として圧延加工部へ供給するのがよい。希釈に使用する水は、脱イオン水、水道水、工業用水のいずれでも良く、エマルションの作成方法に特に制限はない。また、本発明の冷間圧延油は循環使用時にマグネチックセパレーター、ＤＥＭフィルター、ストレーナー、ラバルセパレーターやフラットベットフィルター等のフィルター類を併用したときのスカム除去によるクーラント液清浄化効果が大きいので、圧延材の表面品質および作業環境を向上するとともに、圧延油原単位の低減にも寄与できる。

次に実施例を比較例と共に示し、本発明による効果をより具体的に説明する。また、本発明で使用している非イオン界面活性剤の製造方法の一例を以下に示す。
製造例
所定の分子量にしたブロック状エチレンオキシドと、付加したい量のモノマ−のプロピレンオキシドおよび水酸化カリウムをオートクレーブ中に仕込み、窒素置換を行った後、攪拌しながら１４０℃にて触媒を完全に溶解させ反応を終結させた。次に、１２０℃、０．２〜０．５ＭＰａ（ゲージ圧）にて、ステアリン酸をオートクレーブ中に導入した。圧力が低下して一定になるまで反応させた後、オートクレーブより反応物を取り出し、塩酸で中和してｐＨ６〜７とした。含有する水分は１００℃で１時間処理することによって除去した。さらに処理後生成した塩を除去するためにろ過を行い、非イオン界面活性剤を得た。

実施例１〜１１
成分（１）である圧延油の基油としてトリメチロールプロパントリオレエート（流動点−３０℃）を使用し、成分（２）として表１に示す界面活性剤Ａ〜Ｑを使用し、表２に示す組成比で混合することにより供試圧延油（実施例は１〜１１、比較例は１〜６）を調製した。この供試圧延油を、以下に示す試験によって評価した。なお、性能評価項目は乳化安定性（乳化安定性試験）、潤滑性（プレートアウト性試験、圧延潤滑性試験）であり、評価結果は表２に併記した。本評価に際して、圧延油としては乳化安定性および潤滑性に優れることが望ましいため、乳化安定性の評価が低いもの（比較例３〜６）は潤滑性に関する評価を省略した。

試験１ 乳化安定性試験
表２に示す各供試圧延油を下記の条件でエマルション建浴し、ホモミキサー（ＴＫロボミックス）撹拌後のエマルション粒子径をコールターカウンター（マルチライザーＩＩ）で測定した。本試験では新油と鉄粉添加時における平均粒径の変化が小さいほど乳化安定性が良好であるといえる。
（乳化安定性試験条件）
圧延油濃度：３体積％
使用水 ：脱イオン水（ｐＨ４．５、ＥＣ２００μＳ／ｃｍ）
建浴量 ：１Ｌ
浴温度 ：６０℃
撹拌条件 ：ホモミキサー７０００ｒｐｍ×３０ｍｉｎ
鉄粉混入量：エマルションに対して０ｐｐｍ（新油）または５００ｐｐｍ
使用鉄粉 ：スカム抽出鉄粉（平均粒径１μｍ以上）
（乳化安定性評価基準）
新油と鉄粉添加時における平均粒径の変化率の大小で評価
変化率＝（鉄粉添加時の平均粒径−新油の平均粒径）／新油の平均粒径
乳化安定性の評価基準；
５：変化率０．１未満
４：変化率０．１以上、０．２未満
３：変化率０．２以上、０．３未満
２：変化率０．３以上、０．４未満
１：変化率０．５以上

試験２ プレートアウト性試験
試験１で調製した各供試圧延油の新油エマルション中にテストピースを浸漬し、引き上げてからテストピース上の余剰エマルションを湯洗後、表面炭素分析装置（ＬＥＣＯ）にてテストピース上の付着油分量を測定した。本試験では付着油分量が多いほどプレートアウト性が良好なため、潤滑性に優れるといえる。
（プレートアウト性試験条件）
供試液 ：試験１で調整した各供試圧延油の新油エマルション
テストピース ：ＳＰＣＣ−ＳＢ（０．３ｍｍ×５０ｍｍ×１００ｍｍ）
浸漬時間 ：１ｓｅｃ
湯洗条件 ：５０℃の湯槽に浸漬１ｓｅｃ
付着油分量測定：表面炭素分析装置（ＬＥＣＯ）にて５００℃×５ｍｉｎでテストピース上の付着炭素量測定後、付着炭素量を１．３倍することで付着油分量に換算

（プレートアウト性評価基準）
付着油分量からプレートアウト性を評価
プレートアウト性の評価基準；
５：付着油分量が５００ｍｇ／ｍ２以上
４：付着油分量が４００ｍｇ／ｍ２以上、５００ｍｇ／ｍ２未満
３：付着油分量が３００ｍｇ／ｍ２以上、４００ｍｇ／ｍ２未満
２：付着油分量が２００ｍｇ／ｍ２以上、３００ｍｇ／ｍ２未満
１：付着油分量が２００ｍｇ／ｍ２未満
試験３ 圧延潤滑性試験
表２に示す各供試圧延油を高速短冊圧延試験機にて下記条件で圧延潤滑試験を行い、圧延荷重で比較評価した。圧延荷重が低いほど圧延潤滑性が良好であるといえる。
（圧延潤滑性試験条件）
テストピース：ＳＰＣＣ−ＳＢ（１．２ｍｍ×３０ｍｍ×５００ｍｍ）
圧延ロール ：５００ｍｍφ（エメリー紙＃８０研磨；表面粗度Ｒａ０．３μｍ）
圧延速度 ：５００ｍ／ｍｉｎ
圧下率 ：３０％
圧延油濃度 ：３体積％
建浴量 ：１０Ｌ
浴温度 ：６０℃
スプレ−量 ：ベースレスポンプにて１Ｌ／ｍｉｎを上下のロールに供給

（圧延潤滑性評価基準）
圧延荷重から圧延潤滑性を評価
圧延潤滑性の評価基準；
５：圧延荷重が６０Ｎ未満
４：圧延荷重が６０Ｎ以上、７０Ｎ未満
３：圧延荷重が７０Ｎ以上、８０Ｎ未満
２：圧延荷重が８０Ｎ以上、９０Ｎ未満
１：圧延荷重が９０Ｎ以上

表１ 供試圧延油組成
基油：トリメチロールプロパントリオレエート…（組成比）９９.０質量％
界面活性剤：下表参照…（組成比）１.０質量％

表２

Claims (5)

1. 式（a）で示される非イオン性界面活性剤を含有することを特徴とする冷間圧延油用添加剤。
   ［化１］
   Ｒ1−Ｏ−[（ＰＯ）x （ＥＯ）ｚ（ＰＯ）y]−Ｒ2 - - - - - - （a）
   （式中、Ｒ１及びＲ２はアルキル基、脂肪酸残基、ヒドロキシ脂肪酸残基、ヒドロキシステアリン酸ポリエステル残基、又はポリブチレンオキシド残基を示し、ＰＯはオキシプロピレン基、ＥＯはオキシエチレン基、ｘ、ｙおよびｚは平均付加モル数を示し、ｘ＋ｙは３〜３０、ｚは１０〜２００、ＰＯとＥＯはそれぞれブロック状に付加しており、分子量が２０００以上１００００未満である）
2. ｘ＋ｙが５〜１５である請求項1に記載の冷間圧延油用添加剤。
3. 分子量が３０００以上６０００未満である請求項１および２に記載の非イオン性界面活性剤を含有することを特徴とする冷間圧延油用添加剤。
4. （1）動植物油脂、鉱油および合成エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種類の基油、及び（2）請求項１〜３のいずれか１項記載の冷間圧延油用添加剤を含有することを特徴とする冷間圧延油。
5. 圧延機にて、請求項４に記載の冷間圧延油を水で０．２〜２０体積％に希釈したエマルションを循環方式で使用することを特徴とする冷間圧延方法。