JPH04103695A - 親水性皮膜潤滑剤およびそれを被覆した金属 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は潤滑性と親水性を同時に示す親水性皮膜潤滑剤
に関し、詳しくは、各種金属に被覆した場合に皮膜が塑
性加工時などに潤滑性を示し、かつ水系洗浄剤で除去で
きるとともに水ぬれ親水性を示す親水性皮膜潤滑剤およ
びこれを被覆した金属に関する。

［従来の技術］ 金属を塑性加工する場合に、加工工具と金属との間の摩
擦を弱めて加工荷重を軽減するため、あるいは焼き付き
を防止するために、古くより石油系や油脂系の油状潤滑
剤が用いられている。しかしこのような油状潤滑剤は塑
性加工の作業環境を汚染するなどの問題があった。この
ような問題を解決するため、近年、乾燥すると固体状皮
膜となる皮膜潤滑剤を金属表面にあらかじめ塗布してお
き、−二の被覆金属を塑性加工に用いる動きがある。

このような潤滑性を示す皮膜剤としては、アクリル系、
エポキシ系、メラミン系、フェノール系などの樹脂であ
る皮膜形成性成分に、ｉ１５滑性付与成分として脂肪酸
、脂肪酸塩、脂肪酸全屈石鹸、脂肪酸エステル、脂肪酸
アミド、高級アルコール、ポリエチレン樹脂粉末、グラ
ファイト、二硫化モリブデン、フッ素樹脂微粉末などを
配合したものが提唱されている。たとえば特公昭Ｇ２−
８４１９３号公報ではアクリル系樹脂と金属石鹸の水分
散体、特公昭５２−２２９４８号公報ではフックスと水
溶性樹脂の混合物、特開昭５４−４０２５９号公報では
ポリメタクリル酸エステルと鉱物油の混合物、特公昭６
３−８４８９号公報では熱硬化型アクリル樹脂、界面活
性剤およびワックスの混合物などが開示されている。

一方塑性加工後には、皮膜は大気汚染の心配のない水系
洗浄剤などで容易に除去できることが望まれ、さらに水
冷フィンなどの各種金属部材においては、金属表面の親
水化をはかり、水ぬれ性を向上させて、冷却効率を飛翔
的に高めるという要求がある。とくに素材として耐腐蝕
性に優れたアルミニウム系金属を用いた水冷フィンの場
合には。

水冷フィンの金属表面が疎水性であるため、優れた水ぬ
れ親水性が得られる皮膜剤が求められている。

このような親水性を示す皮膜剤としては、有機あるいは
無機の各種親水性化合物を金属表面に皮膜化させるもの
が提唱されている。たとえば特開昭５９−１３０７８号
公報ではクロメート膜−アルカリケイ酸塩処理、特開昭
６１−２５０４９５号公報ではクロメート膜−ポリアミ
ド樹脂膜形成、特開平１−２６８７４７号公報ではポリ
エチレングリコールなどのポリアクリルアミドによる皮
膜化、特開平１−２９９８７７号公報ではポリビニルア
ルコール等を尿素樹脂で皮膜化したものなどがある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このような従来の潤滑性皮膜剤や親水性皮膜剤
は、いずれも潤滑性と親水性の両方を同時に一満たすこ
とができない。

従来の潤滑性皮膜剤では、塑性加工などに要求される潤
滑性は得られるが、皮膜が非常に疎水性であり、水系洗
浄剤では塑性加工後の皮膜除去が極めて困難であるため
、溶剤洗浄による皮膜除去が必要となり、大気汚染や作
業環境悪化などの原因となる。本発明はこのような課題
を解決するため、皮膜が潤滑性を有し、かつ水系洗浄剤
でも除去できる親水性皮膜潤滑剤を提供するものである
。

また、従来の親水性皮膜剤では、金属表面の親水化はで
きるが、塑性加工などに必要な潤滑性がないため、塑性
加工後に皮膜潤滑剤を除去せず、金属表面の親水化をは
かるという要求などには応えることができない。本発明
はこのような１１１題を解決するために、皮膜が潤滑性
を有し、かつ塑性加工後にその皮膜による金属表面の親
水化をはかることができる親水性皮膜潤滑剤を提供する
ものである。

また本発明は、上記のような親水性皮膜潤滑剤で金属表
面を被覆し、金属に潤滑性と親水性を同時に付グした被
覆金属を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、（ａ）マレイン酸類とスチレン類とを必須の
Ｉ’ｉ体成分とする共重合物またはその塩と（ｂ）アミ
ン−エポキシド付加物で炭素数１０〜３０の炭化水素基
を有する化合物とからなる親水性皮膜潤滑剤であり、ま
たこれを被覆した金属である。

本発明の共重合物を構成する単量体であるマレイン酸類
としては、マレイン酸以外に、フマル酸などのマレイン
酸異性体、これらのエステル、塩、アミド、イミド、無
水物などの誘導体も含まれる６本発明の共重合物を構成
するスチレン類としては、スチレン以外に、メチルスチ
レンなどのアルキルスチレン；これらの多量化化合物；
これらの芳香環にカルボニル基、アミノ基、シアノ基、
ニトリル基、水酸基、エーテル基、炭化水素基などの置
換基を導入したスチレン誘導体なども用いることができ
る。

本発明の共重合物は、上記のマレイン酸類およびスチレ
ン以外に、エチレン、プロピレン、イソブチレン、ドデ
センなどのオレフィン；アクリル酸、メタクリル酸、ク
ロトン酸などのエチレン性不飽和カルボン酸、その塩お
よびそのエステル；酢酸ビニルなどのカルボン酸ビニル
；アクリルアミド、アクリロニトリルなどの他の単量体
を全単量体成分中の３０モル％以下の範囲で構成要素と
することも可能である。

本発明の共重合物としてとくに好ましいのは、スチレン
とマレイン酸との共重合物である。

本発明の共重合物としては、共重合物を構成するマレイ
ン酸類とスチレン類および他の単量体の合計量との比率
が１７９９〜７０／３０　（モル比）である共重合物が
好ましく、とくに１０／９０〜５０１５０　（モル比）
である共重合物が適している。マレイン酸類が１／９９
　（モル比）より少ないと皮膜の疎水性が強過ぎ、水洗
除去が非常に困難になる。またマレイン酸類が７０／３
０　（モル比）を超えると皮膜の親木性や柔らかさが強
過ぎ、耐水性が低下し、皮膜の親水性が早期に失われる
。

本発明の共重合物の分子量は重量平均で２００〜１００
００ｏ、とくに５００〜５０００ｏが好ましい。重量平
均分子量が２００未満では潤滑皮膜が十分な強度を有さ
す、また１０００００を超えると親水性皮膜潤滑剤の粘
度が高くなり、実用上取り扱いにくくなる。

また本発明の共重合物を構成するマレイン酸類として、
上記のエステル、アミド、イミド、無水物などのマレイ
ン酸誘導体を用いた場合は、共重合物の合成前、合成中
または合成後に、加水分解などの反応を利用して、カル
ボン酸またはその塩に変えることができる。この加水分
解などの反応に使用する触媒、酸、アルカリなどの副原
料や反応の結果生じるアルコール、アミン、アンモニア
などの副生物などは、親水性皮膜潤滑剤の組成物や得ら
れる皮膜の性状に悪影響を与えない限り、親水性皮膜潤
滑剤中に混入していても良い。

本発明の共重合物は１種を単独で、あるいは２種以上を
混合して使用することができる。

本発明の共重合物は、共重合物中のカルボキシル基−を
低分子量の親水性塩基で中和した塩として用いることも
可能であり、これによって本発明の親水性皮膜潤滑剤の
水などの極性溶剤溶液の製造が容易となり、良好な性状
の組成物が得られ、同時に皮膜の親水性をさらに向上さ
せることができる。

本発明の共重合物のカルボキシル基を中和する親水性塩
基としては、アンモニア；メチルアミン、エチルアミン
、ブチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンな
どの低級脂肪族アミン；モノエタノールアミン、ジェタ
ノールアミン、トリエタノールアミン、ジヒドロキシプ
ロピルアミンなどのアルキロールアミン；アニリンなど
の芳香族アミン；モルホリンなどの環状アミン；エチレ
ンジアミン、ジエチレントリアミン、ヘキサメチレンジ
アミン、ポリエチレンイミンなどのポリアミン：これら
のエチレンオキシド、グリシドールなどのエポキシド化
合物付加物；カリウム、ナトリウム、リチウム、カルシ
ウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物
や炭酸塩などがある。また中和度は、本発明の親水性皮
膜潤滑剤のＰＨが中性ないしアルカリ性となる中和度が
好ましく、酸性では金属に対する腐蝕性が高くなるため
に好ましくない。

本発明で使用されるアミン−エポキシド付加物で炭素数
１０〜３０の炭化水素基を有する化合物（以下、窒素化
合物という）は、炭素数１０〜３０の飽和または不飽和
炭化水素基を有するアミン、ジアミン、ポリアミンなど
にエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオ
キシド、グリシドールなどのエポキシド化合物を付加し
た窒素化合物；アンモニア、アミン、ジアミン、ポリア
ミンなどに炭素数１０〜３０の飽和または不飽和炭化水
素基を有するエポキシド化合物を付加した窒素化合物；
これらの窒素化合物におけるエポキシド化合物の付加前
、付加中または付加後にポリエポキシド化合物で架橋し
た窒素化合物などである。

本発明の窒素化合物の原料となる炭素数１０〜３０の飽
和または不飽和炭化水素基を有するアミン、ジアミン、
ポリアミンとしては、デシルアミン、−ドデシルアミン
、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデ
シルアミン、アイコシルアミン、トコジルアミン、オレ
イルアミン、ジドデシルアミン、オクタデシルメチルア
ミン、オクタデシルイミダシリン、オレイルイミダシリ
ンなどのアミン；ドデシルアミノプロピルアミン、オク
タデシルアミノプロピルアミンなどのジアミン；ジアミ
ン部分アミド化物；オクタデシルアミンのエチレンイミ
ン付加物などのポリアミン等がある。

本発明の窒素化合物の原料となる炭素数１０〜３０の飽
和または不飽和炭化水素基を有するエポキシド化合物と
しては、オレフィン、ポリオレフィン、不飽和脂肪酸、
不飽和脂肪酸エステル、不飽和脂肪酸アミド、これらの
多量化物などの不飽和炭化水素基含有化合物をエポキシ
化した化学構造を有し、かつ炭素数１ｏ〜３０の飽和ま
たは不飽和炭化水素基を有する化合物がある。

本発明の窒素化合物の原料で架橋剤となるポリエポキシ
ド化合物としては、エチレングリコールジグリシジルエ
ーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、
ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ビスフ
ェノールＡジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコ
ールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコール
ジグリシジルエーテル、グリセロールジまたはトリグリ
シジルエーテル、トリメチロールプロパンジまたはトリ
グリシジルエーテル、ペンタエリスリトールジないしテ
トラグリシジルエーテル、ソルビトールジないしヘキサ
グリシジルエーテル、ポリビニルアルコールポリグリシ
ジルエーテルなどのエポキシド基を２個以上有する化合
物がある。

本発明の窒素化合物は、アミン−エポキシド付加物で炭
素数１０〜３０の炭化水素基を有する化合物である。含
有される炭化水素基がいずれも炭素数１０未満の場合は
皮膜の潤滑性が充分でなく、炭素数が３０を超える炭化
水素基が含有される場合は皮膜の親水性が充分でない。

本発明における共重合物、その塩または窒素化合物は、
それぞれ１種または２種以上の混合物として使用するこ
とができる。

本発明の親水性皮膜潤滑剤は、（ａ）共重合物またはそ
の塩と（ｂ）窒素化合物とを必須成分とする組成物であ
り、求められる潤滑性と親水性の程度やバランスに応じ
て、（ａ）共重合物またはその塩と（ｂ）窒素化合物の
種類と比率を適切に選ぶが、−射的には共重合物または
その塩１００重量部に対して窒素化合物１０〜２０００
重量部が好ましい。共重合物またはその塩１００重量部
に対して窒素化合物が１０重量部より著しく少ない比率
では充分な潤滑性が得られず、また窒素化合物が２００
０重量部を著しく超える比率では充分な強さの皮膜が形
成されない。

本発明の親水性皮膜潤滑剤の溶剤としては、金属への塗
布作業や乾燥ないし皮膜形成作業の際の大気汚染や環境
汚染を防止するため、水または水を主体にした水系溶剤
が最も好ましい。しかしこのような汚染問題が設備対策
などによって解決される場合には、トルエン、キシレン
、灯油、ミネラルスピリットなどの炭化水素；アセトン
、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどの
ケトン；メチルブチルエーテル、ジエチレングリコール
七ツメチルエーテルなどのエーテル；酢酸エチルなどの
エステル；メチルアルコール、エチルアルコール、プロ
ピルアルコールなどのアルコールなどの有機溶剤、ある
いは有機溶剤と水との混合溶剤を使用しても良く、これ
により低粘度かつ高濃度の組成物を得ることができるた
め、組成物製造や運送面で大きな利点が得られる。また
作業性の困難はあるが、本発明の親水性皮膜潤滑剤を溶
剤で希釈せず、そのままで融解して塗布することもでき
る。

本発明の親水性皮膜潤滑剤は、工業的に用いられる各種
の配合方法を採用して！２造することができる。たとえ
ば配合順序としては、全成分を一括して混合する、溶剤
中に本発明の共重合物と本発明の窒素化合物を徐々に加
えながら混合する、溶剤中に本発明の共重合物を混合し
次いで本発明の窒素化合物を混合する、溶剤中に本発明
の窒素化合物を混合し次いで本発明の共重合物を混合す
る、本発−明の共重合物と本発明の窒素化合物を別々に
溶剤中に混合し次いで両者を合わせるなどの順序で行な
う、また製造に要する時間を短縮するためには混合温度
を高くする、加熱による着色を少なくするためには窒素
ガスによって配合装置内の空気を置換するなどの条件を
選ぶこともできる。

本発明の親水性皮膜潤滑剤は、組成物内に油性剤、極圧
剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、防菌剤などの化合物を加
えることもでき、たとえばワックス、ポリエチレンなど
の炭化水素類；脂肪酸、脂肪酸アルカリ金属塩、脂肪酸
アミン塩、脂肪酸金属石鹸などの脂肪酸やその塩；高級
アルコール；エステル；アミン、アミン塩、アミドなど
のアミンやその誘導体；石油スルホネート、ポリブテン
スルホネートなどのスルホン酸；グラファイト、モリブ
デン、ウンモ、シリカ、テフロンなどの潤滑性固体粉末
などがあり、これらの添加によって各種の要求に対応す
ることも可能となる。

本発明の親水性皮膜潤滑剤はそのままで、あるいは上記
の＜、１滑性面体粉末などを分散混合することによって
、切削、伸線などの金属加工用水系潤滑剤や軸受けなど
の摩擦軽減用潤滑剤などとして用いることも可能である
。これは本発明の親水性皮膜潤滑剤が金属表面に効果的
に配向し、また発生する熱によって皮膜を形成し、優れ
た潤滑効果を表わす結果と考えられる。さらに本発明の
親水性皮膜潤滑剤は、上記以外にも広く潤滑性を必要と
する用途に用いることが可能であり、本発明はこれらの
潤滑用途をも含むものである。

本発明の親水性皮膜潤滑剤を用いた被覆金属は、工業的
に用いられている種々の塗布方法によって容易に得るこ
とができ、たとえば浸漬、ロールコータ−、カーテンコ
ーター、スプレー、静電塗装、電着塗装などにより鋼板
に塗布し、熱風照射や加熱炉を用いて溶剤成分を蒸発さ
せて、金属表面に皮膜を形成させることによって得られ
る。

本発明の親水性皮膜潤滑剤を塗布した皮膜は、溶剤を乾
燥除去して得られる皮膜厚が０．０１μｍ以上であり、
０゜］１１μｍ上が好ましく、皮膜厚が０．０１μｍよ
り薄い場合には十分な潤滑性が１季られない。また、１
０μｍより厚くても飛躍的な潤滑性の向上は望めないが
、耐久性のある皮膜を得るためには好ましい。

〔作　用〕

本発明の潤滑剤の親木性は、共重合物のカルボキシル基
、窒素化合物の塩基性窒素および水酸基の存在によるも
のであり、潤滑性は、窒素化合物の炭素数１０〜３０の
炭素水素基に起因するものと考えられる。

〔発明の効果〕

本発明の親水性皮膜潤滑剤により金属を被覆すると、金
属表面に強い密着性を持つ潤滑性の高い親水性皮膜が形
成される。また、この親水性皮膜は水系洗浄剤により容
易に除去される。

〔実施例〕

つぎに実施例を用いて、本発明を説明する。

第１表に、実施例で用いた本発明の親水性皮膜潤滑剤の
組成（いずれも３０重量％水溶液にして塗布）、比較の
皮膜潤滑剤、潤滑性試験結果、脱脂性試験結果および親
水性試験結果を示す。

（１）潤滑性試験 脱脂処理した冷間圧延鋼板（ＪＩＳ　　Ｇ　　３１４１
．５ＰＣＣ−５Ｂ、厚さ０．８ＩＩｎ×幅３０＋ｎｍＸ
長さ２７０圃）の両面に、バーコーターを用いて乾燥皮
膜が１μｍとなるように第１表の各組成物を塗布し、１
５０℃熱風乾燥機中で１０分間乾燥し、試験鋼板を得た
。

第１図に示すように、この試験鋼板１を横に長い半円柱
状の突起（半径　５ｍｍ、高さ　５ｍ）をもつ凸型金型
２と横に長い凹状の溝（巾１３ｍｍ、深さＬｏａｎ）を
もつ凹型金型３の間にはさみ、凸型金型２と凹型金型３
の間に１ｍｎ＋厚のワッシャー４を入れた６本のボルト
５により完全に締めっけ、試験鋼板を金型に合わせて変
形させた。これをオートグラフ（株式会社島津製作所製
ＴＧ−１０Ａ）に固定した支持台に取り付け、試験鋼板
を上方に５０ｍｍ／分の速度で引っ張り、塑性変形させ
ながら金型から引き抜いた。潤滑性試験結果は、引き抜
きの可否（否＝試験鋼板の破断）によって示した。

（２−）脱脂性試験 上記の潤滑性試験に供したものと同じ試験鋼板を、５０
℃の２％水酸化ナトリウム水溶液に２分間浸漬して、皮
膜の除去状態を観察した。

（３）親水性試験 脱脂処理したアルミニウム板（ＪＩＳ　　Ｈ４００、Ａ
１０５０Ｐ、厚さ０．８ｍｎＸ幅４５ｍ×長さ６０ｍ）
の両面に、バーコーターを用いて乾燥皮膜が１μｍとな
るように第１表の各組成物を塗布し、１５０℃の熱風乾
燥機で１ｏ分間乾燥し、試験アルミニウム板を得た。こ
の試験アルミニウム板を２５℃の蒸留水中に１分間浸漬
したのち、取り出して表面の水ぬれ性を観察した。

第１表に示す結果から明らかに、本発明の親水性皮膜潤
滑剤は良好な潤滑性、脱脂性および親水性を示すのに対
して、比較の潤滑剤は脱脂性および親水性が全くない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、潤滑性試験用金型に試験鋼板をはさんで変形
させたときの側面図である。 １　試験鋼板 ２　凸型金型 ３　凹型金型 ４　ワッシャー ５ボルト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）マレイン酸類とスチレン類とを必須の単量
   体成分とする共重合物またはその塩と（ｂ）アミン−エ
   ポキシド付加物で炭素数１０〜３０の炭化水素基を有す
   る化合物とからなる親水性皮膜潤滑剤。
2. （２）請求項１記載の親水性皮膜潤滑剤を被覆した金属
   。