JP2016125047A - オイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液 - Google Patents

Abstract

【課題】オイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。【解決手段】水、バイオポリマーおよび適切な添加物の相乗関係を備えた、高い冷却特性と潤滑性とを有し、製品に生物分解性を与える、オイル類や乳化剤を利用しない機械処理のためのバイオ潤滑液の組成物であって、この組成物は、０．０１〜５．０％ｗ/ｗのバイオポリマー、０．５〜２５．０％ｗ/ｗの抗腐食添加剤、適量（ｑｓｐ）の水、並びに抗腐食添加物、殺菌性添加物、消泡性添加物、極圧添加物、ｐＨ調整添加物、複合剤、及びその他のバイオ潤滑剤の利用に依存する添加剤を含む。【選択図】なし

Description

本発明は、オイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液の処方物に関する。さらに特定すれば、本発明は、その潤滑特性が適切なバイオポリマー及び添加物を介した水の粘度の増加によって得られるバイオ潤滑液に関する。

潤滑液は、エンジンから金属加工作業に至るまで幅広い範囲で利用されている。

切削液又は切削“油”としても知られる金属加工液は、主に工具と加工物との接触領域において使用され、それぞれの作業の種類及び関与する材料のために適した潤滑特性と冷却特性を提供する。無水の動物由来又は植物由来のオイル類及びその処方物に水を含む水溶性オイル類（エマルジョン又はマイクロエマルジョン）で構成されることもできるが、前記金属加工液は通常、鉱物油で成るストレートオイル類に分類されている。

純粋な金属加工液は非腐食性であり、清浄に保たれれば（実際には稀）、長く有効性を保つ。しかし、主に鉱物由来のオイル類は多数の弱点を有する。例えば、微生物に対する低抵抗性や低冷却性能であり、加工物と工具との間の摩擦領域で摩耗を防止せず、プラスチック部品、エラストマー類及び塗料にダメージを与え、定期的な保守及び交換のために装置の停止が必要であり、また、加工物と工具との間の摩擦により生じる作業環境に対する悪影響が挙げられ、例えば、煙霧の形成、加工液の定期交換時の不本意な垂落、出版されている職業病に関する技術書に記載された健康への悪影響、一般的に易火性、可燃性及び引炎性による安全に対する悪影響、並びに環境に対して非常に有害であるクラスＩ（ＡＢＮＴ ＮＢＲ １０００４：２００４−Ｒｅｓｉｄｕｏｓ Ｓｏｌｉｄｏｓ）として分類されている残留物による環境への悪影響がある。

水溶性金属加工液は、これらは冷却性能を有しているが、金属加工工程において、腐食、起泡、及び微生物に対して影響を受け易いなどの問題を有している。

しかしながら、環境及び職業上の健康及び安全性の観点から、植物ベースの合成オイル類は、鉱物油の排除による大きな利点を有しており、環境への毒性霧の発生を減少させる低毒性で大抵は生物分解性を提供し、工具の磨耗、交換及び製造停止を減少させる組成物内の水の存在による高い冷却力及び加工物と工具との接触領域での作業を更に容易にする高い湿潤力を有している。

よって、本発明の目的の一つは、適切なバイオポリマーと添加剤とを介した水の相乗関係を備えた、高い冷却特性と潤滑性とを有するバイオ潤滑剤の処方物を、オイル類や乳化剤を利用せず、製品に生物分解性を与えて提供することである。

発明の概要
本発明の一つの特徴では、バイオポリマー、水、及び本来的に優れた冷却特性を有したオイル類と乳化剤を使用せずに潤滑特性を与える添加剤を含むバイオ潤滑剤の処方物が提供される。

別の特徴では、高い冷却特性と潤滑力のバイオ潤滑剤が提供される。

発明の詳細な説明
本発明の主題であるバイオ潤滑金属加工液は、水中でのオイルの性能を確実に提供するが、オイル類やエマルジョンで使用されるような合成誘導物を追加せず、従って乳化剤を使用せずに、水の粘度を増加させる薬剤等のバイオポリマーの協働作用との組み合わせを含んだ処方物を含んでいる。

本発明の主題であるバイオ潤滑金属加工液は、０．０１〜５．０％ｗ/ｗのバイオポリマー、０．５％ｗ/ｗから２５．０％ｗ/ｗの抗腐食添加剤、及び適量（ｑｓｐ）の水を含む。

好ましくは、バイオ潤滑金属加工液は、０．１〜２．０％ｗ/ｗのバイオポリマー、１．５〜１０％ｗ/ｗの抗腐食添加剤、及び適量（ｑｓｐ）の水を含む。

更に好ましくは、バイオ潤滑金属加工液は、０．５〜１．８％ｗ/ｗのバイオポリマー、２．０〜７．０％ｗ/ｗの抗腐食添加剤、及び適量（ｑｓｐ）の水を含む。

この添加剤はバイオ潤滑剤の利用に依存しており、抗腐食添加剤、殺菌性添加剤、消泡性添加剤、極圧添加剤、ｐＨ調整添加剤、複合剤、その他のものでよい。

任意で、加工液内の微生物の増殖を防止するため、この処方物は０．１〜２．０％の殺菌性添加剤を有しており、劣化と悪臭を防止し、処方物の有効寿命を増加させる。

任意で、起泡を発生させる可能性がある汚染から保護するため、この処方物は０．１〜２．０％の消泡剤を含み、特に、鋸や研磨機等の金属加工作業には、更に希釈された溶液が望ましい。

任意で、この処方物は、工具を保護し、接触点での加工液の物理的除去によって機械加工された加工物の仕上げを更に容易にするよう、作業が加工物に更に大きな荷重力を要求する場合に潜在的に使用できる、０．５〜１０．０％の極圧添加物を含む。

任意で、この処方物は、腐食又は変色等の金属への不都合な影響を防止するよう、銅、真鍮及び青銅等の黄色金属類のために０．５〜１０．０％の抗腐食添加剤を含む。

任意で、このバイオ潤滑剤の処方物は、０．１〜２．０％のキレート剤を含む。

任意で、この処方物は、トランプオイルや水相の分離を防止するよう、更に優れた安定性によって加工物と工具との接触を容易にさせるよう、０．５〜１０．０％の湿潤剤又は安定剤を含んでいる。

バイオポリマーは、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）又はカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のセルロース増粘剤、キサンタン又はカードランガム類等のバクテリア由来の多糖類、及びデンプン又はショ糖誘導体から選択される。

使用されるバイオポリマーは、加工液に潤滑性を与えるよう、粘性を誘導するか、又は水を増粘化させなければならない。この場合には、多糖類等のバイオポリマーは、水との水素結合を形成することができる多くのヒドロキシル（−ＯＨ）基を有しており、鎖間を摺動させる水和層を形成し、加工液に所望の潤滑性を与える。従って、希釈係数はバイオ潤滑剤にとって重要である。高濃度（約３．０％以上）のバイオポリマーは、構造物にグリースと類似するペースト特性又はゲル特性を提供する。希釈性を更に増加させることで、混合物は更に、オイル類のものと類似する粘度を維持する流動状物となる。希釈性を高めた状態では、潤滑性はバイオポリマー構造物の物理的な分離によって相当程度減少する。

現場実証では、以下の三種類のバイオ潤滑剤の処方物を使用する。

バイオポリマー（０．１％〜３．０％ｗ/ｗ）、抗腐食剤（０．５〜８．０％ｗ/ｗ）、消泡剤（０．１〜２．０％ｗ/ｗ）、極圧添加剤（０．５〜１０．０％ｗ/ｗ）、及び殺菌剤（０．１〜２．０％ｗ/ｗ）、並びに適量（ｑｓｐ）の水。

バイオポリマー（０．１〜３．０％ｗ/ｗ）、抗腐食剤（０．５〜８．０％ｗ/ｗ）、消泡剤（０．１〜２．０％ｗ/ｗ）、極圧添加剤（０．５〜１０．０％ｗ/ｗ）、殺菌剤（０．１〜２．０％ｗ/ｗ）、黄色金属類のための抗腐食添加剤（０．５〜８．０％ｗ/ｗ）、及び適量（ｑｓｐ）の水。

バイオポリマー（０．１〜３．０％ｗ/ｗ）、抗腐食剤（０．５〜８．０％ｗ/ｗ）、極圧添加剤（０．５〜１０．０％ｗ/ｗ）、消泡剤（０．１〜２．０％ｗ/ｗ）、殺菌剤（０．１〜２．０％ｗ/ｗ）、キレート剤（０．１〜２．０％ｗ/ｗ）、湿潤剤（０．５〜１０．０％ｗ/ｗ）、及び適量（ｑｓｐ）の水。

三種類の処方物（Ａ，Ｂ及びＣ）では、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）が、その加工容易性と製造性の理由で、ゴムおよびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）より好まれた。

現場実証（Ａ、Ｂ及びＣ）の全ての処方物は、第一鉄材料及びアルミニウムに利用できる。しかしながら、処方物Ｂは黄色金属類での利用が推奨され、処方物Ｃは使用される希釈水の硬度が高い可能性がある場合（工程や作業の質に問題を引き起こす可能性があるＣａ、Ｍｇ及びその他の希釈金属）に推奨される。

現場実証において、処方物は、回転工程を実行する機械装備のため、１：５の液量比（１体積部は加工液、５体積部は水）で希釈された。切断及び研削工程では、使用された水中での希釈は１：８（体積）の最高比率まで変えられた。スレッディング及びブローチング工程では、水中での希釈は約１：１から１：５までであり、ｐＨは約８．０から９．５までのものが使用された。

バイオ潤滑処方物は、鋸、研削機、粉砕機、旋盤、ドリル、スレッディング機、及びマシンセンター等の装備の操作で用いる鋼鉄（炭素鋼）、鋳鉄、アルミニウム合金、及び銅合金（真鍮）の現場実証で評価された。比較すると、処方物Ａ（登録商標名「ＦｌｕｉｄＢ９０」）の性能は、合成流動物（登録商標名「Ｏｉｌ３０」のトール油に由来する合成ベース流体が基準として使用された）よりも良好であり、登録商標名「ＳＥＰ６０」の合成ベースに関係する鉱物油を６０％含む混合半合成流体よりも大幅に良好であった。

表１において、「ＶＵ」は非常に不満足、「Ｕ」は不満足、「Ｓ」は満足、及び「ＶＳ」は非常に満足を意味する性能のユーザ認識の質的評価を示している。

表２及び表３は、環境パラメータであるＣＯＤ（化学的酸素要求量）に関する流体の質的評価を示している。

この形態では、バイオ潤滑剤のＣＯＤ値は、合成流体の１４％及び半合成流体の約５．５％である。示された形態で希釈されたそれぞれの生成物を考慮すると、バイオ潤滑剤のＣＯＤ値は、合成流体の約４９％（半分以下）である。

また、半合成流体に関しては、バイオ潤滑剤ＡのＣＯＤ値は、約１９％（１／５未満）である。

従って、表２及び表３に示す生成物での添加状況は類似していると明言できるが、バイオ潤滑剤（Ａ）のＣＯＤ値は、専ら処方物中の油性物質の不在によって低い。

ＯＥＣＤ法Ｎｏ．３０１（化学物質の試験のためのＯＥＣＤガイドライン／セクション３：劣化及び蓄積試験Ｎｏ．３０１：易生分解性 経済協力及び発展のためのＯＥＣＤ組織）による生分解性の分析では、２０日間における生分解性は９３．３％であり、「易生分解可能」であると特徴付けている。

バイオ潤滑剤（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の処方物は、異なる状況において現場試験された。

処方物（Ａ）は、アルミニウム合金が機械処理された主な材料である、一連の商業用の金属加工機械に利用された。その希釈は、表４に示すように、１：３から１：８の間で変化した。

全ての試験が、表１に示す基準に従って、作業性及び質的な点について評価された。作業性は評価された全ての点で是認された。加工物の品質と仕上がりは、仕様書と設計に従っていた。トランプオイルは完璧な分離状態で乳濁されていた。腐食（加工物又は装置）、起泡又はいかなる種類の微生物の増殖も観察されなかった。作業環境は清潔で、鉱物油での作業での特徴である煙霧を発生せずに実行された。工具の保全も観察された。

ベリリウム銅合金の加工処理のための装置での試験では、本発明の主題であるバイオ潤滑剤は、装置のために向上した性能を提供することが示された。この試験では、可溶性植物由来流体を用いて２５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍで作動する装置は、１１６個の孔を形成し、ドリルビットを研ぐために３０分間のセットアップが続いた。装置が、１：５の液量比（１体積部は潤滑剤、５体積部は水）で水中にて希釈されたバイオ潤滑剤（処方物Ｂ）を用いて始動されたとき、研ぎ処理を必要とせずに７３０個の孔を形成し始めた。

アルミニウムを加工処理するための第２のマシンは、２２，０００ｒｐｍで作動し、エチルアルコールを使用した。バイオ潤滑剤（処方物Ａ）が１：５の液量比（１体積部は潤滑剤、５体積部は水）で水中にて希釈された時、加工状態の変化も、温度の上昇も観察されなかった。しかしながら、エチルアルコールの排除は、作業環境、健康及び安全性のリスクを低下させた。

試験は、炭素鋼棒のスレッディングのための流体として純粋（非希釈）な鉱物油を通常に使用するスレッディングマシンで実行された。この装置は、全ての種類の作業上の健康及び安全性のリスク、および結果的に粗面（作業員の手を切るリスクを伴う）のような欠陥並びに加工物の加熱による寸法的な欠陥（高温は通常、作業後の加工物の迅速な取り扱いを妨害し、よって生産性を低下させ、作業時間を増加させる）を示した。同じ作業を、炭素鋼加工物のスレッディング処理のため、１：５の液量比で水中にて希釈されたバイオ潤滑流動物（処方物Ａ）で試験した。粗面がなく、作業の終了時に完全に冷却され、寸法的な仕様の観点から完璧なスレッド（ネジ溝）が得られ、よって加工物を安全に触って取り扱うことができた。

同様な結果が、研削加工において、処方物（Ｃ）のバイオ潤滑剤で得られた。極圧添加剤と共に（前述した全ての欠点を示す）、純粋な鉱物油を使用した研削機械が、１：２から１：５の液量比で水中にて希釈されたバイオ潤滑剤（処方物Ｃ）を使用するために準備された。作業の品質と加工物の品質（スプロケットと炭素鋼ギヤの切断部）が、鉱物油の使用の結果である健康、安全性及び環境のリスクなく、仕様書に従って成功した状態で得られた。

Claims (10)

1. ０．０１〜５．０％ｗ／ｗのバイオポリマー、０．５〜２５．０％ｗ／ｗの抗腐食添加剤、及び適量（ｑｓｐ）の水を含む、オイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。
2. ０．１〜２．０％ｗ／ｗのバイオポリマー、１．５〜１０％ｗ／ｗの抗腐食添加剤、及び適量（ｑｓｐ）の水を含む、オイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。
3. ０．５〜１．８％ｗ／ｗのバイオポリマー、２．０〜７．０％ｗ／ｗの抗腐食添加剤、及び適量（ｑｓｐ）の水を含む、オイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。
4. 任意で、０．１〜２．０％の殺菌性添加剤を含む、請求項１記載のオイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。
5. 任意で、０．１〜２．０％の消泡添加剤を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。
6. 任意で、０．５〜１０．０％の極圧添加剤を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。
7. 任意で、０．５〜１０．０％の黄色金属類のための抗腐食添加剤を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。
8. 任意で、０．１〜２．０％のキレート剤を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。
9. 任意で、０．５〜１０．０％の湿潤剤又は安定剤を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。
10. 前記バイオポリマーは、セルロース増粘剤、バクテリア由来の多糖類、及びデンプン又はショ糖誘導体から選択される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオイル類及び乳化剤を含まないバイオ潤滑金属加工液。