JP7254805B2 - 金属加工流体中の添加剤としてのマレイン化大豆油誘導体 - Google Patents
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Description
したがって、可溶性潤滑剤を有し、硬水中で安定しており、複数の成分を必要としない水性金属加工流体が必要とされている。
本発明の実施形態において、例えば以下の項目が提供される。
(項目1)
モノマレイン化多価不飽和植物油と、少なくとも2個の炭素原子を有するアルコールおよび少なくとも350の数平均分子量(M n )を有するメトキシポリエチレングリコールを含むアルコール混合物との付加物から調製された、組成物。
(項目2)
前記メトキシポリエチレングリコールが、少なくとも350~少なくとも550の数平均分子量(M n )を有する、項目1に記載の組成物。
(項目3)
前記モノマレイン化多価不飽和植物油が、無水マレイン酸および多価不飽和植物油を、1:<2、1:1.75、1:1.5、1:1.25、または1:1の無水マレイン酸対多価不飽和植物油のモル比で混合することにより調製される、項目1または2に記載の組成物。
(項目4)
前記アルコールが、直鎖または分岐状C 2 ~C 18 アルコールである、項目1~3のいずれかに記載の組成物。
(項目5)
前記アルコールが、少なくとも1つの直鎖もしくは分岐状C 9 ~C 11 オキソアルコール、直鎖もしくは分岐状C 12 ~C 14 脂肪アルコール、またはそれらの組み合わせを含む疎水性アルコールである、項目4に記載の組成物。
(項目6)
前記モノマレイン化多価不飽和植物油対前記アルコール混合物のモル比が、2:1~1:2の範囲であるか、または1:1である、項目1~5のいずれかに記載の組成物。
(項目7)
前記多価不飽和植物油が、大豆油である、項目1~6のいずれかに記載の組成物。
(項目8)
前記付加物が、アルカリ金属塩基またはアミンを使用して塩化(salted)される、項目1~7のいずれかに記載の組成物。
(項目9)
前記アルカリ金属塩基が、ナトリウムまたはカリウム塩基である、項目8に記載の組成物。
(項目10)
前記アミンが、第三級アミンである、項目8に記載の組成物。
(項目11)
前記第三級アミンが、第三級アルカノールアミンである、項目10に記載の組成物。
(項目12)
前記第三級アミンが、トリエタノールアミン、N,N-ジメチルエタノールアミン、N-ブチルジエタノールアミン、N,N-ジエチルエタノールアミン、N,N-ジブチルエタノールアミン、またはそれらの混合物のうちの少なくとも1つを含む、項目10または11に記載の組成物。
(項目13)
前記第三級アミンが、トリエタノールアミンを含む、項目10~12のいずれかに記載の組成物。
(項目14)
項目1~13のいずれかに記載の組成物を含む、水性金属加工流体。
(項目15)
前記組成物が、前記流体の総重量に基づいて、3重量%未満の量で存在する、項目14に記載の流体。
(項目16)
前記流体が、前記流体の総重量に基づいて、少なくとも400ppmのCaCO 3 の硬度を有する場合、前記組成物が、前記流体中に分散したままである、項目14または15に記載の流体。
(項目17)
金属構成要素を潤滑する方法であって、前記構成要素を項目14~16のいずれかに記載の流体と接触させることを含む、方法。
(項目18)
前記金属構成要素が、アルミニウムまたは鋼である、項目17に記載の方法。
(項目19)
金属加工流体の安定性および/または潤滑性を改善する方法であって、項目1~13のいずれかに記載の組成物を前記金属加工流体に添加することを含む、方法。
(項目20)
前記組成物が、前記金属加工流体の総重量に基づいて、3重量%未満の量で存在する、項目19に記載の方法。
(項目21)
金属加工流体の安定性および/または潤滑性を改善するための、項目1~13のいずれかに記載の組成物の使用。
(項目22)
前記組成物が、前記金属加工流体の総重量に基づいて、3重量%未満の量で存在する、項目21に記載の使用。
一実施形態では、本組成物は、金属加工流体である。典型的な金属加工流体の用途には、金属除去、金属成形、金属処理、および金属保護が含まれ得る。いくつかの実施形態では、金属加工流体は、金属加工流体の総重量に基づいて、水と、4重量%未満の上記の組成物と、を含み得る。
一般的な手順:無水マレイン酸(「MAA」)の固形ブリケットを1:1のモル比で大豆油(「SYBO」)と組み合わせ、N2のゆっくりとしたパージ下で200~220℃に直接加熱する。MAAの消費を赤外分光法により監視する。MAAの消費は、840cm-1のピークの消失により示される。IRによりMAAが消費されたことが示されると、バッチが冷却され、濃い琥珀色の粘性のある液体が生成される。ろ過または他の精製は必要ないが、クックアウトの最後に表面下の窒素ブローを用いて、任意の未反応の微量のMAAを排除しし得る。収量は、ほぼ定量的である。反応は、典型的には、220℃で実施した場合、約3時間以内に完了する。微量のMAAが完全に消費されるように、反応混合物を最大約6時間まで長く保持しても、悪影響は一切ない。
一般的な手順:マレイン化大豆油、アルコール、およびメトキシポリエチレングリコール(「MPEG」)を約20~40℃で混合し、次いで、135℃に加熱する。蒸気空間を通るゆっくりとした窒素パージが維持され、蒸気は還流コンデンサーを通過して排出されて、蒸発による損失を最小限に抑える。約1780cm-1での無水物ピークの消失を監視することによる赤外分光法により、反応の進行を追跡する。このピークが収縮を停止すると、アルコール、MPEG、およびマレイン化大豆油の間の反応が完了する。より低い分子量アルコールを使用する場合、真空をこの時点で有利に適用して、未反応のアルコールを取り除くことができる。これらの反応の産生物は、概して、透明で、適度に粘性のある琥珀色の液体である。ろ過または他の精製は必要ない。収量は、通常、定量に非常に近い。揮発性アルコールのわずかな損失が発生する可能性がある。さまざまな実施例の調製物である「実施例の調製物」を以下の表1に示す。
硫酸塩、塩化物、炭酸塩、および重炭酸塩として存在するカルシウムおよびマグネシウムイオンにより水が硬くなる。これらの水溶性の二価金属イオンは、2モルの脂肪カルボン酸アニオンと錯化して、水性金属加工流体から分離し、金属加工装置のライン、フィルター、およびノズルの汚れを引き起こし得る、粘着性の水不溶性塩を供給し得る。これらの硬水イオンの濃度は、金属加工装置サンプのボイラー効果に起因して時間と共に増加するため、硬水安定性、または高レベルのカルシウムおよびマグネシウムイオンの存在下で粘着性の堆積物の分離に抵抗する水性金属加工流体の能力が性能基準となる。
マイクロタップ試験では、事前に開けられた穴へのタッピング(ねじ切りまたはねじ部形成)中に生成されるトルクを使用して、実験用および参照用の水性金属加工流体の潤滑性能を金属除去作業において評価する。試験機器は、microtap GmbH in Munich,Germanyにより製造されたTTTタッピングトルク試験システムである。
相対効率=(参照流体のトルク)/(候補流体のトルク)×100%
実施例1:調製物8-1.0-MAA SYBO+MPEG350+FOH-9、2:1:1
調製物8の産生物を、0.5重量%のTEAと染料とを含有する変化するCa硬度を有する水に1.0重量%で分散した。これらの水性分散液を40℃で一晩インキュベートし、分離の兆候を調べた。水の硬度レベルは、0、200、400、600、800、および1000ppmであった。硬度0ppmの溶液では約2体積%、200および400ppmでは約1体積%のクリームの分離が観察され、600~1000ppmではクリームの分離は観察されなかった。クリーム層は、簡単に再分散した。6つのすべての希釈液を、クリーム層の再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。マイクロタップ試験の結果を表2に示す。
調製物8の産生物を、0.5重量%の5つの異なる第三級アミンを含有する脱イオン水に1.0重量%で分散した。これらの水性分散液をカシオフラスコに入れ、40℃で一晩インキュベートし、分離の兆候を調べた。
調製物8の産生物を、0.5重量%TEAと染料とを含有する水道水(約115ppmの硬度)に1.0重量%で分散した。このブレンドを700グラム調製した。このブレンドを40℃のオーブンに入れ、インキュベートしたままにした。さまざまなタイミングで試料を採取し、マイクロタップで試験した。
A.0日(オーブンに入れる前の試料)
B.40℃で1日
C.40℃で4日
D.40℃で8日
調製物9は、アルコールとMPEGとの反応の前に、マレイン化大豆油が分離されないプロセスを示す。調製物9の産生物を、0.25重量%のTEAと、0.20重量%のN,N-メチレンビスモルホリン(殺生物剤)と、染料とを含有する変化する硬度を有する水に1.0重量%で分散した。水の硬度レベルは実施例1と同様であった。これらの水性分散液を室温で一晩放置し、分離の兆候を調べた。クリームの分離は、実施例1と本質的に同じであった。クリーム層は、簡単に再分散した。6つのすべての希釈液を、クリーム層の再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。マイクロタップ試験の結果を表5に示す。
調製物6および調製物7の産生物を1:1の重量比で一緒にブレンドして、調製物10を産生した。このブレンドを、0.5重量%のTEAと染料とを含有する変化する硬度を有する水に1.0重量%で分散した。水の硬度レベルは実施例1と同様であった。これらの水性分散液を40℃で一晩インキュベートし、分離の兆候を調べた。参照流体をインキュベートしなかった。クリームの分離は、硬度0ppmおよび200ppmで0.5体積%未満であった。より高い硬度レベルではクリームの分離はなかった。クリーム層は、簡単に再分散した。調製物10は、類似の「反応」産生物である調製物8よりも少ないクリームの分離を示す。すべての希釈液を、クリーム層の再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。調製物10のマイクロタップの結果を表6に示す。
これは実施例5の繰り返しで、よりストレスのかかった状態である。2000ppmの追加の水の硬度レベルを加え、40℃のインキュベーション期間を3日に延長した。参照流体をインキュベートしなかった。クリームの分離は、硬度0ppmおよび200ppmで0.5体積%未満であった。400~1000ppmの硬度レベルで、クリームの分離はほとんどなかった。硬度2000ppmで、約1体積%のクリームの分離があった。クリーム層は、簡単に再分散した。6つのすべての希釈液を、クリーム層の再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。結果を以下の表7に示す。
調製物13および調製物14の産生物を、0.5重量%のTEAと染料とを含有する、0ppm、400ppm、および1000ppmの硬度の水で1重量%のレベルで並べて比較する。これらの水性分散液を40℃で一晩インキュベートし、分離の兆候を調べた。参照流体をインキュベートしなかった。調製物13の分散液は、調製物14の分散液より多くのクリームの分離を示した。調製物14の分散液は、より乳白色の外観も有した。クリーム層は、簡単に再分散した。6つのすべての希釈液を、クリーム層の再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験し、結果を以下の表8に示す。
調製物15を、0.5重量%のTEAと染料とを含有する最大2000ppmの変化する硬度を有する水に1.0重量%で分散した。これらの水性分散液を40℃で一晩インキュベートし、分離の兆候を調べた。参照流体をインキュベートしなかった。400~2000ppmの硬度レベルで、クリームの分離はほとんどなかった。蒸留水では約2体積%のクリームの分離があり、200ppmの硬度の水では1体積%であった。クリーム層は、簡単に再分散した。7つのすべての希釈液を、クリーム層の再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験し、以下の表9に示す。
調製物16(比較)を、0.5重量%のTEAと染料とを含有する最大2000ppmの変化する硬度を有する水に1.0重量%で分散した。これらの水性分散液を40℃で一晩インキュベートし、分離の兆候を調べた。硬度200ppmを超える希釈では、油層の著しい分離が観察された。油の分離に起因して、マイクロタップ試験を行わなかった。164.2の分子量を有するトリエチレングリコールモノメチルエーテルは、必要な硬水安定性を提供するには短すぎるという結論である。
調製物17を実施例8に従って試験した。クリームの分離は、硬度0の水で約2体積%、硬度200ppmで約1体積%であり、400~2000ppmで微量のクリームが観察された。クリーム層は、簡単に再分散した。7つのすべての希釈液を、クリーム層の再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。調製物17のマイクロタップの結果を表10に示す。
調製物18を、0.5重量%のTEAと染料とを含有する最大2000ppmの変化する硬度を有する水に1.0重量%で分散した。これらの水性分散液を40℃で一晩インキュベートし、分離の兆候を調べた。すべての希釈液で油層の著しい分離が観察され、油の分離は、600ppmを超える硬度で特に深刻であった。油の分離に起因して、マイクロタップ試験を行わなかった。トリエチレングリコールモノメチルエーテルは、必要な硬水安定性を提供するには短すぎるという結論(実施例9と共に)である。
これは、3つの関連物質を並べて比較したもので、アルコール部分の炭素数のみが異なる。
●調製物13=1.0-MAA SYBO+MPEG350+FOH-9、2:1:1
●調製物19=1.0-MAA SYBO+MPEG350+FOH-1214、2:1:1
●調製物20=1.0-MAA SYBO+MPEG350+1-ヘキサノール、2:1:1
これは、流体に熱ストレスが加えられなかったことを除いて、実施例12と同様である。これらの試料を、0.5重量%のTEAおよび染料を有する0ppm、400ppm、および800ppmの硬水に分散した。水性分散液を室温で一晩インキュベートし、分離の兆候を調べた。すべての試料のクリーム層は、メスシリンダーを1回反転させるだけで簡単に再分散した。安定性の結果を以下の表13に示す。
調製物21の安定性および潤滑性の試験では、80、40、20、10、および5粒子硬度の混合Ca/Mg硬水を、脱イオン(「DI」)水と共にこの実施例で使用した。調製物21をこれらの硬度の各々で0.5重量%のTEAと共に1重量%に希釈し、希釈液を40℃のオーブンで一晩インキュベートし、分離の兆候を検査した。DI水中では約2体積%のクリーム、5gpgでは約1体積%、10gpgでは微量のクリーム、および80gpgでは約6体積%のクリームがあった。クリーム層は、簡単に再分散した。6つのすべての希釈液を、クリーム層の再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。マイクロタップの結果を以下の表15に示す。
調製物22を使用して、実施例15の試料を作製した。希釈および熱ストレスは、実施例14に記載されるとおりであった。DI水中では約2体積%のクリーム、5gpgでは約1体積%、10gpgでは微量のクリーム、および80gpgでは約2体積%のクリームがあった。クリーム層は、簡単に再分散した。6つのすべての希釈液を、クリームの再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。結果を以下の表16に示す。
調製物23は、マレイン化大豆油が事前の分離なしにメトキシポリエチレングリコールと脂肪アルコールとの反応に直接持ち込まれる「ワンポット」の実施例である。調製物23の場合、希釈および熱ストレスは、実施例14で記載されるとおりであった。希釈液中のクリームの分離は、実施例15で見られたものと事実上区別できなかった。クリーム層は、簡単に再分散した。6つのすべての希釈液は、クリームの再分散後に1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。結果を以下の表17に示す。
調製物24では、アルコール混合物中で分岐アルコール(2-プロピルヘプタノール)を使用する。希釈および熱ストレスは、実施例14に記載されるとおりであった。希釈液中のクリームの分離は、80gpgの希釈液中にクリームがなかったことを除いて、実施例15に見られるものと本質的に同じであった。すべての場合においてクリーム層は、簡単に再分散した。6つのすべての希釈液を、1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。結果を以下の表18に示す。
調製物26は、US2009/0209441に開示されている組成物の実施例である。調製物26の産生物を、染料を含有する0、200、400、600、800、および1000ppmの硬水に1.5重量%で分散した。これらの水性分散液を40℃で3日間インキュベートし、分離の兆候を調べた。>400ppmの水の硬度で、多かれ少なかれ完全なドロップアウトが発生し、粘着性の残留物は、より高い硬度の希釈液の底に沈んだ。0ppmの希釈は、ほぼ透明であった。0、200、および400ppmの希釈を、クリーム層の再分散後に6061アルミニウムおよび1018鋼上でマイクロタップ評価により試験した。結果を以下の表19に示す。また、室温でさらに数日の期間にわたって、400ppmの硬度希釈液でも沈殿が発生したことが記録された。
調製物7は、メトキシポリエチレングリコールを一切有しなかった。調製物7の産生物を、0.5%のTEAを有するDI水に1重量%で容易に分散すると、約1体積%のクリームの分離を示すエマルションを供給した。しかしながら、0.5%のTEAを有する200ppm以上の硬度の水では、材料は分散しないであろう。油相の本質的に完全な分離が、以下のほぼ透明な水で観察された。これは、MPEG部分がなければ、硬水耐性が完全に欠けることを示す。
調製物12の場合、MPEGのみが使用され、少なくとも9個の炭素原子を有する疎水性アルコール(脂肪アルコール)はなかった。実施例14と同様に、調製物12を0.5重量%のTEAおよび染料と共に1重量%で混合Ca/Mg硬水中に溶解した。希釈液を40℃で一晩、次いで、室温で追加の5日間インキュベートした。試料のいずれにもクリームまたは油の分離はなかった。すべての希釈液は、透明から非常にわずかにかすんでおり、マイクロエマルションを示した。6つのすべての希釈液を、1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。結果を以下の表20に示す。
調製物25では、MPEGの代わりにPEGを使用する。1つではなく2つの-OH基を有するPEGは、2つのマレイン化大豆油分子を一緒に結合し、より高い分子量分布をもたらした。調製物25の産生物は濁っており、最終的に2つの相に分離した。調製物25は、0.5%のTEAを有する水に1重量%で容易に分散しなかった。この実施例は、単機能MPEGが二機能PEGよりも好ましいことを示す。
調製物27の場合、非常に低分子量のアルコール(エタノール)をMPEG350と組み合わせて使用して、マレイン化大豆油と反応させた。調製物27を、実施例14と同様に0.5重量%のTEAと共に1重量%で混合Ca/Mg硬水中に溶解した。希釈液を40℃で一晩インキュベートした。6つのすべての希釈液を、1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。結果を以下の表21に示す。
調製物28の場合、より高分子量のアルコール(オレイルアルコール)をMPEG350と組み合わせて使用して、マレイン化大豆油と反応させた。調製物28を、実施例14と同様に0.5重量%のTEAと共に1重量%で混合Ca/Mg硬水中に溶解した。希釈液を40℃で一晩インキュベートした。6つのすべての希釈液を、1018鋼および6061アルミニウム上でマイクロタップにより試験した。結果を以下の表22に示す。
Claims (20)
- モノマレイン化多価不飽和植物油と、少なくとも1つの直鎖もしくは分岐状C9~C11オキソアルコール、直鎖もしくは分岐状C12~C14脂肪アルコール、またはそれらの組み合わせを含む疎水性アルコール、および少なくとも350の数平均分子量(Mn)を有するメトキシポリエチレングリコールを含むアルコール混合物との付加物から調製された、組成物。
- 前記メトキシポリエチレングリコールが、350~550の数平均分子量(Mn)を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記モノマレイン化多価不飽和植物油が、無水マレイン酸および多価不飽和植物油を、1:<2、1:1.75、1:1.5、1:1.25、または1:1の無水マレイン酸対多価不飽和植物油のモル比で混合することにより調製される、請求項1または2に記載の組成物。
- 前記モノマレイン化多価不飽和植物油対前記アルコール混合物のモル比が、2:1~1:2の範囲であるか、または1:1である、請求項1~3のいずれかに記載の組成物。
- 前記多価不飽和植物油が、大豆油である、請求項1~4のいずれかに記載の組成物。
- 前記付加物が、アルカリ金属塩基またはアミンを使用して塩化(salted)される、請求項1~5のいずれかに記載の組成物。
- 前記アルカリ金属塩基が、ナトリウムまたはカリウム塩基である、請求項6に記載の組成物。
- 前記アミンが、第三級アミンである、請求項6に記載の組成物。
- 前記第三級アミンが、第三級アルカノールアミンである、請求項8に記載の組成物。
- 前記第三級アミンが、トリエタノールアミン、N,N-ジメチルエタノールアミン、N-ブチルジエタノールアミン、N,N-ジエチルエタノールアミン、N,N-ジブチルエタノールアミン、またはそれらの混合物のうちの少なくとも1つを含む、請求項8または9に記載の組成物。
- 前記第三級アミンが、トリエタノールアミンを含む、請求項8~10のいずれかに記載の組成物。
- 請求項1~11のいずれかに記載の組成物を含む、水性金属加工流体。
- 前記組成物が、前記流体の総重量に基づいて、3重量%未満の量で存在する、請求項12に記載の流体。
- 前記流体が、前記流体の総重量に基づいて、少なくとも400ppmのCaCO3の硬度を有する場合、前記組成物が、前記流体中に分散したままである、請求項12または13に記載の流体。
- 金属構成要素を潤滑する方法であって、前記構成要素を請求項12~14のいずれかに記載の流体と接触させることを含む、方法。
- 前記金属構成要素が、アルミニウムまたは鋼である、請求項15に記載の方法。
- 金属加工流体の安定性および/または潤滑性を改善する方法であって、請求項1~11のいずれかに記載の組成物を前記金属加工流体に添加することを含む、方法。
- 前記組成物が、前記金属加工流体の総重量に基づいて、3重量%未満の量で存在する、請求項17に記載の方法。
- 金属加工流体の安定性および/または潤滑性を改善するための、請求項1~11のいずれかに記載の組成物の使用。
- 前記組成物が、前記金属加工流体の総重量に基づいて、3重量%未満の量で存在する、請求項19に記載の使用。
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