JP5582730B2 - 金属圧延油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、金属の冷間圧延において使用する金属圧延油組成物に関する。

従来、使用されていた冷間圧延油としては、鉱油、動植物油脂、合成エステル等の単体もしくはそれらの混合物を基油とし、これに脂肪酸等の油性向上剤、リン酸エステル等の極圧添加剤、防錆添加剤、酸化防止剤、乳化剤等を配合したものがある。通常、この冷間圧延油は、水に乳化分散させて、濃度１〜１０体積％程度の乳化分散液として使用される。
この乳化分散液は一般にクーラントと呼ばれ、通常はタンク内からポンプを経由し、ノズルより作業ロールおよび鋼板に供給噴射され、タンクに戻る循環方式で使用される。この循環方式で用いられる冷間圧延油は、作業ロールおよび鋼板表面に展着する作用（プレートアウト性と呼ばれる）により潤滑効果を発揮する。

近年、圧延技術の進歩に伴い、圧延の高速化や大量生産化が図られ、金属圧延油に対し、潤滑性や循環使用時の乳化安定性の更なる向上が要望されている。乳化安定性およびプレートアウト性に優れる金属圧延油組成物として、特許文献１〜３の金属圧延油組成物が挙げられる。

特開平８−３２５５８８ 特開平１０−２９８５８０ 特開２００８−７５４４

しかしながら、特許文献１〜３の金属圧延油組成物は、乳化安定性に対しては改善が認められるものの、従来の圧延油組成物に比較してプレートアウト性が充分に優れているとは言い難かった。

乳化分散のために非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤等を配合した冷間圧延油では、該界面活性剤の種類や配合量の調整によってプレートアウト性が変化する。例えば、非イオン性界面活性剤のＨＬＢや界面活性剤の配合量を調整することで、クーラントの乳化安定性を高めると、プレートアウト性が低下して潤滑性が不十分となる。また、非イオン性界面活性剤のＨＬＢや界面活性剤の配合量を調整し、クーラントの粒子径を大きくして、プレートアウト性を向上しようとすると、クーラントの乳化状態が不安定となり、循環使用する際に種々の支障をきたす。

すなわち、適用する界面活性剤を調整する方法では、クーラントの乳化安定性とプレートアウト性とはトレードオフの関係にあったので、これらを両立させたクーラントが求められていた。本発明の目的は、乳化安定性およびプレートアウト性がともに優れる金属圧延油組成物を提供することである。

第１の本発明は、鉱物油、動植物油脂、および、合成エステルからなる群より選択される少なくとも１種の基油；分子量が２０００以上１５０００以下であり、ＨＬＢが５〜９である界面活性剤；および、重量平均分子量が３００００以上６００００００以下であるエラストマー；を備えてなり、基油１００質量部に対して、界面活性剤が０．１質量部以上１０質量部以下含有され、エラストマーが０．０５質量部以上２０質量部以下含有される、金属圧延油組成物である。

第１の本発明において、さらに、油性剤を含有してなることが好ましい。

第１の本発明において、さらに、酸化防止剤を含有してなることが好ましい。

第２の本発明は、第１の本発明の金属圧延油組成物が、水中に分散されてなる、クーラ
ントであって、金属圧延油組成物が、クーラント全体を基準として１体積％以上１０体積％以下含まれ、金属圧延油組成物の水中における平均粒子径が３μｍ以上１１μｍ以下である、クーラントである。

本発明の金属圧延油組成物および該金属圧延油組成物を含むクーラントによると、乳化安定性およびプレートアウト性の双方ともに優れたものとすることができる。

本発明の金属圧延油組成物は、基油、界面活性剤、および、エラストマーを備えてなる。

（基油）
本発明に使用される基油としては、従来からこの種の金属圧延油組成物に使用されてきたものがいずれも使用できる。具体的には、スピンドル油、マシン油、タービン油、シリンダー油等の鉱物油；鯨油、牛脂、豚油、ナタネ油、ヒマシ油、ヌカ油、パーム油、ヤシ油等の動植物油脂；牛脂、ヒマシ油、ヤシ油等から得られる脂肪酸および合成脂肪酸と炭素原子数１〜２２の脂肪族１価アルコールとのモノエステル、前記脂肪酸および合成脂肪酸とエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコールとのジ、トリ、テトラエステルである合成エステルが挙げられる。基油は、これら鉱物油、動植物油脂、および、合成エステルを二種以上混合して使用してもよい。

（界面活性剤）
界面活性剤としては、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤を用いることができる。陰イオン性界面活性剤としては、アルカンスルホン酸ナトリウム塩、ナフテン酸ナトリウム石ケン、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩等が挙げられる。陽イオン性界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウムクロリド、アルキルピリジニウムクロリド等が挙げられる。非イオン性界面活性剤としては、例えば、プロピレングリコールとエチレングリコールとのコポリマー、高級脂肪酸、多価脂肪酸および重縮合したオキシ脂肪酸の少なくとも１種とポリエチレングリコール、グリセリン、ソルビトール等の多価アルコールの少なくとも１種とのモノエステルまたはポリエステルを用いることができる。プロピレングリコールとエチレングリコールとのコポリマーの結合形式は特に限定されず、例えば、ブロック重合であってもランダム重合であってもよい。また、変性ポリアルケンが共重合されていてもよく、変性ポリアルケンとしては、マレイン化ポリブテンが挙げられる。高級脂肪酸としては炭素数１２〜１８の飽和または不飽和一価脂肪酸、例えばラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等が挙げられる。多価脂肪酸としては炭素数３６の、オレイン酸もしくはリノール酸のダイマー酸、炭素数５４の、オレイン酸もしくはリノール酸のトリマー酸等が挙げられる。重縮合したオキシ脂肪酸としては炭素数は３６〜１８０程度のものが適当であり、例えば、オキシステアリン酸が２分子〜１０分子つながったものが挙げられる。ポリエチレングリコールとしては分子量が１５００〜２５００程度のものが好適である。ポリエステルとしてはジエステル、可能な場合にはトリ、テトラエステル等が用いられる。

界面活性剤の分子量は２０００〜１５０００である必要がある。２０００未満では油粒子の耐合一性が劣り、また発明者が入手できた範囲のものでは、分子量が１５０００を越えると油溶性が悪くなる。また、これらの界面活性剤のＨＬＢは５〜９である必要がある。５未満では油溶性が強く、９を越えると水溶性が強くなるため、いずれの場合も油粒子と水との界面に安定して存在できない。

界面活性剤の配合量は基油１００質量部に対して、下限は、好ましくは０．１質量部以上、より好ましくは１質量部以上、さらに好ましくは２質量部以上、特に好ましくは４質量部以上である。また、本発明においては、界面活性剤を５質量部以上加えたとしても、プレートアウト性を良好なものとすることができる。従来は、界面活性剤をこの程度加えると、乳化安定性は良好となる反面、プレートアウト性が劣ったものとなっていたが、本発明では、これらを両立することが可能である。界面活性剤の添加量が少なすぎると、乳化分散の安定性が劣る虞がある。また、上限は、特に限定されないが、界面活性剤を添加する効果が飽和する点から、好ましくは１０質量部以下、より好ましくは７質量部以下、さらに好ましくは６質量部以下である。

（エラストマー）
本発明の金属圧延油組成物は、エラストマーを含有している。これにより、本発明の金属圧延油組成物は、乳化安定性を向上させると共に、プレートアウト性をも向上させることができる。このように、従来は、トレードオフの関係にあるとされていた乳化安定性とプレートアウト性であるが、本発明においては、エラストマーを含有させることにより、これら双方の向上を図ることができる。

圧延油は、水中に乳化分散されクーラントとされて使用される。ノズルより供給噴射されたクーラントは、被塗布体鋼板に衝突し、その際にクーラントの乳化状態が破壊され、油分のみが金属表面に展着する。クーラントは連続供給され、油分の付着と再洗浄が繰り返され、これにより、プレートアウト油膜が形成されると考えられている。ここで、エラストマーは、水不溶性であるため油相に存在し、その分子量の大きさ、および／または、架橋による分子内結合構造による流動性の阻害効果により、プレートアウト油膜形成時の再洗浄を妨げる。このため、エラストマーを含有することで、プレートアウト性が向上すると考えられる。

本発明において用いるエラストマーとしては、基油に溶解するものであって、ゴム状の反発弾性体であれば、特に限定されないが、大きく分けて、熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマーを用いることができる。熱硬化性エラストマーとしては、天然ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。また、熱可塑性エラストマーは、軟質相と硬質相とを備えたミクロ相分離構造をとったものであり、例えば、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、イソプレン−イソブチレン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、ポリイソブチレン等が挙げられる。

エラストマーの分子量は、下限が、好ましくは重量平均３万以上、より好ましくは重量平均５万以上、上限が好ましくは重量平均６００万以下、より好ましくは重量平均２５０万以下である。該分子量が小さすぎると、プレートアウト油膜の再洗浄を妨げる効果に劣る虞がある。また、該分子量が大きすぎると、基油への溶解性に劣る虞がある。

エラストマーの含有量は、基油１００質量部に対して、下限が好ましくは０．０５質量部以上、より好ましくは０．１質量部以上、さらに好ましくは０．２質量部以上であり、上限は、好ましくは２０質量部以下、より好ましくは１０質量部以下、さらに好ましくは５質量部以下である。エラストマーの含有量が少なすぎると、プレートアウト性を向上させる効果が少なくなり、逆にエラストマーの含有量が多すぎると、該効果が飽和してしまう。

（添加剤）
本発明の金属圧延油組成物には、上記成分の他に、必要に応じて公知の各種添加剤、例えば、油性剤、極圧剤、酸化防止剤等を添加することができる。油性剤としては、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキン酸、ベヘン酸、エルカ酸、トリメリット酸、パーム油脂肪酸、牛脂脂肪酸、豚脂脂肪酸、大豆油脂肪酸、なたね油脂肪酸、トール油脂肪酸等の脂肪酸；これら脂肪酸のエステル化物；ダイマー酸等の二塩基酸等が挙げられる。極圧剤としては、トリアルキルフォスフェート、ジアルキルフォスフェート、トリアリールフォスフェート等のりん酸エステル；トリアルキルフォスファイト、ジアルキルフォスファイト、トリアリルフォスファイト等の亜りん酸エステル等が挙げられる。酸化防止剤としては、ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等のフェノール系化合物；フェニル−α−ナフチルアミン等の芳香族アミン等が挙げられる。

＜クーラント＞
本発明の金属圧延油組成物は、水と混合して、該混合溶液をミキサー等により分散することにより、金属圧延油組成物が水に乳化分散したクーラントとされる。クーラント中の金属圧延油組成物の割合は、通常１〜１０体積％とされる。クーラント中の油成分の平均粒子径は、下限が好ましくは３μｍ以上、より好ましくは４μｍ以上、さらに好ましくは５μｍ以上であり、上限が好ましくは１１μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは９μｍ以下、特に好ましくは８μｍ以下である。該平均粒子径が小さすぎると、プレートアウト性に劣る虞があり、逆に該平均粒子径が大きすぎると、乳化安定性に劣る虞がある。クーラント中の油成分の平均粒子径は、コールターカウンターにより測定される。
クーラントの使用方法は従来と同様であり、循環しながら圧延ロールや被圧延材にスプレー供給して使用される。

＜実施例１〜９および比較例１〜５＞
表１に示す各成分を所定量で配合して実施例１〜９の金属圧延油組成物を調整した。また、同様に、表２に示す各成分を所定量で配合して比較例１〜５の金属圧延油組成物を調製した。

＜クーラントの調製＞
水に各金属圧延油組成物を２体積％となるように加え、ギヤポンプ（流量３０Ｌ／ｍｉｎ）およびホモミキサー（回転数３０００ｒｐｍ）で３０分間ポンプ循環および攪拌して乳化分散液を調製した（液量：１０Ｌ、液温：５５℃）。この分散液における金属圧延油組成物の平均粒子径をコールターカウンター（マルチサイザーＩＩ）により測定した。次いで、この分散液２００ｍＬを採取して３０分間静置後に下層１００ｍＬの試料油濃度を測定してクーラントの乳化安定性（ＥＳＩ−３０）を評価した。ＥＳＩ−３０の算出方法を以下に示す。

（ＥＳＩ−３０算出方法）
ＥＳＩ−３０（％）＝［（３０分間静置後の下層１００ｍＬの試料油濃度）／（初期濃度）］×１００

（プレートアウト性の評価）
上記で得られた乳化分散液をポンプで１時間循環し、垂直に懸垂した試験片にこの乳化分散液を２秒間スプレーし、そのときの付着油分量（ｇ／ｍ^２）を測定した。
試験片：ＳＰＣＣ−ＳＤ，１．２×６０×８０ｍｍ
試験片温度：１２０℃
スプレー流量：２．１Ｌ／ｍｉｎ
試料油濃度：２体積％
液量:１０Ｌ
液温：５５℃

合成エステル：商品名「ユニスターＨ−３８１Ｒ」、日油株式会社、
界面活性剤Ａ：商品名「イオネットＳ−８０」、三洋化成工業株式会社、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤、
界面活性剤Ｂ：商品名「イオネットＤＯ−１０００」、三洋化成工業株式会社、ポリオキシエチレン脂肪酸ジエステル、
界面活性剤Ｃ：商品名「ハイパーマーＡ６０」、クローダジャパン株式会社、マレイン化ポリブテン、ポリアルキレングリコール、および、グリセリンの共重合物、
油性剤Ａ：商品名「ＴＯＥＮＯＬ＃１０５０」、当栄ケミカル株式会社、牛脂脂肪酸、
油性剤Ｂ：商品名「ＮＡＡ−３５」、日油株式会社、オレイン酸、
酸化防止剤：商品名「スミライザーＢＨＴ」、住友化学株式会社、
エラストマーＡ：天然ゴム（ｃｉｓ−１，４−ポリイソプレン主体、重量平均分子量１０万〜２５０万）、
エラストマーＢ：イソブチレンゴム（ポリ（１，１−ジメチルエチレン）、重量平均分子量６万〜５００万）

高分子ポリマー：商品名「アクルーブ７０２」、三洋化成工業株式会社、アルキルメタクリレート系共重合物の鉱物油溶液

上記表１および２の結果より、本発明の金属圧延油組成物を用いたクーラントにおいては、クーラントの粒子径が小さく、乳化安定性が良好であると共に、プレートアウト性も良好であることが分かった。高分子ポリマーの添加では、乳化安定性とプレートアウト性は両立するが、エラストマーを添加した場合よりもプレートアウト性の向上効果が小さく、充分にプレートアウト性に優れると言い難い（比較例６、７）。
エラストマーおよび高分子ポリマーともに、添加量を増加させるとクーラントの粘度が上昇する。粘度が高くなると、圧延機廻りに汚れが残留しやすくなり、汚れが堆積する。堆積物が圧延鋼板に落下すると圧延鋼板の品位が低下するため、堆積物除去が必要となり次工程の負荷が増大する。また、堆積物は作業環境の悪化および火災の危険性も招く。エラストマーは、高分子ポリマーに比べて、少量でプレートアウト性向上に優れた効果を発現するので、このような堆積物の問題を発生することがない。

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金属圧延油組成物およびクーラント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。

本発明の金属圧延油組成物は、金属の冷間圧延において使用される。

Claims (10)

1. 鉱物油、動植物油脂、および、合成エステルからなる群より選択される少なくとも１種の基油；
   分子量が２０００以上１５０００以下であり、ＨＬＢが５〜９である界面活性剤；および、
   重量平均分子量が３００００以上６００００００以下であるエラストマー；
   を備えてなり、
   前記基油１００質量部に対して、前記界面活性剤が０．１質量部以上１０質量部以下含有され、前記エラストマーが０．０５質量部以上２０質量部以下含有される、
   金属圧延油組成物。
2. さらに、油性剤を含有してなる、請求項１に記載の金属圧延油組成物。
3. さらに、酸化防止剤を含有してなる、請求項１又は２に記載の金属圧延油組成物。
4. 前記界面活性剤が以下に示す界面活性剤のうちの少なくとも１種である、請求項１〜３のいずれかに記載の金属圧延油組成物。
   アルカンスルホン酸ナトリウム塩、ナフテン酸ナトリウム石ケン、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩から選ばれる陰イオン界面活性剤；
   アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウムクロリド、アルキルピリジニウムクロリドから選ばれる陽イオン界面活性剤；
   プロピレングリコールとエチレングリコールとのコポリマー、高級脂肪酸、多価脂肪酸および重縮合したオキシ脂肪酸の少なくとも１種とポリエチレングリコール、グリセリン、ソルビトール等の多価アルコールの少なくとも１種とのモノエステルまたはポリエステル、から選ばれる非イオン性界面活性剤
5. 前記エラストマーが、天然ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムから選ばれる少なくとも１種の熱硬化性エラストマーである、請求項１〜４のいずれかに記載の金属圧延油組成物。
6. 前記エラストマーが、軟質相と硬質相とを備えた相分離構造を有する熱可塑性エラストマーである、請求項１〜４のいずれかに記載の金属圧延油組成物。
7. 前記熱可塑性エラストマーが、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、イソプレン−イソブチレン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、ポリイソブチレンから選ばれる少なくとも１種である、請求項６に記載の金属圧延油組成物。
8. 前記エラストマーの重量平均分子量が５００００以上２５０００００以下である、請求項１〜７のいずれかに記載の金属圧延油組成物。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の金属圧延油組成物が、水中に分散されてなる、クーラントであって、
   前記金属圧延油組成物は、前記クーラント全体を基準として１体積％以上１０体積％以下含まれ、
   前記金属圧延油組成物の水中における平均粒子径が３μｍ以上１１μｍ以下である、
   クーラント。
10. 前記金属圧延油組成物の水中における平均粒子径が５μｍ以上９μｍ以下である、請求項９に記載のクーラント。