JP4824934B2 - 防錆添加剤および防錆油組成物、並びに金属材の防錆処理法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や電車、船舶などの輸送機械や家庭用電化製品などの外板材などとして使用される鋼板等の鉄鋼部品をはじめとする金属材を水洗等処理する場合において、該水処理後の金属材に付着した水分の除去と防錆処理を１工程で行うことができ、或いは上記の様な金属材を例えば一時的に屋内もしくは屋外に保管する際に、一時的な防錆に有用な防錆添加剤と、該添加剤が配合された防錆油組成物、更にはこれを用いた防錆処理法に関するものである。

近年、原料鉄や石油系原料の価格が軒並み上昇する中で、各社鉄鋼関連メーカー等におけるコスト削減の要請はあらゆる工程に及んできている。たとえば、鋼板などの金属部品の製造乃至加工工程で水洗を行なった場合などで金属部品の表面に付着した水は、ブロアーによる乾燥や遠心処理、あるいは水切り剤を添加した油浴に浸漬する等によって除去し、その後に防錆油を塗油することで防錆処理を行い、一時保管の際の酸化防止を図っている。ここで、水切りと防錆処理を１工程で行うことができれば、工程数の低減によって大幅なコスト削減が可能になると思われる。

しかしその様な着想を実現するには、水切り剤と防錆剤を１つの油浴に混合状態で溜めておくことが必要になるが、それらを混合状態で共存させると個々の性質が低下し、或いは混合液の安定性が低下するなどの問題を生じる。

また、上記の様に水切りを兼ねた防錆油浴で金属を処理しようとした場合、前工程から持ち込まれてくる水分の影響で油浴が乳化するなど防錆成分が劣化し、防錆処理能が低下するといった問題が生じてくる。従って、この様な水切りと防錆処理を並行して実施するには、水切りを兼ねた防錆油が優れた水切り性を発揮すると共に、抗乳化性や防錆能においても優れた性能を持続することが必須となる。

一般に、日本国内で金属材を屋内保管する際の防錆や工程間の一時防錆に使用される防錆油は、さび止め油に関するＪＩＳ Ｋ ２２４６に規定されているＮＰ−３タイプに分類される。該ＮＰ−３タイプの防錆油に要求される性能の１つに水置換性があり、これは、金属材の表面に付着している水と置き換わって錆を防ぐ性質であると定義されている。現に、上記ＪＩＳに規定された水置換性を有するＮＰ−３タイプの防錆油は多数製品化されている。

しかし、それら従来の防錆油に水分が付着した金属材を浸漬処理しても、概して親水性の高い金属材の表面で水分が凝集する程度であり、金属材の表面から水分を短時間のうちに離脱除去させる性能（すなわち、水切り性）は十分といえない。

例えば特許文献１には、ヒマシ油の酸性リン酸エステルの金属塩やアミン塩を使用したＮＰ−３タイプの防錆油が開示され、高い防錆性を有すると記載されているが、水切り性や抗乳化性に関しては必ずしも満足し得るものとはいえない。

この様に、充分な防錆性能を有すると共に水切り性に優れ、且つ抗乳化性が良好で水分と分離し易い性能を兼ね備えた防錆油は、現在のところ見出されていない。
特開２００４−６７７７０号公報

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって、その目的は、鋼板や鉄鋼部品などの金属材を水洗等で水と接触させる場合、その後の水分除去と防錆処理を１工程で並行実施することができ、ＪＩＳのＮＰ−３タイプに匹敵する防錆力を発揮しつつ、従来剤では得ることのできない優れた水切り性と抗乳化性を兼ね備えた防錆油組成物を提供し、またその様な防錆油組成物の添加成分となる防錆添加剤を提供し、更には該防錆油組成物を用いた効率のよい金属材の水切りを兼ねた防錆処理法を提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明に係る防錆添加剤とは、下記１），２）および３）に規定される成分を含有するところに要旨が存在する。

１）炭素数４〜２０の脂肪酸および／または酸化ワックス、
２）炭素数４〜１８の脂肪族アミン、
３）炭素数８〜２４の飽和または不飽和アルキル基（水酸基を１つ以上有するものを含む）を有する有機リン酸エステルのナトリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、亜鉛塩、脂肪族アミン塩、および、酸化ワックスのマグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、脂肪族アミン塩よりなる群から選ばれる少なくとも１種。

前記１）で規定される成分の中でも特に好ましいのは、炭素数８〜１２の飽和脂肪酸であり、また、前記２）で規定される成分の中でも特に好ましいのはｎ−オクチルアミンである。

更に、上記３）で規定される有機リン酸エステル塩の中でも特に好ましいのは、オレイル基を有する有機リン酸エステルのカルシウム塩、および、オレイルリン酸エステルのＮ−牛脂アルキル置換トリメチレンジアミン塩であり、上記３）で規定される酸化ワックスの塩の中でも特に好ましいのは、酸化ワックスのマグネシウム塩またはカルシウム塩である。

また本発明に係る防錆油組成物は、上述した防錆添加剤を水切り兼用の防錆成分として基油に添加してなるもので、基油としては、鉱油、精製鉱油、合成油などが挙げられる。

上記防錆油組成物を得る際の上記防錆添加剤成分の好ましい配合量は、防錆油組成物全体を１００質量部としたとき、上記１）で規定される脂肪酸および／または酸化ワックスの含有量が０．２〜１０質量部、上記２）で規定される脂肪族アミンの含有量が０．１〜１０質量部、上記３）で規定される有機リン酸エステル塩および／または酸化ワックスの塩の含有量が０．０５〜１０質量部の範囲である。

本発明の更に他の構成は、上記防錆油組成物を使用し、金属材の水切りと防錆処理を同時に行うところに要旨が存在する。

本発明の防錆添加剤は、上記成分１）〜３）を有効成分として含有することで、金属材に対し優れた水切り性と防錆能を有し、これを金属加工油などの基油に適量添加することで、金属材表面に付着した水を速やかに離脱すると共に当該金属材表面に油膜形成して優れた防錆能を発揮する。従って、この防錆油組成物を金属材の水処理後の水切りと防錆を兼ねて使用することで、金属材の水処理とその後の防錆を効率よく実施することができる。しかも、本発明の防錆添加剤は優れた抗乳化性を有しており、優れた水切り性と防錆効果を長期的に持続するので、連続使用乃至繰返し使用にも適しており、水処理に伴うその後の防錆処理の作業効率を大幅に高めることができる。

本発明の防錆添加剤は、上記１），２），３）で規定される３種の成分を含有するところに特徴を有するもので、それら３成分を併用することで、表面が概して親水性である金属材の表面に付着した水分と速やかに置換して離脱させると共に、表面に油膜を形成して優れた防錆能を発揮するので、これを金属加工などに使用する鉱油などの基油に適量配合することによって、優れた性能の水切り防錆処理剤を提供できる。

本発明における上記成分１）、即ち炭素数４〜２０の脂肪酸および／または酸化ワックスは、主として水切り性および抗乳化性を高める作用を発揮する成分であり、その作用を有効に発揮させるには炭素数が４以上でなければならない。炭素数が４未満のものでは、付着水分を金属表面から離脱させる能力（水切り性）が不十分になる。逆に炭素数が２０を超えると、抗乳化性が不十分になる。水切り性と抗乳化性を両立させる上でより好ましい炭素数は６以上、１４以下、更に好ましくは８以上、１２以下である。

こうした要件に叶う好ましい脂肪酸としては、例えば酪酸、吉草酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、２−エチルヘキサン酸、ペラルゴン酸、イソノナン酸、カプリン酸、イソデカン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸等が挙げられ、これらは夫々単独で使用し得る他、必要時応じて２種以上を併用しても構わない。これらの中でも特に好ましいのは、水切り性、抗乳化性を考慮すると、カプリル酸、カプリン酸、イソデカン酸、ラウリン酸である。

また酸化ワックスは、石油留分の精製時に得られるパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム等を酸化することによって得られる酸価を有するワックスであり、中でも特に好ましいのは、直鎖成分の含有量が多く、酸価（反応性）の高い酸化ワックスである。

次に、上記成分２）、即ち炭素数４〜１８の脂肪族アミンは、上記成分１）と同様に主に水切り性と抗乳化性を高める作用を発揮する成分であり、炭素数が４未満では水切り性が有効に発揮されず、逆に炭素数が１８を超えると、抗乳化性が不十分となる。水切り性と抗乳化性の観点からより好ましい脂肪族アミンの炭素数は６以上、１２以下、より好ましくは８以上、１０以下である。

これらの要件に叶う好ましい脂肪族アミンの具体例としては、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、２−エチルヘキシルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ラウリルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、ステアリルアミン等が挙げられ、これらは夫々単独で使用し得る他、必要時応じて２種以上を併用しても構わない。これらの中でも特に好ましいのは、水切り性、抗乳化性を考慮すると、オクチルアミンである。

次に、前記成分３）は、本発明の中で主に水切り後の防錆油膜形成成分となって防錆能を高める作用を発揮する成分である。その中でも前記有機リン酸エステルの塩においては、有機リン酸エステル構造中に有する飽和もしくは不飽和アルキル基（水酸基を１つ以上有するものを含む）の炭素数が８未満では防錆能が有効に発揮されず、逆に炭素数が２４を超えると、製造時のハンドリング性が悪くなる他、アルキル鎖が長いため抗乳化性にも悪影響を及ぼす。防錆性とハンドリング性の観点からより好ましい炭素数は１０以上、２０以下、更に好ましくは１２以上、１８以下である。

この有機リン酸エステル塩として使用される有機リン酸エステルは、飽和または不飽和アルキル基（水酸基を１つ以上有するものを含む）を有する有機リン酸エステルであり、通常市販されているモノエステル／ジエステル混合物が使用できる他、必要に応じて高級アルコールと無水リン酸とを反応させて任意の有機リン酸エステルを合成して使用することも可能である。

好ましい飽和または不飽和アルキル基（水酸基を１つ以上有するものを含む）としては、オクチル基、２−エチルへキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ラウリル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、ステアリル基、アラキニル基、オレイル基、９，１２−オクタデカジエニル基、９，１２，１５−オクタデカトリエニル基、９，１１，１３−オクタデカトリエニル基、１２−ヒドロキシ−９−オクタデセニル基等が挙げられ、これらのリン酸エステルは単独で使用できる他、必要に応じて混合して使用することも可能である。これらの中でも特に好ましいのは、防錆性、ハンドリング性を考慮すると、オレイル基である。

上記有機リン酸エステル塩において有機リン酸エステルの塩のタイプとしては、ナトリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、亜鉛塩、脂肪族アミン塩等が挙げられる。ここで、脂肪族アミン塩として使用できるものの例としては、ラウリルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、ステアリルアミン、およびヤシ油脂肪酸、オレイン酸、大豆油脂肪酸、牛脂脂肪酸から誘導されたアルキル基を有するＮ−アルキルトリメチレンジアミン等が挙げられ、これらは夫々単独で使用し得る他、必要に応じて２種以上を併用しても構わない。この中でも特に好ましいのは、防錆性を考慮すると、Ｎ−牛脂アルキル置換トリメチレンジアミンである。

上記有機リン酸エステル塩の中で特に好ましいものはオレイルリン酸エステルカルシウム塩およびオレイルリン酸エステルのＮ−牛脂アルキル置換トリメチレンジアミン塩である。オレイルリン酸エステルカルシウム塩は、１００℃以上の高温下で鉱物油を媒体としてオレイルリン酸エステルを高塩基性カルシウムスルホネートで全中和することにより得られる。また、オレイルリン酸エステルのＮ−牛脂アルキル置換トリメチレンジアミン塩は、６０〜１００℃の条件下でオレイルリン酸エステルをＮ−牛脂アルキル置換トリメチレンジアミンで全中和させることにより得られる。

また上記成分３）として使用される酸化ワックスの塩は、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、脂肪族アミン塩等が挙げられ、これらは夫々単独で使用し得る他、必要に応じて２種以上を併用しても構わない。これらの中でも特に好ましいのは、防錆性、安全性を考慮すると、酸化ワックスのマグネシウム塩およびカルシウム塩である。酸化ワックスのマグネシウム塩およびカルシウム塩は、１００℃以上の高温下で酸化ワックスを高塩基性マグネシウムスルホネートまたは高塩基性カルシウムスルホネートで全中和することにより得られる。

本発明の防錆添加剤は、上記成分１）〜３）を必須成分として含有するもので、各成分の含有量は、追って詳述する如く、基油に配合した状態、即ち実際の使用状態を考慮して基油に配合した状態での各成分の含有量で規定するのが最善であるが、防錆添加剤として基油配合後の水切り性と防錆性などを考慮して、防錆添加剤としての各成分の好ましい配合比率は、該添加剤中に占める比率で成分１）：５〜５０質量部、より好ましくは２０〜４０質量部、成分２）：５〜５０質量部、より好ましくは１０〜３０質量部、成分３）：１〜３０質量部、より好ましくは２〜２０質量部の範囲である。

本発明の防錆油組成物は、上記防錆添加剤を基油に添加することで当該基油に水切り性と防錆能を与えた組成物で、該基油としては、防錆油や金属加工油の基油として一般に使用されているものを使用できる。具体的には、灯油等のミネラルスピリット、鉱油、合成油が挙げられ、これらは単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。更に鉱油としては、例えば、原油を蒸留して得られた留分を精製したパラフィン系、ナフテン系等の精製鉱油を使用することができる。

該防錆油組成物における上記成分の好ましい含有量は、防錆油組成物全体としての量を１００質量部としたとき、前記成分１）の脂肪酸および／または酸化ワックスの含有量は０．２〜１０質量部、好ましくは０．５〜５質量部であり、前記成分２）の脂肪族アミンの含有量は０．１〜１０質量部、好ましくは０．２〜５質量部であり、前記成分３）の有機リン酸エステル塩および／または酸化ワックスの塩の含有量は０．０５〜１０質量部、好ましくは０．１〜５質量部である。

ちなみに、上記成分１）の脂肪酸や酸化ワックス、成分２）の脂肪族アミンの含有量が不足する場合は、水切り性あるいは抗乳化性が不足となり、逆にこれら成分１），２）の含有量が多過ぎると、抗乳化性不足となる他、コストも高くなる。一方、成分３）の有機リン酸エステル塩および／または酸化ワックスの塩の含有量が不足する場合は、防錆能不足となり、逆に該成分３）の含有量が多過ぎると、防錆性は向上するものの水切り性や抗乳化性が低下する。

本発明の防錆油組成物を実用化するに当たっては、前述した様な基油に高粘度の鉱物油やパラフィンワックス等の油膜調整剤を配合し、防錆効果を発揮するのに適切な塗油量（膜厚）を確保できるように粘性を調整することが望ましく、金属材表面への油膜量で０．５μｍ以上、好ましくは１．０μｍ以上を確保できる様にすることが望ましい。

本発明に係る上記防錆添加剤を適量配合した水切り兼防錆能を備えた防錆油組成物を使用すれば、水洗など水を使用する工程を経た金属材に適用することで、水に濡れた金属材を遠心やブロアー等による水切り処理や乾燥などをせずとも、水分が付着したままの状態で上記防錆油組成物が入れられた浴に一定時間浸漬するだけで、金属材表面の水分を除去すると共に、該水に置換して防錆油膜を形成することができ、その後の酸化腐食などを可及的に防止できる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実施例
下記表１に示す配合比率（質量比）で防錆添加剤および防錆油組成物の試料を調製し、夫々について、下記の方法で防錆試験、水切り性試験、抗乳化性試験を行い、結果を表２，３に示した。

防錆試験：
ＪＩＳ Ｋ ２２４６に規定されている「さび止め油 ５．３４」湿潤試験方法に準拠して行った。

試験片：冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ−ＳＢ ＃２４０研磨（寸法：６０×８０×１．２ｍｍ）、
試験条件：温度４９±１℃、相対湿度９５％以上、
さび発生度の判定：試験片の中央部５ｃｍ角の範囲を、一辺が５ｍｍの正方形の碁盤目１００個に区画し、所定時間放置後に錆が発生している碁盤目の数を数え、その数をパーセントで表わす。
Ａ級：０％、Ｂ級：１〜１０％、Ｃ級：１１〜２５％、Ｄ級：２６〜５０％、Ｅ級：５１〜１００％。

水切り性試験：
試験片：目開き３５５μｍ、寸法１５ｃｍ×３ｃｍのステンレス製金網を、３ｃｍ間隔で４回折り畳んで３ｃｍ角にしたものをアルカリ脱脂し、イオン交換水で十分に洗浄したものを使用する。

試験法：上記表１に示した各組成の供試油２００ｇを３００ｍｌビーカーに入れ、イオン交換水で濡らした試験片を垂直に吊り下げて浸漬する。浸漬開始から試験片に付着した水分が水滴としてほぼ完全に落下するまでの時間を計測する。

抗乳化性試験：１００ｍｌの有栓比色管に、上記表１に示した組成の供試油４０ｍｌと水道水４０ｍｌを入れて栓をし、１分間激しく振り混ぜてから静置する。そして、静置してから油層と水層に分離するまでの時間を計測する。

表１〜３より次の様に考えることができる。

実施例１〜５は本発明の規定要件を全て満たす実施例であり、優れた防錆効果を有すると共に、水切り性や抗乳化性においても優れた結果が得られている。

これらに対し、添加剤が全く加えられていない基油単独（比較例１）は、当然のことながら防錆効果および水切り性が共に劣悪であり、また前記成分１）,２）を含んでいても成分３）が含まれていないもの（比較例２）は、水切り性と抗乳化性は良好であるが防錆性が殆ど発揮されない。

また、成分３）に包含される種々の化合物を単独添加した比較例３〜６は、防錆性には優れているものの、水切り性と抗乳化性が劣悪である。更に、従来から油溶性防錆添加剤として幅広く使用されている高塩基性カルシウムスルホネートを含有する比較例７は、防錆性と水切り性が非常に悪く、高塩基性バリウムスルホネートを含有する比較例８は、防錆性には優れているものの水切り性が劣悪で本発明の目的は達成できない。

Claims (7)

1. 下記１），２）および３）に規定される成分を含有することを特徴とする防錆添加剤。
   １）炭素数４〜２０の脂肪酸および／または酸化ワックス、
   ２）炭素数４〜１８の脂肪族アミン、
   ３）炭素数８〜２４の飽和または不飽和アルキル基（水酸基を１つ以上有するものを含む）を有する有機リン酸エステルのカルシウム塩。
2. 前記１）で規定される成分が炭素数８〜１２の飽和脂肪酸であり、前記２）で規定される脂肪族アミンがｎ−オクチルアミンである、請求項１に記載の防錆添加剤。
3. 前記３）で規定される有機リン酸エステルのカルシウム塩が、オレイル基を有する有機リン酸エステルのカルシウム塩である請求項１または２に記載の防錆添加剤。
4. 前記請求項１〜３のいずれかに記載された防錆添加剤が、基油に添加されたものである防錆油組成物。
5. 前記基油が、鉱油、精製鉱油または合成油である請求項４に記載の防錆油組成物。
6. 前記防錆油組成物全体を１００質量部としたとき、前記１）で規定される脂肪酸および／または酸化ワックスの含有量が０．２〜１０質量部、前記２）で規定される脂肪族アミンの含有量が０．１〜１０質量部、前記３）で規定される有機リン酸エステルのカルシウム塩の含有量が０．０５〜１０質量部である、請求項４または５に記載の防錆油組成物。
7. 前記請求項４〜６のいずれかに記載の防錆油組成物を使用し、金属材の水切りと防錆処理を同時に行うことを特徴とする金属の防錆処理法。