JPS6245694A - 金属加工用水溶性潤滑剤 - 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 本発明は新規な金属加工用水溶性潤滑剤に関する。した
がって本発明は、潤滑剤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。

従来の技術 金属の機械加工、たとえば圧延加工、引抜加工、切削加
工、研削加工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
を付与するために乳化剤を加えた組成物であって、これ
ら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、その潤滑性を発揮するように組成されてい
る。

上記の基本組成のうち、潤滑性能に強く関係するものは
油性剤であるが、その内容は永年に亘って固定されてい
て、現在一般に使用されている油性剤は、炭素原子数が
８ないし２０程度の脂肪酸、そのダイマー酸あるいはそ
れらの塩である。

脂肪酸は金属を加工する時に、工具および被加工材の表
面においてそれぞれの金属と反応し、金属表面に強固に
吸着されて配列し、良好な潤滑性を発揮するので汎用さ
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威し、潤滑液中から容易に
消失するから潤滑性能の経時的変動を惹き起し、安定な
作業を妨げる。

また、生成した金属セッケンは潤滑剤の安定性を阻害し
、往々にして液を使用不能に至らしめ、さらにまた、金
属加工時に発生する熱あるいはせん断力によって部分的
に劣化し、加工成品および加工機械を著しく汚染し、そ
の清浄化に多大の経費を要する。

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、ｎ滑液の変型なる交換を行っているのが
現状であり、金属の機械加工における加工能率、精度お
よび経済性が強く求められている現在では、従来の潤滑
剤では性能的に適応できず、新規な水溶性潤滑剤の開発
が強く求められていた。

上記の課題を解決する発明として、下記のものがある。

（１）特開１君５９−２２６０９７号公報この公知発明
を概説すれば、ポリアミンと脂肪族ジカルボン酸との縮
合体をリンのａＩｇ酸で中和した化合物であって、平均
分子量が５００以上であって１，０００未満のものを必
須成分とする金属加工用組成物である。

（２）特願昭５９−３８８７７号 この先願発明を概説すれば、ポリアミンと脂肪族ジカル
ボン酸との縮合体をリンの酸素酸で中和した化合物と、
平均分子量が２００以りであってｉ、ｏｏｏ未溝のポリ
エチレンイミンをリンの酸素酸で中和した化合物とを含
有する金属加工用組成物である。

発明が解決しようとする問題点 り記のような事情であるから、脂肪酸系潤滑剤の潤滑性
を超越し、かつ脂肪酸系潤滑剤の持つ諸欠点のない金属
加工用水溶性潤滑剤を提供することが本発明の目的であ
る。

本発明の別の目的は、特開昭５９−２２６０９７号公報
記載の発明と異なる手段によって、また特願昭５９−３
８８７７号発明とも異なる手段によって、これらの先行
発明と同等の効果を奏する潤滑剤を開発することである
。

問題点を解決するための手段 発明者らは上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又はその誘導体にフルキレ
ンオキシドを反応させて得られるシ均分子量ｔ、ｏｏｏ
ないし１，０００，０００の付加体又はその誘導体と脂
肪酸とを反応させて得られる化合物の１種または２種以
りをリン酸化合物で中和して得られる化合物が水溶性潤
滑剤として有用であることを知り、本発明を完成した。

なお、本発明において「平均分子量」とは、蒸気圧法に
よって測定された数平均分子量を意味する。

つぎに本発明の構成について詳しく説明する。

（ポリアルキレンポリアミン及びその誘導体）本発明に
おいて使用できる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−エチルプロピレンイミン、ポリ−２−ｎ−プロピ
ルプロピレンイミンなどが挙げられる。

上記のうち、ポリイミン化合物については、アルキレン
オキシドとの付加反応の容易性という観点から見て、平
均分子量が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、エピハロヒドリン、α−オレフィンなどとの反応生
成物、ポリカルボン酸、ジェポキシ化合物、ジクロルア
ルカン化合物などとポリアルキレンイミンとの部分架橋
反応生成物などが挙げられ、これらの１Ｍ又は２種以上
を混合して用いることができる。

これらの誘導体は、通常の公知の方法で容易につくるこ
とができるや （アルキレンオキシド） アルキレンオキシドとしてはエチレンオキシド、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
どが挙げられる。

これらの付加モル数は、ポリアルキレンポリアミンの活
性水素原子あたり１ないし１００モルの範囲が好ましい
、付加モル数が１００モルを越えても潤滑性向に効果は
少なく、しかも付加物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単独付加体でも共重合
付加体でもよく、共重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。

アルキレンオキシド付加体の平均分子量は、潤滑性の観
点から１，０００ないしｉ、ｏｏｏ、ｏｏｏであること
が望まし°い、モ均分子−驕が１．０００，０００を越
しても潤滑性の向上は少ないだけでなく、合成物が高粘
度となって製造にの困難さを増すから不利である。

付加体は従来公知の方法、たとえばポリアルキレンポリ
アミン又はその誘導体に水酸化カリウムなどのアルカリ
触媒を加えて、加圧下にアルキレンオキシドを反応させ
ることによって容易に得られる。

（脂肪酸エステル） 上記の工程によって得られるアルキレンオキシド付加体
は、次に脂肪酸またはその誘導体（たとえば酸無水物あ
るいは酸ハロゲン化物）との反応によって脂肪酸エステ
ルに変換される。脂肪酸エステルが生成する反応の代表
的なものは、アルキレンオキシド付加体の末端水酸基と
脂肪酸のカルボキシル基とのエステル化反応である。エ
ステル化は公知のいずれの方法によってもよい。

エステル化に使用される脂肪酸またはその誘導体は、炭
素原子数４ないし２２のものが適当であり、飽和酸でも
不飽和酸でもよく、直鎖脂肪酸でも分枝脂肪酸でもよい
。

（リン酸化合物） 上記の工程によって得られる脂肪酸エステルは、次にリ
ン酸化合物によって中和される。リン酸化合物（本発明
においては、リンの酸素酸をも便宜のためリン酸化合物
に含める。）としては、下記のものが挙げられ、これら
を１種または２種以Ｅ混合して用いることができる。

リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、過すン酸、ピロリン酸
、トリメタリン酸、テトラメタリン酸、ピロ亜すン酸、
ポリメタ亜リン酸、ジ過リン酸、ホスホン酸、ホスフィ
ン酸、 Ｈ で示されるリン酸エステルおよび で示されるリン酸エステル〔ただし式（Ｉ）および式（
ＩＩ　）中のＲ１およびＲ２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、〕。

前記の脂肪酸エステルを中和するのに用いられるリン酸
化合物の量は、沖和物の水溶液を潤滑剤として使用する
と５のＰＨが５ないし７の範囲であるように調節する。

ｐＨが５より低いときは防錆性が著しく低下し、ｐＨが
７より高いときは潤滑性が不七分となる。

（任意成分） 本発明の金属加１用水溶性潤滑剤には、従来公知の極圧
添加剤、防錆添加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、ジターシャリ−ドデシルポリサル
ファイド、硫化油脂などのｉ興系極圧添加剤、ジアルキ
ル・ジンクψジチオホスフェート、モノアルキルホスフ
ェート、ジアルキルホスフェートおよびトリアルキルホ
スフェート、トリクレジル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、塩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。

防錆添加剤としては安息香酸、アミノ酸、パラターシャ
リ−ブチル安、Ｕ香酸、２，４．６−１リス（５−ペン
チルカルボキシアミノ）−１，３゜５−トリアジン、唾
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、アルカノールアミン塩などを挙げることができる
。

（使用方法） 本発明の金属加工用水溶性潤滑剤は、１−記の必須成分
またはこれに任、ｆｉ酸成分加えた組成物を水でＯ９ｌ
ないし２０屯量％に希釈して使用される。

発明の作用 本発明の潤滑剤の摩擦金属面における作用機構は、下記
のように推測される。

本発明の潤滑剤の水溶液を潤滑剤として用いると、ＩＩ
擦金金属面リン酸化鉄（リン酸化合物と鉄との反応生成
物を便宜のためリン酸化鉄という、）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、水溶液中の本発明の化合物は、そのアミン部分に
よって上記のリン酸化鉄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。

かく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剤が有効に作用する。

実　　施　　例 つぎに実施例及び比較例によって、本発明を具体的に説
明する。ただしこれらの実施例及び比較例は本発明をな
んら制限するものではない。

以Ｆの実施例及び比較例において、特記しない限り部は
重合部を、％は１に量％を表わす。

（潤滑試験機による評価） 第１表に掲げる本発明の金属加工用水溶性潤滑剤（実施
例１ないし１６）および比較例１ないし４の金属加工用
水溶性潤滑剤の水溶液（または乳化液）について、曾田
弐四球ｙｌ！擦試験機による耐圧荷重および曾田式振子
型油性試験機ＩＩ型による摩擦係数の測定を行った。

試験条件 （１）耐圧荷重の測定 潤滑剤の濃度　　０．５％および２．０％潤滑剤の温度
　　室温 回転数　　　　　　２０Ｏｒｐｍおよび１．０００ｒ　
ｐ　ｍ （２）摩擦係数の測定 潤滑剤の濃度　　０．５％および２．０％潤滑剤の温度
　　室温 結果を第１表に示す。

前記の第１表中の潤滑剤の略号は次のとおり〒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　：ポリ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 また、第１表に記載された試料は、アルキレンオキシド
をブロック憶合法によって付加されたものであり、各種
のアルキレンオキシドの付加順序ならびに活性水素原子
当りの付加モル数も第１表中に示されている。

第１表中の比較例の組成物Ａ、ＢおよびＣは。

次のとおりである。

組成物Ａ（比較例？） バーム油　　　　　　　　　　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 コール（平均分子量４００） とのエステル　　　　　　　　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部組載物Ｂ（比較
例３） マシン油（５０℃における粘度が５０ｃｓｔのもの）　
　　　　　　　　　５０　　部リシノール酸　　　　　
　　　２０　　部石油スルホン酸ナトリウム塩（米国の
モルコ社の製品「モルコア０Ｊ）　　　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　　部組酸物Ｃ（比較例４） オレイン＃　　　　　　　　　２０　　部カプリル酸　
　　　　　　　　　５　　部トリエタノールアミン　　
　　４０　　部石油スルホン酸ナトリウム塩（米国のモ
ルコ社の製品「モルコア０Ｊ）　　　５　　　部（実原
の金属加りへの適用例） 実施例１７ 実施例１Ｏの潤滑剤９５部と塩素化パラフィン５部とか
らなる組成物の１．０％水溶液を、鋳鉄材ブレーキドラ
ムの切削加工用の潤滑剤として適用した。

■具庁耗による１具交換頻度は、従来の潤滑剤（ＪＩＳ
　　Ｗ１種２号）と比較して１５％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、液の
長寿命化が回部となった。

実施例１８ 実施例１４の潤滑剤の２．０％水溶液を鋼材クランクシ
ャフトの研削加工用の潤滑剤として適用した。砥石の再
研磨までに加工できる被削材個数は、従来の潤滑液（Ｊ
ＩＳ　　Ｗ２種１号）と比較して３倍になった。

また副生じた研磨粉は液中でよく流動―分散し、堆積す
ることがなく、液の回収および清浄化が容易であり、砥
石と機械周囲の汚れも少なかった。

実施例１９ 実施例１６の１．０％水溶液を鋼材の研削加工用の潤滑
剤として適用した。砥石と被削材との接触弧長が２５ｍ
ｍのときの研削抵抗は、従来の潤滑剤（ＪＩＳ　　Ｗ２
種１号）と比べて１１％低ｒした。

実施例２０ 実施例１３の潤滑剤の０．５％水溶液を鋼板の冷間圧延
用の潤滑剤として適用した。圧下率５０％のときの圧延
荷重は、従来の潤滑剤（牛脂ベースの乳化型圧延油）と
比較して１０％低減した。

また発生摩耗粉はよく流動分散し、従来認められたスカ
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
巾に向上でさた。

実施例２１ 実施例１５の潤滑剤の１０％水溶液を、超硬線引ダイス
（穴径４　ｍ　ｍ、ダイス角度７度）による軟鋼線（Ｓ
ＷＲ−８）の引抜加工用に適用した。

引抜速度１４８　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎ、断面減少率３６
％（直径が５ｍｍから４　ｍ　ｍになる）における引抜
力は、潤滑剤としてナタネ油を用いたときより２０％減
少し、塩素分１０％の鉱油系潤滑剤を用いたときより２
５％減少した。

発明の効果 未発’ＰＩの水分散型金属加工用水溶性潤滑剤は。

従来の油性成分からなる潤滑剤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状低
ド、潤滑性の変動、油分劣化の促進等がなく、加に効率
、精度および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）ポリアルキレンポリアミン又はその誘導体にアル
   キレンオキシドを反応させて得られる平均分子量１，０
   ００ないし１，０００，０００の付加体又はその誘導体
   と脂肪酸とを反応させて得られる化合物の１種または２
   種以上をリン酸化合物で中和して得られる化合物を含有
   することを特徴とする金属加工用水溶性潤滑剤。
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項記載
   の金属加工用水溶性潤滑剤。 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 ）および式
   （II）中のＲ＿１および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種又は２種以上のものである特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の金属加工用水溶性潤滑剤。