JPH08501119A - 無アミン冷却潤滑剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 無アミン冷却潤滑剤が、通常のベース油、乳化剤および可溶化剤に加えて、必須成分として腐食防止剤を含有する。腐食防止剤は、ダイマー脂肪酸と、１種またはそれ以上のカルボン酸の混合物からなる。後者は脂肪族および芳香族カルボン酸の中から選択される。これらの酸のアルカリ金属、マグネシウムおよび／またはカルシウム塩を同様に使用してもよい。これら無アミン冷却潤滑剤は、アルカノールアミン含有冷却潤滑剤と同等の腐食防止効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 無アミン冷却潤滑剤 本発明は、ベース油、乳化剤、可溶化剤および腐食防止添加剤を含有する金属 の機械加工用の無アミン冷却潤滑剤に関する。 冷却潤滑剤は、金属の形成において、および金属の機械加工において加工物を 冷却および潤滑性付与するために使用される調合剤／混合物である。製造すべき 部品の幾何においておよび加工物および工具によってなされる動きの性質におい て相違に異なっている最も重要な機械加工法は、形成操作としての冷流動プレス 、深絞り成形、ロールがけ、および機械加工としての研磨、穴あけ、旋盤加工、 ミリングとして知られている。 機械加工の共通の原則は、工具の切断縁が金属を切断し、表面からチップを除 去して新しい表面を形成するということである。材料のチップを除去するために 非常に高い圧力が必要になる。チップの変形および適用圧力下で生じる摩擦によ って、加工物、工具およびとりわけチップを加熱する熱が発生する。 従って、冷却潤滑剤を使用する所望の効果は、そうしなければチップにおいて 増加し、例えば１０００℃に増加し、製造される部品の寸法的安定性に影響する 温度を減少させることである。冷却潤滑剤の他の主要な機能は、高温の影響下に おいて急速に摩耗する工具の有効寿命を改良することである。冷却潤滑剤を使用 することによって表面の粗さは減少する。なぜなら、潤滑剤が工具と加工物表面 との溶接を防止し、および粒子の付着を妨げるからである。冷却潤滑剤によって なされる他の機能は、形成されるチップを運び去ることである。このことは大量 生産において特に重要である。 冷却潤滑剤は通常循環工程において使用され、すなわち、最も簡単な場合にお いては、単一の機械において冷却潤滑剤を使用し、機械は冷却潤滑剤用の容器を 有する。 ＤＩＮ５１３８５Ｎｏ．１の新しいバージョンは、水非混和性、水混和性およ び 水混合の冷却潤滑剤のことを含んだ冷却潤滑剤を明確に規定している。ＤＩＮ５ １３８５によれば、「水混合」は媒体の最終状態（一般に水中油エマルジョン） 、一方、「水混和性」は濃縮物の状態を呼ぶ。 水混合冷却潤滑剤は、濃縮物、水混和性冷却潤滑剤をプロセス水と混合するこ とによって使用者によって調製される。約５％の水性エマルジョンが一般に調製 される。この種の冷却潤滑剤の利点は、水の熱的性質に貢献できる良好な冷却効 果である。好ましい冷却効果のために、非常に高い加工速度を達成することが可 能であり、従って、機械の生産性を向上することが可能である。水混合冷却潤滑 剤の潤滑効果はほとんどの機械加工に対して充分である。他の利点は、濃縮物を 水と混合できることにおける低いコストにある。水混合冷却剤の欠点は、それら が微生物による汚染を受けやすいということであるので、より高い注意と制御を 必要とすることである。水の存在は錆の形成を導くことがあり、感応性の金属に 対して悪影響しうる。今日、ほとんどすべての水混合冷却剤が機械加工のために 使用されている。鉄合金からできている機械加工された加工物および機械を錆形 成から保護する必要に加えて、鉄を含んでいない金属も悪影響を受けないという ことが重要である。冷却潤滑剤は皮膚に対して高度に適合性であるべきである。 なぜなら、機械の操作者は頻繁に液と直接に接触することがあるからである。冷 却潤滑剤の再循環は厄介な発泡を伴ってはならず、塗料仕上げまたは機械の封止 に悪影響してはならない。エマルジョンの安定性は、少なくとも長期の使用の後 において冷却潤滑剤のほとんどすべての他の性質に影響する限りにおいて、エマ ルジョンの安定性は特に重要である。別の条件は、冷却潤滑剤の残渣が機械に付 着してはならず、冷却潤滑剤が水と容易に混和出来なければならず、冷却潤滑剤 が心地良い香りと外観を有しなければならないということであり、さらに、通常 のフィルターユニットが冷却潤滑剤によって被害を被ってはならないということ である。 以下の表は、水混和性および水混合冷却潤滑剤が満たすことを期待されている 条件を示す： 冷却および潤滑効果 錆に対する保護 非鉄性の金属に対して悪影響のないこと 毒性学的無害性、特に皮膚に対する適合性 非発泡性 塗料および封止に対する無攻撃性 エマルジョンの安定性 付着または樹脂状被覆のないこと 容易な混和性 心地良い香り 清澄な外観 良好な濾過性 問題のない廃棄性 冷却潤滑剤が防錆効果に関して満足すべき条件は特に厳格である。なぜなら、 冷却潤滑剤を用いた機械加工の後に一般的には乾燥は可能ではないからである。 加工物は通常、ボックス中に湿潤状態で配置され、その湿潤状態においてさえも 錆てはならない。防錆効果を試験するために、ＤＩＮ５１３６０／２に従った鋳 鉄片による試験が開発においてしばしば使用されており、実用において解決のコ ントロールにおいても使用されている。 冷却潤滑剤の防錆効果は多くの要因によって影響を受ける。従って、混合のた めに使用される水の品質は大きな影響を有する。水の硬度、とりわけ、クロライ ドおよびスルフェートは、溶液の防錆効果に損害を与える。冷却潤滑剤の長期の 使用の後に生じる他の問題点は、エマルジョン蒸発物および損失の一部分が塩含 有水で補給されるので塩の濃度が徐々に増加するということである。 エマルジョンの形態で使用される水非混和性および水混和性の冷却潤滑剤は頻 繁に鉱物油をベースとしている。使用される鉱物油は、主として、パラフィン系 、ナフテン系および芳香族の炭化水素化合物の組み合わせである。鉱物油に加え て、いわゆる合成潤滑剤（「合成油」）、例えばポリオレフィン、ポリアルキレ ングリコールおよびグリコールエーテル、天然エステル油および合成エステル並 びにこ れらの誘導体も重要である。 実際の条件に合致できるために、水混和性冷却潤滑剤は、ベース油に加えて、 種々の成分を含有しなければならない。最も重要な物質は、乳化剤、腐食防止添 加剤、殺生物剤、ＥＰ添加剤、極性添加剤、曇り防止添加剤、老化防止添加剤、 固形潤滑添加剤および発泡防止剤である。 乳化剤（例えば、界面活性剤、石油スルホネート、アルカリ金属石鹸、アルカ ノアミン石鹸）は水中油エマルジョンである水性加工液における油の液滴の微細 な分散を安定化させる。量的には、乳化剤は水混和性冷却潤滑剤のための重要な 群の添加剤である。 典型的な腐食防止剤（例えば、アルカノールアミンおよびそれの塩、スルホネ ート、有機ホウ素化合物、脂肪酸アミド、アミノジカルボン酸、リン酸エステル 、チオリン酸エステル、ジアルキルジチオホスフェート、モノ−およびジ−アル キルアリールスルホネート、ベンゾトリアゾール、トリイソブテンコハク酸誘導 体）は、金属表面の錆を防止することを目的とするようになっている。従来、ナ イトライトが腐食防止剤としてしばしば使用されていたが、しかし、発癌性のあ るニトロソアミンの形成の危険を包含する、環境に対する毒性および損害の効果 のために禁止されている。いくつかの腐食防止添加剤も乳化性質を有しており、 従って、乳化剤として使用できる。殺生物剤（例えば、フェノール誘導体、ホル ムアルデヒド誘導体、カトン（Kathon）ＭＷ）は、バクテリアおよび菌の生長を 防止することを意図するものである。ＥＰ添加剤（例えば、硫化油脂、リン含有 化合物、有機塩素化合物）は高温高圧での金属表面間のいわゆる微細溶接を防止 することを意図するものである。極性添加剤（例えば、天然油脂、合成エステル ）は潤滑性質を向上させる。老化防止剤（例えば、有機硫化物、亜鉛ジチオホス フェート、芳香族アミン）が冷却潤滑剤に対して長期間の寿命を保証する。 添加剤の中で中央の位置は、多数の水混和性冷却潤滑剤において腐食防止添加 剤として使用されているアルカノールアミンおよびアルカノールアミン誘導体に よって占められている。加えて、カルボン酸とともに、それの高い緩衝能力は、 使用時の水性エマルジョンのｐＨ値をある程度安定化させる。エマルジョン安定 性および防錆性に関して、安定なｐＨ値が特に重要である。アルカノールアミン とホウ酸との反応生成物はバクテリアおよびカビに対して成長防止効果を有して おり、従って、潤滑剤の寿命を長くする。 アルカノールアミンおよびアルカノールアミン誘導体の欠点は、それらが使用 時においてニトロソ化物質と反応し、例えば空気中において、バクテリア的に形 成したナイトライトまたは酸化窒素と反応し、従って、ニトロソアミンに転化さ れるということである。例えば、ニトロソジエタノールアミン（ＮＤＥＬＡ）は 、エタノールアミンを含有する水混和冷却潤滑剤において形成されうる。 動物試験によれば、ニトロソアミンは種々の臓器（例えば、胃、肺、膀胱、肝 臓、食道）において癌を生じさせうる。従って、いくつかのニトロソアミンは、 例えばＮＤＥＬＡを包含するものは、有害な物質に関するドイツの法律において 発癌性のものとして分類されている。従って、ニトロソアミンの形成は、金属を 機械加工するために使用する機械の操作者の健康に対する危険性を無くするよう に避けなければならない。 本発明が解決しようとする課題は、防錆性、安定性および有効寿命に関して、 および他の性能に関して、従来使用されていたアミン含有冷却潤滑剤と同等であ る無アミン冷却潤滑剤を提供することである。 前記の課題は、ベース油、乳化剤、可溶化剤および腐食防止添加剤を含有する 無アミン冷却潤滑剤であって、 （ａ）ダイマー脂肪酸および （ｂ）芳香族モノカルボン酸および６〜１４の炭素原子を有する脂肪族カルボ ン酸から選択された１種またはそれ以上のカルボン酸、または （ａ）および／または（ｂ）において記載した酸のアルカリ金属、マグ ネシウムおよび／またはカルシウム塩 の混合物が腐食防止添加剤として存在することを特徴とする無アミン冷却潤滑剤 によって解決される。 ダイマー脂肪酸ならびに脂肪族カルボン酸および芳香族カルボン酸から選択さ れた他のカルボン酸、あるいはそれのアルカリ金属、マグネシウムおよび／また はカルシウム塩が、その腐食防止効果において、市販されているアルカノールア ミン系の冷却潤滑剤と同等である冷却潤滑剤を与えるのに好適であるということ を、驚くべきことに見い出した。 本発明の冷却潤滑剤に存在するベース油に関する選択は特に限定されない。従 って、本発明の範囲においてエマルジョンは、パラフィン系、ナフテン系および パラフィン／ナフテン系鉱物油から選択された成分をしばしば含有する。エステ ル油、例えば、トリメチロールプロパンエステル、ネオペンチルまたはペンタエ リスリトールエステル、脂肪油誘導体、ポリイソブチレン、水素化ポリデセン、 ポリプロピレングリコール、シリケートエステル、カルボン酸エステル、リン含 有酸のエステル、鎖状ジフェニルエーテルおよびフェノキシフェニルエーテルを 使用することが同様に好ましい。 本発明の冷却潤滑剤は既知の乳化剤、特に、（Ａ）アニオン性乳化剤、特に石 鹸、スルホネートおよびリン酸エステルおよびそれらの塩ならびに（Ｂ）ノニオ ン性乳化剤、特に脂肪アルコールエトキシレート、脂肪アルコールプロポキシレ ートおよび糖エステルから選択されたものを含有する。 本発明においてベース油、乳化剤および腐食防止添加剤に加えて、本発明の冷 却潤滑剤は可溶化剤をも含有する。本発明において水は可溶化剤とも見なされる 。本発明の第１の態様において、可溶化剤は水、アルコール、グリコールおよび グリコールエーテルから選択される。特に好ましい態様において、可溶化剤は、 水混和性冷却潤滑剤に基づいて、１〜３０重量％の量で、特に２〜１０重量％の 量で使用される。 本発明の冷却潤滑剤は、必須成分として脂肪族カルボン酸および芳香族カルボ ン酸から選択された１種またはそれ以上のカルボン酸を含有する。特に好ましい 脂肪族カルボン酸は、アジピン酸、カプリル酸、セバシン酸、２，２，４−トリ メチルヘキサン酸およびエチルヘキサン酸から選択される。同様に特に好ましい 芳香族カルボン酸は、安息香酸、置換安息香酸、特にサリチル酸から選択される 。安息香酸の可能な置換基は、ヒドロキシル基、ニトロ基および４個までの炭素 原子を有する直鎖状または分岐状のアルキルまたはアルキルオキシ基であってよ い。 短鎖カルボン酸は、例えばＤＥ３２２３９４０に記載されているように、水溶性 腐食防止剤の成分として既知であるが、本発明におけるようなダイマー脂肪酸、 乳化剤、ベース油等との混合物においてエマルジョンの成分として知られていな い。 本発明の冷却潤滑剤の他の重要な成分は、水混和性冷却潤滑剤に基づいて、２ 〜２０重量％の量、特に５〜１５重量％の量で存在することが好ましいダイマー 脂肪酸である。ダイマー脂肪酸は、通常、不飽和脂肪酸のアルミナ触媒による二 量化によって得られる平均３６の炭素原子を有する非環状および環状ジカルボン 酸の混合物であると考えられている（参照文献：ダイマー酸（Dimer Acids）、 レォナード（E．C．Leonard）、１９７５、Humeo Sheffield）。二量化の副生物 は、しばしば蒸留によって除去される分岐状Ｃ₁₈脂肪酸およびトリマー脂肪酸ま たは多塩基性脂肪酸である。しかし、副生物としての、モノマー酸を含有するダ イマー脂肪酸、トリマー脂肪酸およびポリマー脂肪酸を本発明のために使用して よい。特に好適な製品は、例えば、エンポール（Empol）（登録商標）１０２２ （エメリー（Emery）、アメリカ合衆国）およびプリポール（Pripol）（登録商 標）１０４０またはプリポール（Pripol）（登録商標）１０１３（ユニケマ（Un ichema）、Emmerich）である。 本発明に従って使用されるジカルボン酸は、不飽和カルボン酸またはその無水 物とオレフィンとの反応によって調製されるＷＯ９０／１５６６３において挙げ られているジカルボン酸およびジカルボン酸無水物とはその構造においてかなり 異なっている。 本発明の水混和性または水混合冷却潤滑剤は、他の機能性添加剤、例えば極性 添加剤、ＥＰ添加剤、曇り防止添加剤、老化防止剤、固形潤滑剤、顔料、発泡防 止剤および／または殺生物剤を含有してもよい。金属の機械加工において使用す るためには、本発明の冷却潤滑剤の水性エマルジョンまたは水溶液は、１〜１０ 重量％、より好ましくは２〜５重量％の水混和性濃縮物を含有することが好まし い。 冷却潤滑剤のｐＨは通常、約７〜１０の値に調製される。特に好ましい態様に おいて、ｐＨは８〜９．５に調節される。他の特に好ましい態様において、アル カリ性ｐＨ値がアルカリ金属水酸化物を用いて調製される。マグネシウムまたは カルシウムの水酸化物の使用は余り好ましくない。なぜなら、溶解性に乏しい塩 が形成されるからである。従って、本発明の目的のために、水酸化カリウムおよ び／またはナトリウムを使用することが特に好ましい。実施例 必要量の１／３の量の鉱物油、可溶化剤およびトール油脂肪酸を反応基に導入 し、撹拌した。次いで、芳香族カルボン酸を添加し（実施例１および実施例３の みにおいて）、続いて約１５分間撹拌した。水酸化カリウムの水溶液を、連続的 に撹拌しながら、注意深く３０分間にわたって添加した（発熱反応）。溶液の温 度を５０〜７０℃に保った。次いで、混合物を１時間にわたって激しく撹拌し、 褐色の清澄な溶液を得た。次いで、残りの量（２／３）の鉱物油を添加した。残 りの成分：石油スルホネート（実施例１のみにおいて）、ダイマー脂肪酸、カプ リル酸（実施例１および２のみにおいて）および脂肪アルコールエトキシレート を順に添加した。次いで、混合物を約１時間撹拌して、褐色の清澄な溶液を得た 。 本発明の実施例および冷却潤滑剤のための比較例をそれぞれ表１および表２に 示す。 比較例１の調製 凝縮水およびジエタノールアミンを初めに導入し、ホウ酸をその中に撹拌しな がら溶解した。次いで、鉱物油およびすべての他の成分を表２に示す順序で添加 し、清澄な均一な濃縮物が得られるまで撹拌した。比較例２の調製 表２に示す順序で成分を混合し、清澄な均一な濃縮物が得られるまで撹拌した 。 以下の表３は、その腐食防止効果に関して、本発明の配合物を比較の配合物と 比較する（ＤＩＮ５１３６０／２による試験）。 ＤＩＮ５１３６０／２に従って、水混合冷却潤滑剤の腐食防止効果を、濾紙上 の冷却潤滑剤で鋳鉄片を湿潤することによって試験した。２時間後に濾紙上の腐 食のサインを比較スケールによって評価した。ゼロのスコア（腐食の程度）は腐 食が観測されないことを意味する。 ゼロの腐食程度を得るために必要な最小濃度を実施例に示した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｃ１０Ｎ 40:20 Ｚ 40:24 Ａ Ｚ (72)発明者 リングマン、ヘルベルト ドイツ連邦共和国 デー‐40595 デュッ セルドルフ、ベルタ‐フォン‐ズットナ ー‐シュトラアセ 28番 (72)発明者 ユントゲン、ウード ドイツ連邦共和国 デー‐40724 ヒルデ ン、キルヴァーツホーフ 12番 (72)発明者 ムンク、ベルナデッテ ドイツ連邦共和国 デー‐41372 ニーダ ークリュヒテン、アカーツィエンヴェーク ４番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ベース油、乳化剤および可溶化剤を含有している無アミン冷却潤滑剤であ って、 （ａ）ダイマー脂肪酸、および （ｂ）芳香族モノカルボン酸および６〜１４の炭素原子を有する脂肪族カルボ ン酸から選択された１種またはそれ以上のカルボン酸、あるいは 前記の（ａ）／（ｂ）に挙げた酸のアルカリ金属、マグネシウムおよび ／またはカルシウム塩 の混合物が、腐食防止添加剤として存在することを特徴とする無アミン冷却潤滑 剤。 ２．ベース油が、パラフィン系、ナフテン系またはパラフィン／ナフテン系鉱 物油、エステル油、例えば、トリメチロールプロパンエステル、ネオペンチルま たはペンタエリスリトールエステル、脂肪油誘導体、ポリイソブチレン、水素化 ポリデセン、ポリプロピレングリコール、シリケートエステル、カルボン酸エス テル、リン含有酸のエステル、鎖状ジフェニルエーテルおよびフェノキシフェニ ルエーテルから選択されたものである請求の範囲第１項記載の冷却潤滑剤。 ３．乳化剤が、 （Ａ）アニオン性乳化剤、特に石鹸、スルホネート、リン酸エステルおよびそ れらの塩、 （Ｂ）ノニオン性乳化剤、特に脂肪アルコールエトキシレート、脂肪アルコー ルプロポキシレートおよび糖エステル から選択されたものである請求の範囲第１項または第２項に記載の冷却潤滑剤。 ４．可溶化剤が、水、アルコール、グリコールおよび／またはグリコールエー テルから選択されたものである請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の冷 却潤滑剤。 ５．可溶化剤が、水混和性冷却潤滑剤の重量に基づいて、１〜３０重量％、特 に２〜１０重量％の量で使用される請求の範囲第４項記載の冷却潤滑剤。 ６．ダイマー脂肪酸が、水混和性冷却潤滑剤に基づいて、２〜２０重量％、特 に５〜１５重量％の量で使用される請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載 の冷却潤滑剤。 ７．脂肪族カルボン酸が、アジピン酸、カプリル酸、セバシン酸、２，２，４ −トリメチルヘキサン酸およびエチルヘキサン酸から選択されたものである請求 の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の冷却潤滑剤。 ８．芳香族カルボン酸が、安息香酸、置換安息香酸、ここで置換基はヒドロキ シル基、ニトロ基または直鎖状もしくは分岐状のアルキルもしくはアルキルオキ シ基であり、特にサリチル酸から選択されたものである請求の範囲第１項〜第６ 項のいずれかに記載の冷却潤滑剤。 ９．脂肪族および／または芳香族カルボン酸は、冷却潤滑剤に基づいて１〜２ ０重量％、特に３〜１０重量％の量で使用される請求の範囲第１項〜第８項のい ずれかに記載の冷却潤滑剤。 １０．加えて、極性添加剤、ＥＰ添加剤、曇り防止添加剤、老化防止剤、固形 潤滑剤、顔料、発泡防止剤および／または殺生物剤を含有する請求の範囲第１項 〜第９項のいずれかに記載の冷却潤滑剤。 １１．請求の範囲第１項〜第１０項のいずれかに記載されている水混和性冷却 潤滑剤。 １２．請求の範囲第１項〜第１０項のいずれかに記載されている水混合冷却潤 滑剤。 １３．１〜１０重量％、特に２〜５重量％の冷却潤滑剤を含有する水性の溶液 またはエマルジョンの形態にある請求の範囲第１項〜第１２項のいずれかに記載 の冷却潤滑剤の使用。