JP2019520462A - 金属加工流体 - Google Patents

Abstract

金属加工流体が開示される。流体は、油性成分、水性成分、及び水性成分中に分散された界面活性剤を含む。金属加工流体は、消泡剤又は発泡防止化合物を実質的に含まない。【選択図】なし

Description

本発明は、金属加工流体に関し、詳細には、油性成分、水性成分、及び界面活性剤を含む金属加工流体に関する。

金属加工流体は、工業において、一般的には、破壊的な金属加工（ミリング又は切削など、金属の小片が生成される）及び変形金属加工（圧延など、金属の小片が生成されない）において多くの用途が見出される。これらの金属加工流体の各々は、油性成分、水性成分、及びエマルジョンを形成するための水性成分中に分散された界面活性剤という共通する基本組成を有する。そのような油性成分は、一般的には、原油若しくはシェール油の精製を例とする炭化水素源から、又はエステル化から誘導される。

油性ベース中に水性成分を含めること、又はその逆は、そのような水性及び油性物質がもともと不混和性であることから、エマルジョンを作製するための乳化剤の使用を含む。水性エマルジョンを含む金属加工流体の例としては、金属加工流体及び他の水系流体が挙げられる。水性及び油性成分を乳化させるために、一般的には、界面活性剤が用いられ、エマルジョンが完全に確実に形成されるように、充分な界面活性剤が含められる。理想的には、保存又は使用時に個々の成分が分離しないように、不混和性成分が残留するべきではなく、エマルジョンが安定であるべきである。しかし、使用する界面活性剤が多過ぎる場合、混合後直ちに又は使用時に、乳化混合物が発泡する結果となり得る。これが発生する可能性を低減するために、消泡剤又は発泡防止化合物も金属加工流体に含められて、界面活性剤に起因する泡の形成が防止されるか、又は泡の量が低減される。この組み合わせの結果、発泡の傾向が抑えられた安定なエマルジョンが得られる。

しかし、消泡剤又は追加の界面活性剤を用いることなく、完全で安定なエマルジョンとして金属加工流体を作製することができれば有利である。

本発明は、第一の態様において、油性成分；水性成分；及び界面活性剤のエマルジョンを含む金属加工流体を提供することによってこの必要性に対処することを目的とするものであり、ここで、油性成分又は水性成分は、界面活性剤と共にミセルを形成し、及びここで、金属加工流体は、発泡を相殺するための不溶性の消泡剤又は発泡防止化合物を含有しない。

別の態様では、本発明は：
油性成分；水性成分；及び界面活性剤を含む金属加工流体を提供し、ここで、金属加工流体は、消泡剤又は発泡防止化合物を含有せず、及びここで、金属加工流体は、混合時又は使用時に発泡を示さない。

なお別の態様では、本発明は、そのような方法を用いて作製された金属加工流体を提供する。

本発明について、以降、例示的実施形態を参照して、例としてのみ記載する。本発明の実施形態は、金属加工流体が油性成分及び水性成分を含み得る手法を取る。鉱油及び基油ストックなどの油性成分は、水性成分中に分散された界面活性剤が存在する限りにおいて、水などの水性成分で乳化され得る。そのような水性エマルジョンは、潤滑及び金属加工を含む様々な用途で用いられ、本発明の実施形態では、金属加工に焦点を当てる。これらのエマルジョンは、未希釈で、又は水などの希釈剤で希釈されて用いられてもよい。別の選択肢として、エマルジョンは、キャリア流体と混合された場合に様々な特性を付与するための添加剤として用いられてもよい。キャリア流体は、上記の金属加工流体がこれらの流体に対する添加剤となるよう、エマルジョンを含む潤滑流体、エネルギー散逸流体（energy dissipating）、又はエネルギー生成流体（energy generating fluids）から選択されることができる。しかし、ミセル構造を形成し、界面活性剤の実質的にすべてがミセル構造内で結合されることにより、上記の金属加工流体中には、未結合の界面活性剤は実質的に存在しない。このことにより、過剰の界面活性剤に起因する発泡を相殺するために不溶性の消泡剤及び／又は発泡防止化合物を使用する必要性がなくなり、それによって、金属加工流体は、消泡剤又は発泡防止化合物を実質的に含まない。このことは、金属加工流体がエマルジョン又は他のキャリア流体に対する添加剤として用いられる場合にも当てはまる。加えて、金属加工流体は、発泡挙動をまったく増大させることがなく、及び／又はキャリア流体のいかなる発泡をも低減する傾向を有し得る。

ミセルは、コロイド中に分散された界面活性剤分子の集合体であり、ここで、第一の物質の粒子が第二の物質中に懸濁して、二相系を形成している。溶液中とは異なり、第一の物質が第二の物質中で不溶性又は不混和性であるため、エマルジョンとなる。水溶液中では、ミセルは、界面活性剤分子の疎水性テールが内側に向き、界面活性剤分子の親水性ヘッドが外側に向いた集合体を形成する。これは、順ミセルを形成し、水中油型混合物をもたらす。逆ミセルは、反対の構造を有し、この場合、界面活性剤分子の親水性ヘッドが内側に向き、疎水性テールが外側に向いている。これは、油中水型混合物をもたらす。界面活性剤分子の充填挙動は、ミセルのコア周囲の界面活性剤分子の単一層をもたらし、それは、表面エネルギーの考えに従って、一般的には球状体を形成する。

界面活性剤のさらなる層が、ミセルの外側の周囲に充填され得る。これは、混合物にさらなる界面活性剤が添加された場合に当てはまる。例えば、油性成分にせん断力が適用された場合、これは、油性成分の分子の伸長を引き起こす。この伸長は、分子を平坦化し、層状構造とする傾向にあり、したがって、いずれの界面活性剤も誘引することができる表面積が増加する。水中の界面活性剤の分散体の分子周囲の層流と合わせて、界面活性剤の充填率は、≦１／３から＞１／２に増加する。せん断力が分子から取り除かれると、分子は、表面エネルギーの考えにより、当然、界面活性剤の構造によってミセルの最小表面エネルギーの構成が層状又は円筒形状とならない限りにおいて、球形状ミセルを形成する。例えば、二量体界面活性剤と称される場合もある双性界面活性剤は、２つの疎水性テールを有し、それが、ミセルのコアを伸びた卵形状に変形する。この時点で、界面活性剤の充填率は減少して球形状ミセルの≦１／３に戻り、したがって、一時的な層状構成の分子に誘引されたいずれの追加の界面活性剤も、ミセル周囲に界面活性剤の追加の層を形成する。しかし、順ミセルの場合、界面活性剤分子の偶数層の配列は、親水性ヘッドが最も外側にある層の界面活性剤分子の親水性ヘッドと接触し、疎水性テールが外側に向く状態となることから、奇数層しか形成されない。逆ミセルの場合は、この逆が当てはまる。したがって、いずれの場合においても、ミセルは、１、３、５、７．．．ｎ＝２ｋ＋１の界面活性剤層を有することになる。このことはまた、界面活性剤が複数層としてこれらのミセル内で結合されることから、エマルジョン中には、実質的にいかなる形態の遊離界面活性剤も存在しないという結果にもなる。したがって、流体中には、未結合の界面活性剤は実質的に存在しない。エマルジョンに添加される界面活性剤が多いほど、ミセル中の界面活性剤の層の数が多くなる。界面活性剤は、少なくとも１つのイオン性界面活性剤、少なくとも１つの非イオン性界面活性剤、又はこれらの混合物を含んでよい。好ましくは、イオン性界面活性剤を用いることが金属加工流体の腐食防止挙動に対して影響を与え得ることから、界面活性剤は、非イオン性界面活性剤である。しかし、イオン性界面活性剤が有益であり得る状況も存在する。したがって、表面層内の主要な界面活性剤成分は、非イオン性界面活性剤であってよいが、層内には他のイオン性界面活性剤が存在してもよい。これによって、界面活性剤の性能を調製するという点で様々な利点が得られる。

本発明に従う金属加工流体の実施形態は、未希釈で、希釈されて、又はキャリア流体に対する添加剤として用いられてよい。未希釈で用いられる場合、金属加工流体は、製造プロセスから直接取り出されて、未希釈エマルジョンとして用いられてよい。別の選択肢として、ある量の水を用いて金属加工流体を希釈し、それによってエマルジョンの粘度を低下させることが望ましい場合もある。金属加工流体では、希釈剤として水が用いられる。添加剤流体は、金属加工特性を有する別のエマルジョンなどのキャリア流体に添加されるものである。この状況において、キャリア流体は、ある程度の粘度を有しており、さらには、エマルジョン中で可溶性若しくは不溶性であり得る発泡防止化合物又は消泡剤化合物も含有している可能性がある。金属加工流体が添加剤として良好に作用するためには、元のエマルジョンよりも悪化したいかなる発泡挙動も示さないことが重要であり、そうでなければ、キャリア流体と金属加工流体との混合物の性能を確保するために、追加の発泡防止化合物又は消泡剤化合物が必要となってしまう。この状況において、本発明の実施形態は非常に有用であり、それは、その含有界面活性剤が、水性成分中の油性成分のミセル内で結合されているからである。この希釈工程は、２回以上行われてもよく、特定の性能挙動を作り出すために次々と希釈された金属加工流体による一連の流体が効果的に形成される。例えば、既知の界面活性剤挙動及び粘度を有する特定用途向け金属加工流体を作製する目的で、ある量の金属加工流体を取り、それを水を用いて希釈することが望ましい場合がある。この状況において、金属加工流体は、粘度の改善及び／又は発泡挙動の低減のために用いられ得る。

金属加工流体を作製するために本発明の方法を用いることにより、高粘度の物質を安定なエマルジョンに乳化することも可能となる。既存の技術を用いる場合、４０℃でおよそ１００〜１５０ｃＳｔよりも高い粘度を有する流体を乳化することは困難である。本発明の方法を用いると、４０℃で８０００〜１２０００ｃＳｔの粘度を有する流体を乳化することが可能である。実際の限度は、乳化の過程での様々な成分の温度に依存する。例えば、乳化を実現するために、成分を約９０℃までに加熱することが必要であり得る。

界面活性剤の特性を調製することにより、金属加工流体に何らかの発泡防止化合物又は消泡剤化合物を添加する必要がなくなる。発泡防止化合物又は消泡化合物は、消泡すること（使用、製造、又は保存時に金属加工流体によって発生されたいずれの泡も除去すること）がその主要な作用である物質であり、様々な形態のものが入手可能である。金属加工流体と共に一般的に用いられる種類の化合物は、ケイ素成分を有する化合物である。これらの化合物はまた、共通して、金属加工流体の形成、又は金属加工流体との希釈若しくは混合に用いられる流体に不溶性であり、一般的には、水に不溶性である。したがって、それらは、金属加工流体の使用時の発泡を低減するのに有用であるが、成分自体は、最終エマルジョンにおける不溶性の問題を発生させ得る。上記の記述は、水中油型エマルジョンに基づいているが、逆の油中水型エマルジョンの状況にも同じ考えが当てはまる。いずれの場合においても、油性成分は、単一の成分、一群の成分、又は完全に調製された流体を含んでよい。

したがって、ミセル表面上での界面活性剤の効率的な充填による利点は、界面活性剤の分子層の数に関わらず、流体中の界面活性剤の実質的にすべてがミセル構造内で結合した金属加工流体を実現可能であることである。金属加工流体におけるミセル構造の使用及びそのいくつかの有益性について、以下でより詳細に記載する。

油性成分は、本質的に油状、油系、又は油含有である物質である。これらの油性成分は、潤滑組成物と称され得る。潤滑組成物は、完全に調製された潤滑剤であってよく、又は少なくとも１つが潤滑特性を有する成分の混合物であってもよい。完全に調製された潤滑剤は、一般的には、潤滑基油ストックをベースとしている。合成油、天然油、又は両者の混合物を含む多くの異なる潤滑基油が公知であり、これらは、精製状態又は未精製状態の両方で用いられてよい（少なくとも１つの精製工程あり又はなし）。天然油としては、その採取源の性質に応じて、パラフィン系、ナフテン系、又は混合パラフィン−ナフテン系の性質の鉱油が挙げられる。合成油としては、炭化水素油（例えばポリブチレン及びポリプロピレンなどのオレフィン）及びポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）が挙げられる。基油ストックのカテゴリーは、すべての潤滑剤基油に対するガイドライン一式を提供している米国石油協会（ＡＰＩ刊行物１５０９）によって定義されている。これらは、表１に示される。

水素化分解及び水素化処理基油などのグループＩＩ及び／又はグループＩＩＩの基油、さらにはポリアルファオレフィン、アルキル芳香族、及び合成エステルなどの合成油は、公知の基油である。グループＩＩＩの基油ストックは、９０％超の飽和度、１２５超の粘度指数、低い芳香族含有量（３％未満）、及び少なくとも１１８のアニリン点を有する高パラフィン系の傾向にある。合成油としては、ポリブチレン、ポリプロピレン、プロピレンイソブチレンコポリマー、及びエチレンアルファオレフィンコポリマーといった重合及び相互重合オレフィンなどの炭化水素油が挙げられる。ＰＡＯ（ポリアルファオレフィン）は、一般的には、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２、Ｃ１４、及びＣ１６オレフィン又はその混合物から誘導される。そのようなＰＡＯは、一般的には、１３５よりも大きい粘度指数を有する。ＰＡＯは、直鎖状α−オレフィン（これ以外には、ＬＡＯとも称される）モノマーの触媒オリゴマー化（低分子量生成物への重合）によって製造することができる。これは、２種類の物質、ＰＡＯ及びＨＶＩ−ＰＡＯ（高粘度指数ＰＡＯ）の存在に繋がり、ＰＡＯは、ＡｌＣｌ３又はＢＦ_３などの触媒の存在下で形成され、ＨＶＩ−ＰＡＯは、フリーデル−クラフツ触媒又は還元クロム触媒を用いて形成される。

合成エステルを含むエステルも、ＧＴＬ（gas to liquid）物質と同様に、特に炭化水素源から誘導されるものが、有用な基油ストックを形成する。例えば、モノアルコールと二塩基酸とのエステル、又はモノカルボン酸のポリオールエステルが有用であり得る。そのようなエステルは、一般的には、ＡＳＴＭ Ｄ５２９３に従って、−３５℃で１００００ｃＰ未満の粘度を有するべきである。しかし、適切な潤滑組成物の実際の選択は、金属加工流体の最終用途に依存することになる。例えば、いくつかの金属加工用途では、鉱油及び／又はエステルの組み合わせがベースとなる。本発明の実施形態に従う金属加工流体は、乳化された成分を有しない合成潤滑剤への添加剤としても用いられ得る。これは、混合アミン及びカルボン酸の塩、並びにエチレン／プロピレンオキシドブロックコポリマーを含む合成潤滑剤製品の成分が、水溶性であるからである。これらの例としては、Ｃａｓｔｒｏｌ ＬＩｍｉｔｅｄから入手可能であるＳｙｎｔｉｌｏ ９９１３及びＳｙｎｔｉｌｏ ８１ＢＦが挙げられる。

金属加工流体に用いるためのミセル構造を形成する適切な方法は、せん断力及び層流の下で油性物質及び水性物質を混合して水中油型又は油中水型流体のいずれかを作製するための装置に関する米国特許出願公開第２０１３／０２０１７８５号に記載されている。この方法の基本は、以下の通りであり：界面活性剤の水溶液を含む第一の流体及び油性化合物を含む第二の流体が、せん断力下で混合されて、中間流体が生成される。この中間流体は、コロイドエマルジョンの形態であり、第一又は第二の流体のいずれかよりも大きい粘度を有し、易流動性もしくはゲル状であり得る。この中間流体は、水性エマルジョン中の油性流体のミセル、又は油性エマルジョン中の水性流体のミセルのいずれかを含む。第一の流体及び第二の流体の両方がチャンバーに添加され、そこで、スターラーが用いられ、１２００〜１６００ｒｐｍの回転速度で回転することによって、せん断力下でこれら２つの流体が一緒に混合される。チャンバーの形状及びスターラーのサイズは、チャンバーの壁部周辺の領域に確実に乱流が存在しないように選択される。したがって、油性分子がせん断下にある一方で、界面活性剤の水性懸濁液は、チャンバーのこの領域を周りながら流れることができ、層流を発生させる。層流下の中間流体に第三の流体を添加することも可能であり、例えば、得られる金属加工流体の粘度を低下させるために、水性流体の水含有量が増加される。

上記で概説したように金属加工流体中にミセル構造を用いる１つのさらなる利点は、精密な範囲のミセルサイズを実現可能であることである。ミセルの平均径の分布は、平均をμ、標準偏差をσとするガウス分布に従う。標準偏差σが０．２μ以下としたときに特に有利である。例えば、０．３μｍの平均ミセル径の場合、平均ミセル径の標準偏差は、０．０６μｍ以下である。平均ミセル径は、ミセルに対して得られた様々な径測定値の平均であり、これは、球形状ミセルの場合、ミセルの径におよそ等しい（どこで測定が行われたかに関わらず、径の変動はほとんど又はまったくないからである）。

好ましくは、平均ミセル径は、≦０．３μｍである。平均ミセル径及び平均ミセル径分布の両方を特定するための適切な測定技術としては、光学測定技術、例えば、Ｂｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒレーザー回折ＰＳ分析装置（ＬＳ １３ ３２０）を用いたレーザー粒子サイズ分析、及びフローサイトメトリー技術が挙げられるが、それに限定されるものではない。平均ミセル径の範囲が狭いことの利点は、金属加工流体が表面を完全に覆うことができることにある。平均ミセル径の範囲が広い流体の場合、表面全体の流体の被覆が不定となる。これは、等しい表面積上に異なる体積の流体を有している領域に起因するものである。しかし、平均ミセル径が狭い範囲内である場合、表面被覆ははるかにより効率的及び広範であり、それは、等しい表面積の領域が、およそ等しい体積の流体をその上に有することになるからである。このことは、より均一な摩耗、及び改善された表面／界面保護に繋がる。

理論に束縛されるものではないが、上記で述べたように、せん断混合の結果として、界面活性剤の実質的にすべてがミセル構造内で結合された状態となることが現在では理解されている。すなわち、界面活性剤分子の実質的にすべてが、所要に応じて水性又は油性にすることができるミセルのコアの表面全体に少なくとも１つの層を形成するということである。金属加工流体中には、未結合の界面活性剤は実質的に存在せず、ここで、未結合の界面活性剤とは、油性／水性又は水性／油性ミセルの一部となることなく、単独で検出可能である金属加工流体中の遊離界面活性剤分子として特徴付けられる。実際には、界面活性剤の実質的にすべてがミセル構造内で結合されていることにより、金属加工流体が過剰の界面活性剤を公称上含まない結果となる。言い換えると、使用時、金属加工流体は、実質的に泡を含まず、好ましくは、使用時、流体は、発泡を起こさない。これはまた、金属加工流体が消泡剤又は発泡防止化合物を実質的に含まないという結果にもなり、それは、これらが、油性／水性エマルジョンのいかなる発泡をも相殺するのにもはや必要ではないからである。金属加工流体が過剰の界面活性剤を公称上含まなくなるポイントは、エマルジョンの表面張力を測定することによって特定することができる。臨界ミセル濃度に到達し、表面層中にそれ以上の界面活性剤分子が含まれなくなると、エマルジョンの表面張力は、不連続性を示す。これは、当業者に公知である表面張力測定技術によって検出することができる。このポイントを特定するための他の技術としては、ＮＭＲ（核磁気共鳴）技術及び光学散乱技術が挙げられる。これらとしては、MA James-Smith et al, Journal of Colloid and Interface Science 310 (2007) 590-598のものが挙げられる。これらの試験の他に、流体使用時における泡の量の特定だけでなく、単純な撹拌試験によっても、金属加工流体が発泡するかどうかが示される。流体が保持されている容器を振動しても、流体が実質的に泡を含まないように、実質的に泡が発生するべきではない。

金属加工流体の性能を改善するための他の添加剤又は金属加工流体の他の成分が、このポイントで添加されてもよい。金属加工流体の１つのカテゴリーは、潤滑流体であり、又はその例示的な形態は、金属加工流体である。これについて、以下でより詳細に考察する。

ある実施形態では、本発明は、上記で述べた方法を用いて金属加工流体を作製する方法、及びそのプロセスを用いて作製された金属加工流体を提供する。以下の例は、金属加工流体に関連しているが、これに限定されるものではない。

上記で考察したように、金属加工流体は、破壊的な金属加工プロセス（ミリングなどの小片が生成されるプロセス）又は変形金属加工プロセス（例えばスチール圧延などの小片が生成されないように材料が変形又は成形されるプロセス）で用いられる潤滑剤である。金属加工流体は、それが用いられる対象である特定の種類の金属（スチールなど）用、及びそれが用いられるプロセス（ウォア延伸（wore drawing）など）用のいずれのためにも調製される。破壊的プロセス（ミリング）に適する一般的な金属加工流体組成は、以下の例示的組成：
１０〜５０重量％の潤滑組成物；
３．０〜８．０重量％の界面活性剤；
５．０〜１０重量％の腐食防止剤；
０〜１．０重量％の黄色金属；
０〜８．０重量％のエステル；及び
残量の水、
によって特徴付けられる

この例では、本発明の実施形態に従う金属加工流体は、水以外の上記要素のすべてを含んで、使用時に希釈するための水を必要とするエマルジョンが作製されてよく、又は金属加工流体は、最終エマルジョンとして作製されて、未希釈の形態で用いられてもよい。適切な界面活性剤としては、エトキシル化範囲が０〜９モルであるＣ_１６−Ｃ_１８脂肪アルコールエトキシレート（脂肪アルコールポリグリコールエーテル）；Ｃ_１６−Ｃ_１８脂肪アルコールエトキシレート及びプロポキシレート；エトキシル化範囲が２〜９モルであるＣ_６／Ｃ_８／Ｃ_{１６−１８}アルキルポリオキシエチレンエーテルカルボン酸；アルキル鎖Ｃ_１８でエトキシル化範囲が２〜５モルであるアルキルエーテルエトキシレートモノリン酸エステル；エトキシル化範囲が６／９モルであるエトキシル化オレイン；並びにＣ_１６−Ｃ_１８脂肪酸のポリエチレングリコールエステルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記で述べたように、様々な界面活性剤の組み合わせが特に有利であり得る。

適切な腐食防止剤としては、短鎖モノカルボン酸、ジカルボン酸、及びトリカルボン酸のアミン／アルカリ塩、アルコキシル化エステルを含む短鎖酸性リン酸エステル、セミコハク酸ハーフエステル、アミド−カルボン酸塩、脂肪アミド、並びにアミン及びアルカリスルホン酸塩、又はこれらの誘導体が挙げられるが、それに限定されるものではない。黄色金属としては、ベンゾトリアゾール又はその誘導体、及びトルトリアゾール又はその誘導体が挙げられる。適切なエステルとしては、Ｃ_８−Ｃ１_８脂肪酸のＴＭＰ（トリメチロールプロパン）モノ、ジ、及びトリエステル、主としてオレイル脂肪酸のグリコールエステル、主としてオレイル脂肪酸のメチル若しくはイソプロピルエステル又はトリグリセリド、ナタネ油などの天然トリグリセリド、及び吹込ナタネ油などの改質天然油が挙げられるが、それに限定されるものではない。殺生物剤（一般的にはアミン化合物）も、所要の場合は含まれてよい。これらとしては、オルソ−ホルマールを含むホルムアルデヒド放出剤、ヘキサヒドラトリアジン（hexahydratriazine）及び誘導体、メチレンビスモルホレン（methylene bis morpholene）、オキサゾラジン（oxazoladine）及び誘導体、イソチアゾリノン及び誘導体、並びにヨードプロピルブチルカルバメート殺真菌剤が挙げられるが、それに限定されるものではない。

他の潤滑剤系に用いられる他の添加剤、及び上記で挙げた物質の他の適切な例は、当業者に明らかであろう。

本発明において、Ｃｌａｒｉａｎｔ ＡＧから「ＮａｎｏＣｏｎ」の名称で入手可能である米国特許出願公開第２０１３／０２０１７８５号に開示される方法及び装置が、金属加工流体の分野に適用された場合に従来の乳化法と比較して、特に金属加工に用いられる水混和性流体の場合に、多くの利点を提供することが認識された。

界面活性剤の実質的にすべてがミセル構造内で結合されていることを確保することが、実際に金属加工流体の発泡を低減するかどうかを試験する目的で、市販のサブミクロンエマルジョンであるＮａｎｏＧｅｌ ＣＣＴ（Ｃｌａｒｉａｎｔ Ｐｒｏｄｕｋｔｅ（ドイツ）ＧｍｂＨより入手可能）のサンプルを調べた。ＮａｎｏＧｅｌ ＣＣＴは、カプリル酸／カプリン酸トリグリセリド、水、グリセリン、Ｌａｕｒｅｔｈ−２３、ジココイルエチレンジアミンＰＥＧ−１５硫酸ナトリウム、ナトリウムラウロイルラクチレート、ベヘニルアルコール、ステアリン酸グリセリル、及びステアリン酸クエン酸グリセリルを含む。油性成分は、エマルジョン中の界面活性剤の実質的にすべてを占める界面活性剤の３つの表面層を各々が有するミセル内に含まれている。サンプル１は、１０重量％のＮａｎｏＧｅｌ ＣＣＴ及び９０重量％の水を含んでおり、サンプル２は、５重量％のＮａｎｏＧｅｌ ＣＣＴ及び９５重量％の水を含んでいた。これらを、１０重量％のＡｌｕｓｏｌ ４１ＢＦ金属加工潤滑剤（Ｃａｓｔｒｏｌ Ｌｉｍｉｔｅｄから入手可能）及び９０重量％の水を含むコントロールサンプル１に対して評価した。

サンプル１及びサンプル２の初期検査から、ＮａｎｏＧｅｌ ＣＣＴを水と混合した際に、発泡が実質的に観察されないことが分かった。次に、これらのサンプルをいくつかの試験に掛け、その金属加工流体での使用に対する全体としての適切性を特定した。

タッピングトルク
ＡＳＴＭ ５６１９−００（２０１１）によるタッピングトルク試験を実施し、サンプル１、サンプル２、及びコントロールサンプル１を比較した。この試験は、アルミニウム合金（ＡｌＺｎＭｇＣｕ０．５）に予めドリル加工した穴にねじ山を形成するのに要するトルクの量を特定するものである。結果は表２の通りであり、コントロールサンプル１の性能を性能指数１００としている。

分かるように、水に５重量％のＮａｎｏＧｅｌ ＣＣＴを含めることにより、コントロールサンプルと比較して、トルクが少し減少している。しかし、水に１０重量％を含めると、コントロールサンプルと比較して、トルクが大きく減少している。

腐食防止
サンプル１が腐食を防止する能力も、エマルジョンのｐＨをおよそｐＨ５（僅かに酸性）であると測定した後に調べた。標準的な腐食防止試験（鋳鉄小片をサンプル２に浸漬し、次にＤＩＮ ５１３６０（パート２）に従って鋳鉄小片によるろ紙上への染みを評価）を実施した。浸漬すると、鋳鉄小片は腐食を開始したが、およそ１５分後、腐食プロセスは非常に遅くなり、一定の腐食防止が得られた。これが、ＮａｎｏＧｅｌ ＣＣＴ中での化学的（組成物）プロセス又は物理的（ミセル）プロセスであるかどうかを特定するために、ＮａｎｏＧｅｌ ＣＣＴの構成成分をコントロールサンプル２として混合し、試験を繰り返した。興味深いことに、腐食プロセスは、鋳鉄小片の浸漬の間中通常通りに継続し、このことは、ＮａｎｏＧｅｌ ＣＣＴのミセル構造が、エマルジョン中で物理的ミセル構造を用いない場合と比較して、改善された腐食防止を付与したことを示唆している。

上記の例は、順ミセルの使用を含み、すなわち、界面活性剤分子の親水性ヘッドが外側に向いた表面層を界面活性剤が形成して、水中油型混合物を形成している（油性成分が水性成分中に乳化している）。しかし、油中水型混合物を形成する（水性成分が油性成分中に乳化している）逆ミセル構造を用いることが望ましい場合もある。

様々な基油ストックの粘度指数（ＶＩ）が上記の表１に示されている。しかし、基油ストックの動粘度も、油を乳化して水性エマルジョンを作製することができるかどうかに対して影響を及ぼす。一般的には、上記で述べた金属加工流体での使用に適する油は、４０℃で２０ｃｓｔ以下の動粘度を有する。しかし、これよりも高い動粘度、例えば４０℃で１００ｃｓｔまでの動粘度を有する油が用いられてもよい。

金属加工流体の様々な実施形態及び他の例は、添付の請求項に基づいて、当業者には明らかであろう。

Claims (27)

1. 金属加工流体であって：
   油性成分；
   水性成分；及び
   界面活性剤；
   のエマルジョンを含み、前記油性成分又は前記水性成分のいずれかは、前記界面活性剤と共にミセルを形成し、並びに前記金属加工流体は、発泡を相殺するための不溶性の消泡剤又は発泡防止化合物を含有しない、金属加工流体。
2. 前記界面活性剤の実質的にすべてが、前記流体中に未結合の界面活性剤が実質的に存在しないように、前記油性成分又は前記水性成分のミセル内で結合されている、請求項１に記載の金属加工流体。
3. 使用時、前記エマルジョンが、希釈されるか、又は未希釈である、請求項１又は２に記載の金属加工流体。
4. 前記金属加工流体が、添加剤である、請求項１又は２に記載の金属加工流体。
5. 前記ミセルが、順ミセルであり、前記油性成分が、前記ミセルの中心を形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属加工流体。
6. 表面が、少なくとも１つの界面活性剤モノマー層を含む、請求項５に記載の金属加工流体。
7. 前記界面活性剤の構造が、前記ミセルの構造を決定する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属加工流体。
8. 前記ミセルが、概略球形状の構造である、請求項７に記載の金属加工流体。
9. 前記油性成分が、潤滑組成物を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の金属加工流体。
10. 前記潤滑組成物が、グループＩ、ＩＩ、ＩＩ、ＩＶ、又はＶの基油である、請求項９に記載の金属加工流体。
11. 前記潤滑組成物が、成分の混合物を含み、前記成分のうちの少なくとも１つが潤滑特性を有する、請求項９に記載の金属加工流体。
12. 前記界面活性剤が、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、又はこれらの混合物である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属加工流体。
13. 前記ミセルが、逆ミセルであり、前記水性成分のうちの少なくとも一部が、前記ミセルの中心を形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属加工流体。
14. 金属加工流体であって：
    １０〜５０重量％の潤滑組成物；
    ３．０〜８．０重量％の界面活性剤；
    ５．０〜１０重量％の腐食防止剤；
    ０〜１．０重量％の黄色金属；
    ０〜８．０重量％のエステル；及び
    残量の水
    を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の金属加工流体。
15. 前記潤滑組成物が、４０℃で２０ｃｓｔ以上の動粘度を有する鉱油である、請求項９に記載の金属加工流体。
16. 前記ミセルの平均径が、平均μを有するガウス分布に従い、標準偏差σが、０．２μ以下である、請求項１、２、３、又は４のいずれか一項に記載の金属加工流体。
17. 前記ミセルの平均径が、≦０．３μｍである、請求項１６に記載の金属加工流体。
18. 前記金属加工流体が、破壊的金属加工プロセスに用いられる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の金属加工流体。
19. 前記金属加工流体が、変形金属加工プロセスに用いられる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の金属加工流体。
20. 請求項１〜１９のいずれか一項に記載の金属加工流体中に潤滑剤と界面活性剤とのミセルを作製する方法であって：
    界面活性剤の水溶液を含む第一の流体を混合すること；
    潤滑組成物を含む第二の流体を得ること；
    前記第一及び第二の流体を、せん断力下で混合して、中間流体を生成すること；
    並びに
    前記潤滑剤と前記界面活性剤とのミセルを含む流体を回収すること
    を含む、方法。
21. 前記第一及び第二の流体を混合する前記工程が、１２００〜１６００ｒｐｍの範囲内の回転速度で撹拌することを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第一及び第二の流体が混合されて中間流体を形成し、さらに：
    前記中間流体に、層流下、第三の流体を添加する工程
    を含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記中間流体が、前記第一又は前記第二の流体のいずれかよりも高い粘度を有する、請求項２２に記載の方法。
24. 消泡剤又は発泡防止化合物を含有しない流体の、金属加工流体又は金属加工流体に対する添加剤としての使用。
25. 金属加工流体を形成する方法であって：
    界面活性剤を含む第一の流体を形成すること；
    油性化合物を含む第二の流体を形成すること；
    前記第一の流体と前記第二の流体とをせん断力下で混合して、中間流体を生成すること；及び
    水性流体と前記中間流体とを層流下で混合して、金属加工流体を作製すること
    を含む、方法。
26. 請求項２５に記載の方法を用いて作製された請求項１〜１９のいずれか一項に記載の金属加工流体。
27. 請求項２５に記載の方法を用いて作製された金属加工流体。