TW201518496A - 水溶性切削油劑原液組合物、切削油劑組合物及切削加工方法 - Google Patents

水溶性切削油劑原液組合物、切削油劑組合物及切削加工方法 Download PDF

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Abstract

本發明之水溶性切削油劑原液組合物以原液組合物總量作為基準，含有0.3質量%以上且7.0質量%以下之選自芳香族三級胺類及雜環式三級胺類之至少1種胺化合物、0.1質量%以上且5.0質量%以下之水、及70質量%以上且98質量%以下之礦物油。

Description

水溶性切削油劑原液組合物、切削油劑組合物及切削加工方法
本發明係關於一種水溶性切削油劑原液組合物、水溶性切削油劑組合物及切削加工方法，詳細而言，係關於一種適於包含鋁或其合金、銅或其合金或者鋼之被加工材料之切削加工之水溶性切削油劑組合物、可藉由利用水稀釋而獲得其水溶性切削油劑組合物之原液組合物、以及使用上述水溶性切削油劑組合物之切削加工方法。
於對鋼鐵或非鐵金屬材料實施旋削、平削、開孔、銑削等切削加工時，使用切削油劑。使用切削油劑之目的在於減小工具與被加工材料或碎屑之摩擦、去除碎屑、防止刃口積屑緣之產生、抑制發熱以及冷卻等，藉此，謀求工具壽命或工作精度之提高。
一般而言，切削油劑大致區分為以潤滑作用為主要目的之非水溶性切削油劑及以冷卻作用為主要目的之水溶性切削油劑。先前之水溶性切削油劑係於水中調配聚氧乙烯單烷基醚、聚氧乙烯單烷基苯醚、脂肪酸鹽、磺酸鹽類等界面活性劑；脂肪酸鹽、多元醇之部分酯等油性劑；聚氧乙烯磷酸酯等極壓添加劑；胺類、磷酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、硼酸鹽、亞硝酸鹽等防銹劑等而製備(例如，參照專利文獻1)。
水溶性切削油劑通常利用水稀釋為5倍至50倍左右而使用。
由此亦可知，對水溶性切削油要求之性能為冷卻性，即活用其之加工性。若冷卻性不充分，則有加工時熱未去除而被削材料熔接於 工具，成為加工不良之情形。又，為了穩定地使用水溶性切削油劑，亦重視乳化穩定度或耐腐敗性。若乳化穩定度不充分，則亦有不僅油劑分離為水及油分，無法獲得如設計般之性能，且被切削之金屬之磨耗粉凝聚，附著於材料之情形。若如此，則必須於後續步驟中去除，故而生產性降低。耐腐敗性亦為重要之性能，含有較多水之水溶性切削油易於繁殖菌或黴，若腐敗，則變得性能降低，或者因該臭氣使作業環境大幅降低。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平08-239683號公報
本發明之目的在於提供一種乳化穩定度、耐腐敗性及加工性優異，適於包含鋁或其合金、銅或其合金或者鋼之被加工材料之切削加工之水溶性切削油劑組合物、可藉由利用水稀釋而獲得其水溶性切削油劑組合物之原液組合物、以及使用上述水溶性切削油劑組合物之切削加工方法。
為了解決上述問題，本發明提供下述[1]至[3]記載之水溶性切削油劑原液組合物、下述[4]記載之切削油劑組合物及下述[5]記載之切削加工方法。
[1]一種水溶性切削油劑原液組合物，其以原液組合物總量作為基準，含有0.3質量%以上且7.0質量%以下之選自芳香族三級胺類及雜環式三級胺類之至少1種胺化合物、0.1質量%以上且5.0質量%以下之水、及70質量%以上且98質量%以下之礦物油。
[2]如[1]之水溶性切削油劑原液組合物，其中上述礦物油中之芳 香族成分為10質量%以上。
[3]如[1]或[2]之水溶性切削油劑原液組合物，其中上述雜環式三級胺類為二啉或N-乙基啉。
[4]一種水溶性切削油劑組合物，其係將如[1]至[3]中任一項之水溶性切削油劑原液組合物藉由水稀釋為5倍以上且50倍以下而成。
[5]一種切削加工方法，其使用如[4]之水溶性切削油劑組合物，將包含選自鋁及其合金、銅及其合金以及鋼之至少1種金屬之被削材料進行切削。
根據本發明，提供一種乳化穩定度、耐腐敗性及加工性優異，適於包含鋁或其合金、銅或其合金或者鋼之被加工材料之切削加工之水溶性切削油劑組合物、可藉由利用水稀釋而獲得其水溶性切削油劑組合物之原液組合物、以及使用上述水溶性切削油劑組合物之切削加工方法。
以下，對本發明之較佳實施形態詳細地進行說明。
[第1實施形態：水溶性切削油劑原液組合物]
本發明之第1實施形態之水溶性切削油劑組合物(以下，亦簡稱為「原液組合物」)以原液組合物總量作為基準，含有0.3質量%以上且7.0質量%以下之選自芳香族三級胺類及雜環式三級胺類之至少1種胺化合物、0.1質量%以上且5.0質量%以下之水、及70質量%以上且98質量%以下之礦物油。
作為芳香族三級胺類，例如可列舉：三苯胺、三(甲基苯基)胺、三(乙基苯基)胺、三(丙基苯基)胺、三(丁基苯基)胺、三(苯氧基苯基) 胺、三(苄基苯基)胺、二苯基甲基胺、二苯基乙基胺、二苯基丙基胺、二苯基丁基胺、二苯基己基胺、二苯基環己基胺、N,N'-二甲基苯胺、N,N'-二乙基苯胺、N,N'-二丙基苯胺、N,N'-二丁基苯胺、N,N'-二己基苯胺、N,N'-二環己基苯胺、(甲基苯基)二甲基胺、(乙基苯基)二甲基胺、(丙基苯基)二甲基胺、(丁基苯基)二甲基胺、雙(甲基苯基)甲基胺、雙(乙基苯基)甲基胺、雙(丙基苯基)甲基胺、雙(丁基苯基)甲基胺、N,N'-二(羥乙基)苯胺、N,N'-二(羥丙基)苯胺、N,N'-二(羥丁基)苯胺、及二異丙醇-對甲苯胺等。其中，就乳化穩定度、耐腐敗性之觀點而言，較佳為三(甲基苯基)胺、三(乙基苯基)胺、三(丙基苯基)胺。
作為雜環式三級胺類之具體例，例如可列舉：甲基吡啶、異喹啉、喹啉等吡啶系化合物、咪唑系化合物、吡唑系化合物、啉系化合物、哌系化合物、哌啶系化合物。
進而，作為吡啶系化合物，可列舉：N,N'-二甲基-4-胺基吡啶、聯吡啶及2,6-二甲基吡啶等。其中，就乳化穩定度、耐腐敗性之觀點而言，較佳為N,N'-二甲基-4-胺基吡啶。
又，作為咪唑系化合物，可列舉：1-苄基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-苯咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑鎓偏苯三酸酯、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑鎓偏苯三酸酯、1-苄基-2-苯咪唑、1-(2-羥乙基)咪唑、1-苄基-2-甲醯咪唑、1-苄基-咪唑及1-烯丙基咪唑等。其中，就乳化穩定度、耐腐敗性之觀點而言，較佳為1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯咪唑。
作為吡唑系化合物，可列舉吡唑或1,4-二甲基吡唑等。其中，就乳化穩定度、耐腐敗性之觀點而言，較佳為吡唑。
作為啉系化合物，可列舉：啉、二啉、4-(2-羥乙基) 啉、N-乙基啉、N-甲基啉及2,2'-二啉二乙醚等。其中，就乳化穩定度、耐腐敗性之觀點而言，較佳為二啉、4-(2-羥乙基)啉、N-乙基啉。
作為哌系化合物，可列舉1-(2-羥乙基)哌或N,N'-二甲基哌等。其中，就乳化穩定度、耐腐敗性之觀點而言，較佳為N,N'-二甲基哌。
作為哌啶系化合物，可列舉：N-(2-羥乙基)哌啶、N-乙基哌啶、N-丙基哌啶、N-丁基哌啶、N-己基哌啶、N-環己基哌啶及N-辛基哌啶等。其中，就乳化穩定度、耐腐敗性之觀點而言，較佳為N-(2-羥乙基)哌啶、N-丙基哌啶、N-丁基哌啶。
於本實施形態中，可僅使用芳香族三級胺類或雜環式三級胺類之任1種，或者亦可將芳香族三級胺類之1種或者2種以上與雜環式三級胺類之1種或者2種以上組合使用。就乳化穩定度、耐腐敗性之觀點而言，更佳為雜環式三級胺類，雜環式三級胺類之中，較佳為作為啉系化合物之二啉、4-(2-羥乙基)啉、N-乙基啉，尤佳為二啉、N-乙基啉。
芳香族三級胺類及/或雜環式三級胺類之含量以原液組合物總量基準計，為0.3質量%以上，較佳為0.5質量%以上，更佳為1.0質量%以上，進而較佳為1.5質量%以上，最佳為2.0質量%以上。若含量未達上述之下限值，則就乳化穩定度、耐腐敗性之方面而言，有無法獲得充分效果之虞。又，該含量以原液組合物總量基準計，為7.0質量%以下，較佳為6.5質量%以下，更佳為6.0質量%以下，進而較佳為5.0質量%以下，最佳為4.5質量%以下。若含量超過上述上限值，則有無法獲得與添加相稱之效果之傾向，又，亦有阻礙加工性之虞。
關於本實施形態之水溶性切削油劑原液組合物，以原液組合物總量基準計，含有0.1質量%以上且5.0質量%以下之水。原液組合物 係於其使用時利用水稀釋者，藉由預先於原液中調配適當之量之水，可獲得良好之乳化穩定度。
作為水，可使用工業用水、自來水、離子交換水、蒸餾水、以活性碳或一般家庭用淨水器處理之水、及吸收大氣中之水分之水等任意者。
關於水之含量，以原液組合物總量基準計，為0.1質量%以上且5.0質量%以下。關於水之含量之下限值，就乳化穩定度之方面而言，為0.1質量%以上，較佳為0.5質量%以上，最佳為1.0質量%以上。 又，關於含量之上限值，其亦就乳化穩定度之方面而言，為5.0質量%以下，更佳為4.0質量%以下，最佳為3.0質量%以下。
水之調配方法並無特別限定，例如可例示：(1)與通常之添加劑相同地添加於原液中，加以溶解之方法；(2)將界面活性劑與水預先混合，將該混合液調配於基礎油中之方法；(3)使用均質機等攪拌裝置，將水強制地調配、分散之方法；(4)將蒸汽吹入基礎油中，將水強制地調配、分散之方法；及(5)自然地吸收大氣中之水分之方法等。
關於本實施形態之水溶性切削油劑原液組合物，以原液組合物總量基準計，含有70質量%以上且98質量%以下之礦物油。該礦物油為用作基礎油者。
作為礦物油，例如可列舉燈油、柴油、錠子油、機油、渦輪機油、汽缸油、液態石蠟油等用作基材之礦物油。更具體而言，可列舉對於將石蠟基系原油、中間基系原油或環烷基系原油常壓蒸餾及減壓蒸餾而獲得之潤滑油滯留成分，將脫溶劑、溶劑萃取、氫化裂解、溶劑脫蠟、接觸脫蠟、氫化精製、硫酸清洗、白土處理中之1種或者2種以上精製方法適當組合並應用，所獲得之石蠟系或環烷系之礦物油。
礦物油之含量以原液組合物總量基準計，為70質量%以上，較佳 為75質量%以上，最佳為80質量%以上。
另一方面，礦物油之含量以水溶性切削油劑原液組合物總量基準計，為98質量%以下，較佳為93質量%以下，最佳為90質量%以下。
若礦物油之含量為上述範圍內，則可獲得優異之乳化穩定度。
礦物油之黏度並無特別限制，40℃下之動黏度較佳為2mm2/sec以上，更佳為5mm2/sec，最佳為10mm2/sec以上。若黏度未達上述下限值，則有加工性降低之虞。
另一方面，礦物油之黏度較佳為150mm2/sec以下，更佳為100mm2/sec以下，最佳為80mm2/sec以下。若黏度超過上述之上限值，則有損害乳化穩定度之虞。
礦物油之組成並無特別限制，占組合物之大半之基礎油之組成較大影響切削油之加工性、乳化穩定度。以該含義，用作基礎油之礦物油之芳香族成分更佳為10質量%以上，進而較佳為15質量%以上，最佳為20質量%以上。礦物油之芳香族成分通常為40質量%以下。於本發明中，所謂「芳香族成分」，意指適用JIS K 2536「石油製品-烴型試驗方法」之螢光指示劑吸附法而測定之值。
再者，本實施形態之水溶性切削油劑原液組合物可為僅含有礦物油作為基礎油者，又，只要礦物油之含量以原液組合物總量基準計為70質量%以上，亦可為含有礦物油及合成油之混合基礎油者。
本實施形態之水溶性切削油劑原液組合物可為包含選自芳香族三級胺類及雜環式三級胺類之至少1種胺化合物、水、及礦物油者，可視需要於先前之水溶性切削油劑中添加通常調配之公知之添加劑。
例如，若本實施形態之水溶性切削油劑原液組合物含有水溶性 防金屬腐蝕劑，則於提高油劑組合物之防蝕作用之方面有效。作為水溶性防金屬腐蝕劑，可列舉：硼酸、鎢酸、鉬酸、磷酸、碳酸、硫酸、矽酸、硝酸、亞硝酸等無機酸之鈉鹽、及鉀鹽；苯并三唑、甲基苯并三唑、甲苯三唑、烴基三唑等三唑類及其鹽；巰基苯并噻唑等噻唑類及其鹽；脂肪酸烷醇醯胺類；咪唑啉類；唑啉類等。
於本實施形態之水溶性切削油劑原液組合物含有上述添加劑之情形時，含量(含有2種以上添加劑之情形為該等之含量之合計)於以原液組合物總量基準計，通常為20質量%以下之範圍內選擇。
[第2實施形態：水溶性切削油劑組合物]
本發明之第2實施形態之水溶性切削油劑組合物係將以原液組合物總量作為基準，含有0.3質量%以上且7.0質量%以下之選自芳香族三級胺類及雜環式三級胺類之至少1種胺化合物、0.1質量%以上且5.0質量%以下之水、及70質量%以上且98質量%以下之礦物油之水溶性切削油劑原液組合物藉由水稀釋為5倍以上且50倍以下而成。再者，本實施形態之水溶性切削油劑原液組合物與上述第1實施形態之水溶性切削油劑原液組合物相同，此處省略重複說明。
作為用於水溶性切削油劑原液組合物之稀釋之水，可使用工業用水、自來水、離子交換水、蒸餾水、以活性碳或一般家庭用淨水器處理之水、及吸收大氣中之水分之水等任意者。用於水溶性切削油劑原液組合物之稀釋之水之種類可與水溶性切削油劑原液組合物所含之水之種類相同，亦可不同。
就冷卻性之觀點而言，稀釋倍率以相對於水溶性切削油劑原液組合物之體積比計為5倍以上，較佳為7倍以上，更佳為10倍以上。又，就加工性之觀點而言，稀釋倍率以相對於水溶性切削油劑原液組合物之體積比計為50倍以下，較佳為40倍以下，更佳為30倍以下。若 稀釋倍率未達5倍，則有因油劑黏度之顯著增加、乳液之逆相等，加工性、乳液之穩定性產生異常之情形。又，若超過50倍，則有各種有效成分之濃度變得不充分，無法獲得充分之加工性能之情形。
[第3實施形態：切削加工方法]
本發明之第3實施形態之切削加工方法包括如下步驟：使用將以原液組合物總量作為基準，含有0.3質量%以上且7.0質量%以下之選自芳香族三級胺類及雜環式三級胺類之至少1種胺化合物、0.1質量%以上且5.0質量%以下之水、及70質量%以上且98質量%以下之礦物油之水溶性切削油劑原液組合物藉由水稀釋為5倍以上且50倍以下而成之水溶性切削油劑組合物，將包含選自鋁及其合金、銅及其合金以及鋼之至少1種金屬之被削材料進行切削。再者，本實施形態之水溶性切削油劑原液組合物及水溶性切削油劑組合物分別與上述第1實施形態之水溶性切削油劑原油組合物及上述第2實施形態之水溶性切削油劑組合物相同，此處省略重複說明。
關於本實施形態之切削加工方法，由於使用乳化穩定度、耐腐敗性及加工性優異之上述水溶性切削油劑組合物，故作為包含選自鋁及其合金、銅及其合金以及鋼之至少1種金屬之被削材料之切削加工方法有用。
實施例
以下，基於實施例及比較例，進一步具體地說明本發明，但本發明並不受以下實施例之任何限定。
[實施例1~27、比較例1~10]
關於實施例1~27及比較例1~10，分別使用以下所示之胺化合物A1~A10、礦物油B1~B8、其他添加劑C1~C5、以及水(美國硬度64)，製備具有表1~4所示之組成之水溶性切削油劑原液組合物。
<胺化合物>
A1：三(甲基苯基)胺
A2：N,N'-二甲基-4-胺基吡啶
A3：1-苄基-2-苯咪唑
A4：吡唑
A5：二啉
A6：4-(2-羥乙基)啉
A7：N-乙基啉
A8：N,N'-二甲基哌
A9：N-(2-羥乙基)哌啶
A10：三乙醇胺
<礦物油>
B1：礦物油(40℃下之動黏度24mm2/sec、芳香族成分12質量%)
B2：礦物油(40℃下之動黏度22mm2/sec、芳香族成分22質量%)
B3：礦物油(40℃下之動黏度93mm2/sec、芳香族成分14質量%)
B4：礦物油(40℃下之動黏度3.4mm2/sec、芳香族成分12質量%)
B5：礦物油(40℃下之動黏度144mm2/sec、芳香族成分14質量%)
B6：礦物油(40℃下之動黏度27mm2/sec、芳香族成分6.7質量%)
B7：礦物油(40℃下之動黏度1.2mm2/sec、芳香族成分13質量%)
B8：礦物油(40℃下之動黏度162mm2/sec、芳香族成分14質量%)
<其他添加劑>
C1：磺酸鈉鹽
C2：油酸鉀
C3：聚乙二醇(平均聚合度12)
C4：聚乙二醇(平均聚合度4.5)之油酸單酯
C5：聚矽氧油
其次，使用實施例1~27及比較例1~10之水溶性切削油劑原液 組合物，利用水加以稀釋，實施以下之評價試驗。再者，關於稀釋倍率，實施例1~26及比較例1~10中設為5倍(20%)，實施例27中設為50倍(2%)(均為體積比，括號內之數值意指以切削油劑組合物總量基準計之原液組合物之含量)。
<乳化穩定度之評價>
依據JIS K2241乳化穩定度試驗進行評價。其中，稀釋水係使用自來水(美國硬度64)。又，稀釋倍率設為10倍(原液濃度10%)，以乳化後24小時之油層與乳霜層之合計進行評價。再者，實施例27中將稀釋倍率設為50倍(2%)(體積比，括號內之數值意指以切削油劑組合物總量基準計之原液組合物之含量)，以同樣之方式進行評價。本試驗之評價基準如下所述。將所獲得之結果示於表1~4。
A：油層與乳霜層之合計未達1mL
B：油層與乳霜層之合計為1mL以上且未達2mL
C：油層與乳霜層之合計為2mL以上且未達3mL
D：油層與乳霜層之合計為3mL以上且未達4mL
E：油層與乳霜層之合計為4mL以上且未達5mL
F：油層與乳霜層之合計為5mL以上
<耐腐敗性之評價>
使用自來水(美國硬度64)將原液組合物稀釋為20倍，製備油劑組合物。其次，於油劑組合物300mL中添加種菌(經需求者使用而腐敗之油劑，總菌數107個/mL以上)15g，於30℃下以60轉/分鐘進行攪拌。7天後，利用三愛石油股份有限公司之三愛BIO CHECKER TTC測定油劑之總菌數。對作為基準油之JX日礦日石能量股份有限公司之UNISOLUBLE EM-L(20倍稀釋)亦進行相同之試驗，比較總菌數。再者，於實施例27中，將原液組合物製成稀釋為50倍(2%)(體積比，括號內之數值意指以切削油劑組合物總量基準計之原液組合物之含量) 之油劑組合物，以同樣之方式進行評價。本試驗之評價基準如以下所述。將所獲得之結果示於表1~4。
A：總菌數較基準油少
B：總菌數與基準油為同等
C：總菌數較基準油多
<加工性之評價>
藉由利用轉造螺絲攻之攻絲評價試驗求出攻絲能量效率(TEE)，藉此進行評價。
利用鋁(AC8A)作為材料進行。
工具係使用OSG公司製造之B-NRT B M8(間距1.25)，對7.4mm之下孔以轉數360轉/分鐘、傳送速度9m/min實施加工評價。
再者，基準油設為JX日礦日石能量股份有限公司之UNISOLUBLE EM-L，基準油、評價油均使用以自來水稀釋為20倍者。
所謂攻絲能量效率，為基準油之攻絲能量(加工時之扭矩積分值)除以評價油之攻絲能量而得之值，根據下述式：(攻絲能量效率、%)=(基準油之攻絲能量/試驗油之攻絲能量)×100
定義。攻絲能量效率超過100之油劑組合物相較於基準油加工性更佳。本試驗之評價基準如以下所述。將所獲得之結果示於表1~4。
A：攻絲能量效率為110以上
B：攻絲能量效率未達110且105以上
C：攻絲能量效率未達105且95以上
D：攻絲能量效率未達95
[產業上之可利用性]
水溶性切削油劑原液組合物、切削油劑組合物及切削加工方法於包含選自鋁及其合金、銅及其合金以及鋼之至少1種金屬之被削材料之切削加工中，就乳化穩定度、耐腐敗性及加工性之方面而言發揮優異效果，非常有用。

Claims (5)

  1. 一種水溶性切削油劑原液組合物，其以原液組合物總量作為基準，含有0.3質量%以上且7.0質量%以下之選自芳香族三級胺類及雜環式三級胺類之至少1種胺化合物、0.1質量%以上且5.0質量%以下之水、及70質量%以上且98質量%以下之礦物油。
  2. 如請求項1之水溶性切削油劑原液組合物，其中上述礦物油中之芳香族成分為10質量%以上。
  3. 如請求項1或2之水溶性切削油劑原液組合物，其中上述雜環式三級胺類為二啉或N-乙基啉。
  4. 一種水溶性切削油劑組合物，其係將如請求項1至3中任一項之水溶性切削油劑原液組合物藉由水稀釋為5倍以上且50倍以下(體積比)而成。
  5. 一種切削加工方法，其使用如請求項4之水溶性切削油劑組合物，將包含選自鋁及其合金、銅及其合金以及鋼之至少1種金屬之被削材料進行切削。
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