JP2006176604A - 水溶性金属加工剤組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 保存安定性および希釈液の安定性が良好で浮遊物などが発生せず、かつ希釈液の泡立ちが少なく、潤滑性が良好である水溶性金属加工剤組成物の提供。
【解決手段】 脂肪酸のアミン塩（ａ）およびポリオキシアルキレングリコール（ｂ）を含む水溶性金属加工剤組成物。（ａ）を構成する脂肪酸は、炭素数１８〜２２の脂肪酸であり、不飽和脂肪酸が８５〜９８．５質量％の割合で含有され、かつ不飽和脂肪酸中にリシノール酸が８１〜９７質量％含まれる。ポリオキシアルキレングリコール（ｂ）は、オキシエチレン単位およびオキシプロピレン単位を有するブロック共重合体であり、その重量平均分子量は１７００〜５０００であり、２５℃において液状である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、切削・研削加工などの金属加工に用いられる水溶性金属加工剤組成物に関する。

近年、切削・研削加工などの金属加工分野において、洗浄が容易であること、火災の危険性が少ないことなどから、水溶性加工剤が用いられている。これらの加工剤には、カルボン酸またはその塩、アミン類、必要に応じてポリアルキレングリコールおよび高級アルコールを含む水溶液がある。水溶性金属加工剤に求められる条件としては、加工性に寄与する潤滑性能、加工剤が分離しないなどの保存安定性がよいことなどが必要であり、希釈液の泡立ちが少ない（低起泡性）、さらに加工剤を希釈した場合、使用前後において、希釈液に浮遊物などが発生せず繰返し使用できる（希釈液の安定性）などである。

一般的に、切削加工剤の潤滑性を向上させるためには、ステアリン酸、オレイン酸などの炭素鎖長が比較的長い脂肪酸の塩が使用され、特許文献１においては、リシノール酸縮合物の塩を含む水溶性切削剤が開示されている。この水溶性切削剤は、潤滑性について改良が見られるものの、泡立ちについてはステアリン酸またはオレイン酸の塩を含む水溶性切削剤と同様に、必ずしも泡立ちが十分抑制されているとは言えない。

一方、泡立ちの問題を解決するための方法として、消泡剤を用いることが知られている。消泡剤としては、アルコール系、シリコーン系およびポリアルキレングリコール系の化合物が知られており、切削・研削加工分野では、主にポリアルキレングリコール系化合物が消泡剤として用いられている。例えば、特許文献２においては、水または高級アルコールのアルキレンオキシド付加物と、炭素数６〜２２の脂肪酸とを用いた潤滑剤組成物が開示されている。しかし、潤滑性が不充分な場合がある。

泡立ちを抑制するために、両末端にプロピレングリコール鎖が結合した水溶性のポリアルキレングリコール化合物を含む水溶性金属加工油剤が知られている。例えば、特許文献３においては、ポリエチレングリコールにプロピレンオキサイドを付加させた、リバースブロック型のポリアルキレングリコールと、炭素数６〜１０のモノカルボン酸および／またはジカルボン酸とを含む水溶性金属加工用油剤が開示されており、特許文献４においては、ポリエチレングリコールにプロピレンオキサイドを付加させたブロック型ポリアルキレングリコールと、炭素数８〜１０の脂肪酸と、塩基性化合物とを含む水溶性切削油剤組成物が開示されている。これらの水溶性金属加工用油剤は、消泡性が向上し、高圧で提供する切削加工法に応用できる。しかし、潤滑性が劣る場合、あるいは希釈液を繰り返し使用した際に、浮遊物が発生することがある。

特許文献５においては、ポリエチレングリコールにエチレンオキサイド／プロピレンオキサイドをランダム付加したポリアルキレングリコールと、炭素数６〜２２の脂肪酸と塩基性化合物とを含む金属加工用水溶性油剤が開示されている。しかし、泡立ちの抑制が不充分であり、かつエチレンオキサイド／プロピレンオキサイドの分子量が小さい場合、潤滑性が不充分となる場合がある。
特開昭５７−１５９８９１号公報 特開平８−１４３８９０号公報 特開平８−２３１９７７号公報 特開平８−２３９６８３号公報 特開平１０−３２４８８８号公報

本発明の目的は、保存安定性および希釈液の安定性が良好で浮遊物などが発生せず、かつ希釈液の泡立ちが少なく、潤滑性が良好である水溶性金属加工剤組成物を提供することにある。

本発明者らは、上記従来の課題を鋭意研究した結果、特定の脂肪酸アミン塩と特定の構造を有するポリアルキレングリコールとを含む水溶性金属加工剤組成物が、保存安定性および希釈液の安定性が良好で浮遊物などが発生せず、かつ希釈液の泡立ちが少なく、潤滑性が良好であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の水溶性金属加工剤組成物は、脂肪酸のアミン塩（ａ）およびポリオキシアルキレングリコール（ｂ）を含む水溶性金属加工剤組成物であって、該脂肪酸が、炭素数１８〜２２の脂肪酸であり、該炭素数１８〜２２の脂肪酸中に不飽和脂肪酸が８５〜９８．５質量％の割合で含有され、かつ該不飽和脂肪酸中にリシノール酸が８１〜９７質量％の割合で含有され、該ポリオキシアルキレングリコール（ｂ）が、式（Ｉ）で示されるブロック共重合体であり：

（ここで、ｘ、ｙおよびｚは各々１〜５０の整数である）
該ポリオキシアルキレングリコール（ｂ）は、重量平均分子量が１７００〜５０００であり、そして２５℃において液状であり該組成物中に、該脂肪酸のアミン塩（ａ）が１．８〜１９質量％、および該ポリオキシアルキレングリコール（ｂ）が３〜５０質量％の割合で含有され、そして該脂肪酸のアミン塩（ａ）および該ポリオキシアルキレングリコール（ｂ）が、合計で１５〜６３質量％の割合で含有される。

本発明の水溶性金属加工剤組成物は、保存安定性および希釈液の安定性が良好で浮遊物などが発生せず、かつ希釈液の泡立ちが少なく、潤滑性が良好である。

以下、本発明の水溶性金属加工剤組成物について順次説明する。

本発明の水溶性金属加工剤組成物は、上記の脂肪酸のアミン塩およびポリオキシアルキレングリコールを含み、必要に応じて溶剤および添加剤を含み得る。

（脂肪酸のアミン塩（ａ））
本発明の水溶性金属加工剤組成物に用いられる脂肪酸のアミン塩（ａ）（以下、アミン塩（ａ）、ａ成分などという場合がある）は、脂肪酸の炭素数が１８〜２２であり、この脂肪酸中に不飽和脂肪酸を８５〜９８．５質量％の割合で含有し、かつ不飽和脂肪酸中にリシノール酸を８１〜９７質量％の割合で含有する。

炭素数が１８〜２２の脂肪酸としては、具体的には、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸などの飽和脂肪酸、およびオレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、エルカ酸などの不飽和脂肪酸が挙げられる。これらの脂肪酸以外に大豆油脂肪酸、菜種油脂肪酸、牛脂脂肪酸、トール油脂肪酸などのような油脂由来の混合脂肪酸を用いることもできる。これらの油脂由来の脂肪酸は、構成している脂肪酸の含有量が、上記の範囲に適合していればそのまま使用され得、適合しない場合には、蒸留などによって、構成している脂肪酸の含有量を調節して使用され得る。炭素数が１８未満の脂肪酸で構成されている場合は、希釈液の泡立ちが大きく、かつ潤滑性が不良になるおそれがある。炭素数が２２を超える脂肪酸で構成されている場合は、水に対する溶解性が乏しくなり、加工剤が分離し保存安定性が不良となるおそれがある。

炭素数が１８〜２２の脂肪酸中に、不飽和脂肪酸は８５〜９８．５質量％、好ましくは８５〜９０質量％の割合で含有される。不飽和脂肪酸の含有量が８５質量％未満の場合は、加工剤が分離し、または加工剤を希釈したときに浮遊物が生じるおそれがある。この浮遊物は水溶性に乏しい炭素数１８以上の飽和脂肪酸、その塩、それらのミセル、その他金属石鹸、そのミセルなどであると考えられる。不飽和脂肪酸の含有量が９８．５質量％を超える場合は、希釈液の泡立ちが大きくなるおそれがある。

不飽和脂肪酸中に、リシノール酸は８１〜９７質量％の割合で含有される。リシノール酸の含有量が８１質量％未満の場合は、加工剤の保存安定性および希釈液の安定性が不良となるおそれがある。リシノール酸の含有量が９７質量％を超える場合は、希釈液の泡立ちが大きくなるおそれがある。

アミン塩（ａ）は、上記脂肪酸に有機アミンなどの塩基性化合物を添加することにより調製される。有機アミンとしては、第１級、第２級および第３級アルカノールアミン類、分子中にアミノ基（−ＮＨ_２）およびヒドロキシル基（−ＯＨ）を有するアミノアルコール類などが挙げられる。具体的には、アルカノールアミン類としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、ラウリルアミンエチレンオキサイド付加物、シクロヘキシルアミンエチレンオキサイド付加物などが挙げられる。アミノアルコール類としては、Ｎ−アミノエチルエタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、２−アミノ−２−メチルプロパノール（ＡＭＰ）などが挙げられる。これらのうちでアルカノールアミンが好ましく、トリエタノールアミンおよびイソプロパノールアミンがより好ましい。

（ポリオキシアルキレングリコール（ｂ））
本発明の水溶性金属加工剤組成物に用いられるポリオキシアルキレングリコール（ｂ）（以下ｂ成分などという場合がある）は、式（Ｉ）で示されるブロック共重合体であり：

（ここで、ｘ、ｙおよびｚは各々１〜５０の整数である）
該ポリオキシアルキレングリコールは、重量平均分子量が１７００〜５０００であり、そして２５℃において液状である。

ｂ成分は、当業者が通常用いる方法、例えばポリエチレングリコールにプロピレンオキサイドを付加させる方法によって合成され得る。

ｂ成分のｘ、ｙおよびｚの好ましい範囲は、ｘが１〜４０、ｙが５〜４０およびｚが１〜４０である。ｂ成分の重量平均分子量は１７００〜５０００、好ましくは２０００〜４０００である。重量平均分子量が１７００未満の場合は、潤滑性が不足するおそれがある。重量平均分子量が５０００を超える場合は、加工剤の保存安定性が不良となり、さらに高粘度となり製造が困難となるおそれがある。

さらに、ｂ成分は、２５℃における状態が液体である。２５℃の状態が固体である場合は、加工剤の保存安定性が不良となるおそれがある。

（添加剤）
本発明の水溶性金属加工剤組成物に含まれ得る添加剤（ｃ成分）は、本発明の効果を阻害しない範囲内で組成物中に含有させることができる。添加剤としては、防錆剤、消泡剤、防腐剤、銅不活性化剤などが挙げられる。

上記防錆剤としては、例えば、石油スルホン酸塩、ソルビタンモノオレート、ラノリン、酸化ワックス、アルキルイミダゾリン、オレイルザルコシン、ホウ酸アミドなどが挙げられる。

上記消泡剤としては、例えば、高級アルコール、シリコーン油、ポリアルキレングリコール化合物、および脂肪酸（セバシン酸、アゼライン酸、ペラルゴン酸など）が挙げられる。ポリアルキレングリコール化合物としては、消泡性能を有する化合物として公知である、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドまたはブチレンオキサイドとの共重合体、およびプロピレンオキサイドまたはブチレンオキサイドの重合体が挙げられる。

上記防腐剤としては、例えば、トリアジン系、ピリジン系、フェノール系、ホルムアルデヒド供与体系、チアジアゾール系、サリチルアニリド系などの化合物が挙げられる。

上記銅不活性化剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、メチルベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、これらの塩などが挙げられる。

（水溶性金属加工剤組成物）
本発明の水溶性金属加工剤組成物は、上述のように、脂肪酸のアミン塩（ａ成分）およびポリオキシアルキレングリコール（ｂ成分）を特定の割合で含み、必要に応じて溶媒（例えば水）、添加剤（ｃ成分）などを含む。

ａ成分は、水溶性金属加工剤組成物に１．８〜１９質量％、好ましくは５〜１０質量％の割合で含まれる。１．８質量％未満の場合は、潤滑性が不充分となるおそれがある。１９質量％を超える場合は、加工剤の保存安定性が不良となり、希釈液の安定性が不良となるおそれがある。

ｂ成分は、水溶性金属加工剤組成物に３〜５０質量％、好ましくは１０〜４０質量％の割合で含まれる。３質量％未満の場合は、得られる加工剤の保存安定性が不良となり、泡立ちが大きくなるおそれがある。５０質量％を超える場合は、加工剤が分離または白濁するなど保存安定性が不良となるおそれがある。ｂ成分は単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。

ａ成分およびｂ成分は、組成物中に合計で１５〜６３質量％、好ましくは１５〜５０質量％の割合で含まれる。１５質量％未満の場合は、希釈液の潤滑性が不足するおそれがある。６３質量％を超える場合は、加工剤が分離し保存安定性が不良となるおそれがある。

次に実施例によって、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲内であれば、本発明は以下の具体的な実施例に限定されない。

（実施例１）
表１に示す各成分を表１に示す割合で混合し、水溶性金属加工剤を得た。表１中のａ成分としては、脂肪酸混合物のトリエタノールアミン塩を用いた。さらに、炭素数１８〜２２の混合脂肪酸中の飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸のそれぞれの割合、および不飽和脂肪酸中のリシノール酸の割合についても示した。

ｂ成分としては、ポリオキシアルキレングリコール（ｂ１）およびポリオキシアルキレングリコール（ｂ２）を用いた。これらの重合度（式（Ｉ）中のｘ、ｙおよびｚの数）、重量平均分子量および２５℃における状態を表２に示す。

得られた水溶性金属加工剤について、下記に示す（１）起泡性の評価、（２）保存安定性および（３）希釈液の安定性の評価を行ない、さらに潤滑性を評価するために（４）切削性試験を行なった。結果を表３に示す。

（１）起泡性の評価
水溶性金属加工剤組成物２５ｇに対して水道水４７５ｇを加えた溶液（以下、希釈液という場合がある）を調製した。この希釈液を、あらかじめ２２℃に調製後、家庭用ジューサーに入れて１分間撹拌した。次いで、１０００ｍｌのメスシリンダーに移して、１０分後の泡の高さを測定した。泡の高さが２０ｍｍ以下の場合、水溶性金属加工剤が低起泡性であると評価した。なお、表３、後述の表６．１および６．２においては、泡の高さが２０ｍｍ以下を○、２０ｍｍを超える場合を×として表した。

（２）保存安定性の評価
調製した水溶性金属加工剤を、透明ガラス容器に入れて密封し、５℃、２５℃および４０℃で各々１ヶ月間保存した。１ヶ月後、その外観を観察して、以下の基準で目視判定した。
安定性良好：外観の変化がなかった（表中に○で示す）。
安定性不良：浮遊物が生じていた、または分離していた（表中に×で示す）。

（３）希釈液の安定性の評価
後述する切削性試験後の希釈液に、浮遊物が生じているか否かを目視判定した。
浮遊物なし：表中に○で示す。
浮遊物あり：表中に×で示す。

（４）切削性試験
潤滑性の評価を行なうことを目的として、下記に示す実機によって切削性試験を行い、切削性能（タップ切削後、タップが被削材から離れるときに異常音がするまで切削した本数）を評価した。切削本数が２００以上場合、切削性能（潤滑性）が良好な水溶性金属加工剤と評価した。
被削材：Ｓ５４Ｃ調質材（ＨＢ２５０相当）、大きさ２２０×１７０×３２ｍｍ
装置：東芝製立体マシニングセンターｍｏｄｅｌ ＡＳＶ ５５０（Ｔ）
条件：下穴・・・コベルコ、φ６．９ストレートシャンクドリル（ハイス）、周速１５ｍ／ｍｉｎ、送り０．０６ｍｍ／ｒｅｖ、２．５ｍｍ／回ずつの深さで１０数回往復して切り込み、３２ｍｍの板を貫通させる。なお、ドリルは２０個の加工を終了した時点で新品に交換する。タップ・・・Ｍ８スパイラルタップ（ＯＳＧ社製スパイラルタップ CPM-LT-H-SFT-M8×150）、周速５ｍ／ｍｉｎ、有効深さ２０、同期タップ加工。
加工順序：１列目 １０個のセンタードリル→１０個のドリル（通し）→１０個のタップ（止め）

（実施例２〜７）
実施例１と同様に、表１に示す各成分を表１に示す割合で混合し、水溶性金属加工剤を得、実施例１と同様に、（１）起泡性の評価、（２）保存安定性の評価、（３）希釈液の安定性および（４）切削性試験を行なった。結果を表３に示す。

（比較例１〜９）
表４および表５に示す各成分を、表４および表５に示す割合で混合し、水溶性金属加工剤を得た。得られた水溶性金属加工剤について、実施例１と同様に、（１）起泡性の評価、（２）保存安定性の評価、（３）希釈液の安定性および（４）切削性試験を行なった。結果を表６．１および表６．２に示す。

実施例１〜７の水溶性金属加工剤組成物は、低起泡性であり、保存安定性、希釈液の安定性および切削性能（潤滑性）も良好であった。

一方、比較例１〜９では、十分な性能が得られなかった。比較例１では、脂肪酸塩に用いる不飽和脂肪酸中のリシノール酸の含有量が本発明の範囲より多いため、泡立ちが大きかった。比較例２では、脂肪酸塩に用いる不飽和脂肪酸中のリシノール酸の含有量が本発明の範囲より少ないため、保存安定性が不良であり、切削性試験後の溶液に浮遊物が生じた。比較例３では、脂肪酸中の不飽和脂肪酸の含有量が本発明の範囲より少ないため、保存安定性が不良であり、切削性試験後の溶液に浮遊物が生じた。比較例４では、脂肪酸中の不飽和脂肪酸の含有量が本発明の範囲より多いため、泡立ちが大きかった。比較例５では、ｂ成分の含有量が本発明の範囲より多く保存安定性が不良であった。比較例６では、重量平均分子量が本発明の範囲より小さいポリオキシアルキレングリコールが含有されているため、切削性能（潤滑性）が不良であった。比較例７では、２５℃での状態が固体のポリオキシアルキレングリコールが含有されているため、保存安定性が不良であった。比較例８では、ｂ成分が含有されていないため、保存安定性および切削性能が不良であった。比較例９では、炭素数１８〜２２の脂肪酸塩を使用していないため、泡立ちが大きく切削性能（潤滑性）が不良であった。

本発明の水溶性金属加工剤組成物は、保存安定性および希釈液の安定性が良好で浮遊物などが発生せず、かつ希釈液の泡立ちが少なく、潤滑性が良好なので、切削・研削加工などの金属加工分野において利用できる。

Claims (1)

1. 脂肪酸のアミン塩（ａ）およびポリオキシアルキレングリコール（ｂ）を含む水溶性金属加工剤組成物であって、
   該脂肪酸が、炭素数１８〜２２の脂肪酸であり、該炭素数１８〜２２の脂肪酸中に不飽和脂肪酸が８５〜９８．５質量％の割合で含有され、かつ該不飽和脂肪酸中にリシノール酸が８１〜９７質量％の割合で含有され、
   該ポリオキシアルキレングリコール（ｂ）が、式（Ｉ）で示されるブロック共重合体であり：
   

   

   （ここで、ｘ、ｙおよびｚは各々１〜５０の整数である）
   該ポリオキシアルキレングリコール（ｂ）は、重量平均分子量が１７００〜５０００であり、そして２５℃において液状であり
   該組成物中に、該脂肪酸のアミン塩（ａ）が１．８〜１９質量％、および該ポリオキシアルキレングリコール（ｂ）が３〜５０質量％の割合で含有され、そして該脂肪酸のアミン塩（ａ）および該ポリオキシアルキレングリコール（ｂ）が、合計で１５〜６３質量％の割合で含有される、水溶性金属加工剤組成物。