JP4990527B2 - 金属加工用潤滑油組成物 - Google Patents

Description

本発明は金属加工用潤滑油組成物に関し、より詳しくは、金属又はその合金の板あるいは箔、特に、アルミニウム又はアルミニウム合金、銅又は銅合金等の非鉄金属の塑性加工及び切削，研削加工等の金属加工に有効に使用できる金属加工用潤滑油組成物に関する。

金属又はその合金の板あるいは箔を圧延等の金属加工する際に用いられる金属加工用潤滑油組成物には、生産性向上の見地から、圧延性能等の金属加工性能が要求される。同時に、加工後の金属表面の品質、特に、表面仕上げが良好であることが要求される。

従来より、アルミニウム又はアルミニウム合金、銅又は銅合金等の非鉄金属の板もしくは箔の圧延加工には、低粘度の鉱油や合成系炭化水素油に、高級アルコール類，高級脂肪酸エステル類，高級脂肪酸等の油性剤や極圧剤を配合した潤滑油が用いられてきた。

しかしながら、近年、特にアルミニウムの圧延加工品においては、電子材料への用途の拡大もあり、圧延後の板表面に残る圧延の際に発生する圧延摩耗粉が少ないことが求められる。特に電子材料用途では高純度のアルミニウムが用いられることが多く、それが軟らかいため摩耗粉が生じやすい。圧延時に発生するアルミニウム等の金属摩耗粉は、圧延後に板表面に不均一な汚れを生じ、焼鈍後にステインを生じる原因となり、表面品質を低下させるという問題がある。これによって、さらに圧延板の洗浄工程や圧延油の浄化が必要になった。
また一方、アルミニウム又はアルミニウム合金の箔圧延においては、ロールコーティングムラが発生し、それが原因で圧延後のアルミ箔に表面ムラが発生し、表面品質の低下をもたらす。

そこで、アルミニウム等の金属加工時に金属摩耗粉の発生を抑制できる金属加工油に関する提案が多くなされている（例えば、特許文献１〜５参照）。
特許文献１は、ポリエチレングリコール等グリコール類を配合した組成物、特許文献２は、多価アルコール部分脂肪酸エステルを配合した組成物、特許文献３は、ソルビトールのプロピレンオキサイド付加物等の含酸素化合物を配合した組成物、特許文献４は、アルコールとグリコールを配合した組成物、特許文献５は、多価アルコール部分脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物を配合した組成物である。
しかしながら、これらの提案された金属加工油であっても必ずしも満足できるものではなく、更に改良の余地があった。
また、金属摩耗粉の発生を抑制できるとともに、静電気の発生による危険性を低減することも必要であり、さらに圧延性能等の金属加工性能をさらに高めことも必要である。

特開平６−１２８５８３号公報 特開平８−５３６８５号公報 特開２００１−３２９２８７号公報 特開２００２−３２２４８７号公報 特開２００４−２２４８１４号公報

本発明は、上記状況を鑑みなされたもので、金属又はその合金の板あるいは箔、特に、アルミニウム等の非鉄金属の板あるいは箔を金属加工する際に、金属加工性能に優れるとともに、圧延等の加工時に摩耗粉の発生を抑制して表面品質に優れた製品を得ることができる金属加工用潤滑油組成物を提供するものである。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定のジエステルを使用することにより、上記本発明の目的を効果的に達成しうることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
１．（Ａ）鉱油及び／又は合成油からなる基油に、（Ｂ）下記の一般式（１）
Ｒ¹−ＯＣＯ−Ｒ³−ＣＯＯ−Ｒ² ・・・・・（１）
（式中、Ｒ¹、Ｒ²は、炭素数１〜４の直鎖又は分岐鎖を有するアルキル基を示し、Ｒ³は、炭素数７又は８の直鎖又は分岐鎖を有するアルキレン基を示す。）
で表されるジエステル化合物を配合してなり、（Ｂ）成分の配合量が、組成物全量基準で０．１〜３０質量％の範囲である金属加工用潤滑油組成物、
２．一般式（１）のＲ¹、Ｒ²が共にメチル基である前記１に記載の金属加工用潤滑油組成物、
３．さらに（Ｃ）ジアルキルスルホコハク酸金属塩を配合してなる前記１又は２に記載の金属加工用潤滑油組成物、
４．さらに（Ｄ）炭素数６〜２０の直鎖オレフィンを配合してなる前記１〜３のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物、
５．金属加工がアルミニウム又はアルミニウム合金の冷間圧延である前記１〜４のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物、
を提供するものである。

本発明の金属加工用潤滑油組成物は、金属又はその合金の板あるいは箔、特に、アルミニウム等の非鉄金属の板あるいは箔を金属加工する際、金属加工性能に優れるとともに、圧延等の加工時に摩耗粉の発生を抑制して表面品質に優れた製品を得ることができる。
また、本発明の金属加工用潤滑油組成物は、体積抵抗率が低く、金属加工時における静電気による危険性を防止できる。

本発明の金属加工用潤滑油組成物を構成する（Ａ）成分の鉱油及び／又は合成油からなる基油としては、４０℃における動粘度が０．５〜３０ｍｍ²／ｓのものが好ましく、１．０〜１５ｍｍ²／ｓ、さらには１．５〜５ｍｍ²／ｓのものがより好ましい。
このうち鉱油としては、種々のものを挙げることができる。例えば、パラフィン基系原油，中間基系原油あるいはナフテン基系原油を常圧蒸留して得られる常圧残油を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、水素化脱ろう、水素化精製、白土処理等を行って精製したもの、あるいはワックスを異性化して得られた鉱油等を挙げることができる。

また、合成油としては、分岐オレフィン（例えば、ポリブテン，ポリプロピレン，炭素数６〜２０のα−オレフィンオリゴマー等）及びその水素添加物、ポリオールエステル〔例えば、ＴＭＰ（トリメチロールプロパン）脂肪酸エステル，ＰＥ（ペンタエリスリトール）脂肪酸エステル等〕等のエステル系化合物などを用いることができる。特に、低分子量ポリブテン、低分子量ポリプロピレン及びこれらの水素化物が好ましく用いられる。
本発明においては、これらの鉱油及び合成油を１種使用してもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

本発明の金属加工用潤滑油組成物を構成する（Ｂ）成分としては、下記の一般式（１）で表されるジエステルを配合する。
Ｒ¹−ＯＣＯ−Ｒ³−ＣＯＯ−Ｒ² ・・・・・（１）

式中、Ｒ¹、Ｒ²は、炭素数１〜４の直鎖又は分岐鎖を有するアルキル基を示す。Ｒ¹、Ｒ²の炭素数が５以上であると焼鈍性を悪化させることがある。したがってＲ¹、Ｒ²の炭素数は１〜３が好ましく、１（メチル基）が特に好ましい。
一方、Ｒ³は、炭素数７又は８の直鎖又は分岐鎖を有するアルキレン基を示す。Ｒ³の炭素数が６以下では、金属加工時に、ジエステルが気化・飛散し、作業環境を悪化させる恐れがある。また、Ｒ³の炭素数が９以上であれば、焼鈍性が低下し、被加工材の表面品質を悪化させることがある。

上記ジエステルは、炭素数９又は１０の二塩基酸と炭素数１〜４の一価のアルコールから得られる。本発明で用いる炭素数９又は１０の二塩基酸は、分岐鎖を有してもよいが、入手容易性の点から直鎖状のものが好ましい。このようなエステルを形成する二塩基酸の代表例としては、ノナン二酸（アゼライン酸）、デカン二酸（セバシン酸）およびこれらの混合物が挙げられる。
一方、炭素数が１〜４の一価アルコールとしては、メタノール、エタノール、直鎖状または分岐状のプロパノール、直鎖状または分岐状のブタノールおよびこれらの混合物が挙げられる。特に好ましくはメチルアルコールである。

（Ｂ）成分の配合量については、組成物全量基準で、０．１〜３０質量％が好ましい。０．１質量％未満であると、金属加工性能が充分ではなく、また、摩耗粉の発生を抑制する効果が不充分である。一方、３０質量％を超えると、焼鈍性を悪化させ、返って表面品質を悪化させる恐れがある。より好ましくは、０．５〜２０質量％であり、特に好ましくは１〜１５質量％である。

本発明の金属加工用潤滑油組成物においては、さらに（Ｃ）成分として、ジアルキルスルホコハク酸金属塩を配合することが好ましい。
ジアルキルスルホコハク酸金属塩としては、例えば下記の一般式（２−１）及び／又は（２−２）で表されるジアルキルスルホコハク酸金属塩を配合する。

式中、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶は、炭素数２〜２０のアルキル基を示し、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶は,同一であっても異なっても良い。また、Ｍは、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、又はアンモニウム塩を示す。
ジアルキルスルホコハク酸金属塩の具体例としては、例えば、ジヘキシルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ジデシルスルホコハク酸ナトリウム、ジラウリルスルホコハク酸ナトリウム、ジパミチルスルホコハク酸ナトリウム、ジステアリルスルホコハク酸ナトリウム、ジオレイルスルホコハク酸ナトリウムなどが挙げられる。
前記ジアルキルスルホコハク酸金属塩化合物を配合することによって、摩耗粉の発生をさらに抑制し加工表面の表面品質をさらに向上することができる。また、それとともに組成物の体積低効率を小さくし、静電気による危険性を低減する効果もある。
本発明の金属加工用潤滑油組成物においては、通常これらのジアルキルスルホコハク酸金属塩を組成物全体の０．０１〜１質量％、好ましくは０．０５〜０．５質量％配合する。

本発明の金属加工用潤滑油組成物においては、さらに（Ｄ）成分として、直鎖オレフィンを配合することが好ましい。直鎖オレフィンを配合することにより、加工性を高めることができ、しかも焼鈍性を悪化させることがなく、臭気等作業環境を悪化させることもない。
直鎖オレフィンは、上述の如く、炭素数６〜２０のものが好ましい。炭素数が６未満のものは、引火点が低いため適当でない。また炭素数が２０を超えるものは、固体状となるため使用が困難であり、しかも鉱油，合成油や他の添加剤などとの混合、溶解が困難となることがあり不適当である。この直鎖オレフィンのうち、分子内に二重結合を１個有し、炭素数が６〜２０の化合物が好ましく、特に炭素数が１２〜２０の１−オレフィン（即ち、直鎖１−オレフィン）が好適である。これらの直鎖オレフィンの具体例としては、１−ヘキセン，１−オクテン，１−デセン，１−ドデセン，１−テトラデセン，１−ヘキサデセン，１−オクタデセン，１−エイコセンあるいはこれらの混合物などを挙げることができる。これらの直鎖オレフィンは、様々な製法によって得たものを用いることができるが、例えばエチレンを通常の手段で重合させて得たエチレンオリゴマーを使用することができる

本発明の金属加工用潤滑油組成物においては、通常これらの直鎖オレフィンを組成物全体の１〜５０質量％配合するのが好ましく、３〜３０質量％配合するのがより好ましい。直鎖オレフィンの配合量が１〜５０質量％であれば、組成物の圧延性能等の加工性を高めることができ、しかも焼鈍性を悪化させることもない。

本発明の金属加工用潤滑油組成物は、前記の各成分（Ａ）及び（Ｂ）、好ましくは、さらに（Ｃ）、より好ましくは、さらに（Ｄ）成分から構成されるが、その他に、必要に応じて、各種の添加剤を本発明の目的を阻害しない範囲で適宜配合することができる。
ここで、各種の添加剤としては、酸化防止剤，粘度指数向上剤，防錆剤，腐食防止剤，消泡剤などが挙げられる。

更に、実施例及び比較例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、金属加工油組成物の評価は以下の方法でおこなった。

（１）圧延実験（アルミニウム板の圧延）
圧延材
高純度アルミニウム（３Ｎ）（板厚１．０ｍｍ，板幅６０ｍｍ,コイル）
圧延条件
１）圧延機：ワークロール径１３５ｍｍの４段圧延機を用いて
２）圧延条件
圧延速度：１００ｍ／分
前方張力：１１．２Ｎ,後方張力：５．６Ｎ
圧下率 ：６０％（１．０→０．４ｍｍ）
圧延距離：１５０ｍ
給油温度：４０℃
圧延油量：３０ｋｇ
給油量 ：１３Ｌ／分

圧延実験の評価
（ａ）圧延荷重
圧延時の圧延荷重を測定した。
（ｂ）油中摩耗粉量
圧延後の圧延油をフィルターでろ過し、フィルター捕捉物を塩酸にて溶解して、アルミニウム含有量をＩＣＰによって測定し、試料油中のアルミニウム濃度（ｍｇ／Ｌ）を求めた。
（ｃ）板上摩耗粉量
ヘキサンを含浸させたガーゼで圧延材を拭き取り、それを塩酸で溶解してアルミニウム含有量をＣＩＰによって測定し、圧延材に付着していたアルミニウム粉の量を（ｍｇ／ｍ²）を求めた。
（ｄ）焼鈍性
圧延後のアルミニウム板を長さ１０ｃｍの短尺に切り、数十枚重ね合わせた後、厚鋼板で固定し、小型焼鈍炉にて焼鈍した。焼鈍炉の加熱条件は、空気雰囲気中で昇温速度５℃／分にて３３０℃まで加熱し、３０分保持後、放冷した。加熱終了後焼鈍板上の焼鈍ステイン発生度合いを目視にて判定し、焼鈍性を評価した。
（２）体積抵抗率
ＪＩＳ Ｃ ２１０１に準拠して測定した。
測定条件は、２５℃、２５０Ｖ，１分で行った。

実施例１〜４及び比較例１〜３
第１表に示す配合割合で各成分を配合し、各組成物を調製し、体積抵抗率の測定及び圧延実験を行った。その結果を第１表に示す。

［注］
１）鉱油、４０℃動粘度＝４．３ｍｍ²／ｓ，硫黄分＝１質量ｐｐｍ以下、芳香族分０．１％（ＪＩＳ Ｋ２５３６ ＦＩＡ法）、蒸留初留点＝２７５℃、蒸留終点＝２９３．５℃

第1表より、実施例１〜４の金属加工油は、圧延荷重が低く、焼鈍性が良好であるとともに、油中摩耗粉量及び板上摩耗粉量がともに少ないことが分る。また、（Ｃ）成分のジスルホコハク酸ナトリウムを配合した実施例３及び４の金属加工油は、油中摩耗粉量及び板上摩耗粉量がより減少すると共に、体積低効率が小さい。さらに（Ｄ）成分の１−テトラデセンを配合した実施例４の金属加工油は圧延荷重が低下し、油中摩耗粉量及び板上摩耗粉量がさらに低減する。これに対し、比較例１〜３の金属加工油は、油中摩耗粉量及び板上摩耗粉量がとも多く、表面仕上げが良好な加工物を得ることができない。

本発明の金属加工用潤滑油組成物は、例えば、非鉄金属、特に、アルミニウム材（アルミニウム含有率９９％以上の高純度材を含む）の圧延用潤滑油剤として用いた場合に、加工性に優れるとともに、圧延摩耗粉の発生を抑制して表面品質に優れた製品を得ることができる。また、本発明の金属加工用潤滑油組成物は、加工時における静電気の発生を抑制する効果も有する。
したがって、本発明の金属加工用潤滑油組成物は、各種金属、特に、非鉄金属又はその合金の圧延をはじめとする金属加工の際の金属加工用潤滑油剤として幅広く、かつ有効に利用できる。

Claims (5)

1. （Ａ）鉱油及び／又は合成油からなる基油に、（Ｂ）下記の一般式（１）
   Ｒ¹−ＯＣＯ−Ｒ³−ＣＯＯ−Ｒ² ・・・・・（１）
   （式中、Ｒ¹、Ｒ²は、炭素数１〜４の直鎖又は分岐鎖を有するアルキル基を示し、Ｒ³は、炭素数７又は８の直鎖又は分岐鎖を有するアルキレン基を示す。）
   で表されるジエステル化合物を配合してなり、
   （Ｂ）成分の配合量が、組成物全量基準で０．１〜３０質量％の範囲である金属加工用潤滑油組成物。
   
2. 一般式（１）のＲ¹、Ｒ²が共にメチル基である請求項１に記載の金属加工用潤滑油組成物。
3. さらに（Ｃ）ジアルキルスルホコハク酸金属塩を配合してなる請求項１又は２に記載の金属加工用潤滑油組成物。
4. さらに（Ｄ）炭素数６〜２０の直鎖オレフィンを配合してなる請求項１〜３のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物。
5. 金属加工がアルミニウム又はアルミニウム合金の冷間圧延である請求項１〜４のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物。