JPS6245693A - 金属加工用の水分散型潤滑油 - 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 本発明の新規な金属加工用の水分散型潤滑油に関する。

したがって本発明は、潤滑油を製造する産業および金属
を加工する産業において利用することができるものであ
る。

従来の技術 金属の機械加「、たとえば圧延加工、引抜加工、切削加
工などに使用される水分散型潤滑剤は、鉱油、動植物油
脂、脂肪酸エステル等を基油として、これに脂肪酸、ア
ルコール等を油性剤として加え、さらに水分散性を付享
するために乳化剤を加えた組成物であって、これらの各
成分は工具と被加工材の間に生ずる種々の摩擦状態下に
おいてその潤滑作用を発揮するように組成されている。

Ｌ記の基本組成のうち、潤滑性山に大きく関係するもの
は油性剤であるが、その内容は永年にわたって固定され
ていて、現在一般に使用されている油性剤は、炭素に（
ｆ数が８ないし２０個程度の脂肪酸あるいはそのダイマ
ー酸及びこれらの塩である。脂肪酸は金属を加工する時
に、工具および被加り材表面においてそれぞれの金属と
反応し、金属表面に強固に吸着・配列し、良好な潤滑性
を発揮するので多用されてきたが、その反面、加工時に
発生する摩耗金属粉とも反応して金属セッケンを生成し
、そのため潤滑液中から容易に消失して潤滑性の経時的
変動をひき起し、安定作業を妨げる。

また、生成した金属セッケンは潤滑液の安定性を阻害し
、往々にして潤滑液を使用率（Ｕにする。

さらにまた現在一般に使用されている油性剤は、金属加
工時に発生する熱および剪断力によって部分的に劣化し
、加工製品および加工機械を著しく汚染するから、その
清浄化に多大の経費を要するという欠点をもっている。

このような脂肪酸系油性剤の使用に由来する諸問題を回
避するために、潤滑液のたび重なる交換を行っているの
が現状であるから、金属の機械加工における加工能率、
精度、経済性が強く求められている現在においては、従
来の潤滑剤では適応できず、新製品の開発が強く求めら
れていた。

発明が解決しようとする問題点 本発明はこのような現状に鑑み、脂肪酸系潤滑剤の潤滑
性を越え、かつ脂肪酸系潤滑剤の持つ諸欠点のない金属
加工用の水分散型潤滑油を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 発明者らは、」−記の目的を達成するために鋭意研究の
結果、ポリアルキレンポリアミンから導かれる特定の化
合物（便宜のためこれを第１成分という、）と、ポリア
ルキレンポリアミンから導かれる別の化合物（便宜のた
めこれを第２成分という、）と水を必須成分とする金属
加工用の水分散型潤滑油の有用性を知るに至り、本発明
を完成した。　すなわち本発明は、 ■　ポリアルキルキレンアミン又はその誘導体にエチレ
ンオキシド以外のアルキｌノンオキシトを反応させて得
られる」ｉ均分子　ｉｇ−がｉ、ｏｏｏないしｔ　、ｏ
ｏｏ　、ｏｏｏの付加体又はその誘導体もしくはこれら
をリン酸化合物で中和して得られる化合物（これが第１
成分である。）と、■　ポリアルキレンポリアミン又は
その誘う体にエチレンオキシドを包含するアルキレンオ
キシドを反応させて得られるモ均分子Ｂｔ、ｏｏ。

ないし１．０００．０００の付加体であって、アルキレ
ンオキシドの付加量中のエチレンオキシドのＬＡが４０
重量％以」二である付加体またはこれらの誘導体（これ
が第２成分である。）と、 ■水 を必須成分とする金属油り用の水分散型潤滑油である。

本発明の構成成分について以下に詳説する。

（第１成分の作用） 上記の第１成分は、従来の潤滑剤における油性剤に相８
する作用をする成分である。

（第２成分の作用） 第２成分は第１成分を水中に安定に分散させる作用をす
る成分である。

（配合割合） 第１成分と第２成分との望ましい比率は、毛量比で９９
：１〜４０　：　６０である。第１成分の比率が４０よ
り少ないと潤滑性が悪く、第２成分の比率が１より少な
いと分散安定性が悪くなる。

（ポリアルキレンポリアミン） ポリアルキレンポリアミンとしては、エチレンジアミン
、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、
ペンタエチレンへキサミン、ポリエチレンイミン、ポリ
−１，２−プロピレンイミン、ポリ−１，３−プロピレ
ンイミン、ポリ＝２．２−ジメチルエチレンイミン、ポ
リ−１−エチルエチレンイミン、ポリ−２−二チルプロ
ビルイミン、ポリ−２−ｎ−プロピルプロピレンイミン
などが挙げられる。

Ｌ記のうち、ポリイミン化合物は、アルキレンオキシド
の付加反応を容易に行うことができることを確保するた
めに、ｆ均分４量が３０．０００以下のものが好ましい
。

（ポリアルキレンポリアミンの誘導体）ポリアルキレン
ポリアミンの誘導体としては。

ポリアルキレンポリアミンとモノカルボン酸、ジカルボ
ン酸アルキル部分エステル、ジカルボン酸無水物、アル
デヒド、ケトン、イソシアネート。

アシルクロライド、ハロゲン化アルキル、グリシジルア
ルキルエーテル、グリシドール、エビへロヒドリン、α
−オレフィンなどとの反応生成物を使用することができ
る。

さらにポリアルキレンポリアミンの誘導体として、ポリ
アルキレンポリアミンとポリカルボン酸との部分架橋反
応生成物、ポリアルキレンポリアミンとジェポキシ化合
物との部分架橋反応生成物などをも挙げることができる
。

これらの誘導体は１種または２種以上混合して用いるこ
とができる。

また、これらの誘導体は汀通に行われている公知の方法
で容易に製造することができる。

（アルキレンオキシド付加体） ポリアルキレンポリアミン又はその誘導体に付加させる
アルキレンオキシドとしては、総括的にいえば、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、
スチレンオキシドなどがある。ただし第１Ｑ分を製造す
る時にはエチレンオキシド以外のものを用いなければな
らないが、第２成分を製造する時にはエチレンオキシド
だけを付加させることもできる。

第１成分を製造する時にはエチレンオキシドを使用し゛
〔はならない理由は１次のとおりである。

すなわち、仮りに第１成分を製造するために用いるアル
キレンオキシドがエチレンオキシドを含有するとすれば
、第１成分の水親和性が大きくなりすぎるために金属面
に対する付着性が低下し、ひいては潤滑効果が低下する
。よって本発明は、そのような付加体を使用することを
排除するものである。

本発明の金属加工用水分散型潤滑油は、前記のように水
親和性が大きくない第１成分を使用するものであるから
、そのような第１成分を水中に分散させるために第２成
分を用いるのである。

アルキレンオキシドの付加モル数は、ポリアルキレンポ
リアミンの活性水素原子１個あたり、１ないし１００モ
ルが好ましい、１００モルを越えても第１成分において
は潤滑性の向−ヒ効果が少なく、第２成分においては分
散性の向り効果が少ないうえ、付加体の合成に長時間を
要するから不経済である。

また、アルキレンオキシド付加体は中独付加体でも共を
合付加体でもよく、共を合付加体の場合はブロック共重
合体でもランダム共重合体でもよい、ただし第２成分に
おいては、アルキレンオキシドの付加ｔ＾のうち、エチ
レンオキシドの皆が４０重量％以七でなければならない
、４０＠量％より少ないと簡滑剤の分散状態が不安定に
なる。

アルキレンオキシド付加体の平均分子量は、第１Ｑ分、
第２成分ともに１，０００ないしｉ　、ｏｏｏ　、００
０（７）範囲が望ましい、第１ｒ＆分において平均分子
−値が１，０００未満であると、本発明の潤滑油の潤滑
性が不十分となり、１，０００，０００を越えても潤滑
性の向上は少なく、第１成分が高粘度になって製造−Ｉ
−の困難さが大きくなる。第２成分においては、平均分
子値が１，０００未満であると潤滑油の分散状態が不良
となり、平均分子駿が１．０００．０００を越えても分
散安定性は向上せず、そのうえ、第１成分と同様に製造
上の困難さが大きくなる。

なお１本発明におては、蒸気圧法によって測定された数
平均分子礒を「乎均分ＦｕＪという。

（アルキレンオキシド付加体の誘導体）アルキレンオキ
シド付加体の誘導体としては、Ｆ記の群（１）ないし群
更７）を挙げることができる。これらの誘導体は１種又
は２種以上併用してもよい。

（１）　　アルキレンオキシド付加体の末端水酸基と、
炭素原子数が４〜２２個の脂肪酸及び／又は重合脂肪酸
との縮合によって得られるエステル又は部分エステル、 （２）　アルキレンオキシド付加体の末端水酸基と、炭
素原Ｉ−数が４〜２２個のアルキルグリシジルエーテル
又はアルケニルグリシジルエーテルとの反応によって得
られるアルキルエーテル又はアルケニルエーテル又は部
分エーテル、 （３）　アルキレンオキシド付加体の末端水酸基と、炭
素原ｆ数が４〜２２個のジカルボン酸との縮合によって
得られるエステル又は部分エステル、 （４）　アルキレンオキシド付加体の末端水酸基とリン
酸とのエステル又は部分エステル、（５）　上記の群（
１）の部分エステルのリン酸エステル、 （６）　１記の群（２）の部分エーテルのリン酸エステ
ル、 （７）　アルキレンオキシド付加体の末端水酸基とホウ
酸との縮合によって得られるエステル。

これらの誘導体は通常行われている公知の方法で容易に
製造することができる。

（リン酸化合物） 本発明の金属加工用水分散型潤滑油の第１成分としては
、リン酸化合物で中和されていない化合物及びリン酸化
合物で中和して得られる化合物のいずれも用いることが
できるが、後者を用いる方がよりすぐれた潤滑効果が得
られる。後者を用いる場合には１本発明の潤滑油組成物
を水分散液として使用する時のＰＨが５ないし７である
ようにリン酸化合物の酸を調節することが望ましい。

ｐＨが５より低いときは防錆性が著しく低下し、ＰＨが
７より高いと、中和による潤滑性向上効果が１−分でな
い。

ｍ１２１分としてリン酸中和物を用いると、とくに潤滑
効果がすぐれる理由については、その作用機構を下記の
ように推測できる。

本発明の潤滑油が第１成分としてリン酸中和物を含有し
、潤滑油の水分散液のＰＨが５ないし７であるとき、摩
擦金属面にリン酸化鉄の沈着膜を形成する。中性ないし
弱酸性の水に対してはリン酸化鉄の溶解度が低いので、
その沈着膜は比較的安定であり、極圧潤滑膜として作用
する。

一方、水分散液中の第１成分及び第２成分は、分子中の
アミン部分によって１−記のリン酸化鉄の沈着膜にイオ
ン吸着し、それが十分な表面密度に達すると油性被膜を
形成する。

このようにして摩擦面の低温部位では油性被膜が作用し
、高温部位では極圧潤滑膜が作用するので、摩擦面の広
い温度領域にわたって潤滑油が有効に作用するものと考
えられる。

本発明においては、リン酸化合物としては次の１の化合
物が挙げられ、これらの１種又は２種以上を混合して用
いることもできる。

リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、過リン酸、ビロリン酸
、トリメタリン酸、テトラメタリン酸、ピロ亜リン酸、
ポリメタ亜リン酸、ジ過リン酸、ホスホン酸、ホスフィ
ン酸、 で示されるリン酸エステルおよび Ｒ２０ で示されるリン酸エステル〔ただし、式ＣＩ）と式（Ｉ
Ｉ）中のＲ１とＲ？は、炭素原子数が１ないし１２のア
ルキル基であって、両者は同一であっても異なってもよ
い〕。

（潤滑油の調整方法） 本発明の金属加工用の水分散型潤滑油は、上記の第１成
分と第２成分のほかに、所望によっては以Ｆに述べる極
圧添加剤、酸化防止剤、防錆剤などを添加し、水分散液
として使用する。

（任意成分） 本発明の金属加工用の水分散型潤滑油は、従来公知の極
圧添加剤、酸化防止剤、防錆剤を所望に応じて任意に添
加することができる。

極圧添加剤としては、ジ−ｔ−ドデシルポリサルファイ
ド、硫化油脂、硫化脂肪酸エステル、硫化鉱油などの硫
黄系極圧添加剤、モノアルキルホスフェート、ジアルキ
ルホスフェート、トリアルキルホスフェート、モノアル
キルホスファイト。

ジアルキルホスファイト、トリアルキルホスファイト、
トリクレジルホスフェート、ジアルキルジンクジチオホ
スフェートなどのリン系極圧添加剤、塩素化パラフィン
、１１！素化脂肪酸エステルなどの塩素系極圧添加剤を
挙げることができる。

酸化防止剤としては、フェニル−α−ナフチルアミン、
トリフェニルホスフィン、２．６−ジーｔ−ブチル−ｐ
−クレゾール、ジ−トリデシルチオジプロピオネート、
２，２′−メチレン−ビス（４−エチル−６−ｔ−ブチ
ルフェノール）、フェノチアジンなどを挙げることがで
きる。

防錆剤としては、ソルビタンジオレエート、ペンタエリ
ドリフトセスキオレエートなどの多価アルコールの脂肪
酸部分エステル、アルキルイミダシリン化合物、安息香
酸、アミノ酸、ｐ−ｔ−ブチル安息香酸、２，４．６−
）リス（５−ペンチルカルボキシアミノ）−１，３，５
−）リアジン、亜硝酸、モリブデン酸、タングステン酸
などのアルカリ金属塩又はアルカノールアミン塩などを
挙げることができる。

実　　施　　例 つぎに実施例および比較例によって本発明を具体的に説
明する。ただしこれらの実施例は本発明をなんら制限す
るものではない、以ドの実施例及び比較例における部及
び％は特記しない限り重量に基くものである。

（第１成分と第２成分の例） 本発明の金属加工用の水分散型潤滑油を組成するための
第１成分の例を第１表に、第２成分の例を１＄２表に掲
げる。

第１表および第２表における略号は次のとおりである。

ＥＤＡ　：エチレンジアミン ＤＥＴＡ　ニジエチレントリアミン ＰＥＩ：ポリエチレンイミン ＰＥ）ＩＡ　：ペンタエチレンへキサミンＴＥＴＡ＋）
リエチレンテトラミン ＥＯ：エチレンオキシド ＰＯ：プロピレンオキシド ＢＯ：ブチレンオキシド Ｓｏ：スチレンオキシド アルキレンオキシドはブロックセ合で付、加し、付加順
序ならびに活性水素原Ｆ１個あたりの付加モル数を示す
。

第２表　第２成分 （潤滑試験機による評価） 第１表の第１成分を第２表の第２成分を用いて水中に分
散させて第３表の組成の水分散体を調整し、曽田式四球
摩擦試験機による耐圧荷重および曽田式振子型油性試験
機■型による摩擦係数の測定を行なった。水分散体中の
第１成分の濃度を２％、第２成分の濃度を０．２％とし
た。なお比較例Ａ、ＢおよびＣはいずれも濃度２．０％
の水分散液として使用した。

比較例の組成物Ａ、ＢおよびＣの組成は次のとおりであ
る。

組成物Ａ（比較例２） パーム油　　　　　　　　　　　９６，５部オレイン酸
　　　　　　　　　　　　２　　部ペンタエリトリット
とオレイン酸 とのエステル　（１：１．５モル）１　　部オレイン酸
とポリエチレングリ ：Ｉ−ル（’ｆ均分子ｆｆｉ、４００）、！：（７）エ
ステル　　　　　　　　　　　　０．３部牛脂アルコー
ルのエチレンオキシ ド付加物（ＥＯを１２モル付加）　０．２部組酸物Ｂ（
比較例３） マシン油（４０℃の粘度が５０ｃｓｔ）５０部 リシノール酸　　　　　　　　　２０　　部石油スルホ
ン酸ナトリウム塩（米国モル二社の商品１モルコア０」
）　　　　　６　　　部ポリオキシエチレンノニルフェ
ニル エーテル　　　　　　　　　　　６　　部トリエタノー
ルアミン　　　　　　１７　　部組載物Ｃ（比較例４） オレイン酸　　　　　　　　　　２０　　部カプリル酸
　　　　　　　　　　　５　　部トリエタノールアミン
　　　　　４０　　部右油スルホン酸ナトリウム＋１！
（米国モルコ社の商品「モルコア０Ｊ）　　　　　５　
　　部試験条件 （１）耐圧荷重の測定 潤滑油の温度　　室温 回転数　　　　　２０Ｏｒｐｍ （２）彦擦係数の測定 潤滑油の温度−室温 結果を第３表に示す。

（実際の金属加■゛への適用例） 実施例１３ 第１表の動、６の第１成分３％、第２表のＮｏ、１６の
第２成分０．１５％および残部の水からなる水分散液を
、鋳鉄材ブレーキドラムの切削加［用の潤滑液として適
用した。

工具摩耗による’Ｉ　Ｊ４交換頻度は、従来の潤滑液（
ＪＩＳ　　Ｗ１種２号）と比較して２０％低減し、また
、従来みられた経時的な液分離、腐敗等の不都合はなく
、潤滑液の長寿命化が可能となった。

実施例１４ 第１表の陥、９の第１ＫＩｔ分１％、第２表のＮＯ，１
７の第２成分１．２％および残部の水からなる水分散液
を、鋼材クランクシャフトの研削加Ｆ用の潤滑液として
適用した。

砥石の再研摩までに加工できる被削材個数は、従来の潤
滑液（ＪＩＳ　　Ｗ２種１号）と比較して２倍になった
。

また、副生じた研削粉は液中でよく流動、分散し、堆積
することがなく、液の回収、正常化が容易であり、砥石
おうおび機械周囲の汚れも少なくなった。

実施例１５ 第１表のＮＯ，１１の第１成分１．０％、第２表のＮｏ
、１９の第２成分０．１％および残部の水からなる水分
散液を、鋼材の研削加工用の潤滑液として適用した。

砥石と被削材との接触弧ｇ　２５　ｍ　ｍのときの研削
抵抗は、従来の潤滑液（ＪＩＳ　　Ｗ２種１号）と比較
して３２％低下した。

実施例１６ 第１表の？ｋ）、１３の第１成分４．０％、第２表のＮ
ｏ、１６の第２成分０．２％および残部の水からなる水
分散液を、鋼板の冷間圧延用の潤滑液として適用した。

圧下率５０％のときの圧延荷重は、従来の潤滑液（牛脂
ベースの乳化型圧延油）と比較して１５％低減した。ま
た発生摩耗粉はよく流動・分散し、従来は認められたス
カムの発生もなく、クーラントシステムは清浄に保たれ
た。その結果、圧延鋼板のスカム汚れによる品質低下を
大幅に軽減できた。

実施例１７ 第１表のＮｏ、１２の第１成分８％、第２表の陽、１５
の第２Ｉ＆分０．４％および残部の水からなる水分散液
を、超硬線引ダイス（穴径４ｍｍ、ダイス角度７度）に
よる軟鋼線（ＳＷＲ−８）の引抜加工用に適用した。引
抜速度１４８ｍ／分、断面減少率３６％（直径５ｍｍ→
４　ｍ　ｍ　）における引抜力は、潤滑油としてナタネ
油を用いたときより２０％減少し、塩素分１０％の鉱油
系潤滑油を用いたときより２５％減少した。

発明の効果 本発明の金属加工用の水分散型潤滑油は、従来の油性成
分からなる潤滑油組成物よりも潤滑性がすぐれ、また金
属セッケン生成による液中脂肪酸濃度の異常低ｙ、ａ滑
性の変動、油分劣化の促進等がなく、加工効率、精度、
経済性において大きな進歩をもたらすものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）［１］ポリアルキルキレンポリアミン又はその誘
   導体にエチレンオキシド以外のアルキレンオキシドを反
   応させて得られる平均分子量が １，０００ないし１，０００，０００の付加体又はその
   誘導体もしくはこれらをリン酸化合物で中和して得られ
   る化合物と、 ［２］ポリアルキレンポリアミン又はその誘導体にエチ
   レンオキシドを包含するアルキレンオキシドを反応させ
   て得られる平均分子量が １，０００ないし１，０００，０００の付加体であって
   、アルキレンオキシドの付加量中のエチレンオキシドの
   量が４０重量％以上である付加体またはこれらの誘導体
   と、 ［３］水 を必須成分とする金属加工用の水分散型潤滑油。
2. （２）リン酸化合物が下記の群から選ばれた化合物の１
   種又は２種以上のものである特許請求の範囲第１項に記
   載の金属加工用の水分散型潤滑油。 リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、過リン酸、ピロリン酸
   、トリメタリン酸、テトラメタリン酸、ピロ亜リン酸、
   ポリメタ亜リン酸、ジ過リン酸、ホスホン酸、ホスフィ
   ン酸、 式 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） で示されるリン酸エステルおよび 式 ▲数式、化学式、表等があります▼（II） で示されるリン酸エステル〔ただし、式（ I ）と式（
   II）中のＲ＿１とＲ＿２は、炭素原子数が１ないし１２
   のアルキル基であって、両者は同一であっても異なって
   もよい〕。
3. （３）アルキレンオキシドがエチレンオキシド、プロピ
   レンオキシド、ブチレンオキシド又はスチレンオキシド
   から選ばれた１種または２種以上である特許請求の範囲
   第１項又は第２項に記載の金属加工用の水分散型潤滑油
   。