JP4012292B2

JP4012292B2 - 金属加工油組成物

Info

Publication number: JP4012292B2
Application number: JP33669297A
Authority: JP
Inventors: 匡寛小別所; 孔明松本
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2017-12-08
Also published as: JPH10226795A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属加工油組成物に関し、更に詳しくは、切削又は研削加工に好適な金属加工油組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に切削や研削等の金属加工において、塩素系極圧剤が切削性能向上の効果に優れ、かつ比較的安価なため多用されている。しかしながら、近年では塩素系極圧剤を配合した不水溶性切削油剤を使用した場合、焼却処理時のダイオキシンの発生による環境汚染や塩素ガス発生による焼却炉の腐食・損傷の問題を指摘されることがある。また、塩素系極圧剤のうち一部の塩素化パラフィンでは、毒性及び発癌性の可能性についての懸念も生じてきている。したがって、塩素系の極圧剤を含まない油剤の開発が進められている。
【０００３】
特開平６−３１３１８２号公報，特開平６−３３００７６号公報には、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属のスルホネートを含有した切削加工油剤組成物について開示されている。しかし、実際に同公報で使用されているものでは、旋削，穴加工へは適用できるが、ブローチ加工，ガンドリル加工等の切削速度が４０ｍ／ｍｉｎ以下となるような低速・重切削においては多量に添加するか、極端に加工条件を下げなければ切削抵抗が大きく工具破損を生じるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記観点からなされたもので、塩素系極圧剤を含有せず、焼却処理において有害ガスを発生せず、環境汚染あるいは焼却炉損傷の問題がないうえ、ブローチ加工，ガンドリル加工のような低速・重切削に適用可能な金属加工油組成物を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、過塩基性のアルカリ土類金属スルホネートと過塩基性のアルカリ金属スルホネートを併用することにより、驚くべきことに切削性能が向上することを見出し本発明を完成したものである。すなわち、本発明は、潤滑油基油に、組成物全量基準で（Ａ）全塩基価が２００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇである過塩基性アルカリ土類金属スルホネート０．１〜３０重量％、（Ｂ）全塩基価が２００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇである過塩基性アルカリ金属スルホネート０．１〜３０重量％、及び（Ｃ）硫黄系極圧剤０〜３０重量％を配合してなり、かつ（Ａ）成分と（Ｂ）成分の重量比（Ａ）／（Ｂ）が０．００１〜１である金属加工油組成物である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の金属加工油組成物において、潤滑油基油として鉱油及び／又は合成油が用いられる。この鉱油や合成油については、一般に金属加工油の基油として用いられているものであればよく、特に制限はないが、４０℃における動粘度が１〜１００ｍｍ²／ｓの範囲にあるものが好ましく、３〜５０ｍｍ²／ｓの範囲にあるものがより好ましい。基油の動粘度が高すぎると油剤が被加工物に付着して持ち去られる量が多くなり、経済的でなくなる場合があり好ましくない。逆に、低すぎるとミスト発生により作業性悪化を招く場合があり好ましくない。また、この基油の低温流動性の指標である流動点については特に制限はないが、−１０℃以下であるのが好ましい。
【０００７】
このような鉱油，合成油は各種のものがあり、用途などに応じて適宜選定すればよい。鉱油としては、例えばパラフィン基系原油，中間基系原油あるいはナフテン基系原油を常圧蒸留するか、あるいは常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られる留出油、またはこれを常法にしたがって精製することによって得られる精製油、例えば、溶剤精製油，水添精製油，脱蝋処理油，白土処理油などを挙げることができる。
【０００８】
また、鉱油を硫黄と反応させて得られる、通称硫化鉱油を使用すると効果の点で好ましい。上記硫化鉱油は、通常鉱油１００重量部に対して、硫黄を０．１〜１重量部を加え、１２０〜１３０℃で、１０分〜１時間反応させればよい。上記の硫黄は特に制限はなく、天然産のもの、天然ガスや石油留分の脱硫に伴い生産されるなどを挙げることができる。なお、硫化鉱油の４０℃における動粘度も、上記の鉱油と同じ範囲である。
【０００９】
一方合成油としては、例えば、ポリα−オレフィン，α−オレフィンコポリマー，ポリブテン，アルキルベンゼン，ポリオールエステル，二塩基酸エステル，ポリオキシアルキレングリコール，ポリオキシアルキレングリコールエステル，ポリオキシアルキレングリコールエーテル，シリコーンオイルなどを挙げることができる。合成油も鉱油と同様に、硫黄で処理したものを使用することができる。これらの基油は、それぞれ単独で、あるいは二種以上を組み合わせて使用することができ、鉱油と合成油を組み合わせて使用してもよい。
【００１０】
ところで、本発明の金属加工油組成物において、基油として４０℃における動粘度が約２０ｍｍ²／ｓ以下の比較的低粘度のものを用いる場合には、高分子化合物を配合することによって、金属加工時のミスト発生を効果的に抑制することができる。上記の高分子化合物は、通常、数平均分子量が２，０００〜３００，０００のものが好ましく使用される。このような高分子化合物としては、種々のものがあるが、例えば、ポリメタクリレート，ポリイソブチレン，オレフィンコポリマー（例えば、エチレン−プロピレンコポリマー，スチレン−ブタジエンコポリマー，スチレン−イソプレンコポリマー等）などを挙げることができる。
【００１１】
この高分子化合物の配合割合については、その分子量や基油の性状等にもよるが、通常、組成物全量基準で、０．０１〜２０重量％、より好ましくは０．１〜１０重量％の割合で配合することができる。高分子化合物が０．０１重量％未満では、ミスト発生を充分抑制できない場合がある。また、２０重量％を超えると、粘度上昇により、油剤が被加工物に持ち去られる等のおそれがあり好ましくない。
【００１２】
次に、潤滑油基油に配合される（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）成分について説明する。
（Ａ）成分
過塩基性アルカリ土類金属のスルホネートの好ましい全塩基価（ＪＩＳＫ−２５０１：過塩素酸法による）は２００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇで、より好ましくは３００〜６００ｍｇＫＯＨ／ｇである。全塩基価が２００ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であると、切削、研削の加工性を維持できない場合があり、８００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、沈澱が生じるなどの不都合が発生する場合があり好ましくない。
【００１３】
過塩基性アルカリ土類金属スルホネートは、各種スルホン酸のアルカリ土類金属塩であり、通常、各種スルホン酸のアルカリ土類金属塩を炭酸化する方法により得られる。スルホン酸としては、芳香族石油スルホン酸、アルキルスルホン酸、アリールスルホン酸、アルキルアリールスルホン酸等があり、具体的には、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジラウリルセチルベンゼンスルホン酸、パラフィンワックス置換ベンゼンスルホン酸、ポリオレフィン置換ベンゼンスルホン酸、ポリイソブチレン置換ベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸などを挙げることができる。以上のスルホネートのアルカリ土類金属としては、カルシウム，バリウム，マグネシウムなどを挙げることができるが、効果の点でカルシウムが好ましい。
【００１４】
本発明においては、上記（Ａ）成分は一種用いてもよく、二種以上を用いてもよい。また、その配合量は、組成物全量基準で、０．１〜３０重量％の範囲が好ましく、０．５〜１５重量％の範囲がより好ましい。０．１重量％未満では、切削、研削の加工性を維持できない場合があり、３０重量％を超えても、配合量に相当する効果の向上がみられない場合がある。
【００１５】
（Ｂ）成分
過塩基性アルカリ金属のスルホネートの好ましい全塩基価（ＪＩＳＫ−２５０１：過塩素酸法による）は２００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇで、より好ましくは３００〜６００ｍｇＫＯＨ／ｇである。全塩基価が２００ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であると、切削、研削の加工性を維持できない場合があり、８００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、沈澱が生じ不都合が発生する場合があり好ましくない。
【００１６】
過塩基性アルカリ金属スルホネートは、各種スルホン酸のアルカリ金属塩であり、通常、各種スルホン酸のアルカリ金属塩を炭酸化する方法により得られる。スルホン酸としては、芳香族石油スルホン酸、アルキルスルホン酸、アリールスルホン酸、アルキルアリールスルホン酸等があり、具体的には、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジラウリルセチルベンゼンスルホン酸、パラフィンワックス置換ベンゼンスルホン酸、ポリオレフィン置換ベンゼンスルホン酸、ポリイソブチレン置換ベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸などを挙げることができる。以上のスルホネートのアルカリ金属としては、ナトリウム，カリウム，セシウムなどを挙げることができるが、効果の点でナトリウムが好ましい。
【００１７】
本発明においては、上記（Ｂ）成分は一種用いてもよく、二種以上を用いてもよい。また、その配合量は、組成物全量基準で、０．１〜３０重量％の範囲が好ましく、０．５〜１５重量％の範囲がより好ましい。０．１重量％未満では、切削、研削の加工性を維持できない場合があり、３０重量％を超えても、配合量に相当する効果の向上がみられない場合がある。また、上記（Ａ）成分と（Ｂ）成分の重量比（Ａ）成分／（Ｂ）成分の値は、相乗効果の点で、０．００１〜１であり、０．０１〜０．７５が好ましく、０．１〜０．７０がより好ましい。
【００１８】
（Ｃ）成分
本発明においては、切削性能を上げるために、必要により硫黄系極圧剤を配合することができる。
硫黄系極圧剤としては、分子内に硫黄原子を有し、潤滑油基油に溶解又は均一に分散して、極圧効果を発揮しうるものであればよく、特に制限はない。このようなものとしては、例えば硫化油脂，硫化脂肪酸，硫化エステル，硫化オレフィン，ジヒドロカルビルポリサルファイド，チオカーバメート類，チオテルペン類，ジアルキルチオジプロピオネート類などを挙げることができる。ここで、硫化油脂は硫黄や硫黄含有化合物と油脂（ラード油，鯨油，植物油，魚油等）を反応させて得られるものであり、その硫黄含有量は特に制限はないが、一般に５〜３０重量％のものが好適である。その具体例としては、硫化ラード，硫化なたね油，硫化ひまし油，硫化大豆油，硫化米ぬか油などを挙げることができる。硫化脂肪酸の例としては、硫化オレイン酸などを、硫化エステルの例としては、硫化オレイン酸メチルや硫化米ぬか脂肪酸オクチルなどを挙げることができる。
【００１９】
硫化オレフィンとしては、例えば、下記の一般式（Ｉ）
Ｒ¹−Ｓ_x−Ｒ² ・・・（Ｉ）
（式中、Ｒ¹は炭素数２〜１５のアルケニル基、Ｒ²は炭素数２〜１５のアルキル基又はアルケニル基を示し、ｘは１〜８の整数を示す。）
で表される化合物などを挙げることができる。この化合物は、炭素数２〜１５のオレフィン又はその２〜４量体を、硫黄，塩化硫黄等の硫化剤と反応させることによって得られ、該オレフィンとしては、プロピレン，イソブテン，ジイソブテンなどが好ましい。
【００２０】
また、ジヒドロカルビルポリサルファイドは、下記の一般式（II）
Ｒ³−Ｓ_y−Ｒ⁴ ・・・（II）
（式中、Ｒ³及びＲ⁴は、それぞれ炭素数１〜２０のアルキル基又は環状アルキル基，炭素数６〜２０のアリール基，炭素数７〜２０のアルキルアリール基又は炭素数７〜２０のアリールアルキル基を示し、それらは互いに同一でも異なっていてもよく、ｙは２〜８の整数を示す。）
で表される化合物である。ここで、Ｒ³及びＲ⁴がアルキル基の場合、硫化アルキルと言われる。
【００２１】
上記一般式（II）におけるＲ³及びＲ⁴の具体例としては、メチル基，エチル基，ｎ−プロピル基，イソプロピル基，ｎ−ブチル基，イソブチル基，ｓｅｃ−ブチル基，ｔｅｒｔ−ブチル基，各種ペンチル基，各種ヘキシル基，各種ヘプチル基，各種オクチル基，各種ノニル基，各種デシル基，各種ドデシル基，シクロヘキシル基，シクロオクチル基，フェニル基，ナフチル基，トリル基，キシリル基，ベンジル基，フェネチル基などを挙げることができる。
【００２２】
このジヒドロカルビルポリサルファイドとしては、例えば、ジベンジルポリサルファイド，ジ−ｔｅｒｔ−ノニルポリサルファイド，ジドデシルポリサルファイド，ジ−ｔｅｒｔ−ブチルポリサルファイド，ジオクチルポリサルファイド，ジフェニルポリサルファイド，ジシクロヘキシルポリサルファイドなどを好ましく挙げることができる。
【００２３】
さらに、チオカーバメート類としては、例えば、ジンクジチオカーバメートなどを、チオテルペン類としては、例えば、五硫化リンとピネンの反応物を、ジアルキルチオジプロピオネート類としては、例えば、ジラウリルチオジプロピオネート，ジステアリルチオジプロピオネートなどを挙げることができる。
これらの中で、極圧特性などの点から、ジヒドロカルビルポリサルファイドが好適である。
【００２４】
本発明においては、上記硫黄系極圧剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その配合量は、通常組成物全量基準で、０〜３０重量％の範囲である。３０重量％を超えると酸化安定性が低下する傾向がみられる。極圧特性，酸化安定性などの面から、この硫黄系極圧剤の好ましい配合量は、組成物全量基準で、０．１〜２０重量％の範囲である。
【００２５】
なお、本発明の組成物の全塩基価については、低すぎると切削、研削加工性が維持できない場合があり、高すぎると沈澱が生じ不都合が発生するなどの点から１〜７５ｍｇＫＯＨ／ｇ（ＪＩＳＫ−２５０１：過塩素酸法による）の範囲に調整しておくのが好ましい。より好ましくは、３〜３０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲である。
【００２６】
本発明の組成物は、潤滑油基油に上記（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）成分を配合することにより得られるが、通常、金属加工油としての基本的な性能を維持するために、本発明の目的を阻害しない範囲で各種公知の添加剤を適宜配合することができる。例えば、リン酸エステル，亜リン酸エステルなどのリン系極圧剤を挙げることができ、その配合量は、組成物全量基準で、０．０５〜２０重量％、好ましくは０．５〜１０重量％である。その他に、オレイン酸，ステアリン酸，ダイマー酸などのカルボン酸又はそのエステルなどの油性剤、ジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ，アリール型を除く），ジチオカルバミン酸亜鉛（ＺｎＤＴＣ），硫化オキシモリブデンジチオカルバメート（ＭｏＤＴＣ），ジチオリン酸ニッケル（ＮｉＤＴＰ），ジチオカルバミン酸ニッケル（ＮｉＤＴＣ）などの耐摩耗剤、アミン系やフェノール系の酸化防止剤、チアジアゾール，ベンゾトリアゾールなどの金属不活性化剤、アルケニルコハク酸又はそのエステルやイミドなどのスラッジ分散剤、ソルビタンエステル，中性アルカリ土類金属のスルホネート，フェネート，サリチレートなどの防錆剤、ジメチルポリシロキサン，ポリアクリレートなどの消泡剤などを挙げることができる。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１〜４及び比較例１〜５
第１表に示す割合で、基油に各成分を配合し、実施例及び比較例の切削油組成物を調製した。これら実施例と比較例の組成物につき、下記の要領で溝入れ切削実験を行い油剤の加工性能を評価した。その結果を第１表に示す。
【００２８】
〔切削実験〕
下記の切削条件で被削材の溝入れ切削実験を行い、二次元切削における切削抵抗（主分力，送り分力）及びこれから求められる工具すくい面の摩擦係数により、油剤の加工性能を評価した。
切削条件
切削速度：３〜５ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．０２５ｍｍ／ｒｅｖ
被削材：ＪＩＳＳＵＳ４４０Ｃ
切削工具：バイト−東芝タンガロイＳＣＴＨ
チップ−東芝タンガロイＣＴＮ３Ｋ（超硬Ｋ１０種）
すくい角＝８°，逃げ角＝６°
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

【００３２】
（注）
＊１：パラフィン系原油の留出油を水添精製したもの（４０℃における動粘度１０ｍｍ²／ｓ）
＊２：パラフィン系の鉱油を硫黄粉末と反応させたもの。（硫黄含有量０．５重量％，４０℃における動粘度１０ｍｍ²／ｓ）
＊３：全塩基価４００ｍｇＫＯＨ／ｇ
＊４：全塩基価４４８ｍｇＫＯＨ／ｇ
＊５：ジ−ｔｅｒｔ−ノニルポリサルファイド
＊６：イソブテンと硫黄の反応生成物
＊７：硫化オレイン酸メチル
第１表から、実施例の組成物は、切削抵抗の絶対値，摩擦係数ともに改善されていることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の金属加工油組成物は、塩素系極圧剤を含有せず、焼却処理において有害ガスを発生せず、環境汚染あるいは焼却炉損傷の問題がないうえ、ブローチ加工，ガンドリル加工のような低速・重切削に適用可能である。

Claims

潤滑油基油に、組成物全量基準で（Ａ）全塩基価が２００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇである過塩基性アルカリ土類金属スルホネート０．１〜３０重量％、（Ｂ）全塩基価が２００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇである過塩基性アルカリ金属スルホネート０．１〜３０重量％、及び（Ｃ）硫黄系極圧剤０〜３０重量％を配合してなり、かつ（Ａ）成分と（Ｂ）成分の重量比（Ａ）／（Ｂ）が０．００１〜１である金属加工油組成物。
潤滑油基油が硫化鉱油である請求項１記載の金属加工油組成物。