JP3833578B2

JP3833578B2 - 温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物

Info

Publication number: JP3833578B2
Application number: JP2002178175A
Authority: JP
Inventors: 賢一郎宇田; 辰巳原田
Original assignee: Yushiro Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Yushiro Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: JP2004018758A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温間及び熱間領域の塑性加工を対象とする水溶性潤滑剤組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属塑性加工の技術分野において、被加工材たる金属材料と工具や金型との間に生じる摩擦を低減して、金属材料の塑性変形を円滑に行うと共に、工具や金型の冷却及び保護、及び工具や金型からの金属材料の離型を容易にする目的で様々なタイプの潤滑剤が使用されている。
【０００３】
また、例えばいわゆるハテバ機に代表されるサイクルタイムが短い鍛造機械による加工の場合、金型を冷却することで金型寿命を延長する目的にも潤滑剤が必要とされている。このような潤滑剤としては、例えば、黒鉛粉末や雲母の微小薄片を基油又は水に分散した無機粉末系潤滑剤が使用されてきた。例えば、黒鉛、二硫化モリブテン（特開昭５４−１２５３６６号公報）、モンモリロナイト、酸化物（特開昭５６−１２５４９８号公報）、鉱物油、黒鉛、水、界面活性剤及び増粘剤（特開昭６３−３３４９６号公報）、雲母、ろう（特公昭６２−１０５５９号公報）を各々含むもの等が知られている。
【０００４】
しかしこのような無機粉末系潤滑剤は、塗布する際に黒鉛等の粉末が飛散したり、機械に付着したりして作業環境を悪化させるおそれがあるという問題があった。そこで、このような無機粉末系潤滑剤の問題点を解決するために、黒鉛等の無機粉末を含有しない潤滑剤が求められており、このような無黒鉛型の潤滑剤として、ガラス系潤滑剤およびカルボン酸系潤滑剤、及び、水溶性高分子系潤滑剤等が開発されてきた。
【０００５】
例えば、アジピン酸塩（特開昭５５−１３９４９８号公報）、フタル酸アルカリ金属塩（特開昭５８−８４８９８号公報）、リン酸及びその塩、ホウ酸、ケイ酸塩（特開昭５９−６４６９８号公報）、芳香族カルボン酸アルカリ金属塩（特開昭６０−１２９３号公報）、セルロース類、水溶性高分子化合物（特公昭６１−４１９６０号公報）、マレイン酸アルカリ金属塩、有機増粘剤（特開昭６１−１０３９９６号公報）、フマル酸アルカリ金属塩（特公昭６２−１２９６０号公報）、リグニンスルホン酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩（特開昭６２−８１４９３号公報）、脂肪族三価カルボン酸又は脂肪族四価カルボン酸又は該カルボン酸の塩（特開平２−１４５６９３号公報）、シリコーンオイル、ガラス、ワックス、油状物及び界面活性剤（特公平２−５７１１７号公報）を各々含有するもの等が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガラス系潤滑剤、及び、カルボン酸系潤滑剤は潤滑性が不足している場合が多く、水溶性高分子系潤滑剤は冷却性が不足している場合が多い。つまり、これまでの無黒鉛型潤滑剤では、潤滑性と冷却性とを十分満足に兼ね備えた潤滑剤が提供されていないのが現状である。
【０００７】
そこで、本発明は、作業環境を悪化させる恐れが無く、潤滑性と冷却性とに優れる温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、芳香族ポリカルボン酸のアルカリ金属塩、又は芳香族アンモニア中和塩、およびイソブチレン−無水マレイン酸の共重合物ナトリウム塩を併せて使用することで、潤滑性と冷却性とに優れる潤滑剤を入手することができることを見出した。以下、前記課題を解決するための手段について具体的に説明する。
【０００９】
請求項１の発明は、重量平均分子量が、３００以上２０００００以下であるとともに、下記一般式（１）で表されるポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールの含有量が０．１〜５０質量パーセント、芳香族ポリカルボン酸のアルカリ金属塩又は芳香族ポリカルボン酸のアンモニウム塩の含有量が１〜４０質量パーセントであって、イソブチレン−無水マレイン酸の共重合物ナトリウム塩を含有することを特徴とする温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物により前記課題を解決する。
一般式：
ＨＯ−（ＥＯ）ｍ−（ＰＯ）ｎ−Ｈ（１）
一般式（１）中において、ＥＯは、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ− 基、
ＰＯは、−ＣＨ_２−ＣＨ（ＣＨ_３）−Ｏ− 基、を示し、ｍ、ｎは２〜２０００の整数であって、
ｍとｎの質量比率は５：９５〜９５：５である。
【００１３】
この発明によれば、作業環境を悪化される恐れが無く、潤滑性と冷却性とに優れる温間・熱間塑性加工用潤滑剤組成物を提供することができる。この発明において、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールは、濡れ性を付与することによる冷却性向上剤として機能するものと考えられる。また、芳香族ポリカルボン酸のアルカリ金属塩又は芳香族ポリカルボン酸のアンモニウム塩は、核沸騰による冷却性向上剤、及び潤滑性向上剤として機能するものと考えられる。特にポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールと、芳香族ポリカルボン酸のアルカリ金属塩又は芳香族ポリカルボン酸のアンモニウム塩とを併用し、かつ、イソブチレン−無水マレイン酸の共重合物ナトリウム塩を添加することにより、冷却性が飛躍的に向上することが認められている。
【００１４】
ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールの配合量は０．１〜５０質量パーセント、更に好ましくは０．５〜１０％であることが望ましい。配合量が０．１質量％未満では冷却性を向上させるのに十分な濃度とはいえず、冷却性が不足するという欠点が出るので好ましくない。一方、配合量が５０質量％を超えると芳香族ポリカルボン酸のアルカリ金属塩又は芳香族ポリカルボン酸のアンモニウム塩の潤滑性を阻害するという欠点が出るので、これも好ましくない。
【００１５】
芳香族ポリカルボン酸のアルカリ金属塩又は芳香族ポリカルボン酸のアンモニウム塩の配合量は１〜４０質量パーセント、更に好ましくは１０〜３０％であることが望ましい。配合量が１質量％未満では濃度が低すぎて十分な潤滑性を引き出すことができないという欠点が出るので好ましくない。一方、配合量が４０質量％を超えると、芳香族ポリカルボン酸のアルカリ金属塩又は芳香族ポリカルボン酸のアンモニウム塩が飽和濃度に達し、析出してくる場合があるので、これも好ましくない。
【００１６】
芳香族ポリカルボン酸としては、安息香酸、サリチル酸、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸等を用いることができる。また、上記芳香族ポリカルボン酸塩のアルカリ（塩基）成分としては、アンモニア、ナトリウム及びカリウム等のアルカリ金属、カルシウム、バリウム及びマグネシウム等のアルカリ土類金属、アルキルアミン、モルホリン、エタノールアミン（モノ、ジ若しくはトリ）、第２級ブタノールアミン（モノ、ジ若しくはトリ）、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、アミノエチルエタノールアミン及びＮ−シクロヘキシルジエタノールアミン等のアルカノ−ルアミン等が挙げられる。
【００１７】
ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールは、プルロニック型、プルロニックリバース型、ランダムブロック型の三種類の構造が存在し、本発明においては、これらいずれの構造も使用することができる。
【００１８】
本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施例に基づき具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
＜１＞試料の調整
以下の表１に示すように実施例として７種の試料を調整した。
【表１】

【００２１】
また、以下の表２に示すように比較例として９種の試料を調整した。
【表２】

比較例５の試料を調整するときに、原液ではイソフタル酸ナトリウムが析出するため、希釈液で調整した。
【００２２】
各表において、アスタリスクマーク（＊）と数字で表示する試料原材料の詳細は以下のとおりである。
＊１：ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールとして、分子量２０００、ＥＯ/ＰＯ比が３０/７０であって、プルロニック型のものを使用した。
＊２：ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールとして、分子量１００００、ＥＯ/ＰＯ比が８０/２０であって、プルロニックリバース型のものを使用した。
＊３：ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールとして、分子量３０００００、ＥＯ/ＰＯ比が４０/６０であって、プルロニック型のものを使用した。
＊４：ヒドロキシエチルセルロースとして、分子量９００００のものを使用した。
＊５：黒鉛は、平均粒径５μｍのものを使用した。
＊６：防腐剤としてプロクセルＣＲＬ２（Ｓ）（「プロクセル」は、アビシアリミテッドの登録商標）を使用した。
【００２３】
＜２＞潤滑性の評価
（１）試料の希釈調整
上記表１及び表２に示される実施例及び比較例の各試料を水で１０容量％となるように調整して、以下の潤滑性試験に供した。なお、黒鉛系潤滑剤(比較例８)は市場で広く使用されている潤滑剤であり、潤滑性に優れることが認められていることから比較対照に用いた。また、カルボン酸系潤滑剤(比較例４)は白色系潤滑剤の一つであり、一部の市場で実績があるため比較対照に用いたものである。
【００２４】
（２）潤滑性試験方法
プレス試験機（コマツマイプレス、「マイプレス」は、株式会社小松製作所の登録商標）を使用して、前方押し出し試験を実施した。この試験は、材質Ｓ４５Ｃの試験片(３０φｘ３０ｍｍ)の試験片を１０００℃に加温して、ダイス鋼金型に挟んで前方押し出し加工を行うものである。加工を受けたワークの押し出し長さ（ｍｍ）、加工時の最大押し出し荷重（トン）をもって、潤滑性を評価する。試験条件の詳細を表３に示す。また加工後のワーク形状を図１（ａ）に示す。
【００２５】
【表３】

【００２６】
（３）試験結果
実施例及び比較例の各試料に関する潤滑性試験結果を以下の表４及び５に示す。
【表４】

【表５】

【００２７】
（４）評価
実施例１〜７、並びに比較例１、及び５にかかる試料は黒鉛系潤滑剤(比較例８)とほぼ同等の潤滑性を示した。また、比較例３にかかる試料は、黒鉛系潤滑剤(比較例８)に比べやや潤滑性に劣るが、カルボン酸系潤滑剤(比較例４)より潤滑性に優れる結果を示した。さらに、比較例２、及び６にかかる試料は、カルボン酸系潤滑剤(比較例４)とほぼ同等の潤滑性を示した。一方、比較例７及び９にかかる試料及び水は、カルボン酸系潤滑剤(比較例４)に比べ潤滑性に劣る結果を示した。
【００２８】
＜３＞冷却性の評価
（１）試料の希釈調整
上記表１及び表２に示される実施例及び比較例の各試料を水で１０容量％となるように調整して、以下の冷却性試験に供した。なお、金型冷却が重要な場合、水(比較例９)が使用されていることから、水を比較対照に用いた。また、黒鉛系潤滑剤(比較例８)は市場で広く使用されている潤滑剤であり、冷却性についても悪影響は認められていないことから、比較対照に用いた。
【００２９】
（２）冷却性試験方法
図１（ｂ）に示す浸漬式冷却性試験機を使用して冷却性能を比較した。この試験はビーカー中の４００ｍｌの試料を攪拌子にて一定速度で攪拌しつつ、そこへ７００℃に加熱した熱電対を投入して、投入された熱電対が５０秒間冷却されたときの最大冷却速度（℃／ｓｅｃ）を測定するものである。
試験条件の詳細を以下の表６に示す。
【００３０】
【表６】

【００３１】
（３）試験結果
実施例及び比較例の各試料に関する冷却性試験結果を以下の表７及び８に示す。
（冷却性試験結果）
【表７】

【表８】

【００３２】
（４）評価
実施例１〜７の各試料は水(比較例９)とほぼ同等の冷却性を示した。また、比較例４、及び７にかかる試料は、水(比較例９)に比べやや冷却性に劣るが、黒鉛系潤滑剤(比較例８)とはほぼ同等の冷却性を示した。一方、比較例１、２、３、５、及び６にかかる試料は黒鉛系潤滑剤(比較例８)に比べ冷却性に劣る結果を示した。
【００３３】
以上の潤滑性及び冷却試験結果から、実施例１〜７にかかる試料は、黒鉛系潤滑剤（比較例８）とほぼ同等の潤滑性を示し、かつ、水（比較例９）とほぼ同等の冷却性を示した。
【００３４】
＜４＞変形例
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。以下に示す変形例は、本願発明の技術的範囲に包含されることはもちろんである。
【００３５】
（１）上記「潤滑性の評価」及び「冷却性の評価」では、「試料の調整」の項で示した各実施例及び比較例の組成の試料を水で１０溶量％となるように希釈して使用する例を示したが、本発明の温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物はこれに限定されるものではなく、原液（すでに水が５０％以上含まれている。）から高希釈倍率に至るまでいずれの濃度でも使用可能である。一般的には、潤滑性能を重視するような場合には、低希釈倍率（高濃度）で使用すると良い。なお、希釈に使用する水は、加工液の性状を安定させる観点から、軟水を使用することが推奨される。
【００３６】
（２）上記「潤滑性の評価」においては、本発明の温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物を前方押し出し加工の潤滑剤として使用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般に加工が困難であるといわれている、引き抜き、転造、絞りなどの塑性加工や、アルミニウム、銅、真鍮など非鉄金属の熱間圧延、及び金属一般の冷間圧延における潤滑・冷却剤としても使用することが可能である。更に、通常の切削、研削、ラッピング、切断、ホーニングなどの用途にも潤滑剤として使用することができる。本発明の温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物は、潤滑性、及び冷却性に特に優れているからである。
【００３７】
（３）上記潤滑性試験は、試料の温度を室温に設定して実施したが、冷却性を重視する場合には、加工液タンク中に冷却器を設け、加工により温度上昇する加工液を常に冷却して一定温度に保持するようにすると良い。このようにすれば更に本願発明の温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物の冷却性能を引き出すことができる。
【００３８】
（４）本願発明にかかる温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物には、上記各成分のほかに、通常水溶性塑性加工用潤滑剤としての性能を保持するに用いられる成分を、本願発明の目的効果を逸脱しない範囲で添加して使用することができる。例えば水溶性金属防食剤として、本願出願人が特開平５−２７１９７０において開示した１−ヒドリキシ−２−ナフトエ酸からなる塩及び３−ヒドリキシ−２−ナフトエ酸からなる塩の少なくとも一方を含有する防食剤を使用することもできる。また適宜公知の酸化防止剤や、あわ立ち防止剤を使用することもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上に説明したように、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールの含有量が０．１〜５０質量パーセント、芳香族ポリカルボン酸のアルカリ金属塩又は芳香族ポリカルボン酸のアンモニウム塩の含有量が１〜４０質量パーセントであって、イソブチレン−無水マレイン酸の共重合物ナトリウム塩を含有する組成物を、温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤として使用すれば、作業環境を悪化される恐れが無く、潤滑性と冷却性とに優れるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は前方押し出し試験における加工後のワーク形状、（ｂ）は浸漬式冷却性試験機を示す図である。

Claims

重量平均分子量が、３００以上２０００００以下であるとともに、下記一般式（１）で表されるポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールの含有量が０．１〜５０質量パーセント、
芳香族ポリカルボン酸のアルカリ金属塩又は芳香族ポリカルボン酸のアンモニウム塩の含有量が１〜４０質量パーセント、であって、
さらに、イソブチレン−無水マレイン酸の共重合物ナトリウム塩を含有することを特徴とする温間・熱間塑性加工用水溶性潤滑剤組成物。
一般式：
ＨＯ−（ＥＯ）ｍ−（ＰＯ）ｎ−Ｈ（１）
一般式（１）中において、ＥＯは、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ− 基、
ＰＯは、−ＣＨ_２−ＣＨ（ＣＨ_３）−Ｏ− 基、を示し、
ｍ、ｎは２〜２０００の整数であって、
ｍとｎの質量比率は５：９５〜９５：５である。