JP2011167739A - 非鉄金属のダイカスト用離型剤 - Google Patents

Abstract

【課題】ミスト給油装置によりミスト状で給油した場合に離型性に優れた非鉄金属のダイカスト用油性離型剤を提供すること。特に、油膜付水滴方式で給油された場合に、最適な付着量を確保でき、離型性に優れたアルミダイカスト用油性離型剤を提供すること。
【解決手段】ＴＢＮ１５０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの過塩基性アルキル土類金属塩を含む非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、非鉄金属のダイカスト用油性離型剤に関する。詳しくは、油膜付水滴により給油する場合に最適な金型用離型剤に関する。

近年、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の非鉄金属のダイカスト法では、金型の保護のため、水溶性離型剤が使用され効果をおさめている。この離型剤としてはシリコーンエマルションが主に使用され、これに界面活性剤、極圧添加剤、防錆剤、防腐剤を加えたものが一般的に使用されている。これらの水溶性離型剤は、通常循環使用され、噴霧法にて金型に塗布されている。しかし、離型後の金型温度が４００℃前後の高温であり、水溶性の離型剤を噴霧しても水蒸気膜が発生して付着しないため、多量に供給して金型を冷却している。このため、多量の廃液が発生し、環境負荷が高い。また、ヒートサイクルにより金型寿命も低下する。

上記のように、水溶性離型剤は環境汚染問題があり、これに対応するため、油性離型剤が検討されている。特許文献１には油性ダイカスト用離型剤及びスプレー装置について開示されている。しかしながら、油性のミストでは火災の可能性があり危険である。

このような火災の危険性に対して、切削・研削加工の分野では、特許文献２に開示された油膜付水滴が利用されている。油性加工油剤と共に水が同時に供給されるため火災の危険性が少ない。また、水の粒子は通常のミスト給油装置のオイルミストよりも大きく、その表面に油膜が形成されるため、ミスト粒子の持つ運動エネルギーが大きく、離れた位置からでも給油することができる。さらに、油膜付水滴ではない、単なる油と水の混合ミストの場合は、水の粒子が先に金型に付着するため油を弾き、また水蒸気膜が発生するため油が付着しない。しかしながら、油膜付水滴では、最初に油が金型表面に接触するため、付着しやすいという特徴がある。

国際公開２００６−２５３６８号公報 特開２００１−１５０２９４号公報

本発明の目的は、ミスト給油装置によりミスト状で給油した場合に離型性に優れた非鉄金属のダイカスト用油性離型剤を提供することであり、特に、油膜付水滴方式で給油された場合に、最適な付着量を確保でき、離型性に優れたアルミダイカスト用油性離型剤を提供することである。

本発明は以下の離型剤を提供するものである。
（１）ＴＢＮ１５０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの過塩基性アルキル土類金属塩を含むことを特徴とする非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
（２）過塩基性アルキル土類金属塩が、ＴＢＮ３００〜４００ｍｇＫＯＨ／ｇの過塩基性スルホネート及び／又は過塩基性サリシレートである上記（１）記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
（３）過塩基性アルキル土類金属塩が、離型剤１００質量部中、０．１〜１００質量部の量で含まれる上記（１）又は（２）記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
（４）さらに、２５℃における動粘度が２０〜１０００ｍｍ／ｓ²のシリコーンオイルを含むことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
（５）シリコーンオイルがメチルフェニルシリコーンである上記（４）記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
（６）さらに、付着向上剤として、ヨウ素価１３０以上のエステル、及びヨウ素価１３０以上のエステルから作られた重合油からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことをを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
（７）さらに、溶媒としてナフテン系（Ｎ系）鉱物油を含むことを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
（８）油膜付水滴の形態で使用するための離型剤である、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
（９）非鉄金属がアルミニウム合金である、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。

本発明の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤は、従来の油性離型剤より最適な付着量が得られ、優れた離型効果をもたらす。特に、ミスト給油装置によりミスト状で給油した場合、更に特に、油膜付水滴方式で給油した場合に、優れた付着性及び離型性を発揮する。加えて、本発明の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤は、従来の水溶性離型剤の欠点である廃液処理の必要がなく、金型温度を一定に保つためことが可能なため、ヒートサイクルによる金型寿命の低下を防ぐことができる。

本発明において「アルカリ土類金属」とは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、を意味するものとする。
本発明の離型剤には「ＴＢＮ１５０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの過塩基性アルキル土類金属塩」が含まれる。ＴＢＮは、全塩基価（Total Base Number）の略であり、ＪＩＳ Ｋ ２５０１ 石油製品及び潤滑油−過塩素酸法で測定できる。
過塩基性アルキル土類金属塩としては、公知の種々のものを使用可能であるが、過塩基性スルホネート、過塩基性サリシレート、過塩基性フェネート、過塩基性カルボキシレートのアルキル土類金属塩が挙げられる。

過塩基性スルホネートとしては、例えば、下記式（１）で表される有機スルホン酸塩を過塩基化したものがあげられる。
［Ｒ¹‐Ｃ₆Ｈ₅‐ＳＯ₃］₂Ｍ （１）
式中、Ｒ¹は、炭素数１〜２２の直鎖又は分岐アルキル基、アルケニル基、アルキルナフチル基、ジアルキルナフチル基、アルキルフェニル基及び石油高沸点留分残基を表す。Ｍはアルカリ土類金属を表す。

過塩基性サリシレートとしては、例えば、下記式（２）で表されるアルキルサリチル酸塩を過塩基化したものがあげられる。
［Ｒ²Ｒ³‐Ｃ₆Ｈ₅（ＯＨ）−ＣＯＯ］₂Ｍ （２）
式中、Ｒ²は炭素数５〜２８のアルキル基、炭素数６〜３０のアリール基を示す。
Ｒ³は水素原子、炭素数１〜２８のアルキル基又は炭素数６〜３０のアリール基を示す。Ｍはアルカリ土類金属を表す。

過塩基性フェネートとしては、例えば、アルキルフェノール硫化物を過塩基化したものがあげられる。過塩基性カルボキシレートとしては、例えば、アルキルサリチル酸塩を過塩基化したものがあげられる。

中でも、過塩基性スルホネート、過塩基性サリシレートが好ましく、過塩基性カルシウムスルホネート、過塩基性カルシウムサリシレート、過塩基性マグネシウムスルホネートがさらに好ましい。

これらは単独でも、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
ＴＢＮは１５０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇ、好ましくは３００〜４００ｍｇＫＯＨ／ｇである。１５０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満では潤滑性が低く、５００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えるものは潤滑性の向上が小さくなり実用的でない。
なお、過塩基性アルキル金属塩は乳化剤としての効果があり、正常な油膜付水滴の形成を阻害するため、油膜付水滴用離型剤としては適さない。
本発明の潤離型剤中、上記過塩基性アルカリ土類金属塩の量は、離型剤１００質量部中、好ましくは０．１〜１００質量部、さらに好ましくは１〜９０質量部である。

本発明の離型剤に使用される「２５℃における動粘度が２０〜１０００ｍｍ／ｓ²のシリコーンオイル」としては、ジメチルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、メチルフェニルシリコーン、アラルキル変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル等が挙げられる。好ましくはジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーンである。特に好ましくはメチルフェニルシリコーンである。これらは単独でも、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
該シリコーンオイルの２５℃における動粘度は２０〜１０００ｍｍ／ｓ²であり、１００〜５００ｍｍ／ｓ²であるのが好ましい。２５℃における動粘度が２０ｍｍ／ｓ²未満では潤滑性、付着性共悪く、１０００ｍｍ／ｓ²を超えると給油が困難になる。
本発明の潤離型剤中、「２５℃における動粘度が２０〜１０００ｍｍ／ｓ²のシリコーンオイル」の量は、離型剤１００質量部中、好ましくは０．１〜９９．９質量部、さらに好ましくは１０〜９９質量部である。

本発明の離型剤は、さらに、前記過塩基性アルキル土類金属塩の金型への付着向上剤として、ヨウ素価１３０以上のエステル、及びヨウ素価１３０以上のエステルから作られた重合油からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことができる。ヨウ素価は、ＪＩＳ Ｋ ００７０により測定できる。
ヨウ素価が１３０以上のエステルを本発明の離型剤に含ませると、前記過塩基性アルキル土類金属塩が金型へ付着するのを向上させることができる。ダイカスト鋳造は、通常４００℃程度の高温で行うため、ヨウ素価が１３０以上のエステルが金型に接触すると、その表面で重合反応が起こる。その重合物が付着向上剤として作用する。従って、付着向上剤としてしては、ヨウ素価が１３０以上のエステルを使用することもできるし、ヨウ素価が１３０以上のエステルを予め重合させて得られる重合油もまた使用することができる。ヨウ素価が１３０未満では、付着向上剤としての効果が期待できない。
「ヨウ素価１３０以上のエステル」としては、麻実油、亜麻仁油、サフラワー油、大豆油、ひまわり種子油、桐油等の植物油、いわし油、さんま油、さば油等の魚油、サメ類、エイ類等の肝油、あざらし油、あしか油等の海獣油が挙げられる。また、これらの再生油が挙げられる。好ましくは亜麻仁油、桐油である。
「ヨウ素価１３０以上のエステルから作られた重合油」の製造方法は問わない。一般にボイル油、スタンド油と呼ばれる。好ましくは亜麻仁油、桐油の重合油である。これらは煮亜麻仁油、煮桐油とも呼ばれる。
これらは単独でも、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明の離型剤中、「付着向上剤」の量は潤滑剤１００質量部中、好ましくは０〜１０質量部、さらに好ましくは０．１〜５質量部である。１０質量部を超えると離型剤の酸化安定性が悪くなり、長期の貯蔵性が低下する。また、金型周辺に堆積し、作業性が低下する。

本発明の離型剤はさらに、溶媒としてナフテン系（Ｎ系）鉱物油を含むことが好ましい。
Ｎ系鉱物油としては、環分析値％ＣＮが３５％以上かつ、％ＣＡと％ＣＮ合計が５０％以上、引火点が８０℃以上のＮ系鉱物油が望ましい。好ましくは引火点が１８０℃以上、さらに好ましくは引火点が２００℃以上の消防法危険物第四類第四石油類に分類されるＮ系鉱物油が最も望ましい。引火点が２００℃以上でより安全性が高まる。環分析値％ＣＮが３５％未満、かつ、％ＣＡと％ＣＮ合計が５０％未満のパラフィン系（Ｐ系）鉱物油では、シリコーンオイルが溶解しないため、本発明の離型剤がシリコーンオイルを含む場合、溶媒としての機能を果たせない。また、引火点が８０℃未満のＮ系鉱物油を高温の金型に噴霧するのは、水を同時に噴霧する場合であっても危険である。また、蒸気が発生しやすく、付着を阻害するおそれがある。
本発明の離型剤中、「溶剤」の量は離型剤１００質量部中、好ましくは０〜９５質量部である。

本発明の離型剤は上記成分を互いに溶解又は分散させ製造する。溶解又は分散時間を短縮させる為に、ホモジナイザー、ホモミクサー、モントン−ゴーリン分散機等を用いても良い。
本発明の離型剤には、さらに防腐剤、防錆剤、酸化安定剤等、通常の潤滑剤に使用されている添加剤を通常の量添加してもよい。

本発明の離型剤はミスト給油装置によりミスト状で給油した場合非鉄金属のダイカストの離型剤として好ましく使用され、油膜付水滴方式において、アルミニウムダイカストの離型剤として、特に好ましく使用される。具体的には、例えば、圧縮空気等によりノズルから水を噴霧して水滴を形成し、そこに本発明の離型剤を霧状にして適用すると、水滴の表面に油膜が形成される。水、本発明の離型剤及び圧縮空気の使用量は、例えば、０Ｌ／ｈ超１Ｌ／ｈ以下、１０〜５０ｍＬ／ｈ、６０〜１００ＮＬ／ｍｉｎである。このようにして形成された油膜付水滴の直径は約１００μｍ前後であり、油膜の厚さは約１０００Å前後である。

本発明を実施例及び比較例によりさらに具体的に説明する。
表１〜表４に示す組成の成分（質量部）の離型剤試料（実施例１〜２５及び比較例１〜９）を作製した。市販油性離型剤を比較例１０とした。
これらの試料で、以下の試験法により付着性の評価を行った。
〔付着性〕
これらの離型剤を、油膜付水滴供給装置から、加熱した試験片に噴霧し、室温まで冷却後、重量を測定する。これを１平米当たりに計算し、付着量とする。
１）金型：ＳＫＤ−１１ １５０×１５０×７５ｍｍ
２）金型温度：３００、３５０、４００℃
４）試験片：ＳＰＣＣ−ＳＤ １００×１００ｍｍ
５）油膜付水滴供給方法：大同メタル製の商品名 ＪＯＯＭ
６）油量：５０ｍＬ／Ｈ
７）空気量：１００ＮＬ
８）水量：１Ｌ／Ｈ
９）ノズル位置：金型から２５０ｍｍ
１０）噴霧時間：１０秒
１１）評価：市販油性離型剤の付着量を基準として評価した。
金型温度 付着量
３００℃ ○：１５０ｍｇ／ｍ²より多い
×：１５０ｍｇ／ｍ²以下
３５０℃ ○：１５０ｍｇ／ｍ²より多い
×：１５０ｍｇ／ｍ²以下
４００℃ ○：２４０ｍｇ／ｍ²より多い
×：２４０ｍｇ／ｍ²以下
〔潤滑性〕
表１〜表４に示す組成の離型剤を、試験片上に２０ｍｇ滴下し、５００℃に加熱した。試験片上の残渣及び皮膜の摩擦係数を、バウデン試験機にて測定した。
１）試験温度：２５℃
２）試験片：Ａ１０５０Ｐ ５０×２５×１ｍｍ
４）鋼球：ＳＵＪ−２、直径３／１６インチ
５）錘：０．３ｋｇ
６）滑り速度：４．０ｍｍ／ｓｅｃ
７）摺動長さ：８ｍｍ
８）摺動回数：１回
９）評価：市販油性離型剤の摩擦係数（０．３１）を基準として評価した。
○：０．３１未満
×：０．３１以上

ＴＢＮ１５０〜５００の過塩基性アルキル土類金属塩を含む本発明の実施例１〜２５の離型剤は優れた潤滑性、付着性を示す。
さらにシリコーンオイルを含む本発明の実施例４〜８、１２〜１３、１７〜１８、２０〜２５の離型剤は、さらに優れた潤滑性、付着性を示す。但し、実施例２３から、シリコーンオイルの動粘度が実施例２０のシリコーンオイルの動粘度よりも低い場合、潤滑性、付着性が低下しており、所定範囲の動粘度が最適であることがわかる。実施例２４は、実施例２０のシリコーンオイルを、２５℃の動粘度が４００ｍｍ／ｓ²のメチルフェニルシリコーンから、２５℃の動粘度が５００ｍｍ／ｓ²のジメチルシリコーンへ置き換えたものである。潤滑性、付着性が低下しており、シリコーンオイルの中では、メチルフェニルシリコーンが特に優れていることがわかる。
さらに付着向上剤（ヨウ素価１３０以上のエステル、及びヨウ素価１３０以上のエステルから作られた重合油）を含む本発明の実施例９〜１３、１９〜２５は、さらに付着性が向上している。但し、実施例２５から、付着向上剤のヨウ素価が実施例２０の付着向上剤のヨウ素価よりも低い場合、付着性が低下しており、所定範囲のヨウ素価が最適であることがわかる。
溶媒としてＮ系鉱物油を含む本発明の実施例１４〜１８，２０〜２５の離型剤は大きな性能低下も見られず、優れた潤滑性、付着性を示す。
これに対してＴＢＮ１５０〜５００の過塩基性アルキル土類金属塩を含まない比較例１〜９の潤滑剤及び、市販油性離型剤は、潤滑性及び付着性のいずれか、または潤滑性が劣っている。

Claims (9)

1. ＴＢＮ１５０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの過塩基性アルキル土類金属塩を含むことを特徴とする非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
2. 過塩基性アルキル土類金属塩が、ＴＢＮ３００〜４００ｍｇＫＯＨ／ｇの過塩基性スルホネート及び／又は過塩基性サリシレートである請求項１記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
3. 過塩基性アルキル土類金属塩が、離型剤１００質量部中、０．１〜１００質量部の量で含まれる請求項１又は２記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
4. さらに、２５℃における動粘度が２０〜１０００ｍｍ／ｓ²のシリコーンオイルを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
5. シリコーンオイルがメチルフェニルシリコーンである請求項４記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
6. さらに、付着向上剤として、ヨウ素価１３０以上のエステル、及びヨウ素価１３０以上のエステルから作られた重合油からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことをを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
7. さらに、溶媒としてナフテン系（Ｎ系）鉱物油を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
8. 油膜付水滴の形態で使用するための離型剤である、請求項１〜７のいずれか１項記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。
9. 非鉄金属がアルミニウム合金である、請求項１〜８のいずれか１項記載の非鉄金属のダイカスト用油性離型剤。