JP5898554B2 - 金属加工用潤滑油組成物 - Google Patents
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Description
金属加工の中でも、例えば、機械式鋼管拡張(メカニカルエキスパンダー)などの鋼管拡張加工では、通常被加工材として、およそ直径30インチ以上、厚さ6〜25mm、長さ10m以上の鋼管が用いられる。このように管を形成して強靭な強度を有する鋼管をエキスパンダーで拡張することになる。したがって拡張工程では、管の内面とエキスパンダーの拡張部材とで形成される摺動部に、非常に大きい面圧がかかる。したがって鋼管拡張加工に用いる潤滑油には、極めて高い耐荷重性能が求められる。
また、鋼管拡張加工では加工後に、鋼管に付着した油剤を水圧検査を兼ねて温水によって洗浄することが行われている。したがって、鋼管拡張加工に用いる潤滑油には、優れた洗浄性を兼ね備えることが要求される。
しかし、環境負荷低減の観点から塩素系油剤を廃止しようとする動きが広がっており、それを実現する非塩素化潤滑油の開発が世界的に進められている。
しかしながら、水溶性ポリエチレングリコールは、洗浄性は有するものの、耐荷重性能を低下させてしまう。そのため、潤滑性を高めるために、過剰に高粘度の油剤を使用しなければならず扱いやすさの点で劣る。また、水溶性基材の高圧粘度は非常に低く、高面圧の摺動部を潤滑することができず、焼付きが発生してしまう。
このように水溶性ポリエチレングリコールを使用する方法は、耐荷重性能や、ハンドリングの点において改良の余地があることが分かる。
また、塩素系油剤の代替で最もよく使用されている硫黄系の油剤では耐荷重性能を付与させることができても洗浄性を付与することができないため、その目的を達成することができない。
このような状況から、塩素系油剤を用いないで、高い耐荷重性能と優れた洗浄性を有する金属加工用潤滑油、特に鋼管拡張加工用潤滑油の開発が望まれている。
2.さらに、(c')粉末硫黄を含む上記1に記載の金属加工用潤滑油組成物、
3.(a)の基油が、鉱油又は、鉱油とエステル系合成油及び/又はポリメタクリレートとを含むものである上記1又は2に記載の金属加工用潤滑油組成物、
4.エステル系合成油が炭素数2〜6の多価アルコールと炭素数2〜24の脂肪族酸とのエステルである上記3に記載の金属加工用潤滑油組成物、
5.(b)の金属系スルホネートが、過塩基性アルカリ土類金属スルホネートである上記1〜4のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物、
6.(c)の活性ポリサルファイドの硫黄分含有量が20質量%以上のものである上記1〜5のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物、
7.(d)の多価アルコールの脂肪酸部分エステルが、炭素数2〜6の多価アルコールと炭素数6〜24の脂肪酸との部分エステルである上記1〜6のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物
8.(e)の非イオン系界面活性剤が、ポリオキシアルキレン型非イオン系界面活性剤である上記1〜7のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物、
9.ポリオキシアルキレン型非イオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレン基とポリオキシプロピレン基を有するものである上記8に記載の金属加工用潤滑油組成物、
10.組成物基準で(b)金属系スルホネートを1質量%以上20質量%以下、(c)活性ポリサルファイドを2質量%以上25質量%以下、(c')粉末硫黄を3質量%以下、(d)多価アルコールの脂肪酸部分エステルを1質量%以上20質量%以下、及び(e)非イオン系界面活性剤を2質量%以上25質量%以下含む上記1〜9のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物、
11.鋼管拡張加工に用いられる上記1〜10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(a)成分として用いる基油は、特に制限はなく、従来使用されている公知の鉱物系基油及び合成系基油の中から適宜選択して用いることができる。
ここで、鉱油系基油としては、例えばパラフィン系原油、中間(基)系原油、あるいはナフテン系原油を常圧蒸留するか、又は常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られる留出油、あるいはこれらを常法に従って精製することによって得られる精製油、例えば溶剤精製油、水素化精製油、水素化分解油、脱ろう処理油、白土処理油、鉱油系ワックスやフィッシャートロプシュプロセス等により製造されるワックス(ガストゥリキッドワックス)を異性化することによって製造される基油などを挙げることができる。
一方、合成油としては、例えば炭素数8〜14のα−オレフィンオリゴマーであるポリα−オレフィン、ポリブテン、ポリオールエステルなどのエステル系合成油、アルキルベンゼンなどの芳香族炭化水素、並びにポリメタクリレートなどの高分子化合物を挙げることができる。
本発明においては、基油として、上記鉱油を一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、上記合成油を一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。さらには、鉱油一種以上と合成油一種以上とを組み合わせて用いてもよい。
基油の40℃における動粘度が50mm2/s未満では高面圧下における油膜が破断してしまい、潤滑油としての性能が不足する恐れがある。また、1000mm2/s超であれば、通常のポンプでの取り扱いが困難になる恐れがあり、また、温水での洗浄時に後残りが発生する恐れもある。
鉱油を含む基油を用いることにより、洗浄性を高め、かつ組成物の溶解安定性(混合安定性)を良好に保つことができる。
また、その鉱油にエステル系合成油及び/又はポリメタクリレートを配合することによって、耐荷重性能を更に高めることができる。
前記鉱油の40℃における動粘度については、20〜1000mm2/sの範囲のものが使用でき、30〜800mm2/sの範囲のものがより好ましく、80〜500mm2/sの範囲のものが特に好ましい。好ましい鉱油の具体例としては、例えば、ブライトストック油(BS)や500ニュートラル油(500N)が好ましく、特にブライトストック油又はブライトストック油と500ニュートラル油との混合物がより好ましい。
このようなエステル化合物としては、例えば、多価アルコールと脂肪酸から形成されるポリオールエステルが挙げられる。
前記ポリオールエステルを形成する多価アルコールとしては、通常2〜6価のものが用いられる。例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビタンなどが挙げられる。中でも、トリメチロールプロパンやペンタエリスリトールが好ましい。
一方、ポリオールエステルを形成する脂肪酸としては、一塩基酸が好ましく、通常炭素数2〜24の脂肪酸が用いられる。その脂肪酸は直鎖のものでも分枝のものでもよく、また飽和のものでも不飽和のものでもよい。これらの中でも、炭素数8〜22の飽和脂肪酸、又は不飽和脂肪酸が好ましく、炭素数12〜18の飽和脂肪酸、又は不飽和脂肪酸がより好ましい。
前記多価アルコールと脂肪酸から形成されるエステル系合成油の代表例としては、トリメチロールプロパンもしくはペンタエリスリトールの炭素数8〜22、より好ましくは炭素数12〜18、特に好ましくは炭素数16〜18の脂肪酸エステルが好ましい。
本発明の(b)成分として用いる金属系スルホネートとしては、種々の金属塩を用いることができる。それらの中でも、耐荷重性能を高める効果の点で、Ca、Mg、Ba等のアルカリ土類金属スルホネートが好ましい。中でもCaスルホネートやMgスルホネートがより好ましく、特にCaスルホネートが好ましい。
また、前記金属系スルフォネートとしては、中性、塩基性、過塩基性のいずれであってもよいが、過塩基性Caスルフォネート、具体的には、過塩素酸法による塩基価が150〜500mgKOH/gのCaスルフォネートが好ましく、特に250〜500mgKOH/gのCaスルフォネートが好ましい。
本発明においては(b)成分の金属系スルホネートの含有量は、1質量%以上20質量%以下が好ましく、3質量%以上15質量%以下がより好ましい。金属系スルホネートの含有量が、1質量%以上であれば、耐荷重性能を高める効果が発揮され20質量%以下であれば、溶解安定性を良好に保つことができる。
本発明においては(c)成分として活性ポリサルファイドを用いる。この活性ポリサルファイドとしては、例えば、下記の一般式(1)で表わされるジハイドロカルビルポリサルファイドを用いることが好ましい。
R1−Sx−R2 ・・・(1)
式中R1、R2のハイドロカルビル基は、それぞれ独立に炭素数3〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、アルキルアリール基又はアリールアルキル基を表わし、それらは互いに同一でも異なってもよい。xは2〜10の整数を表わす。
前記R1、R2のハイドロカルビル基は、炭素数6〜18のアルキル基のものがより好ましく、該アルキル基は、直鎖状又は分枝状で飽和又は不飽和のアルキル基のものを用いることできる。
活性ポリサルファイドの代表例としては、いずれも直鎖状又は分枝状のジヘキシルポリサルファイド、ジオクチルポリサルファイド、ジノニルポリサルファイド、ジデシルポリサルファイド、ジドデシルポリサルファイド、ジウンデシルポリサルファイド、ジテトラデシルポリサルファイド、ジヘキサデシルポリサルファイド、ジオクタデシルポリサルファイド、プロピレン又はイソブチレンから誘導される炭素数6〜15の分枝状のアルキル基を有するポリサルファイドが例示できる。これらの中でも炭素数8〜16のアルキル基を有するジアルキルポリサルファイドが好ましい。
前記活性ポリサルファイドの硫黄分含有量については、耐荷重性能の向上を図るために、20質量%以上のものが好ましく、30質量%以上のものが特に好ましい。
本発明における(c)成分の活性ポリサルファイドの含有量は、2質量%以上25質量%以下が好ましく、5質量%以上20質量%以下がより好ましい。活性ポリサルファイドの含有量が、2質量%以上であれば、耐荷重性能が良好に発揮され25質量%以下であれば腐食が問題になることがない。
この粉末硫黄を配合する場合は、その配合量は、特に制限はないが、0.05質量%以上3質量%以下が好ましく、0.1質量%以上1質量%以下がより好ましく、0.2質量%以上0.7質量%以下がさらに好ましく、0.3質量%以上0.5質量%以下が特に好ましい。粉末硫黄の含有量が0.05質量%以上であれば、本発明の組成物の耐荷重性能をさらに高める効果が発現される。また粉末硫黄の含有量が3質量%以下であれば、粉末硫黄が沈殿する恐れはない。
本発明は、(d)成分として、多価アルコールの脂肪酸部分エステルを用いる。
前記多価アルコールとしては、通常2〜6価のものが用いられる。その具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビタンなどが挙げられる。これらの中でもグリセリンやソルビタンが好ましく、特にグリセリンが好ましい。
前記脂肪酸部分エステルを形成する脂肪酸としては、通常炭素数6〜24の脂肪酸が用いられ、該脂肪酸は、直鎖状であっても分枝状であってもよく、飽和でも不飽和でも良い。これらの中でも炭素数12〜22の脂肪酸炭素数が好ましく、炭素数16〜18の飽和もしくは不飽和の脂肪酸がより好ましく、特に、効果と入手の容易性の点でオレイン酸が好ましい。
前記(d)成分の脂肪酸部分エステルは、多価アルコールがグリセリンの場合、グリセリンモノエステル(モノグリセライド)、グリセリンジエステル(ジグリセライド)が含まれる。本発明においては、グリセリンモノエステル(モノグリセライド)がより好ましい。
本発明においては、上記(d)成分を組成物全量基準で、1質量%以上20質量%以下の範囲で配合するのが好ましく、2質量%以上15質量%以下の範囲で配合することがより好ましい。(d)成分の含有量が上記範囲であれば、耐荷重性能を高め、組成物の溶解安定性を損なうことはない。
本発明において(e)成分として用いる非イオン系界面活性剤は、多価アルコール型非イオン系界面活性剤、ポリオキシアルキレン系非イオン系界面活性剤など、いずれのタイプのものでも使用できる。
本発明においては、非イオン系界面活性剤は、主として潤滑油組成物に洗浄性を付与するために配合する。そのためHLB(親水親油バランス)を調整しやすいものが好ましく、種々のHLBのものが得やすいポリオキシアルキレン系非イオン系界面活性剤が特に好適に用いられる。
そのような非イオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(但し、アルキルエーテルを構成するアルキル基の炭素数は6〜18のものが好ましい。)、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル(但し、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンはランダム共重合であっても、ブロック共重合であってもよく、アルキルエーテルを構成するアルキル基の炭素数は6〜18のものが好ましい。)などが例示できる。
このような、非イオン系界面活性剤は、1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明においては、上記(e)成分を組成物全量基準で、2質量%以上25質量%以下の範囲で配合するのが好ましく、3質量%以上20質量%以下が、より好ましい。(e)成分の含有量が2質量%以上あれば、洗浄性が向上し、25質量%以下であれば、油剤の混合安定性が悪化することはない。
本発明は、上記(a)〜(e)又は(a)〜(e)と(c')の各成分を配合してなるものであるが、さらに、所望に応じ、本発明の目的を損なわない範囲で、例えば、酸化防止剤、防錆剤、腐食防止剤、消泡剤等の各種添加剤を配合することができる。
前記酸化防止剤としては、例えば、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)などのフェノール系酸化防止剤、フェニル−α−ナフチルアミン、4,4’−ジオクチルジフェニルアミンなどのアミン系酸化防止剤が挙げられる。
前記防錆剤及び腐食防止剤としては、例えば、脂肪酸、アルケニルコハク酸ハーフエステル、脂肪酸セッケン、アルキルスルホン酸塩、脂肪酸アミン、酸化パラフィン、アルキルポリオキシエチレンエーテル等が挙げられる。
前記消泡剤としては、例えばジメチルポリシロキサン,ポリアクリレート等が挙げられる。
これらの添加剤は、それぞれ一種を単独で、又は二種以上を混合して使用することができる。また、これらの添加剤の配合量は、通常、それぞれ組成物基準で0.0001〜3質量%の範囲で配合される。
本発明の組成物は、40℃の動粘度が50mm2/s以上1000mm2/s以下であることが好ましく、100mm2/s以上500mm2/s以下がより好ましい。組成物の40℃の動粘度が50mm2/s以上であれば、高面圧下での油膜の破断を防止して潤滑油としての性能を発揮し、1000mm2/s以下であれば、粘度が高過ぎてポンプでの取扱いが難しくなることはなく、また、温水での洗浄時に後残りが発生することもない。
なお、各例で得られた金属加工油組成物の性状及び性能は、以下に示す方法に従って求めた。
(1)動粘度
JIS K2283に準拠し、40℃における動粘度を測定した。
(2)塩基価
JIS K2501の過塩素酸に準拠して測定した。
(3)硫黄分
JIS K2541に準拠して測定する。
<試験方法>
板状の被加工材を2つのビード(ポンチ)で両面から挟んで押さえながら、被加工材を引抜き、その引抜き荷重を測定する構造のドロービード試験装置を用い、下記の条件で引抜き実験を行った。
(i)被加工材 :材質S45C、形状t4.5×15×300、硬度HV275
(ii)ポンチ :材質 超硬合金、形状0.5R
(iii)押え荷重 :400kgf(面圧3000MPa)
(iv)引抜き速度:5mm/min.
(v)潤滑油剤の塗布方法:刷毛塗り
<評価方法>
(i)引抜き荷重
60mm引抜いた時の引抜き荷重を測定した。引抜き荷重は低いものが良いことを示している。
(ii)表面損傷
60mm引抜いたときの被加工材の表面を観察し、焼付きやかじりによる損傷の有無と程度を目視で測定した。損傷面積を損傷の程度として、下記の評価基準に基づいて評価した。
<評価基準>
無:両面とも損傷無し
微:片面に表面積の10%未満の傷有り
軽:片面に表面積の10%以上30%以下の傷有り
中:両面に表面積の30%以下の傷有り
大:両面に表面積の30%を超える傷有り
<試験方法>
SPCCの板(60mm×80mm×t0.7mm)を油剤に浸漬した後、30分間吊るして油切りを行った。次いで水圧40kgf/cm2の温水(40℃)シャワーで40秒間洗浄し、さらに流水に浸漬した。その後水濡れ面積を目視で測定し、下記の基準で評価した。
<評価基準>
○:水濡れ面積が70%超
△:水濡れ面積が40%超え70%以下
×:水濡れ面積が40%以下
第1表、第2表に示す基油及び添加剤を用い、第1表、第2表に示す割合で混合して、金属加工油剤を調製し、その性状及び性能を求めた。結果を第1表及び第2表に示す。
1)ナフテン系ブライトストック:40℃動粘度433.8mm2/s,硫黄分0.04質量%
2)ナフテン系500ニュートラル:40℃動粘度104.7mm2/s,硫黄分0.04質量%
3)パラフィン系ブライトストック:、40℃動粘度435.1mm2/s,硫黄分0.02質量%
4)パラフィン系500ニュートラル、40℃動粘度90.48mm2/s,硫黄分0.01質量%
5)エステル系合成油:ペンタエリスリトールテトラオレエート、40℃動粘度64.71mm2/s
6)ポリメタクリレート:非分散型、質量平均分子量(Mw)55万(35質量%150ニュートラル鉱油に希釈)
7)金属系スルホネート:カルシウムスルフォネート、Ca分12.5質量%、硫黄分2.4質量%、塩基価(過塩素酸法)320mgKOH/g
8)活性ポリサルファイド:下記の化学式(2)で表わされるジラウリルポリサルファド、硫黄分含有量32質量%
C12H25−S5−C12H25 ・・・(2)
9)りん系極圧剤:ジオレイルハイドロジェンフォスファイト
10)粉末硫黄:硫黄分99.8質量%以上
11)多価アルコールの部分エステル:オレイン酸モノグリセライド
12)非イオン界面活性剤−1:ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキル(炭素数は10〜13のアルキル基)エーテル(ブロック型)、HLB12.7
13)非イオン界面活性剤−2:ポリオキシエチレンオレイルエーテル、HLB8.8
これに対し、(b)成分を含まない比較例1は、引抜き荷重が高く(288kgf)、表面損傷も大きい。
また(c)成分(活性ポリサルファイド)を含まない比較例2は、引抜き荷重が高く(330kgf)、表面損傷も大きい。また、(c)成分(活性ポリサルファイド)を含まない比較例2にリン系極圧剤を配合した比較例3は、引抜き荷重、表面損傷とも充分に回復しないことを示している。
さらに(d)成分を含まない比較例4は、引抜き荷重が高く(270kgf)、表面損傷も不良である。また、(d)成分を含まない比較例5は、洗浄性が劣っている。
Claims (11)
- (a)基油、(b)金属系スルホネート、(c)一般式(1)で表わされるジハイドロカルビルポリサルファイド、(d)多価アルコールの脂肪酸部分エステル、及び(e)非イオン系界面活性剤を含み、組成物の40℃における動粘度が50mm2/s以上1000mm2/s以下であることを特徴とする金属加工用潤滑油組成物。
R 1 −S x −R 2 ・・・(1)
式中R 1 、R 2 のハイドロカルビル基は、それぞれ独立に炭素数3〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、アルキルアリール基又はアリールアルキル基を表わし、それらは互いに同一でも異なってもよい。xは2〜10の整数を表わす。 - さらに(c')粉末硫黄を含む請求項1に記載の金属加工用潤滑油組成物。
- (a)の基油が、鉱油又は、鉱油とエステル系合成油及び/又はポリメタクリレートとを含むものである請求項1又は2に記載の金属加工用潤滑油組成物。
- エステル系合成油が炭素数2〜6の多価アルコールと炭素数2〜24の脂肪族酸とのエステルである請求項3に記載の金属加工用潤滑油組成物。
- (b)の金属系スルホネートが、過塩基性アルカリ土類金属スルホネートである請求項1〜4のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物。
- (c)の前記一般式(1)で表わされるジハイドロカルビルポリサルファイドの硫黄分含有量が20質量%以上のものである請求項1〜5のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物。
- (d)の多価アルコールの脂肪酸部分エステルが、炭素数2〜6の多価アルコールと炭素数6〜24の脂肪酸との部分エステルである請求項1〜6のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物。
- (e)の非イオン系界面活性剤が、ポリオキシアルキレン型非イオン系界面活性剤である請求項1〜7のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物。
- ポリオキシアルキレン型非イオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレン基とポリオキシプロピレン基を有するものである請求項8に記載の金属加工用潤滑油組成物。
- 組成物基準で(b)金属系スルホネートを1質量%以上20質量%以下、(c)前記一般式(1)で表わされるジハイドロカルビルポリサルファイドを2質量%以上25質量%以下、(c´)粉末硫黄を3質量%以下、(d)多価アルコールの脂肪酸部分エステルを1質量%以上20質量%以下、及び(e)非イオン系界面活性剤を2質量%以上25質量%以下含む請求項1〜9のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物。
- 鋼管拡張加工に用いられる請求項1〜10のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物。
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