JP2955894B2 - 金属加工油 - Google Patents

金属加工油

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属加工油に関するもの
であり、さらに詳しくは炭素数20以上でトランス型二
重結合を有する脂肪酸を0.5〜30%含有する脂肪酸
の脂肪族一価アルコールエステルを基油あるいは油性向
上剤として、プレス加工、切削加工、研削加工、引抜加
工、圧延加工等に用いて、潤滑性に優れ、低温での使用
に適しかつ酸化安定性に優れた金属加工油に関する。
【0002】
【従来の技術】金属加工油には、例えば、切削、研削、
圧延、プレス、引き抜き等の加工方式による呼び方と、
また使い方によって水系で使用される水溶性金属加工
油、非水系で使用される油溶性金属加工油がある。この
ような金属加工油は基油として、石油系の鉱物油、パー
ム油、牛脂、豚脂等の動植物油脂あるいは脂肪酸エステ
ル等の合成油が用いられている。しかし、これらの基油
だけでは、金属加工技術の発展に伴う潤滑性能を十分満
足するものではなく、その性能を補うために、油性向上
剤、界面活性剤、錆止め剤、極圧添加剤、消泡剤などさ
らに多くの添加剤を配合して用いている。金属加工油と
して潤滑性能のほかに、加工速度の高速化に伴う冷却性
の向上が必要とされている。低温で使用出来て冷却性が
良く、酸化安定性の高い油脂が求められていることか
ら、基油または油性向上剤として動植物油脂に、(1)
液状を保つために不飽和結合を残して水素添加した油脂
(特公昭63−52080)や(2)長鎖長の脂肪酸基
の一部を飽和短鎖長の脂肪酸基に置換した形のトリグリ
セリド(油脂第37巻60頁、86頁、1984)等の
利用が報告されている。
【0003】しかしながら(1)は水素添加を行うため
に融点が高くなり、35〜55℃の温度では使えるが、
それ以下の低温で用いるには一定した作業性が得られ
ず、また乳化して用いる場合の乳化安定性が悪いと言う
欠点がある。また(2)は短鎖長の飽和脂肪酸に炭素数
6〜12の飽和脂肪酸を用いるため酸化安定性は高く、
かつ10℃以下の低温でも用いることができるが、高温
高圧の過酷な条件での潤滑において潤滑性能が低く、発
煙、発臭が起こり易く、また水系で用いた時に加水分解
が起こり易いと言う問題点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】さらに近年金属加工産
業も種々の素材の加工を行うようになり、また、金属加
工機械も自動化が進み、多種多様になってきた。さら
に、めざましい勢いで新しい素材、新しい加工機械が開
発されている。これに伴い、従来潤滑油剤として用いら
れていた動植物油脂及びそれらより得られる脂肪酸のエ
ステルより、優れた潤滑性を有する油脂やエステルが要
望されるようになって来ていると共に、低温で安定した
作業性の下で用い得て、かつ冷却性が良く、さらに長期
間分解や酸化等の変質が起こり難い安定な潤滑剤用基材
が求められている。本発明はこの点に着目しなされたも
ので、油性金属加工油にも水溶性金属加工油にも適した
潤滑性を持ち、かつ低温で使用出来て、酸化安定性の高
い金属加工油を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するため鋭意研究した結果、炭素数が20以上で
トランス型二重結合を有する脂肪酸を0.5〜30%含
有する脂肪酸の脂肪族一価アルコールを基油あるいは油
性向上剤として用いることにより、金属加工油としてす
ぐれた潤滑性を有することを見い出し、本発明を完成す
るに至った。
【0006】本発明で用いる「炭素数20以上でトラン
ス型二重結合を有する脂肪酸」(以下これを「トランス
酸」と言う)を含有する脂肪酸と脂肪族一価アルコール
とのエステル(以下これを「トランス型エステル」と言
う)は、以下に示す方法により得られる。その一つは天
然油脂でその構成脂肪酸中に炭素数20以上のシス型二
重結合を有する脂肪酸を含有する油脂に異性化反応を行
って、炭素数20以上の脂肪酸部に有するシス型二重結
合をトランス型二重結合に変換することにより得られる
油脂を、脂肪族一価アルコールとのアルコリシスによる
エステル交換反応によりトランス型エステルが得られ
る。ここに用いる天然油脂としては、ナタネ油、カラシ
油、ダイコン種油等の十字架植物の種子油、イワシ油、
イカ油、タラ油等の魚油が挙げられるが、これら天然油
脂にエステル交換や結晶分別の処理を行って得られる油
脂も同様に用い得る。エステル交換や結晶分別を行って
得られる油脂としては、上記油脂と炭素数が18以下の
脂肪酸を構成脂肪酸とする油脂との間でエステル交換し
て得られるエステル交換油脂または上記油脂を分別処理
して得られる分別油脂が挙げられ、これら油脂にはその
構成脂肪酸中に、炭素数20以上でシス型二重結合を有
する脂肪酸を1%以上含有するのが好ましい。上記油脂
を異性化する方法は、金属セレン、ヨウ素、亜硝酸、塩
化メチオニン、塩化スルフリル、硝酸と水銀又は銅、硝
酸ナトリウムと硫酸又は硝酸等により発生する窒素酸化
物等の異性化触媒を用い、160〜250℃の条件下で
上記油脂を処理することにより異性化が起こる。異性化
反応によりシス型二重結合がトランス型二重結合に変換
する割合は、100%は極めて困難であり、50%位か
ら75%までである。つまり多量のエルシン酸を含有す
る所謂ハイエルシン酸ナタネ油はエルシン酸を45〜6
5%含有するが、これを例えばセレン0.1%を用い、
180℃で45分、又は240分間加熱撹拌した場合、
トランス酸含量は各々29.8%、34.8%となり、
シス酸からトランス酸への変換率は各々54%、63%
である。またシス酸を3.3%含有するナタネ油を、時
間を5分又は20分とした以外は上記と同じ条件下で異
性化すると、トランス酸含量はそれぞれ0.4%、1.
6%となり、シス酸からトランス酸への変換率はそれぞ
れ12%、48%であった。このように異性化反応を行
うことにより、トランス酸を含む脂肪酸から構成される
異性化油が得られる。この異性化油と脂肪族一価アルコ
ールとを常法によってエステル交換することによりトラ
ンス型エステルを得ることができる。また異性化油を高
圧加水分解または酵素を利用して加水分解することによ
り得られるトランス酸を含む脂肪酸とし、それと脂肪族
一価アルコールとを常法によりエステル化反応を行うこ
とにによってもトランス型エステルが得られる。
【0007】第2の方法としてはシス型二重結合を含む
脂肪酸を構成脂肪酸の一部とする上記油脂をニッケル、
銅−クロム、パラジウムなどの水素添加触媒を用い15
0〜220℃で水素添加し、トランス酸を含む油脂が得
られる。例えば炭素数20以上のシス酸を55%含有す
るハイエルシン酸ナタネ油を水素添加し、IV=80.
3で反応を止めると10.6%の、またIV=73では
30.5%のトランス酸を各々含有する水添油を得るこ
とができる。これらの水添油と脂肪族一価アルコールと
の常法によるエステル交換、または水添油を高圧または
酵素により加水分解を行って得られるトランス酸を含有
する脂肪酸と一価アルコールとを常法のエステル化反応
を行うことによりトランス型エステルが得られる。
【0008】また炭素数20以上でトランス型二重結合
を有する脂肪酸を構成脂肪酸中に含まない油脂(上記油
脂)と脂肪族一価アルコールとのアルコリシスにより得
られる脂肪酸の脂肪族一価アルコールエステル(以下こ
れを「シス型エステル」と言う)に異性化反応または水
素添加反応を行うことによりトランス型エステルが得ら
れ、これを用いることもできる。上記の様にして得られ
たトランス型エステルはそれに結晶分別を行ったり、シ
ス型エステルを配合したりすることによりトランス酸含
有量を調整して用いることもできる。これらエステル中
のシス酸、トランス酸の定量はガスクロマトグラフ分析
法により行った。
【0009】トランス酸を0.5〜30%含有する脂肪
酸を構成脂肪酸としたエステルは、上記の様に処理して
得たエステルをそのまま用いることも出来るが、それを
他の油脂やエステル、鉱物油や合成潤滑油等の潤滑油基
材で希釈して用いることもできる。トランス酸の含有量
は0.5〜30%の範囲のものが用いられるが、その含
有量は1.0〜20%の範囲のものが好ましく、さらに
1.6〜15%の範囲のものがより好ましい。トランス
酸の含有量が0.5%以下であると、潤滑性能が低く、
また酸化安定性が劣り、20%を越えると潤滑性能がほ
ぼ一定となるためトランス酸を30%以上含有していて
もその性能上のメリットはなく、かつ異性化による融点
の上昇が大きく、低温での使用及び乳化安定性の上で好
ましくない。
【0010】本発明の金属加工油は単独でも金属加工油
の基油としてまたは油性向上剤として使用することがで
き、油溶性または水溶性の金属加工油いずれにも用いる
ことができる。水溶性金属加工油として使用する場合に
は、併用する界面活性剤の種類やその量を変えることに
より、エマルジョンタイプまたソリュブルタイプの金属
加工油として用いることができる。本発明の金属加工油
には公知の潤滑油添加剤、油脂、鉱物油、合成潤滑油の
基材、また極圧添加剤、酸化防止剤、消泡剤、防錆剤、
界面活性剤等自由にその目的の為に使用することができ
る。以下実施例により本発明を詳細に説明するが、本発
明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【0011】
【実施例】実施例中に示す物性値は以下の方法によって
測定した。 1)摩擦係数:振子型油性摩擦試験機にて100℃での
摩擦係数を測定 2)焼付荷重:シェル型高速四球摩擦試験機 ボール:鋼1/2インチ 昇圧:自動昇圧0.1Kg/平方cm/sec 測定温度:常温 回転数:600rpm 3)切削試験方法:試料油を60スピンドル油に溶解し
て20wt%の溶液として、この溶液を用いて立型内面
引き抜きブローチ試験機により切削抵抗値を測定し、ま
た切削した表面のアラサを触針式アラサ測定機で切削方
向に測定し切削加工時の潤滑性能を評価した。 切削条件 試験機:3ton立型内面引き抜きブローチ
盤 工具 :1刃辺り切り込み最大0.05mm 巾7mm、ピッチ8mm、材質SKH55のキーブロー
チ工具 被削材質:S−45C 切削速度:2m/min 4)深絞り加工試験 ○試験機:東京試験機製深絞り試験機 ポンチ径32mmφ、ダイス径35mmφ 加工速度1m/min ○加工材:アルミ板(JIS A1100.0 厚さ1
mm)の円盤として1試料油につき62.4mmφ(絞
り比1.95)から68.0mmφ(絞り比2.12
5)までの8点(径の増加率0.8mm)を試験に用い
た。 ○試料塗布量:試料油の塗布量が1g/平方米となるよ
うに加工材の両面に塗布した 上記条件で試験を行い、成形可能な最高絞り比(限界絞
り比)を求め、深絞り加工の性能を判定した。 5)外観性状 試料油50gを60℃で加熱後、5℃の恒温室に72時
間静置した後の外観性状を次の評価基準により判定し
た。 ○:結晶発生せず △:僅かに結晶が発生 ×:結晶がかなり発生 6)AOM試験 測定装置:蔵持科学器械製作所製の油脂類安定性試験装
置 測定方法:試料油20mlを25mmφ×200mmの
試験管に入れ、97.8℃のグリセリン浴中で毎秒2.
3mlの空気を吹き込み、過酸化物価が100meq/
Kgに達するまでの時間を測定し、酸化安定性を評価す
る。
【0012】試料調製例1 常法に従い脱酸、脱色した精製ハイエルシン酸ナタネ油
(以後「Hナタネ油」と言う)(AV=0.02、IV
=102.8、SV=176.5、炭素数20以上の不
飽和脂肪酸比率55.2%)をニッケル触媒(日揮化学
製ニッケル分20%含有)を1.0wt%用い、水素圧
0.2Kg/平方cm、反応温度180℃で水素添加反
応を行い、ヨウ素価85.0で反応を止め、その後活性
白土を対Hナタネ油量の2重量%加え、30分間撹拌を
行い、触媒を除去し、トランス酸の含有比率が15.8
%の水素添加Hナタネ油を得た。この水添油113gに
メタノール416g、水酸化ナトリウム2.3gを加
え、メタノール沸点下に撹拌しながら2時間還流し、そ
の後加熱を止め、30分間静置し下層部のグリセリンを
除去した。次に洗液が中性になるまで水洗を行い、この
後減圧蒸留を行い、未反応のメタノールおよび水を除去
した。続いて蒸留を行い、構成脂肪酸中のトランス酸の
含有率が15.0%の脂肪酸メチルエステルを得た。 試料調製例2 試料調製例1で用いたHナタネ油を2ケ用意し、それに
金属セレンをHナタネ油の各々に対し0.1重量%を加
え、窒素気流下200℃でそれぞれに30分、240分
間加熱撹拌を行い、次いで110℃まで冷却後活性白土
2wt%を加え、30分間撹拌後減圧濾過を行い、金属
セレンを除去し、構成脂肪酸中のトランス酸の含有比率
が、それぞれ21.0%、34.8%の異性化油を得
た。この2ケの異性化油を試料調製例1と同じ方法によ
りメチルエステル化を行い、構成脂肪酸中にトランス酸
の含有比率が、それぞれ20.5%、34.5%の脂肪
酸メチルエステルを得た。 試料調製例3 常法により脱酸、脱色した精製カラシ油(AV=0.0
2、IV=116.9、SV=182.4、炭素数20
以上の不飽和脂肪酸含量26.9%)を水素添加を行わ
ず試料調製例1と同じ方法によりメチルエステル化を行
い、脂肪酸メチルエステルを得た。この脂肪酸メチルエ
ステルに、金属セレンを0.1重量%加え、窒素気流下
180℃で30分間加熱撹拌を行い、その後試料調製例
2と同様に活性白土処理を行い、構成脂肪酸中のトラン
ス酸の含有比率が7.5%の脂肪酸メチルエステルを得
た。 試料調製例4 常法に従い脱酸、脱色した精製ローエルシン酸ナタネ油
(以後「Lナタネ油」と言う)(AV=0.02、IV
=116.1 、SV=190.0、炭素数20以上の不
飽和脂肪酸含量3.3%)を2ケ用意し、それぞれにつ
き窒素気流下180℃で5分、20分間の加熱撹拌を行
い、その後試料調製例2と同様に活性白土処理を行い、
構成脂肪酸中のトランス酸の含有比率が、それぞれ0.
4%と1.6%の異性化油を得た。この2ケの異性化油
を試料調製例1と同じ方法によりメチルエステル化を行
い、構成脂肪酸中のトランス酸の含有比率がそれぞれ
0.3%、1.6%の脂肪酸メチルエステルを得た。 試料調製例5 試料調製例1で用いたHナタネ油を水素添加をせずに、
試料調製例1と同じ方法により、メチルエステル化を行
い、構成脂肪酸中にトランス酸を含有しない脂肪酸メチ
ルエステルを得た。
【0013】実施例1〜5、比較例1〜4 試料調製例1〜4で得られたトランス酸を構成脂肪酸と
して含有する脂肪酸メチルエステル(トランス酸含有量
0.3%、1.6%、7.5%、15.0%、20.5
%、34.5%の6種)とトランス酸を含有しない脂肪
酸メチルエステルを、そのまま用いて摩擦係数、焼付荷
重、外観性状、AOMの測定を行い、切削抵抗、表面ア
ラサ、限界絞り比を測定した。それらの結果を表1に示
す。
【0014】
【表1】
【0015】またトランス酸を構成脂肪酸として含有す
る脂肪酸メチルエステル(トランス酸含有量20.2
%)とトランス酸を含有しない脂肪酸エステルを、それ
ぞれ20部と鉱物油80部とを混合したものについて摩
擦係数、焼付荷重、表面アラサ、限界絞り比を測定し
た。その結果を表2に示す。
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】以上の様に本発明の金属加工油は、炭素
数20以上のトランス酸を構成脂肪酸中に含む脂肪酸の
脂肪族一価アルコールエステルを含有することにより、
潤滑性に優れ、かつ低温での作業性並びに冷却性に優
れ、さらに酸化安定性の優れていると言う特徴を有す
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C10N 40:24 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C10M 105/32 - 105/48 C10M 129/68 - 129/84 C10N 40:22 C10N 40:24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素数20以上でトランス型二重結合を
    有する脂肪酸を0.5〜30%含有する脂肪酸の脂肪族
    一価アルコールエステルを用いることを特徴とする金属
    加工油。
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