JP5354243B2 - 金属加工用潤滑剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は金属の各種加工において使用される潤滑剤組成物に関する。更に詳しくは金属として鉄、クロム、ニッケル、亜鉛、錫、チタン、銅及びそれらの合金のほかアルミニウム、マグネシウムおよびこれらの合金が挙げられ、適用し得る加工方法としては、冷間、温間及び熱間圧延、切削、研削、引き抜き、プレス、打ち抜き、絞り、しごき、鍛造等の金属加工方法が挙げられる。

従来水溶性もしくは油溶性油剤に於いて、潤滑剤、界面活性剤あるいは分散剤として下記のポリエーテル化合物が使用されている。

即ち、このポリエーテル化合物として、従来よりポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレンオキサイド・プロピレンオキサイドのランダムまたはブロック共重合体、炭素数１〜２０の１価アルコール、多価アルコールもしくは炭素数８〜２０の１塩基酸、２塩基酸にエチレンオキサイド・プロピレンオキサイドを各々別々もしくは混合して１〜４０モル付加重合したもの又はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールに１塩基酸を反応させたジエステル等である。

又、近年の金属加工油剤には合成エステルが多用されている。これ等合成エステルとして１価アルコールと１塩基酸、１価アルコールと多塩基酸、多価アルコールと１塩基酸、多価アルコールと多塩基酸、混合アルコールと混合脂肪酸とのエステル等が使用されている。

しかし、前記ポリアルキレングリコールは水希釈型金属加工油剤として使用する場合、防錆力が劣り、使用に制限がある。合成エステルは、保管中又は特に水希釈型金属加工油剤として使用する場合、使用中に加水分解を受けて、カルボン酸が生成し、加工部品、機械の汚れや錆発生の原因となったりして、生産性に支障をきたすことがある。

而して特許文献１には、水溶性ポリエーテルおよびベンゾチアゾール環を含有する水溶性金属加工油、特許文献２には、２〜６価のネオペンチルポリオールにアルキレンオキサイド基を１〜１０モル付加したものを炭素数８〜２２の脂肪酸類でエステル化することにより得られるポリエーテルポリオール脂肪酸エステルを含有する潤滑油、特許文献３には、ポリアルキレンポリアミンのアルキレンオキサイド付加物と有機酸を特定の割合で配合してなるポリオール系潤滑剤、特許文献４には、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコールから選ばれた多価アルコールと炭素数６〜１０の脂肪酸とからなるポリオールエステル系油を基油として、この基油に対して特定量のトリクレジルフォスフェートとグリシジルエーテルからなるエポキシあるいはカルボジイミドを添加した潤滑油組成物が夫々開示されている。

しかし、ポリアルキレングリコール又はそれらの脂肪酸エステル、１価アルコール、多価アルコールと１塩基酸、多塩基酸との組み合わせにより合成されるエステルを用いた金属加工油剤は、前述したように一長一短があり、錆発生や加水分解による諸問題を抱えている。
特開平１０−６０４６８号公報 特開平７−３０５０７９号公報 特開２００３−１６５９９５号公報 特開平９−１８８８９１号公報

本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、耐加水分解性、潤滑性に優れ、水溶性油剤又は不水溶性油剤として使用しても、錆発生の問題から解消される新規な金属加工油剤を提供することにある。

本発明者らは、上記の問題点に鑑み、鋭意研究した結果、特定ポリエーテル化合物を基油として、又は鉱物油、動植物油脂、及び合成油の少なくとも１種に特定ポリエーテル化合物を含有させたものを基油として成る金属加工油剤が、加水分解を受けることなく、潤滑性に優れ、錆発生の問題もなく、製品や機械の汚れもなく良好であることを見出し、茲に本発明を完成するに至った。

本発明の特定ポリエーテル化合物を含有せしめた金属潤滑剤組成物は、耐加水分解性に極めて優れ、エステル化合物と同等以上の潤滑性を示し、なおかつ防錆力も優れていて、水溶性油剤、または不水溶性油剤として極めて優れたものである。

本発明における特定ポリエーテル化合物としては、下記一般式（１）又は（２）で表せられるものであり、その両方又はいずれか一方を含んでいることを特徴としている。

[式中R₁はエーテル酸素を含んでもよい炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基又は多価アルコール残基、R₂は炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基、ｎはR₁の価数に対応し１〜６の整数である]

［式中Ｒ_３、Ｒ_４は両方またはいずれか一方が水素又は炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基、Ｒ_５、Ｒ_６は炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基であり、ｍは１〜１０の整数、ｐは０〜３の整数である］

［式中Ｒ_３、Ｒ_４は両方またはいずれか一方が水素又は炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基、Ｒ_５、Ｒ_６は炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基であり、ｍは１〜１０の整数、ｐは０〜３の整数である］
上記〔化１〕に於いて、エーテル酸素を含んでも良いという表現は、炭素数１〜１８の飽和又は不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基、又は多価アルコール中にＣ−Ｏ−Ｃ基が含有されていることを意味し、その代表例を上記炭化水素基を例にとって示せば、以下の通りである。

ＣＨ_２―Ｘ ＣＨ_２―Ｘ
｜ ／
Ｘ―Ｈ_２Ｃ―Ｃ―Ｏ―Ｃ―ＣＨ_２―Ｘ
｜ ＼
ＣＨ_２―Ｘ ＣＨ_２―Ｘ
（但しＸはＯＣＨ_２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ_２ＯＲ_２）
本発明について更に詳しく説明すると、本発明の金属加工用潤滑剤に使用する〔化１〕又は〔化２〕で表される特定ポリエーテル化合物において、R₁、R₂、R₃、R₄、R_５、R₆に示される炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基又は多価アルコール残基としては、たとえばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、２エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基、オレイル基、オクテニル基、デセニル基、ドデセニル基、ネオペンチル基、イソヘキシル基、メチレン基、メチリジン基、ビニリデン基、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ポリグリセリン、などの炭化水素及び多価アルコールが挙げられ、前述のＲ_１として示される炭化水素基にはエーテル酸素を含んでいてもよい。この際エーテル酸素としては０〜１０個が、特に１〜２個が好ましい。たとえば、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール、ジグリセリンなどである。

本発明に於いて使用される鉱物油、動植物油脂及び合成油としては、従来からこの種潤滑剤組成物に於いて使用されて来た公知のものが広い範囲で使用出来、その代表例を示せば以下の通りである。４０℃における動粘度が４〜５００ｍｍ^２／ｓの範囲にある精製鉱油、炭素数８〜１８の範囲にあるα‐オレフィン、大豆油、菜種油、パーム油などの植物油脂、炭素数８〜１８の混合脂肪酸とペンタエリスリトールとのテトラエステルである合成油などが挙げられる。

また適用される金属としては、すでにのべた通りであり、その代表的なものを例示すれば、鉄、クロム、ニッケル、亜鉛、錫、チタン、銅及びそれらの合金のほか、アルミニウム、マグネシウムおよびこれらの合金が挙げられる。適応し得る加工方法としても極めて広く各種の加工方法に適用出来、たとえば冷間、温間及び熱間圧延、切削、研削、引き抜き、プレス、抜き打ち、絞り、しごき、鍛造等の加工方法が例示出来、各々の方法としては、従来の方法が有効に採用出来る。

本発明に使用される特定ポリエーテル化合物において、一般式（１）で示される中で、ｎが１の場合R₁,R₂は炭素数8~18が好ましい。ｎが２の場合R₁は炭素数２〜６が好ましく、R₂は炭素数8~18が好ましい。ｎが３の場合R₁は炭素数６が好ましく、R₂は炭素数4~18が好ましい。一般式（２）においては、ｍは２〜４が好ましく、R₃,R₄はH又は炭素数8~18、R₅は５〜６が好ましく、R₆は炭素数8~18が好ましい。

本発明の特定ポリエーテル化合物は、基油としても使用でき、また鉱物油、動植物油、合成エステルの少なくとも1種に添加して使用することもできる。潤滑性、防錆性、耐加水分解性に優れる化合物であるため、不水溶性金属加工油、水希釈型金属加工油剤として使用することが極めて有用である。

本発明に於いては、公知の添加剤、例えば脂肪酸、脂肪アミン、アルカリ金属水酸化物、アルカノールアミン、極圧剤（燐系、硫黄系）、酸化防止剤、界面活性剤、防腐剤などを必要に応じて適宜併用できる。

本発明で使用される特定ポリエーテル化合物は、その製法は何ら制限されないが、その具体例として説明すれば、例えば次のような方法で製造される。
即ち
＜合成例１＞
即ち、攪拌機、温度計、冷却管、不活性ガス導入管を設置した４つ口フラスコに、オレイルアルコール２モル、アルカリ金属アルコシド触媒の存在下、５０^〜１８０℃でネオペンチルグリコール ジグリシジルエーテル（エピオールＮＰＧ−１００：日本油脂（株）製）１モルを０．５^〜２．０時間かけて滴下し、３^〜１０時間反応させた。

反応の終点は、赤外線吸収スペクトルで３０５０ｃｍ^−１の吸収が消失した点とし、その後水洗を繰り返して触媒を除去し、最後残存水を減圧下トッピング除去して、目的とする重量平均分子量１９００のエーテル化合物を得た。

＜合成例２＞
攪拌機、温度計、冷却管、不活性ガス導入管を設置した４つ口フラスコに、トリメチロールプロパン１モル、水酸化カリウム触媒の存在下、５０^〜１８０℃でＣ_{１２，１４}アルコールグリシジルエーテル（ＳＹ−４０Ｍ：阪本薬品工業（株）製）３モルを、０．５^〜２．０時間かけて滴下し、３^〜１５時間反応させた。反応の終点は、赤外線吸収スペクトルで３０５０ｃｍ−^１の吸収が消失した点とし、その後水洗を繰り返して触媒を除去し、最後に残存水を減圧下トッピング除去して、目的とする重量平均分子量１１００のエーテル化合物を得た

表１に示す成分を混合して各種組成物を調製した。上記各組成物について各種物性を下記の方法で測定し、耐加水分解性及び耐腐食性の結果を表１に示す。組成物中の数値は、特に断りが無いかぎり、重量％を示す。

比較例

表１に示す成分を用い、上記実施例と同様に処理して各種組成物を調製した。実施例と同様の方法で各種物性を測定し、同様に表１に表示した。

＜潤滑試験＞
バウデン式付着スベリ試験
試験片：SPCC-SD(0.8×10×80mm)
試験球：SUJ-２
試験温度：50、100、150℃
荷重：3.0kｇ
スベリ速度：3.66mm/sec
給油方法：二滴滴下
スベリ回数：往復50回
（評価方法）
各温度でのスベリ回数における摩擦係数の変化を図1図２及び図３に示す。

但し図１は５０℃、図２は１００℃、図３は１５０℃での測定結果を示す。
（結果）
図１〜図３からも明らかなように、本発明の特定ポリエーテルを用いた場合、市販のエステル化合物より各温度において低い摩擦係数を示した。
＜耐加水分解性＞
（試験方法）
試料５ｇを精秤し、N/２KOH 50mlをフラスコにいれ、85℃で30分加熱、還流し、冷却後、分液ロートに移し、エチルエーテル300mlに水300mlを加え、油溶性物質と水溶性物質に分取し、水層がフェノールフタレインで呈色しないようになるまで水洗を繰り返す。油溶性物質と水溶性物質を完全に分離させ、油溶性物質層はそのまま溶媒であるエチルエーテルを留去し、各抽出液の重量を測定し、その割合で評価する。
（評価方法）
各項目の評価は下記の基準によった。結果を表１に記す。
○：加水分解せず（加水分解性５％以下）
×：加水分解する（加水分解性９５％以上）
（結果）
本発明の特殊ポリエーテルを用いた場合、加水分解せず、市販のエステル化合物では全て加水分解していた。
＜耐腐食性試験＞
１．耐腐食性試験
（試験方法）
試験片（アルミニウム、鉄、銅）を＃100エメリー紙で研磨し、試料に一旦浸漬させた後、試料を入れた容器中に半浸漬し、50℃恒温槽中に72時間放置後、目視判定した。
（評価方法）
各項目の評価は下記の基準によった。結果を表１に記す。

○：腐食見られず
×：変色大
２．HCT (湿潤箱試験)
（試験方法）
試験片（SPCC-SB）を試料に浸漬した後、一日ドレイン後、温度：50℃ 湿度：95％の恒温層中、48時間放置後、目視判定した。
（評価方法）
各項目の評価は下記の基準によった。結果を表１に記す。

○：錆発生面積（５％以下）
×：錆発生面積（９５％以上）
（結果）
本発明の特定ポリエーテル化合物を用いた場合、表1から明らかなように、全ての金属に対し、腐食は見られなかったが、市販のポリエーテル化合物では激しい腐食が見られた。

本発明の特定ポリエーテル化合物は、潤滑性、防錆性、耐加水分解性に優れる化合物であるため基油として、または基油に添加して、切削、研削、塑性加工等の金属加工に使用可能であり、不水溶性としても水希釈型としても利用することができる。

潤滑試験の結果（５０℃）を説明する図である。 潤滑試験の結果（１００℃）を説明する図である。 潤滑試験の結果（１５０℃）を説明する図である。

Claims (1)

1. 下記一般式（１）又は（２）で表せられるポリエーテル化合物を基油として、又は該ポリエーテル化合物を鉱物油、動植物油脂及び合成油から選ばれた少なくとも１種に含有せしめたものを基油としてなる金属加工用潤滑剤組成物。
   ［式中Ｒ_１はエーテル酸素を含んでもよい炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基、又は多価アルコール残基、Ｒ_２は炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基、ｎはＲ_１の価数に対応し１〜６の整数である］
   ［式中Ｒ_３、Ｒ_４は両方またはいずれか一方が水素又は炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基、Ｒ_５、Ｒ_６は炭素数１〜１８の飽和または不飽和の直鎖又は分岐炭化水素基であり、ｍは１〜１０の整数、ｐは０〜３の整数である］