JP2021075631A - 金属加工油組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートを実質的に含有せず、加工性に優れ、スラッジの生成を抑制することが可能な金属加工油組成物を提供すること。【解決手段】硫化エステルと、下記式（１）で表される化合物と、を含み、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートの含有量が、金属加工油組成物全量基準で、金属元素換算で、１００質量ｐｐｍ以下である、金属加工油組成物。【化１】［式（１）中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立に炭素数４〜８の１級アルキル基を表す。］【選択図】図１

Description

本発明は、金属加工油組成物に関する。

従来、金属加工の分野では、金属製の被加工物の加工部位を潤滑するために金属加工油組成物が使用されている。金属加工油組成物には、被加工物と工具との間の焼付きを抑制する耐焼付き性が求められる。このような加工性を向上するために、金属加工油組成物には、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、スルホネート系化合物（カルシウムスルホネート等）などの添加剤が配合されている（例えば、下記特許文献１、２を参照。）。

特開２０１０−００７０３３号公報 特開２０１３−１７３９５７号公報

しかし、カルシウムスルホネート等のスルホネート系化合物を使用する場合、金属加工後の熱処理工程において、スルホネート系化合物が表面に残存し焼き入れ硬度に影響を及ぼすことが懸念される。

そこで、本発明者らは、スルホネート系化合物を実質的に含まない金属加工油組成物における加工性の改善を試みた。ところが、スルホネート系化合物を実質的に含まない場合、加工性が低下するだけでなく、スラッジが生成しやすくなることが判明した。スラッジの発生は、金属加工油組成物が、被加工物の加工部位を潤滑するのみならず、加工装置内部の潤滑油（設備油）を兼ねる構造となっているような装置、或いは金属加工油組成物を循環使用する構造となっているような装置において、目詰まりや増粘による機械効率の低下を招く。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートを実質的に含まず、加工性に優れ、スラッジの生成を抑制することが可能な金属加工油組成物を提供することを目的とする。

本発明は、硫化エステルと、下記式（１）で表される化合物と、を含み、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートの含有量が、金属加工油組成物全量基準で、金属元素換算で、１００質量ｐｐｍ以下である、金属加工油組成物を提供する。

［式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４は、それぞれ独立に炭素数４〜８の１級アルキル基を表す。］

上記式（１）で表される化合物の含有量は、金属加工油組成物全量基準で、１０質量％以上であってよく、２０質量％以上であってもよい。

上記金属加工油組成物は、４０℃における動粘度が、６０ｍｍ^２／ｓ以下であってもよい。

上記金属加工油組成物において、硫化エステルの含有量は、金属加工油組成物全量基準で、９質量％以下であってもよい。

上記金属加工油組成物において、上記式（１）で表される化合物に対する上記硫化エステルの含有割合は、質量比で、０．４０以下であってもよい。

本発明によれば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートを実質的に含まず、加工性に優れ、スラッジの生成を抑制することが可能な金属加工油組成物を提供することができる。

実施例で用いたボール通し試験機の構成を示す模式断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本実施形態に係る金属加工油組成物は、硫化エステルと、下記式（１）で表される化合物と、を含む。また、金属加工油組成物において、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートの含有量は、金属加工油組成物全量基準で、金属元素換算で、１００質量ｐｐｍ以下である。

［式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４は、それぞれ独立に炭素数４〜８の１級アルキル基を表す。］

硫化エステルは、例えば、牛脂、豚脂、魚脂、菜種油、大豆油等の動植物油脂を任意の方法で硫化したいわゆる硫化油脂、不飽和脂肪酸とアルコールとを反応させて得られる不飽和脂肪酸エステル（不飽和脂肪酸メチル等）を任意の方法で硫化したもの、及び動植物油脂と不飽和脂肪酸エステルとの混合物を任意の方法で硫化したものが挙げられる。上記不飽和脂肪酸は、オレイン酸、リノール酸等であってよく、上記の動植物油脂から抽出された不飽和脂肪酸であってもよい。

硫化エステルは、硫黄原子により形成された架橋構造を有していてよい。加工性能の観点から、架橋構造を形成する硫黄原子の数（架橋数）は、１以上、２以上、３以上、又は４以上がよい。また、当該架橋数は、１０以下、８以下、７以下、又は４以下であってよい。一般に、架橋構造を形成する硫黄原子の数が４以上の硫化エステルは、銅板腐食を引き起こす可能性が高い活性硫化エステルに分類され、当該硫黄原子の数が３以下の硫化エステルは、銅板腐食を引き起こす可能性が低い不活性硫化エステルに分類され得る。よって、被削材に銅合金を用いたり、加工装置の加工油が付着する部分に銅合金を適用されている場合は、硫黄架橋数が３以下の硫化エステルを用いることが好ましい。

金属加工油組成物は、上記硫化エステルの１種を含んでいてもよく、２種以上を含んでいてもよい。

硫化エステルの含有量は、加工性を更に向上させ、スラッジの生成をより効果的に抑制する観点から、金属加工油組成物全量基準で、１０質量％以下であることが好ましく、９質量％以下であることがより好ましく、８質量％以下であることが更に好ましく、５質量％以下であることが特に好ましい。硫化エステルの含有量の下限は、特に制限されないが、金属加工油組成物全量基準で、例えば０．５質量％以上である。

上記式（１）で表される化合物において、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４は、それぞれ独立に炭素数４〜８の１級アルキル基を表す。炭素数４〜８の１級アルキル基としては、例えば、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基及びｎ−オクチル基が挙げられる。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４で表される１級アルキル基の炭素数は、それぞれ独立に４、５又は８であってもよく、４又は８であってもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４で表される１級アルキル基の炭素数が４、５又は８である場合、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４がいずれも炭素数４の１級アルキル基であってもよく、いずれも炭素数５の１級アルキル基であってもよく、いずれも炭素数８の１級アルキル基であってもよく、炭素数４、５及び８の１級アルキル基のいずれか２以上が混在していてもよい。

金属加工油組成物は、式（１）で表される化合物の１種を含んでいてもよく、２種以上を含んでいてもよい。

式（１）で表される化合物の含有量は、金属加工油組成物全量基準で、８０質量％以下、６０質量％以下又は４０質量％以下であってよく、１質量％以上、５質量％以上、１０質量％以上、１５質量％以上又は２０質量％以上であってよい。

上記式（１）で表される化合物に対する上記硫化エステルの含有割合（硫化エステル／式（１）で表される化合物）は、加工性を更に向上させ、スラッジの生成をより効果的に抑制する観点から、質量比で、０．４０以下であることが好ましく、０．３０以下であることがより好ましい。当該含有割合の下限は、特に制限されないが、例えば０．０１以上、又は０．０５以上である。

金属加工油組成物は、必要に応じて、粘度調整、加工の要求難易度、コスト等の観点から、潤滑油基油を更に含有していてもよい。この場合、潤滑油基油の含有量は、例えば、金属加工油組成物全量基準で、９０質量％以下、又は８０質量％以下であり、１０質量％以上、又は２０質量％以上である。潤滑油基油は、鉱油、合成油、又は両者の混合物のいずれであってもよい。

鉱油としては、例えば、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理等の精製処理を適宜組み合わせて精製したパラフィン系鉱油又はナフテン系鉱油が挙げられる。

鉱油の％Ｃ_Ｐは、好ましくは４０以上、より好ましくは４５以上、更に好ましくは５０以上であり、好ましくは８０以下、より好ましくは７５以下、更に好ましくは７０以下である。本明細書における％Ｃ_Ｐは、ＡＳＴＭ Ｄ−３２３８に規定する“Standard Test Method for Calculation Distribution and StructuralGroup Analysis of Petroleum Oils by the n-d-M Method”に準拠して測定される％Ｃ_Ｐを意味する。

合成油としては、具体的には、プロピレンオリゴマー、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー、エチレンとプロピレンとのコオリゴマー、エチレンと１−オクテンとのコオリゴマー、エチレンと１−デセンとのコオリゴマー等のポリα−オレフィン又はそれらの水素化物；イソパラフィン：モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン、ポリアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン；モノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。これらは、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

潤滑油基油の４０℃における動粘度は、２ｍｍ^２／ｓ以上、４ｍｍ^２／ｓ以上、１０ｍｍ^２／ｓ以上、１５ｍｍ^２／ｓ以上、又は２０ｍｍ^２／ｓ以上であってよく、１００ｍｍ^２／ｓ以下、５０ｍｍ^２／ｓ以下、４０ｍｍ^２／ｓ以下、又は３０ｍｍ^２／ｓ以下であってよい。本明細書における動粘度は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３に準拠して測定される動粘度を意味する。

金属加工油組成物は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートを実質的に含有しない。具体的には、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートの含有量が、金属加工油組成物全量基準で、金属元素換算で、１００質量ｐｐｍ以下である。該スルホネートの含有量が上記数値範囲内であることで、金属加工後の熱処理の工程における悪影響を抑制することができる。このような観点から、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートの含有量は、金属加工油組成物全量基準で、金属元素換算で、５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、３０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１０質量ｐｐｍ以下であることが更に好ましい。金属加工油組成物がアルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートを含有しない（アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートの含有量が検出限界以下である）ことが極めて好ましい。「アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートの含有量」とは、ＩＣＰ元素分析法によって測定される金属元素換算の含有量を意味する。ここで検出限界とは、金属元素の種類や測定機器によって異なるが、例えば金属元素がＢａ、Ｃａ、Ｍｇである場合は１質量ｐｐｍ、金属元素がＮａである場合は５質量ｐｐｍであってよい。

金属加工油組成物は、本発明の効果を著しく損なわない範囲において、上記の各成分に加えて、その他の添加剤を更に含有することができる。その他の添加剤としては、硫化オレフィン；湿潤剤（ジエチレングリコールモノアルキルエーテル等）；造膜剤（アクリルポリマー、パラフィンワックス、マイクロワックス、スラックワックス、ポリオレフィンワックス等）；水置換剤（脂肪酸アミン塩等）；腐食防止剤（アミン、アルカノールアミン、アミド、カルボン酸、カルボン酸塩、スルホン酸塩、リン酸、リン酸塩、多価アルコールの部分エステル等）；金属不活性化剤（ベンゾトリアゾール、チアジアゾール等）；消泡剤（メチルシリコーン、フルオロシリコーン、ポリアクリレート等）；無灰分散剤（アルケニルコハク酸イミド、ベンジルアミン、ポリアルケニルアミンアミノアミド等）；油性剤（アルコール、カルボン酸、不飽和カルボン酸の硫化物等）；酸化防止剤（フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤等）などが挙げられる。これらの添加剤の合計含有量は、下記で特に言及するものを除き特に制限されないが、金属加工油組成物全量基準で０．１〜１０質量％であってよい。

硫化オレフィンとしては、例えば、下記式（２）で表される化合物が挙げられる。

［式（２）中、Ｒ^５及びＲ^６は、それぞれ独立に炭素数１６以下のアルキル基を表し、ｎは１以上の整数を表す。］

Ｒ^５及びＲ^６におけるアルキル基の炭素数は、３以上、５以上又は７以上であってよい。該アルキル基の炭素数は、１２以下、１０以下又は８以下であってよい。該アルキル基の炭素数は、３〜１２、３〜１０、３〜８、５〜１２、５〜１０、５〜８、７〜１２、７〜１０又は７〜８であってもよい。ｎは２以上又は３以上の整数であってよく、１０以下、９以下又は８以下の整数であってよい。

硫化オレフィンは、式（２）で表される化合物の１種を含んでいてもよく、２種以上を含んでいてもよい。

硫化オレフィンの含有量は、金属加工油組成物全量基準で、１０質量％以下、５質量％以下又は３質量％以下であってよいが、金属加工油組成物において、硫化オレフィンが実質的に含有していなくともよい。

金属加工油組成物の４０℃における動粘度は、好ましくは６０ｍｍ^２／ｓ以下、より好ましくは５０ｍｍ^２／ｓ以下、更に好ましくは４０ｍｍ^２／ｓ以下である。金属加工油組成物の４０℃における動粘度が上記数値範囲内であることにより、スラッジの発生をより効果的に抑制することができる。金属加工油組成物の４０℃における動粘度の下限は、特に制限されないが、より厚い油膜の形成が可能となり、良好な潤滑状態を保持できることから、例えば１０ｍｍ^２／ｓ以上又は２０ｍｍ^２／ｓ以上であってよい。

本実施形態に係る金属加工油組成物は、塑性加工、切削加工、研削加工といった金属加工に用いられる。塑性加工としては、絞り加工、しごき加工、引き抜き加工、プレス加工、転造加工、鋳造加工、圧延加工等が挙げられ、特に本実施形態に係る金属加工油組成物は、鋳造加工に好ましく用いられる。被加工物は、鋼板、ステンレス鋼板、アルミ合金板、チタン合金等の材料であってよい。

また、本実施形態に係る金属加工油組成物は、加工性に優れるのみならずスラッジの生成を効果的に抑制できるため、金属加工油組成物がプレス機、鋳圧機等の装置内部の潤滑油（設備油）を兼ねる構造となっているような装置、或いは金属加工油組成物を循環使用する構造となっているような装置において、目詰まりや増粘による機械効率の低下を防止することができる。したがって、本実施形態に係る金属加工油組成物は、金属加工油及び設備油を兼ねる用途、或いは金属加工油を装置内で循環させる用途で好ましく用いることができ、製造現場において油種管理の簡便化を図ることが可能となる。

以下、実施例に基づき本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

［潤滑油基油］
下記Ａ１〜Ａ３を用いて、表１に示す組成（潤滑油基油全量基準での質量％）を有する基油１〜８を調製した。
Ａ１：ＡＦソルベント５号（ＪＸＴＧエネルギー株式会社製；グループＩ鉱油）
Ａ２：スーパーオイルＫ１０（ＪＸＴＧエネルギー株式会社製；グループＩ鉱油）
Ａ３：スーパーオイルＫ３２（ＪＸＴＧエネルギー株式会社製；グループＩ鉱油）

［金属加工油組成物］
実施例及び比較例においては、上記で調製した潤滑油基油及び添加剤としてそれぞれ以下の成分を用いて、表２及び表３に示す組成（金属加工油組成物全量基準での質量％）を有する金属加工油組成物を調製した。
Ｂ１：式（１）で表される化合物であって、Ｒ^１〜Ｒ^４が炭素数４若しくは８の１級アルキル基である化合物（Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｓｕｎｇａｔｅ Ｔｒａｄｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．；商品名「Ｓｕｎｇａｔｅ３０４８」）
Ｂ２：式（１）で表される化合物であって、Ｒ^１〜Ｒ^４が炭素数４若しくは８の１級アルキル基である化合物（Ｊｉｎｓｈｏｕ ＤＰＦ−ＴＨ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．；商品名「Ｃ−Ｔｅｃ２０２」）
Ｂ３：式（１）で表される化合物であって、Ｒ^１〜Ｒ^４が炭素数４若しくは５の１級アルキル基である化合物（Ｔｈｅ Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；商品名「ＬＵＢＲＩＺＯＬ １３９５」）
ｂ４：式（１）で表される化合物であって、Ｒ^１〜Ｒ^４が炭素数３若しくは６の２級アルキル基である化合物（Ｔｈｅ Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；商品名「ＬＵＢＲＩＺＯＬ １０９５」）
ｂ５：式（１）で表される化合物であって、Ｒ^１〜Ｒ^４が炭素数６の２級アルキル基である化合物（Ｔｈｅ Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；商品名「ＬＵＢＲＩＺＯＬ ６７７Ａ」）

Ｃ１：不活性硫化エステル（ＤＩＣ株式会社製；商品名「ＤＡＯＬＵＢＥ ＧＳ−３２０」）
Ｃ２：活性硫化エステル（ＤＩＣ株式会社製；商品名「ＤＡＯＬＵＢＥ ＧＳ−２４５」）
Ｃ３：不活性硫化エステル（ＤＩＣ株式会社製；商品名「ＤＡＯＬＵＢＥ ＧＳ−２３０Ｓ」）
ｃ４：硫化オレフィン（ＤＩＣ株式会社製；商品名「ＤＡＯＬＵＢＥ ＩＳ−３０」）

［加工性の評価］
実施例及び比較例の各金属加工油組成物の加工性（焼付き防止性能）を評価するために、以下に示すボール通し試験を実施した。同試験は、円筒試験片に、その内径よりも大きなボールを貫通させる。ボールを貫通させた際、焼付きの発生が大きいものほど、押込み荷重が高くなる。結果を表２及び表３に示す。

図１は、本試験に用いたボール通し試験機の構成を示す模式断面図である。図１に示したボール通し試験機は、内部が中空になっているコンテナ１と、コンテナ１の下部に配置されたノックアウトパンチ２と、コンテナ１の上方に設けられたパンチ３とを備える。

試験に際しては、まず、円筒試験片４（材質：ＳＤＧ３ＫＭＣ、外径：３０ｍｍ、内径：１４．６ｍｍ）の内面に金属加工油組成物を塗布した（塗布量：２ｍｌ（約０．００１ｍＬ／ｍｍ^２））。次に、金属加工油組成物が内面に塗布された円筒試験片４を、グリース（ＪＸＴＧエネルギー株式会社製；商品名「タフリックスグリースＭＰ２」）を塗布したコンテナ１の中空部にセットし円筒試験片４上にボール５（材質：ＳＵＪ２、直径：１５．５ｍｍ）を配置した。パンチ３により上側からボール５を押し付けるとともに、ボール５が円筒試験片４内に押し込まれた際の押し込み荷重（ｋＮ）をプレス機の荷重ロードセルにより測定した。

［スラッジ生成量の評価］
実施例及び比較例の各金属加工油組成物におけるスラッジ生成量を評価するために、以下の試験を実施した。結果を表２及び表３に示す。

スクリュー瓶（１００ｍｌ）に金属加工油組成物を５０ｇ投入し、１２０℃に設定した恒温槽で２日間静置し、目視で沈殿又は濁りの有無を判定した。沈殿又は濁りが認められた場合、ミリポアフィルター（フィルター孔径：３．０μｍ）でろ過し、回収されたスラッジ重量を測定した。なお、表２及び表３において、沈殿又は濁りが認められなかった場合を「−」と表記し、各数値は、フィルターろ過により回収されたスラッジの重量（単位：ｍｇ）を意味する。

１…コンテナ、２…ノックアウトパンチ、３…パンチ、４…円筒試験片、５…ボール。

Claims (6)

1. 硫化エステルと、下記式（１）で表される化合物と、を含み、
   アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネートの含有量が、金属加工油組成物全量基準で、金属元素換算で、１００質量ｐｐｍ以下である、金属加工油組成物。
   

   

   
   ［式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４は、それぞれ独立に炭素数４〜８の１級アルキル基を表す。］
2. 前記式（１）で表される化合物の含有量が、金属加工油組成物全量基準で、１０質量％以上である、請求項１に記載の金属加工油組成物。
3. 前記式（１）で表される化合物の含有量が、金属加工油組成物全量基準で、２０質量％以上である、請求項１に記載の金属加工油組成物。
4. ４０℃における動粘度が、６０ｍｍ^２／ｓ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属加工油組成物。
5. 前記硫化エステルの含有量が、金属加工油組成物全量基準で、９質量％以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属加工油組成物。
6. 前記式（１）で表される化合物に対する前記硫化エステルの含有割合が、質量比で、０．４０以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属加工油組成物。

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