JP6051026B2 - 水溶性金属加工油剤、金属加工液、及び金属加工方法 - Google Patents
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Description
ア)加工性能:生産性の向上が求められる中、より効率的な加工の実現が必要とされている。また、金属材種毎に適した油剤が必要である。
イ)耐腐敗性能:水と有機物が共存することで腐敗劣化が進み、油剤性能が低下する。
ウ)乳化分散安定性:潤滑性を付与する目的で水に不溶な潤滑成分を水に安定に乳化分散する必要があるが、水と油が共存するため不安定な状態にある。また加工する材料などから溶出する金属は、乳化分散状態をさらに不安定にさせる。
エ)原液安定性:生産現場で保管される形態は原液であるが、多くの場合、貯蔵時の火災の危険性を下げるために水が配合されている。水と油が共存するため不安定な状態にある。また、金属加工油剤(切削・研削油剤)原液は、容器などに入れられたまま屋外に貯蔵されることもあり、夏期は高温、冬季は低温にさらされる。このような環境下でも安定でなければならない。
また、特許文献3では、ア)、イ)の解決策を提示しているものの、十分とは言えず、この場合には前記ウ)、エ)の解決策が提示されていないという問題があった。さらに特許文献4では前記イ)の解決策を提示しているが、その他の課題に対して十分な解決策が提示されていなかった。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
[1] 下記(A)〜(E)を必須成分とすることを特徴とする水溶性金属加工油剤、
(A)炭素数14〜16のα−オレフィンを少なくとも含み、水で希釈する前の原液組成物中における含有量が15質量%以上65質量%以下であるα−オレフィン
(B)水で希釈する前の原液組成物中における含有量が5質量%以上30質量%以下である、リシノール酸の脱水縮合脂肪酸及びリシノール酸脱水縮合脂肪酸とカルボン酸との脱水縮合脂肪酸から選ばれる少なくとも1種
(C)前記(B)成分を含まないモノカルボン酸及びジカルボン酸から選ばれる少なくとも1種
(D)下記(1)〜(3)を満たす水酸基を含まないアルキルアミン(D1)及びアルカノールアミン(D2)
(1)(D1)の水で希釈する前の原液組成物中における含有量が2質量%以上30質量%以下である。
(2)(D)成分の総量が、前記(B)成分と(C)成分の中和当量以上である。
(3)(D1)/(D1+D2)が15モル%以上60モル%以下である。
(E)一価アルコール、多価アルコール及びそれらの誘導体から選ばれる少なくとも1種である非イオン性界面活性剤
[2] 前記(D1)成分が、ジシクロヘキシルアミンまたはN−メチルジシクロヘキシルアミンの少なくともいずれか一方を含む上記[1]に記載の水溶性金属加工油剤、
[3] さらに、(F)水を含む上記[1]または[2]に記載の水溶性金属加工油剤、
[4]上記[1]〜[3]のいずれかに記載の水溶性金属加工油剤が水で希釈されたことを特徴とする金属加工液、
[5]上記[1]〜[3]のいずれかに記載の水溶性金属加工油剤を用いて、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる被加工材を加工することを特徴とする金属加工方法、
[6]上記[4]に記載の金属加工液を用いて、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる被加工材を加工することを特徴とする金属加工方法、及び
[7]金属加工方法が、切削加工又は研削加工である上記[5]または[6]に記載の金属加工方法、
を提供するものである。
[水溶性金属加工油剤]
本発明の水溶性金属加工油剤は、下記(A)〜(E)成分を必須成分とすることを特徴とする。なお、上記水溶性金属加工油剤は、水で希釈する前の原液組成物である。
本発明における(A)成分であるα−オレフィンは、水で希釈する前の原液組成物中における含有量が15質量%以上65質量%以下であり、好ましくは20質量%以上60質量%以下、より好ましくは25質量%以上60質量%以下である。この含有量が15質量%未満であると十分な加工性能を発揮することができず、一方65質量%を超えると、その他成分の配合量を減ずることとなり、加工性能外の性能が低下したり、乳化分散安定性が損なわれる。
また本発明におけるα−オレフィンは、炭素数14〜16のα−オレフィンを少なくとも含む。α−オレフィンの炭素数が14未満であると、臭気や皮膚への刺激性が強くなることがあり、一方炭素数が16を超えると乳化分散安定性が低下し、かつ原液が低温で凝固する。
本発明における(B)成分は、水で希釈する前の原液組成物中における含有量が5質量%以上30質量%以下であり、好ましくは5質量%以上25質量%以下であり、より好ましくは5質量%以上20質量%以下である。この含有量が5質量%未満では、十分な加工性能を発揮できず、30質量%を超えると、配合量に見合った効果が得られず、また、他の成分の配合量を減ずることとなり、加工性能や耐腐敗性能が損なわれる。
リシノール酸の重縮合度は、反応時間によって調整される。反応時間が長くなれば、酸価及び水酸基価が低下し、重縮合度の高い脂肪酸が得られる。
また、リシノール酸脱水縮合脂肪酸とカルボン酸との脱水縮合脂肪酸は、リシノール酸の脱水縮合体に、さらに1価のカルボン酸を加えて脱水重縮合を行うことにより得られる。反応の進行は水酸基価の低下によって確認される。
この反応に用いられる1価のカルボン酸としては、飽和カルボン酸でも不飽和カルボン酸でもよいが、炭素数の小さいカルボン酸が未反応物として残留した場合、不快臭や金属腐食の原因となるおそれがあることから炭素数4以上のカルボン酸が好ましい。飽和カルボン酸としては、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、2−エチルヘキサン酸、ペラルゴン酸、イソノナン酸、カプリン酸、ネオデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸及びリグノセリン酸などが挙げられる。不飽和カルボン酸としては、ウンデシレン酸、オレイン酸、エライジン酸、エルカ酸、ネルボン酸、リノール酸、γ−リノレン酸、アラキドン酸、α−リノレン酸、ステアリドン酸、エイコサペンタエン酸、及びドコサヘキサエン酸などが挙げられる。
本発明における(C)成分として使用するモノカルボン酸及びジカルボン酸としては、不飽和カルボン酸、飽和カルボン酸であってもよく、直鎖状構造又は環状構造を有していてもよい。総炭素数4〜30のモノカルボン酸及びジカルボン酸であることが好ましい。
(C)成分として用いることのできるモノカルボン酸としては、前記(B)成分を製造する際に用いられた1価のカルボン酸に加え、トール油脂肪酸などを適用することができる。
また、ジカルボン酸としては、例えば、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ドデカン二酸などが挙げられる。
本発明における(D)成分は、下記(1)〜(3)を満たす水酸基を含まないアルキルアミン(D1)及びアルカノールアミン(D2)である。
(1)(D1)が、水で希釈する前の原液組成物中に2質量%以上30質量%以下含有される。この(D1)の含有量が2質量%以上30質量%以下であると、耐腐敗性能が良好であると共に、十分な加工性能が発揮される。この含有量は3質量%以上20質量%以下であることが好ましく、4質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。
(2)(D)成分の総量が、前記(B)成分と(C)成分の中和当量以上である。(D)成分の総量がこの中和当量以上であると、乳化分散安定性が良好となり、かつ十分な加工性能が発揮される。
(3)(D)成分に占める(D1)成分の比率(D1)/(D1+D2)が15モル%以上60モル%以下である。この比率が15モル%未満であると、十分な加工性能が得られず、一方該比率が60モル%を超えると乳化分散安定性が低下する。この比率は、20モル%以上55モル%以下であることが好ましく、25モル%以上50モル%以下であることがより好ましい。
なお、本発明においては、(D1)成分が、ジシクロヘキシルアミンまたはN−メチルジシクロヘキシルアミンの少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。
なお、上記において、各アルカノール基は直鎖状、環状または分岐状でもよく、二重結合を有していてもよい。また、アミノ基に結合される各炭化水素基は直鎖状、環状または分岐状でもよく、二重結合を有していてもよい。
本発明における(E)成分は、一価アルコール、多価アルコール及びそれらの誘導体の中から選ばれる少なくとも1種である。
一価のアルコールとしては、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、オクタノール、デカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール(ステアリルアルコールを含む)、ノナデカノール、イコサノール、ヘンイコサノール、トリコサノール、テトラコサノール、ヘキサコサノール、オクタコサノール、オクテノール、デセノール、ドデセノール、トリデセノール、テトラデセノール、ペンタデセノール、ヘキサデセノール、ヘプタデセノール、オクタデセノール(オレイルアルコールを含む)、ノナデセノール、イコセノール、ヘンイコセノール、トリコセノール、テトラコセノール、ヘキサコセノール、オクタコセノールなどの脂肪族一価アルコール;シクロペンチルアルコール、シクロヘキシルアルコールなどの脂環式一価アルコール;フェノール、クレゾール、キシレノール、ブチルフェノール、ナフトールなどの芳香族アルコール;ベンジルアルコール、フェネチルアルコール、シンナミルアルコールなどの芳香脂肪族アルコールなどが挙げられる。
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、グリセリン、ネオペンチレングリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ヘキサントリオール、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール、トリヒドロキシステアリルアルコール、ソルビトール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンポリプロピレングリコール等を挙げることができる。
なお、上記において、アルコール基と結合される各炭化水素基は直鎖状、環状または分岐状でもよく、二重結合を有していてもよい。
上記(E)成分の油剤中の配合量は、1〜20質量%であることが好ましい。
本発明の水溶性金属加工油剤(原液組成物)には、必要に応じて所定量の水が含まれてもよい。水の量は、水溶性付与の観点から、水溶性金属加工油剤の全量に対して3質量%以上50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは、4質量%以上45質量%以下、さらに好ましくは、6質量%以上40質量%以下である。
本発明の水溶性金属加工油剤には、本発明の目的を阻害しない範囲でさらに他の成分を配合することができる。例えば、界面活性剤、潤滑性向上剤、金属不活性化剤、消泡剤、殺菌剤及び酸化防止剤等を配合することができる。
界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、及び両性界面活性剤などが挙げられる。アニオン性界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルファオレフィンスルホン酸塩等がある。カチオン性界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩などの四級アンモニウム塩等がある。両性界面活性剤としては、ベタイン系としてアルキルベタインなどが挙げられる。
潤滑性向上剤としては、パラフィン系やナフテン系などの鉱物油、ポリαオレフィン、アルキルベンゼン、エステルなどの合成油、ひまし油、菜種油などの植物油、ラノリンなどの油脂およびこれらの精製物など等が挙げられる。
金属不活性化剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、イミダゾリン、ピリミジン誘導体、及びチアジアゾール、リン酸ナトリウム塩、リン酸エステル誘導体等が挙げられる。
酸化防止剤としては、アルキル化ジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化フェニル−α−ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤;2,6−ジ−t−ブチルフェノール、4,4’−メチレンビス(2、6−ジ−t−ブチルフェノール)、イソオクチル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、n−オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート等のフェノール系酸化防止剤;ジラウリル−3,3’−チオジプロピオネイト等の硫黄系酸化防止剤;ホスファイト等のリン系酸化防止剤;さらにモリブデン系酸化防止剤などが挙げられる。
殺菌剤としては、例えば、トリアジン系防腐剤、アルキルベンゾイミダゾール系防腐剤、イソチアゾリン系防腐剤、ピリジン系防腐剤、フェノール系防腐剤、ピリチオン系防腐剤などが挙げられる。
消泡剤としては、シリコーン系化合物、ポリエーテル系化合物などを挙げることができる。
本発明の金属加工液は,本発明の水溶性金属加工油剤(原液組成物)を水に希釈することにより得られる。ここでの水は、工業用水、水道水、井戸水、イオン交換水、蒸留水などのいずれでもよく、特に限定されない。本発明の水溶性金属加工油剤を希釈して用いる濃度としては、3体積%以上20体積%以下であることが好ましい。より好ましくは5体積%以上であることが好ましく、さらに好ましくは10体積%以上であることが好ましい。希釈濃度が3体積%を下回ると十分な加工性能が得られないおそれがある。一方、20体積%を上回ると、希釈液の安定性が損なわれる可能性がある。
[金属加工方法]
本発明の金属加工方法は、前述した水溶性金属加工油剤(原液組成物)または該水溶性金属加工油剤が水で希釈された金属加工液を用いて、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる被加工材を加工することを特徴とする。
金属加工の種類としては、切削加工、研削加工、打抜き加工、研磨、絞り加工、抽伸加工、圧延加工等の各種の金属加工分野に好適に利用することができる。本発明の水溶性金属加工油剤、金属加工液は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる被加工材の切削加工又は研削加工に用いられる場合に特に好ましい加工性能を得ることができる。
(1)原液安定性評価
各水溶性金属加工油剤(切削・研削油剤)原液を100mlの透明ガラス瓶に80ml入れ、0℃、25℃および50℃の恒温槽に24時間静置して外観を観察し、以下の評価基準で原液安定性を評価した。
(原液安定性の評価基準)
・合格:分離、沈降・沈殿、凝固なし
・不合格:分離、沈降・沈殿、凝固あり
各水溶性金属加工油剤(切削・研削油剤)原液を、水および塩化マグネシウムでマグネシウムイオンを200ppm含有するように調整したマグネシウム調整水(Mg調整水)で5容量%に希釈し、24時間後の外観を観察し、以下の評価基準で分散安定性を評価した。
(分散安定性の評価基準)
・合格:分離、不均一化なし
・不合格:分離、不均一化あり
各水溶性金属加工油剤(切削・研削油剤)原液を水で5容量%に希釈し、以下の条件で下穴ドリル加工を行った後、転造タップ加工を行い、転造タップ加工時の最大タップトルクを測定した。その結果の平均値を第1表に示す基準で評価した。
(下穴ドリル加工と転造タップ加工の加工条件)
・使用機械
株式会社メクトロン社製、タッピングセンターMTV−T350
・被削材
A6061(JIS規格)、A390(AA規格)
・下穴加工
使用工具:住友電工ハードメタル株式会社製、イゲタロイ スーパーマルチドリルMDS093MG T4120、ドリル径9.3mm
速度:80m/min
送り:0.15mm/rev
深さ:30mm(止まり穴)
・タップ加工
工具:オーエスジー株式会社製、ニューロールタップ B−NRT、M10×P1.5
速度:20m/min
深さ:25mm
・加工n数:9
第1表に加工性能の評価基準を示す。
各水溶性金属加工油剤(切削・研削油剤)原液を水で3容量%に希釈した試料100mlに、下記に示す腐敗液Aを5ml、腐敗液Bを0.5ml添加し、30℃、150rpmで7日間振とう培養を行い、7日目に、腐敗液Aを2.5ml、腐敗液Bを0.25ml添加し、さらに7日間振とう培養を行ない、生菌数を測定した。なお、腐敗試験条件、生菌数の測定方法は、以下のようにして実施した。
(腐敗試験条件)
・培養条件:FC200ドライ切粉を3g添加し、30℃,150rpmで振とう。
・腐敗液A:腐敗劣化したエマルション型切削液に日本製薬製SCD培地「ダイゴ」を加え、72時間エアレーションして活性化させたもの。
・腐敗液B:腐敗劣化したエマルション型切削液に日本製薬製ポテトデキストロース寒天培地「ダイゴ」を加え、72時間エアレーションして活性化させたもの。
(生菌数の測定方法)
三愛石油株式会社製「サンアイバイオチェッカTTC」により、1ml中の細菌数を103個未満、103個/ml、104個/ml、105個/ml、106個/ml、107個/mlの6段階で測定し、以下の評価基準で耐腐敗性能を評価した。
(耐腐敗性能の評価基準)
・極めて優れる:103個/ml以下
・優れる:104個/ml以上105個/ml以下
・劣る:106個/ml以上
(水溶性金属加工油剤の調製)
第2表に示す配合基材・配合割合で、各々の実施例に用いた水溶性金属加工油剤(切削・研削油剤)原液を調製した。
・鉱物油(40℃動粘度:9.5mm2/s、100℃動粘度:2.3mm2/s)
・重縮合脂肪酸1(リシノール酸を窒素気流下200℃で加熱脱水縮合した縮合物、酸価:34mgKOH/g、水酸基価:28mgKOH/g、けん化価:198mgKOH/g)
・重縮合脂肪酸2(リシノール酸を窒素気流下200℃で加熱脱水縮合した縮合物、酸価:53mgKOH/g、水酸基価:42mgKOH/g、けん化価:196mgKOH/g)
・重縮合脂肪酸3(リシノール酸を窒素気流下200℃で加熱脱水縮合し、さらにオレイン酸を加え加熱脱水縮合した縮合物、酸価:85mgKOH/g、水酸基価:15mgKOH/g、けん化価:195mgKOH/g)
・非イオン界面活性剤1(ポリオキシエチレンプロピレンモノアルキレンエーテル、HLB:13)
・非イオン界面活性剤2(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)
・非イオン界面活性剤3(オレイルアルコール)
上記調製し各水溶性金属加工油剤等を用いて、前記各評価を行った。評価結果をまとめて第3表に示す。
前記実施例1〜7と同様にして、下記第4表に示す配合基材・配合割合で水溶性金属加工油剤(切削・研削油剤原液)を調製し、同様に各種性能評価を行った。その結果を第5表に示す。
Claims (8)
- 下記(A)〜(E)を必須成分とすることを特徴とする水溶性金属加工油剤。
(A)炭素数14〜16のα−オレフィンから選ばれる少なくとも1種であり、水で希釈する前の原液組成物中における含有量が25質量%以上65質量%以下であるα−オレフィン
(B)水で希釈する前の原液組成物中における含有量が5質量%以上30質量%以下である、リシノール酸の脱水縮合脂肪酸及びリシノール酸脱水縮合脂肪酸とカルボン酸との脱水縮合脂肪酸から選ばれる少なくとも1種
(C)前記(B)成分を含まないモノカルボン酸及びジカルボン酸から選ばれる少なくとも1種
(D)下記(1)〜(3)を満たす水酸基を含まないアルキルアミン(D1)及びアルカノールアミン(D2)
(1)(D1)の水で希釈する前の原液組成物中における含有量が2質量%以上30質量%以下である。
(2)(D)成分の総量が、前記(B)成分と(C)成分の中和当量以上である。
(3)(D1)/(D1+D2)が15モル%以上60モル%以下である。
(E)一価アルコール、多価アルコール及びそれらの誘導体から選ばれる少なくとも1種である非イオン性界面活性剤 - 前記(D1)成分が、ジシクロヘキシルアミンまたはN−メチルジシクロヘキシルアミンの少なくともいずれか一方を含む請求項1に記載の水溶性金属加工油剤。
- さらに、(F)水を含む請求項1または2に記載の水溶性金属加工油剤。
- (F)水の配合量が、水溶性金属加工油剤の全量に対して3質量%以上50質量%以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の水溶性金属加工油剤。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の水溶性金属加工油剤が水で希釈されたことを特徴とする金属加工液。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の水溶性金属加工油剤を用いて、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる被加工材を加工することを特徴とする金属加工方法。
- 請求項5に記載の金属加工液を用いて、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる被加工材を加工することを特徴とする金属加工方法。
- 金属加工方法が、切削加工又は研削加工である請求項6または7に記載の金属加工方法。
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