JP4204815B2

JP4204815B2 - 潤滑離型剤の製造方法

Info

Publication number: JP4204815B2
Application number: JP2002190132A
Authority: JP
Inventors: 哲美大塚; 裕二松尾; 祥二郎渡辺
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004035579A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑離型剤の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、窒化ホウ素（ＢＮ）粉末は、その高温安定性、熱伝導性、潤滑性等に優れた性質を利用し、それをカルボキシルメチルセルロース、リグニンスルホン酸ソーダ等の分散剤と共に水と混合してスラリー化し、マグネシウム、アルミニウム、アルミニウム合金等の潤滑離型剤として用いられている。この場合、更に水ガラス、燐酸塩、硝酸塩や、コロイド状シリカを添加することも知られている（例えば特開昭５５−２９５０６号公報、特開昭６３−２７０７９８号公報）。
【０００３】
しかしながら、上記潤滑離型剤は、通常、ボールミル、コロイドミル等を用いてスラリー化されるため、ＢＮ粉末の分散状態が必ずしも良好であるとはいえなかった。加えて、ＢＮ粉末は、酸化ほう素等の酸化物ができるだけ除去されて販売されているが、それでも僅かに残留した酸化物が離型潤滑剤の貯蔵安定性と品質に悪影響を与えることがあった。これらの結果、潤滑離型剤調製後、１ヶ月静置保存した場合、ゲル化したり、離型性にばらつきが生じることがあった。金型形状がますます複雑化・精密化している今日、環境汚染指定物質を用いないでより離型性能が高い潤滑離型剤の開発が待たれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記に鑑み、環境汚染指定物質を用いないで、離型性能がより高い潤滑離型剤を提供することである。本発明の目的は、ＢＮ粉末と超微粉シリカを含むスラリー同士を、１０ＭＰａ以上の圧力で衝突させることによって達成することができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、窒化ホウ素粉末と超微粉シリカと分散剤とを含むスラリー同士を、１０ＭＰａ以上の圧力で衝突分散させて潤滑離型剤を製造する方法であって、上記超微粉シリカが、炭化水素ガスによる火炎中に金属Ｓｉ微粉末を投入し、２０００℃以上の高温で熱処理して製造された比表面積３５ｍ ^２／ｇ以上の超微粉シリカであり、しかも上記窒化ホウ素粉末：上記超微粉シリカの質量比が１：０．３〜３、上記窒化ホウ素粉末と上記超微粉シリカの合計の含有率が１０〜４０質量％であることを特徴とする潤滑離型剤の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、さらに詳しく本発明について説明する。
【０００７】
本発明で使用されるＢＮ粉は、酸化ほう素含有量ができるだけ少ないものが好ましく、１質量％以下であることが特に好ましい。酸化ほう素含有量が１質量％をこえると、大気中の水分と一旦反応してホウ酸となり、更に高温（１４０〜１６０℃）では一分子の水が脱水してピロホウ酸となる。これはガラス状物質であるので、ＢＮ粒子の離型性を大幅に低下させる恐れがある。また、ＢＮ粉の平均粒子径が０．１〜１０μｍであることが好ましい。平均粒子径が１０μｍをこえると離型膜から欠落することがあり、またその面積も大きいので溶融金属と金型とが密着し、成型品に欠けが生じることがある。０．１μｍ未満であると、嵩密度が高くなり、高濃度スラリーを調製することが困難となる。このようなＢＮ粉は、市販品を必要に応じて粉砕して平均粒子径０．１〜１０μｍに調整し、メタノール等の有機溶剤で洗浄後乾燥することによって入手することができる。
【０００８】
また、超微粉シリカは、炭化水素ガスによる火炎中に金属Ｓｉ微粉末を投入し、２０００℃以上の高温で熱処理して製造された比表面積３５ｍ ^２／ｇ以上のものが使用される。このような超微粉シリカは、実質的にストラクチャー構造を形成していないことが特徴である。超微粉シリカの比表面積が３５ｍ^２／ｇ未満では、超微粉シリカがＢＮ粒子の周りに均一に付着することが困難となって高温での離型性が低下する。好ましい比表面積は４０ｍ^２／ｇ以上である。また、不純物炭素量は０．０１質量％以下、Ｆｅ、Ｎａ、Ｃｌの各イオン成分の合計が３０μｇ／ｇ以下、特に２０μｇ／ｇ以下であることが好ましい。比表面積は、窒素ガス吸着法、炭素量は、炭素／硫黄同時分析計「ＣＳ−４４４ＬＳ型」（ＬＥＣＯ社製）、Ｆｅ、Ｎａ、Ｃｌの各イオン成分は、抽出法による原子吸光光度法で測定される。なお、Ｆｅイオンは王水で、またＮａイオン、Ｃｌイオンはイオン交換水でそれぞれ抽出して測定する。
【０００９】
超微粉シリカが、ヒュームドシリカのように、個々の粒子が網目状構造に連なったストラクチャー構造を形成したシリカ粉末であると、高純度ではあるが、ＢＮ粒子の周りに均一に付着せず、ストラクチャー構造の一部でしかその付着機能を発現しないので、離型性能は著しく向上しない。ここで、「実質的にストラクチャー構造を形成していない」とは、以下に従ってＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察された粒子の球形度が０．９以上であると定義される。具体的には任意に選ばれた２０個以上の粒子を画像解析装置に取り込み、表示された値が０．９以上ということである。画像解析装置としては、例えば日本アビオニクス社製「ＳＰＩＣＣＡ−ＩＩ」が用いられる。
【００１０】
ＴＥＭ観察は、試料を分散させ、所定の倍率（粒子の大きさに応じて１０万倍〜１００万倍）で写真撮影を行い、ストラクチャーの形成観察と画像解析によって行われる。試料の分散方法としては、例えばアセトン溶媒に極微量を超音波分散させ、その希薄な溶液をメンブランフィルターで吸引濾過して分散状態にして乾燥する。その後フィルターに付着したままの粉末をＴＥＭ観察する。
【００１１】
超微粉シリカは、炭化水素ガスによる火炎中に金属Ｓｉ微粉末を投入し、２０００℃以上の高温で熱処理することによって製造することができる（特開２００１−３５４４０９号公報。とくに、その公報の実施例参照）。
【００１２】
本発明の製造方法は、ボールミル、コロイドミル、アトライターミル等を用いて上記ＢＮ粉末と上記超微粉シリカと溶剤と分散剤とを含むスラリーを調製し、そのスラリー同士を１０ＭＰａ以上の圧力で衝突分散させて潤滑離型剤を製造する方法である。具体的には、上記ＢＮ粉末：上記超微粉シリカとの質量比が１：０．３〜３である粉末を含むスラリー同士を１０ＭＰａ以上の圧力で衝突分散させる方法である。スラリーの粉末濃度が１０〜４０質量％、特に１５〜３０質量％であることが好ましい。これによって、超微粉シリカがＢＮ粒子の周りに均一に付着し、その付着粒子が単分散することが可能となるので離型性が高まる。
【００１３】
溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール、メチルエチルケトン、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサン等の有機溶剤や水が用いられる。
【００１４】
分散剤としては、酢酸セルロース、カルボキシルメチルセルロース、トリメチルセルロース、コロイダルアルミナ、コロイダルチタニア、水ガラス、ホウ砂、ホウ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、等が使用される。分散剤は、潤滑離型剤中に１〜１５質量％使用される。
【００１５】
衝突分散装置としては、高圧ホモジナイザーと呼ばれているものが好適に使用できる。高圧ホモジナイザーの基本構成は、スラリーを加圧する高圧発生部と絞り機構からなる。高圧発生部には、一般にプランジャーポンプと呼ばれている高圧ポンプが採用され、高圧ポンプには、一連式、二連式、三連式など各種形式が使用される。動力としては、空圧、電動、油圧などの形式があるが、スラリーを１０ＭＰａ以上、特に５０〜３５０ＭＰａに加圧することができるものであれば特に制約はない。市販品を例示すると、スギノマシン社製商品名「アルティマイザー」、ナノマイザー社製商品名「ナノマイザー」、マイクロフルイディクス社製商品名「マイクロフルイダイザー」、ミラクル社製商品名「ナノメーカー」などである。
【００１６】
高圧ホモジナイザーの操業条件は、機種によって各種の装置定数や効率が異なり、またスラリーの種類によって分散の効率が異なるため、一概に定めることはできない。一般には、分散効率は処理圧力に依存するため、処理圧力が高いほど分散効率も高くなる。本発明においては、スラリーを１０ＭＰａ以上、特に５０〜３５０ＭＰａに加圧して衝突させることができればこれらの問題はない。スラリーの処理回数は、１〜数十回の範囲から選ぶことができ、回数が多くなるほど、均一かつ安定な高濃度スラリーを製造することができる。
【００１７】
本発明で製造された潤滑離型剤には、例えばアルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステル、カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロースカルシウム、メチルセルロース、酢酸セルロース、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム等の粘度調節剤、ジンククロメート、ストロンチウムクロメート、雲母状酸化鉄等の防錆剤、アンモニア若しくはその水溶液、リン酸アンモニウム、リン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のｐＨ調整剤、カーボンブラック、ジオキサジンバイオレット、ハンザイイエロー、ベンジジンイエロー、キナクリドンレッド、フタロシアニングリーン等の着色剤などの添加剤を必要に応じて含有させることができる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例、参考例及び比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００１９】
実施例１
特開２００１−３５４４０９号の実施例に従い、超微粉シリカを製造した。この超微粉シリカの平均粒子径は０．１０μｍ、比表面積は５１ｍ^２／ｇ、ＴＥＭ観察による粒子の球形度は０．９２であり、「実質的にストラクチャー構造を形成していない」ものであった。また、不純物炭素量は０．０５質量％、Ｆｅ、Ｎａ、Ｃｌの各イオン成分の合計が１６μｇ／ｇであった。一方、ＢＮ粉末として、電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライドＧＰグレード」（平均粒子径８．１μｍ、酸化ほう素含有量０．１０質量％）、蒸留水、分散剤（カルボキシルメチルセルロース：関東化学社製）を準備した。
【００２０】
これらの材料を表１に示す割合で配合し、攪拌羽根式攪拌混合機を用いてスラリーとした後、それをナノマイザー社製商品名「ナノマイザーＰＥＬ−２０型」を用い、表１に示す圧力で衝突分散させて潤滑離型剤を製造した。
【００２１】
実施例２〜７比較例１〜３
超微粉シリカの比表面積と配合比を種々変えたこと以外は、実施例１と同様にして潤滑離型剤を製造した。
【００２２】
参考例１、実施例８
商品名「ナノマイザー」を用いずにボールミルで１０時間混合したこと（参考例１）、スラリーの衝突分散圧力を５０ＭＰａとしたこと（実施例８）以外は、実施例１と同様にして潤滑離型剤を製造した。
【００２３】
比較例４
超微粉シリカの代わりに、比表面積１２０ｍ^２／ｇで、ＴＥＭ観察による粒子の球形度が０．７８であるストラクチャー構造を形成している市販シリカ粉末（日本アエロジル社製商品名「＃１３０」）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして潤滑離型剤を製造した。
【００２４】
得られた潤滑離型剤について、以下に従う特性を測定した。それらの結果を表１に示す。
（１）分散性：密閉式プラスチック容器に潤滑離型剤５０ｇを充填し、２０００回転で２０分間遠心分離を行った後、上澄み液を捨て、８０℃で真空乾燥して固形分質量を測定し、式、分散性（質量％）＝固形分質量（ｇ）×１００／潤滑離型剤を調製するのに用いたＢＮ粉末と超微粉の合計質量（ｇ）、により算出した。
（２）粘度：東京計器社製「Ｂ型粘度計」にて測定した。
（３）貯蔵安定性：潤滑離型剤を常温で１ヶ月静置後に分離が生じているかどうかを目視観察した。 ○：分離なし、×：分離。
（４）離型性：潤滑離型剤を１５０℃に加熱されたダイス鋼（１００×１００ｍｍ角）にスプレー塗布（厚み０．２ｍｍ）した後、アルミニウム融液中に３０秒浸漬→３０秒引き上げる操作を１００回繰り返して行い、アルミニウムの付着状況を目視観察した。○：付着なし △：一部付着 ×：ほぼ全面に付着。
（５）表面粗さ：潤滑離型剤を塗布乾燥して得られた塗膜の表面粗さを東京精密社製商品名「サーフコム５５４Ａ」にて測定した。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１から、本発明の実施例によれば、比較例に比べ、低粘度で、分散性と貯蔵安定性が良好であり、離型性に優れる潤滑離型剤が得られることがわかった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、環境汚染物質を用いないで、低粘度で、分散性と貯蔵安定性が良好であり、離型性に優れる潤滑離型剤が製造される。

Claims

窒化ホウ素粉末と超微粉シリカと分散剤とを含むスラリー同士を、１０ＭＰａ以上の圧力で衝突分散させて潤滑離型剤を製造する方法であって、上記超微粉シリカが、炭化水素ガスによる火炎中に金属Ｓｉ微粉末を投入し、２０００℃以上の高温で熱処理して製造された比表面積３５ｍ ^２／ｇ以上の超微粉シリカであり、しかも上記窒化ホウ素粉末：上記超微粉シリカの質量比が１：０．３〜３、上記窒化ホウ素粉末と上記超微粉シリカの合計の含有率が１０〜４０質量％であることを特徴とする潤滑離型剤の製造方法。