JP7441119B2

JP7441119B2 - 金属加工油剤組成物及び金属加工方法

Info

Publication number: JP7441119B2
Application number: JP2020094949A
Authority: JP
Inventors: 祐平常盤
Original assignee: Neos Co Ltd
Current assignee: Neos Co Ltd
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: JP2021187963A

Description

本発明は、金属加工油剤組成物及び金属加工方法に関する。より詳細には、金属、特に銅系又は亜鉛系金属の溶出を抑制し、防食性に優れた金属加工油剤組成物、及びこの金属加工油剤組成物を用いた金属加工方法に関する。

切削加工や研削加工などの金属加工分野において、水溶性の金属加工油剤組成物が使用されている。水溶性の金属加工油剤組成物は、一般に、基油、界面活性剤、酸化防止剤、水などを目的に応じて配合してなり、例えばクーラント液のように、さらに水に希釈して使用されることも多い。このため、被加工材が腐食しやすいという問題がある。

そこで、被加工材の腐食を抑制するために、従来、金属加工油剤組成物には防食剤が配合されている。防食剤は、被加工材の金属がイオンとして金属加工油剤組成物に含まれる水に溶出することを防止する効果がある。特許文献１には、防食成分として、油溶性有機金属塩、ベンゾトリアゾール、有機アミンを含有する防錆剤組成物が開示されている。特許文献１によれば、防錆剤組成物は、油溶性有機金属塩とベンゾトリアゾールとを併用することで、ベンゾトリアゾールと金属との錯体形成による強固な結合を維持しつつ、油溶性有機金属塩の多重防錆層を形成することが可能となり、水希釈液中における防錆剤の含有量が極く少量であっても、優れた防食性能が発揮される。そして、特許文献１の防錆剤組成物は、アルミニウム純度の高いアルミニウム合金のみならず、銅を多く含むアルミダイカストのようなアルミニウム合金に対しても極めて安定した防食性能を発揮しうることが記載されている。

特許第６２８６６４２号公報

上記の通り、ベンゾトリアゾールは防食剤として用いられているが、防食効果を示すのは特定の金属材に限られており、特に真鍮に対しては防食効果を十分に示さないという問題がある。

本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、金属の溶出を抑制し、防食性に優れた金属加工油剤組成物、及びこの金属加工油剤組成物を用いた金属加工方法を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、金属加工油剤組成物における平均油滴径を特定の範囲内に調整することで、金属加工油剤組成物又は金属加工油剤組成物の希釈液中への銅の溶出を抑制し得ることを見出した。本発明は、このような知見に基づき完成された発明である。

すなわち、本発明の一態様に係る金属加工油剤組成物は、油性成分と、水とを含有してなる水中油型エマルションを含む金属加工油剤組成物であって、平均油滴径が９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。

上述の金属加工油剤組成物において、前記平均油滴径を調整する界面活性剤を含有してもよい。

上述の金属加工油剤組成物において、前記界面活性剤が、ノニオン界面活性剤であってもよい。

上述の金属加工油剤組成物において、ベンゾトリアゾールを含有してもよい。

本発明の一態様に係る金属加工方法は、上述のいずれかの金属加工油剤組成物を使用して、金属材を加工する。

上述の金属加工方法において、前記金属材が、銅系金属材又亜鉛系金属材であってもよい。

本発明によれば、金属の溶出を抑制し、防食性に優れた金属加工油剤組成物、及びこの金属加工油剤組成物を用いた金属加工方法を提供することができる。

銅の溶出量と平均油滴径との関係を示すグラフである。亜鉛の溶出量と平均油滴径との関係を示すグラフである。銅の溶出量と平均油滴径との関係を示すグラフである。亜鉛の溶出量と平均油滴径との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本明細書中、特に記載が無い限り、含有割合又は配合割合の単位「％」は、「重量％」を意味する。

１.金属加工油剤組成物
本発明の金属加工油剤組成物は、油性成分と、水とを含有してなる水中油型エマルションを含み、平均油滴径が９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。
以下、金属加工油剤組成物の組成について具体的に説明する。

本発明において、油性成分は、基油を含む。基油は、天然品でもよく、合成品でもよい。基油としては、例えば、鉱物油、植物油、脂肪酸エステル類等が挙げられる。中でも鉱物油が好ましい。基油は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。油性成分は、基油に加えて、例えば、脂肪酸類、脂肪酸縮合物質類等を含んでもよい。

本発明の金属加工油剤組成物における油性成分の含有割合については、油性成分の種類、他の配合成分の種類や含有割合等に応じて適宜設定できる。例えば、油性成分の含有割合は、金属加工油剤組成物の総量を基準として、油性成分の総量を５５％以上９５％以下とすることが好ましい。この場合、目的とする油滴径範囲のエマルション粒子を容易に形成でき、金属の溶出を効果的に抑制できる。油性成分の総量の下限は、より好ましくは６０％、さらに好ましくは６５％である。油性成分の総量の上限は、より好ましくは９０％、さらに好ましくは８５％である。

本発明において、金属加工油剤組成物は、水を含む。使用する水は、水道水、工業用水、イオン交換水、蒸留水等いずれでもよく、その水は硬水であるか軟水であるかを問わない。本発明の金属加工油剤組成物における水の含有割合については、通常、金属加工油剤組成物の総量を基準として、水の総量を１％以上１５％以下とすることができる。

本発明において、金属加工油剤組成物は、さらに界面活性剤を含有することが好ましい。界面活性剤は、金属加工油剤組成物の油滴径を調整するものとして機能する。本発明において、界面活性剤は、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤等を用いることができる。中でも、ノニオン界面活性剤を用いるのが好ましい。界面活性剤は、１種単独で使用してもよく、また２種以上を任意に組み合わせて使用してもよい。

ノニオン界面活性剤としては、例えば、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレンエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等が挙げられる。中でも、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルが好ましい。ポリオキシアルキレンアルキルエーテルとしては、例えば、ポリオキシアルキレンオレイルセチルエーテル、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル等が挙げられる。ポリオキシアルキレンラウリルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテルが挙げられる。

本発明の金属加工油剤組成物における界面活性剤の含有割合については、界面活性剤の種類、他の配合成分の種類や含有割合等に応じて適宜設定できる。例えば、界面活性剤の含有割合は、金属加工油剤組成物の総量を基準として、界面活性剤の総量を０％以上９．０％以下とすることが好ましい。この場合、目的とする油滴径範囲のエマルション粒子を容易に形成でき、銅の溶出抑制効果に優れ、且つ金属加工油剤組成物の安定性を向上させる。界面活性剤の総量の下限は、より好ましくは０．１％、さらに好ましくは０．５％である。界面活性剤の総量の上限は、より好ましくは７．０％、さらに好ましくは５．０％である。

本発明の金属加工油剤組成物において、油性成分に対する界面活性剤の含有割合については、特に限定的ではないが、油性成分の総量１質量部に対して、界面活性剤が総量で０質量部以上０．１５質量部以下とすることが好ましい。この場合、目的とする油滴径範囲のエマルション粒子を容易に形成でき、金属の溶出抑制効果に優れるとともに、油性成分の分散安定性を向上させる。界面活性剤の総量の下限は、より好ましくは０．０１質量部、さらに好ましくは０．０２質量部である。界面活性剤の総量の上限は、より好ましくは０．１３質量部、さらに好ましくは０．１０質量部である。

本発明の金属加工油剤組成物は、上述したように金属加工油剤組成物の平均油滴径が９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。金属加工油剤組成物の平均油滴径が上記の範囲内である場合、金属加工油剤組成物又は金属加工油剤組成物の希釈液中への金属（被加工材）の溶出を抑制する効果が顕著に発揮され、優れた防食効果を発揮することができ、且つ油性成分の分散安定性を向上させる。さらには、金属加工油剤組成物の変色を防止することができる。平均油滴径の下限は、より好ましくは１５０ｎｍ、さらに好ましくは１６０ｎｍである。平均油滴径の上限は、３００ｎｍ、２５０ｎｍ、２００ｎｍ、１８０ｎｍの順に好ましい。

本発明の金属加工油剤組成物は、上記の油性成分、水、及び界面活性剤を混合、攪拌し、金属加工油剤組成物の平均油滴径が上記の範囲となるよう水中油型エマルションを調製することによって得ることができる。

本発明の金属加工油剤組成物は、上記の油性成分と、水とを含有し、且つ平均油滴径が上記の範囲内にあるという条件を満足することが必要であり、この条件を満足する限りにおいて、必要に応じて、その他の各種添加物を含有することができる。

例えば、本発明の金属加工油剤組成物は、上記の成分に加えて、さらに、酸化防止剤、防錆剤、防食剤、防腐剤、消泡剤、及び極圧添加剤等を含有することができる。

酸化防止剤としては、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジアリルジチオリン酸亜鉛、有機硫化物等が挙げられる。酸化防止剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。酸化防止剤を含む場合、その含有量は、金属加工油剤組成物の総量を基準として、酸化防止剤の総量を通常１％以上１０％以下とすることができる。

防錆剤としては、有機アミン、炭素数６～３６の脂肪族モノカルボン酸及びジカルボン酸とそのアミド、炭素数６～３６のアルケニルコハク酸とそのアミド、芳香族カルボン酸、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。防錆剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。防錆剤を含む場合、その含有量は、金属加工油剤組成物の総量を基準として、防錆剤の総量を通常０．０１％以上３％以下とすることができる。なお、本発明の金属加工油剤組成物は、防錆剤としてベンゾトリアゾールを使用し得るが、ベンゾトリアゾールを含まない場合であっても、平均油滴径を上記の範囲内に調整することで金属の水中への溶出を抑制し、防錆（防食）性を向上させるものである。

防食剤としては、リン酸エステル、アルキルホスホン酸、メタ珪酸ソーダ等が挙げられる。防食剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。防食剤を含む場合、その含有量は、金属加工油剤組成物の総量を基準として、防食剤の総量を通常０．０１％以上３％以下とすることができる。

防腐剤としては、トリアジン系化合物、チアゾリン系化合物、フェノール系化合物等が挙げられる。防腐剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。防腐剤を含む場合、その含有量は、金属加工油剤組成物の総量を基準として、防腐剤の総量を通常０．００１％以上３％以下とすることができる。

消泡剤としては、分子量１００～１，０００のポリオルガノシロキサン等が挙げられる。消泡剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。消泡剤を含む場合、その含有量は、金属加工油剤組成物の総量を基準として、消泡剤の総量を通常０．００１％以上１％以下とすることができる。

極圧添加剤としては、鉛石鹸、硫化脂肪酸等の硫黄化合物、塩素化パラフィン等の塩素化合物、リン化合物等が挙げられる。極圧添加剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。

本発明の金属加工油剤組成物は水溶性状であり、そのまま金属材の加工に使用できる。また、本発明の金属加工油剤組成物を原液とし、さらに水等の希釈剤で希釈して得られるクーラント（冷却剤）として金属材の加工に使用することもできる。

本発明の金属加工油剤組成物を希釈剤で希釈して使用する場合、希釈倍率は、金属加工油剤組成物の組成及び金属加工時に求められる性能に応じて適宜調整すればよい。希釈して使用する場合は、通常１．５倍以上１００倍以下に希釈して使用する。本発明の効果をより一層高め、加工特性を向上させるという観点から、好ましくは５倍以上５０倍以下、より好ましくは１０倍以上３０倍以下である。

使用時における本発明の金属加工油剤組成物のｐＨは、８．０以上９．０以下であることが好ましく、より好ましくは８．２以上８．８以下である。金属加工油剤組成物の水希釈液のｐＨが前記範囲であると、金属の溶出抑制効果に優れ、防食性を向上させると共に、水希釈液の腐敗を効果的に防止する。

本発明の金属加工油剤組成物は、金属材の切削、研削、研磨及び切断等の加工に利用することができる。加工対象とする金属の種類は、金属加工の対象となる金属であれば特に限定されない。例えば、インコネル、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、銅、銅合金等の非鉄金属及びその合金を加工対象とすることができる。特に、腐食され易く、従来の防食剤や防錆剤による防食効果が低い真鍮等の、銅系金属、亜鉛系金属やその合金に本発明の金属加工油剤組成物を適用した場合、良好に金属の溶出抑制効果が発揮される。

２.金属加工方法
本発明の金属加工方法は、本発明の金属加工油剤組成物を用いて金属材を加工する。金属材の加工としては、切削、研削、研磨及び切断が挙げられる。金属加工油剤組成物を加工点に例えば液体状または霧状で供給した場合、金属加工油剤組成物中への金属材の溶出抑制効果を発揮し、防食性を向上させることができる。

加工対象とする金属の種類は、金属加工の対象となる金属であれば特に限定されず、例えば上述した金属等が挙げられる。特に、腐食され易く、従来の防食剤や防錆剤による防食効果が低い真鍮等の、銅系金属、亜鉛系金属やその合金に本発明の金属加工方法を適用した場合、良好に金属の溶出抑制効果が発揮されるため好ましい。

以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はそれら実施例に限定されることは意図しない。なお、実施例１～５及び１３～１７は参考例である。

１.金属加工油剤組成物（１）
［実施例１］
＜金属加工油剤組成物の調製＞
下記表１に示す組成及び下記表２に示す界面活性剤の組成に従い、実施例１の金属加工油剤組成物を調製した。
本実施例で用いた表２に示される界面活性剤の詳細は以下のとおりである。
・ノニオン１：ポリオキシアルキレンオレイルセチルエーテル
・ノニオン２：ポリオキシアルキレンラウリルエーテル
金属加工油剤組成物の調製方法に特に制限はなく、室温下、各成分を順次投入し、一般的な撹拌方法で適切に撹拌することで調製した。

［実施例２～１２］
界面活性剤の配合比率を表２に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２～１２の金属加工油剤組成物を調製した。

［比較例１～２］
界面活性剤の配合比率を表２に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にして、比較例１～２の金属加工油剤組成物を調製した。

＜油滴径の測定＞
調製後の各試験液について、金属加工油剤組成物の平均油滴径を測定した。平均油滴径の測定は、動的光散乱（光子相関法）による粒子径測定装置（「ELSZ-1000 」（大塚電子株式会社製））を用いて行った。実施例１～１２及び比較例１～２の測定結果を上記表２に併記する。

＜金属溶出抑制試験＞
試験液として、上記表１の試料原液を水で５％に希釈したものを用いた。上記実施例及び比較例の各水希釈液４０ｇ中に、真鍮の研削粉１０ｇを添加し、５０℃下で一週間静置後、ろ紙を用いてろ過し、ろ液中の銅及び亜鉛濃度をそれぞれ原子吸光光度計により測定し、このろ液中の銅及び亜鉛濃度（ｍｇ／Ｌ）を、それぞれ銅及び亜鉛の溶出量（ｍｇ／Ｌ）とした。溶出量の測定は、原子吸光法による原子吸光分光光度計（「AA240FS 」（アジレント・テクノロジー社製））を用いて行った。実施例１～１２及び比較例１～２試験結果を上記表２の右側に示す。
表２に基づいて図１及び図２を作成する。図１は、銅の溶出量と平均油滴径との関係を示すグラフである。図１の縦軸は銅の溶出量（単位はｍｇ／Ｌ）を、横軸は平均油滴径（単位はｎｍ）を示す。図２は、亜鉛の溶出量と平均油滴径との関係を示すグラフである。図２の縦軸は亜鉛の溶出量（単位はｍｇ／Ｌ）を、横軸は平均油滴径（単位はｎｍ）を示す。

上記表２、図１及び図２から明らかなように、油性成分及び水を含有し、金属加工油剤組成物の平均油滴径が９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内にある実施例１～１２の試験液において、金属加工油剤組成物の希釈液中への銅及び亜鉛それぞれの溶出量が抑制されている。これに対して、金属加工油剤組成物の平均油滴径が９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲外にある比較例１～２の試験液においては、銅及び亜鉛それぞれの溶出抑制効果が十分に得られない。表２から明らかなように、平均油滴径の範囲が９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内において金属の溶出が効果的に抑制されており、平均油滴径の下限は、１５０ｎｍ、１６０ｎｍの順に好ましい。さらに、水中油型エマルションの安定性の観点から、平均油滴径の上限は、３００ｎｍ、２５０ｎｍ、２００ｎｍ、１８０ｎｍの順に好ましい。

また、図１及び図２から明らかなように、平均油滴径が増加すると、銅及び亜鉛それぞれの溶出量が減少している。例えば、図１において、平均油滴径が９０ｎｍ以上であれば、銅の溶出量が２５ｍｇ／Ｌ以下に低減され、平均油滴径が１５０ｎｍ以上であれば、銅の溶出量が２０ｍｇ／Ｌ以下に低減される。特に、平均油滴径が２７０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内において、銅及び亜鉛の両方の溶出が良好に抑制されている。

２.金属加工油剤組成物（２）
［実施例１３～２１、比較例３］
金属加工油剤組成物（２）は、防錆剤としてベンゾトリアゾールを配合したこと以外は、金属加工油剤組成物（１）と同様の組成を有する。実施例１と同様にして、上記表１に示す組成と、下記表３に示す界面活性剤及びベンゾトリアゾールの組成とに従い、実施例１３～２１及び比較例３の金属加工油剤組成物を調製した。調製後の各試験液について、金属加工油剤組成物の平均油滴径を測定した。実施例１３～２１及び比較例３の測定結果を下記表３に併記する。

実施例１と同様にして、銅及び亜鉛の溶出量をそれぞれ測定した。実施例１３～２１及び比較例３の試験結果を上記表３の右側に示す。表３に基づいて図３及び図４を作成する。図３は、銅の溶出量と平均油滴径との関係を示すグラフである。図４は、亜鉛の溶出量と平均油滴径との関係を示すグラフである。上記表３、図３及び図４からから明らかなように、平均油滴径の範囲が９０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下の範囲内において、金属加工油剤組成物の希釈液中への金属の溶出が効果的に抑制されおり、平均油滴径の下限は、１２０ｎｍ、１５０ｎｍの順に好ましい。さらに、水中油型エマルションの安定性の観点から、平均油滴径の上限は３５０ｎｍが好ましい。

また、実施例１３～２１においても、上記と同様に、金属加工油剤組成物の平均油滴径が増加すると、銅及び亜鉛の溶出量が減少している。特に、平均油滴径が１５０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下の範囲内において、銅及び亜鉛の両方の溶出が良好に抑制されている。従って、金属加工油剤組成物は、ベンゾトリアゾールを含む場合においても、平均油滴径を調整することで効果的に金属の溶出抑制効果を発揮することがわかる。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

Claims

基油を含む油性成分と、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルと、水とを含有してなる水中油型エマルションを含む、銅系金属材又は亜鉛系金属材用の金属加工油剤組成物であって、平均油滴径が１５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であり、
前記金属加工油剤組成物の総量を基準として、
前記油性成分の含有量が５５重量％以上９５重量％以下であり、
前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの含有量が０．１重量％以上３．０重量％未満であり、
前記水の含有量が１重量％以上１５重量％以下である
金属加工油剤組成物。
前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの含有量が、前記油性成分１質量部に対して０質量部超０．１５質量部以下である、請求項１に記載の金属加工油剤組成物。
ベンゾトリアゾールを含有する請求項１又は請求項２に記載の金属加工油剤組成物。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属加工油剤組成物を使用して、銅系金属材又は亜鉛系金属材を加工する金属加工方法。