TW200920839A - Water-based metalworking fluid - Google Patents
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200920839 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關用於切削、磨削等金屬加工之水 加工油劑。 【先前技術】 用於金屬加工之金屬加工油劑有油系(油性) (水性),而多半使用冷卻性、浸潤性良好之無火 性的水性(水溶性)型態。該水性(水溶性)金屬 劑中,由於以水稀釋後使用,故被要求防鏽性、耐 。依不同用途,更於必要時務必爲消泡性、碎粉沈 潤滑性。 作爲水溶性金屬加工油劑之成份者’先行技術 泛使用無機鹽與烷醇胺之混合系、無機鹽與烷醇胺 烷基二醇之混合系、或無機鹽與烷醇胺及直鏈脂肪 之混合系等(如:文獻1 :特公平6-765 90號公報 2 :特開2002-2 8 5 1 S6號公報)。實際上使用此等 金屬加工油劑時,將主成份稀釋成2 0〜1 0 〇倍使用之 惟,上述文獻1、2所載之水溶性金屬加工油 並不易取得理想均衡之防鏽性與防腐蝕性,而被期 步之改良。 另外,環境問題與世界性化學物質規制均極嚴 曰本除毒劇法、勞安法、化審法’更於1999年 PRTR法(化學物質排出掌控管理促進法)該法律 性金屬 與水系 災危險 加工油 腐蝕性 澱性及 中被廣 及聚伸 酸胺鹽 、文獻 水溶性 〇 劑中, 待進一 苛。於 被制定 係考量 200920839 對於化學物質之致癌性、或特定內臟器官之丨贸性毒性’登 錄恐危害人體健康或、生態系之化學物質的排出與移動’ 防止環保護上之問題產生的法律。第1種指定化學物質被 指定水性金屬加工油劑之主要基材之單乙醇胺、硼酸。又 ,最近水性金屬加工油劑之使用自主的受限於變更爲體內 發癌性之亞硝基化合物之二級胺、勞安法通知物之乙醇胺 類之使用。因此,無法單純採用具有強力的防鏽作用、強 力的殺菌性、制菌性之化學物質。 【發明內容】 因此,本發明係以提供一種具有良好的防鏽性與耐腐 蝕性、同時其環境負擔低、對人體有害性少之水性金屬加 工油劑爲其目的。 本發明爲解決該課題,提供一種如以下所示之水性金 屬加工油劑。 [1]其特徵爲含有(A)下述式(1)所示之院醇胺及/ 或(B)下述式(2)所不之院醇胺’與(C) 2 -耻症基硫 代-1 -氧化物鹽之水性金屬加工油劑。 ίΛ Η2Ν — C — OH (1) \R7n (式中,R1爲氫或碳數1〜3之烷基。η爲2或3。各個Ri -6 - 200920839 可各自爲相同,亦可爲相異,而R1不會有均爲氨之情況 ⑵
9 /Z】一OH r2-n; nz2-oh (式中,R2爲碳數1〜10之烷基。Z1、Z2係各自獨立地代 表碳數2〜8之伸烷基。) [2]前述之本發明水性金屬加工油劑中’其特徵爲該( B )成份之R2爲含有環烷基構造之水性金屬加工油劑。 [3 ]前述之本發明水性金屬加工油劑中’其特徵係以該 水性金屬加工油劑全量基準下,(A )成份爲0〜5 0質量% 、(:B)成份爲0〜50質量%及(C)成份爲〇_〇1〜5質量% 之水性金屬加工油劑。 [4]使前述之本發明水性金屬加工油劑其特徵以質量比 計爲以5〜2 00倍之水進行稀釋之水性金屬加工油劑。 本發明係提供一種,含有特定構造之烷醇胺與2-吡啶 基硫代-1 -氧化物鹽,故可滿足防鏽作用、耐腐蝕性(殺菌 性、靜菌性)之作爲水性金屬加工油劑之基本性能,且未 含PRTR法指定化學物質、二級胺' 亦不產生甲醛,因此 爲環境及對人體有害性少之水性金屬加工油劑。 【實施方式】 [發明實施之最佳形態] 200920839 以下進行說明本發明之實施形態。 本發明之水性金屬加工油劑其特徵係含有(A)下述 式(1)所不之院醇胺及/或(B)下述式(2)所示之院醇 胺、及(C ) 2 -吡啶基硫代-1 _氧化物鹽。 ⑴ /η
H2N4-C — OH V R7n r2-n
/Z1 -ohxZ2-OH ⑵ 首先,針對(A )成份進行說明。(A )成份係特別 作爲發揮防鎌性所使用的成份。上述式(1 )中,R1爲氫 或碳數1~3之院基。n爲2或3。各R1係各自可相同,亦 可相異,惟R1不會有全部爲氫之情況。亦即,作爲(A ) 成份之烷醇胺不爲單乙醇胺。其中,n爲4以上時,則( A )成份之水溶性降低而不理想。n爲2爲最佳,n爲1則 經由分解容易釋放甲醛呈不理想者。又,任意之R1爲碳 數4以上時,對於水溶性及鐵之防鏽性方面不理想。 作爲(A )成份之具體例者,如:1-胺基-2-丙醇、2_ 胺基-2-甲基-卜丙醇、1-胺基-2-丁醇、2-胺基-1-丙醇、3_ 胺基-2-丁醇等例。其中又特別以1-胺基-2-丙醇、2-胺基_ 2 -甲基-1 -丙醇對於鐵之防鏽性最佳。 本發明中該(A )成份可使用1種,亦可使用2個以 -8- 200920839 上。 接著,針對(B )成份之烷醇胺進行說明。(B )成份 不僅可期待防鏽性’亦可期待耐腐蝕性。(B )成份係如 上述式(2)所示’式中,R2爲碳數1~1〇之院基。當r2 爲氫時,則耐腐蝕性將變差而不理想。R2爲非環狀構造時 ,碳數爲1〜4者宜,更佳者爲碳數1。當R2之碳數爲11 以上時,則(B )成份之水溶性、防鏽性將降低’而不理 想。又,Z1、Z2係各自獨立爲碳數2〜8之伸烷基。Z1、Z2 之至少其一之碳數爲1時,則將分解甲醛,對環境不理想 。又,Z1、Z2之至少其一爲碳數9以上時,將降低(B) 成份之水溶性而不理想。 作爲(B )成份之具體例者如:N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、環己二乙醇胺、N-n-丙基二乙醇胺、N-i-丙基二乙醇胺、N-n-丁基二乙醇胺、N-i-丁基二乙醇胺、 及N-t-丁基二乙醇胺等例。另外,R2爲含有支鏈烷基構造 、環烷基構造時,在提昇耐腐蝕性方面較理想,特別理想 者如:環己基二乙醇胺。 本發明中,該(B )成份可使用1種’亦可使用2種 以上。 構成本發明水性金屬加工油劑之(C )成份爲2 -毗D定 基硫代-1 -氧化物鹽。該成份係發揮殺菌劑之效果。 (c )成份之具體例如·· 2 ·吡啶基硫代-1 -氧化鈉、雙 (2-吡啶基二硫代_;!_氧化物)鋅、及雙(2-硫化吡啶-1-原)銅等例。其中,對於低濃度廣範圍之一般細菌、黴菌 -9- 200920839 具效果之面視之,特別以2-吡啶硫代 本發明之水溶性金屬加工油劑/方 與(C )成份所構成者,又,亦可由. )成份所構成。 該水溶性金屬加工油劑由掌控性 成高濃度原液者宜,使用自體係以適 屬加工油使用之。 作爲構成原液之溶媒者,以水爲 油、合成油。 有關原液調製所使用之溶媒之鑛 只要作爲金屬加工油之基油所使用者 ,通常於4(TC下動黏度爲1〜50mm2/ 者爲2〜30mm2/s之範圍者。當基油之 劑將附著於被加工物上,帶走量變多 之,太低將產生重霧,導致作業性不 油之低溫流動性指標之流動面,並异 1 〇 °c以下者宜。 該鑛油、合成油有各式各樣,通 行適當選擇即可。作爲鑛油者如:使 基系原油、或環烷基系原油進行常壓 之殘渣油進行減壓蒸餾取得餾出油, 製取得精製油、如:溶劑精製油、氫 油、白土處理油等例。 另外,作成合成油例者如:聚α -1 -氧化鈉爲最佳。 可由上述(A )成份 1:述(B )成份與(C 之觀點視之,以調製 當水進行稀釋作成金 最佳者,而亦可爲鑛 油、合成油者,一般 即可,並未特別限定 s之範圍者宜,更佳 動黏度太高時,則油 ,經濟面不理想。反 良。另外,有關該基 :特別限定,一般爲- 常因應各種用途,進 石蠟基系原油,中間 蒸餾、或將常壓蒸餾 或將此依常法經由精 化精製油、脫鱲處理 -稀烴、α -烯烴共聚 -10- 200920839 物、聚丁烯、烷基苯、聚醇酯、二鹼酸酯、聚氧化烯二醇 、聚氧化烯二醇酯、聚氧化烯二醇醚、聚矽氧油等例。合 成油中爲聚α-烯烴、α-烯烴共聚物者宜。該基油可分別 單獨,或組合2種以上使用之,亦可組合鑛油與合成油。 原液中(A )成份之理想比例於原液總量基準下爲 0〜5〇質量%者宜’較佳者爲10〜45質量%、更佳者爲 2 0〜4 0質量%。當(A )成份之比例超出5 0質量%並無法 進一步提昇對鐵的防鏽性’對於高成本之經濟不良面不理 想。 原液中(B )成份之理想比例於原液總量基準下爲 0〜50質量%者宜,較佳者爲 1〇〜45質量%,更佳者爲 2 0〜4 0質量%。當(B )成份之比例超出5 0質量%並無法 進一步提昇對鐵的防鏽性,對於高成本之經濟不良面亦不 理想。 原液中(C )成份之理想比例於原液總量基準下爲 0.01-5質量%之範圍者宜,較佳者爲0.05〜2質量%、更佳 者爲0.0 5〜1質量%。當(C )成份之比例未達〇 . 〇 1質量% 時,則油劑之殺菌效果降低、耐腐蝕性變差而不理想 '反 之,超出5質量%則形成金屬離子與錯化物,容易變色爲 不理想者。甚至高成本,經濟性之面亦不理想。 本發明水性金屬加工油劑中,倂用(A )成份與(B ) 成份,與(C )成份作成3成份系使用後,可進一步提昇 防鏽性與耐腐蝕性爲特別理想者。 另外,有關(A)〜(C)成份,其原液中之該合計量 -11 - 200920839 爲7 0質量%以下者宜。當此等各成份之合計量超迁 量%時,則原液調製時各成份不易溶於溶媒(特別 〇 使用本發明水性金屬加工油劑時,對於該原液 以質量比計爲以5〜2 00倍之水進行稀釋者宜。較理 釋倍率者爲10〜100倍,更佳者爲30~50倍。當稀 未達5倍則成本變高,而不理想。反之’稀釋倍 2 00倍時,則防鏽性與耐腐蝕性不足,爲不理想。 又,本發明之水性金屬加工油劑中,在不阻礙 目的之範圍下,可適當配合各種公知的添加劑。如 族羧酸、乳化劑、極壓劑、油性劑、消泡劑等。 脂肪族羧酸係進一步提昇油劑的切削性、磨削 進一步提昇防鏽性而添加之。如:碳原子數6~60 及/或二羧酸之例。具體例如:己酸、辛酸、壬酸 酸、硬脂酸、油酸、蓖麻醇酸、羥基脂肪酸(如: 酸、12-羥基硬脂酸等)、花生酸、山窬酸、蜂花 壬酸、新癸酸、異硬脂酸,油脂所萃取的大豆油脂 椰子油脂肪酸、菜籽油脂肪酸、石油所萃取之環烷 二酸、癸二酸、十二烷2酸、單或雙羥基花生酸等 油酸、蓖麻醇酸、蓖麻醇酸、1 2 -羥基硬脂酸等二 三量體等之合成脂肪酸例。作爲特別理想之單羧酸 油劑之消泡性觀點及硬水之穩定性觀點視之,如 8〜10之己酸、壬酸、癸酸、而作爲二羧酸者如:壬 十一烷二酸、癸二酸、十二烷二酸等例。此等羧酸 丨70質 是水) 而言’ 想之稀 釋倍率 率超出 本發明 :脂肪 性,爲 之羧酸 、月桂 蓖麻醇 酸、異 肪酸、 酸、己 。更有 量體、 者由其 :碳數 二酸、 之配合 -12- 200920839 量’由其配合效果面,於最後的稀釋油基準下,於 配合0.1 ~ 1 . 5質量%。 作爲極壓劑者如:硫系極壓劑、磷系極壓劑、 及金屬之極壓劑,含有磷及金屬之極壓劑之例。此 劑可單獨使用1種,或組合2種以上使用之。作爲 者’只要分子中含有硫原子及/或磷原子之可發揮 性、耐磨損性者即可。作爲分子中含硫之極壓劑者 化油脂、硫化脂肪酸、硫化酯、硫化烯烴、二氫碳 化物、噻二唑化合物、烷基硫代氨基甲醯化合物、 合物、硫代萜化合物、二烷基硫代二丙酸酯化合物 此等極壓劑之配合量由其配合效果面視之,以最後 油基準下,於原液中配合0 · 0 5〜0 _ 5質量%。 油性劑例如:脂肪族醇、脂肪酸、脂肪酸金屬 脂肪酸化合物、聚醇酯、山梨糖醇酐酯、甘油等之 物、脂肪族胺等之胺化合物等例。此等油性劑之配 其配合效果面視之,以最後的稀釋油基準下,於原 合0 · 2〜2質量%。 作爲消泡劑者如:聚甲基矽氧烷油、聚氟矽氧 聚丙烯酸酯等例。此等消泡劑之配合量,由配合效 之,以最後的稀釋油基準下’於原液中配合004〜 量%。 本發明之水性金屬加工油劑係如上述,依其使 以適度的水進行稀釋作成適當之濃度,可適用始於 工、磨削加工之硏磨、絞碎、拉伸、壓延等之各種 原液中 含有硫 等極壓 極壓劑 耐荷重 如:硫 醯聚硫 三嗪化 等例。 的稀釋 鹽等之 酯化合 合量由 液中配 烷油、 果面視 0.04 質 用目的 切削加 金屬加 -13- 200920839 工領域。而本發明水性金屬加工油劑,不僅對於金屬製品 具有防鏽作用、耐磨蝕作用之良好特性,且對於環境、人 體之有害性極少。 [實施例] 接著,藉由實施例,進行本發明更詳細的說明,惟本 發明並未受限於此等例中。 [實施例1〜9、比較例1〜5] 藉由表1、2所示之配合處方調製水性金屬加工油劑 (原液),以水稀釋成適當的濃度後,針對以下各特性進 行評定。評定結果示於表3、4。 (1 )防鏽性(DIN5 1 3 60-02-A 基準) 使用以自來水稀釋成1_〇〇、 1.25、 2.00、 3_33、 及1 0.0質量%之原液濃度之稀釋液,進行防鏽試驗(室浪 、2小時),使鏽程度爲〇之最低濃度作爲防鏽極限濃度 (質量% )。 (2 )耐腐蝕性(靜菌性) 藉由振盪培養法(3 0 °C、4週),評定靜菌法。具體 而言,以自來水進行稀釋作成原液爲3 .3質量%之水溶液 ,於其100ml中每週連續進行接種A 5ml與菌B 5ml°其 中菌A、B係指於實際使用水溶性切削液之工廠現場A、0 -14 - 200920839 中之腐蝕液。 再以EG Kalut法進行測定4週後之各種細菌數。具 體而言,各細菌使用如下之簡易培養基(finland之Orion 公·司製),藉由特定對照表決定細菌數或細菌之繁殖程度 〇
一般細菌:EG kalut TTC 徽菌•酵母:EG kalut Μ 硫酸還原菌:EG kalut S 所測定之各評定項目及其評定基準(評定分數)示於 主5。實用上其評定分數爲10分以上者宜。 表〕 -15- 200920839 i 實施例9 25.40 1 1 1 1 10.00 0.10 1 1 1 1.00 9.00 〇 in 1.00 50.00 2.00 100.00 實施例8 25.40 1 1 1 10.00 1 0.10 1 1 1 1.00 9.00 1.00 50.00 2.00 100.00 實施例7 25.40 1 1 10.00 1 1 0.10 1 1 1 1.00 1 9.00 1.50 ο 50.00 1 2.00 100.00 實施例6 1 1 1 I 1 35.40 0.10 1 1 1 1.00 9.00 1.50 ο 50.00 1 2.00 -1 100.00 實施例5 1 1 1 1 35.40 1 0.10 1 1 1 1.00 9.00 ο r Ή ο 50.00 _j 2.00 -1 100.00 ; 實施例4 1 1 1 35.40 1 1 0.10 1 1 1 1.00 9.00 1 Ο ίη ο Ρ * 50.00 , 2.00 , 1 100.00 實施例3 1 1 35.40 1 1 1 0.10 1 1 1 1.00 9.00 1—^ ο 50.00 2.00 1 100.00 ι 實施例2 1 35.40 1 1 1 1 0.10 1 1 ί 1.00 9.00 ο ο 50.00 2.00 Ί 100.00 實施例1 35.40 1 1 1 1 1 0.10 t 1 1.00 9.00 ο ο 50.00 , 1 2.00 1 100.00 1胺基-2-丙醇 (A成份) b胺基-2-甲基-1-丙醇 (A成份) |1-胺基-2-丁醇 (A成份) 1 |N-甲基二乙醇胺 (B成份) N-乙基二乙醇胺 (B成份) 環己基二乙醇胺 (B成份) 2-吡啶基硫代-1 -氧化鈉 (C成份) 二乙醇胺 三乙醇胺 2-(2-胺基乙氧基)乙醇 異壬酸 月桂二酸 C7〜C11二酸 壬酸 其他υ 合計 i 配合處方 (質量%)
0N=S$o:ss邾味嘁给齩,%_»ro:®§2K%lwM ee 要·α®酿 W齡,%_»ΓηΌ:®#2;Ν%ΙΜ»οεοοοϊ ¥^Φ)$Ε5«Κ1跋,%_s i••勃lllw擀(I -16- 200920839 <Nm
比較例5 7.00 1 1 1 1 1 1 1 〇 00 (Ν 1 〇 〇 —丨Η 9.00 1.50 1.00 〇 〇 〇 >rj 〇 〇 (N 100.00 比較例4 1 1 1 〇 in m t 1 1 1 1 1 1.00 1 9.00 1.50 1.00 50.00 2.00 100.00 比較例3 1 1 1 1 1 1 〇 1-H 〇 1 1 〇 寸 ίΤ) ΓΟ 1.00 9.00 1.50 1.00 50.00 2.00 100.00 比較例2 1 1 1 1 1 1 〇 〇 1 〇 寸 in 1 1.00 1 9.00 1.50 1.00 50.00 〇 〇 (N 100.00 比較例1 1 1 1 1 1 1 〇 〇 1 35.40 j 1 1 1.00 〇 〇 Os 1.50 1.00 50.00 〇 〇 (N 100.00 1-胺基-2-丙醇 (A成份) 2-胺基-2-甲基-1-丙醇 (A成份) 1-胺基-2-丁醇 (A成份) N-甲基二乙醇胺 (B成份) N-乙基二乙醇胺 (B成份) 環己基二乙醇胺 (B成份) 2-吡啶基硫代-1-氧化鈉 (c成份) 二乙醇胺 三乙醇胺 2-(2-胺基乙氧基)乙醇 異壬酸 1 月桂二酸 C7〜Cl 1二酸 壬酸 其他υ life 4π 配合處方 (質量%) 1 1 J % W M so二歡裝雜味嘁给鏃,% ¥»(Ν·0:髮键爷% _ Μ εε 荽_讎蛾 W浒,%¥Μ €0:嫠锭«%_^0£0001¥屮农)埕冏褰\!鏃,%_»::_11|档擀(1 -17- 200920839 Γη撇 實施例9 1.50 m r^i cn 實施例8 <N (N cn (N (Ν 實施例7 (N (N m m (N (Ν 實施例6 2.00 1______ (N m (Ν 實施例5 (N <N 1 t 1—Η 實施例4 (N (N m 1 t Τ~Η 實施例3 1 | 1.50 1_ m m m m CN 寸 實施例2 cn m cn m m 實施例1 1.00 m m m m 評定項目 防鏽極限濃度 丨(質量%) 1 pH低下 Γ 一般細菌數 黴菌 酵母菌數 硫酸還原菌 〈評定分數〉 防鏽性 耐腐鈾性 -18- 200920839 表4 言Z 獅目 比較例1 比較例2 比較例3 比較例4 比較例5 防鏽性 防鏽極限濃度 (質量%) 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 耐腐飩性 pH低下 1 3 1 2 1 一般細菌數 1 1 1 2 1 黴菌 2 1 3 1 3 酵母菌數 2 1 0 1 1 硫酸還原菌 0 0 1 0 1 〈評定分數〉 6 6 6 6 7 表5 評定項目 pH低下(4週後) 未達〇_5 0.5-1.0 1 ·0 〜2.0 2.0以上 一般細菌(4週後)個/ml 1〇2以上 103~105 106以上 - 黴菌(4週後) 垂 輕度 中·強度 - 酵母(4週後)個/ml 0 101 〜103 104~105 106以上 硫酸還原菌(4週後) - 輕度 中•強度 (2週) 強度 (1週) 評定分數 3分 2分 1分 0分 [評定結果] 由表3、4之結果證明,實施例1〜9之該本發明水性 金屬加工油劑均具有良好的防鏽性及耐腐蝕性’且對於人 體亦未含有害成份。相較於此之比較例1 ~ 5所使用之水性 金屬加工油劑卻欠缺本發明之必須成份,因此其防鏽性與 耐腐蝕性之均衡性不良。 -19-
Claims (1)
- 200920839 十、申請專利範圍 1 . 一種水性金屬加工油劑,其特徵係含有(A )下述 式(1 )所示之烷醇胺及/或(B )下述式(2 )所示之烷醇 胺、以及(C ) 2-吡啶基硫代-1-氧化物鹽、 /η Η2Ν — C — OH (1) \RVn (式中,R1爲氫或碳數1〜3之烷基、n爲2或3、各個R1 可各自爲相同,亦可爲相異,而R1不會有均爲氫之情況9 /Z]-〇H r2-n^ xz2-oh (式中,R2爲碳數1〜10之烷基、Z1、Z2各自獨立地代表 碳數2~8之伸院基)。 2 . —種水性金屬加工油劑,其係於申請專利範圍第1 項之水性金屬加工油劑中,其特徵係該(B )成份之R2爲 含有環烷構造。 3 . —種水性金屬加工油劑,其係於申請專利範圍第1 項之水性金屬加工油劑中,其特徵係以該水性金屬加工油 劑全量基準下,(A)成份爲0〜50質量%、 (B)成份爲 -20 - 200920839 0〜50質量%,及(C)成份爲0.01〜5質量%。 4 . 一種水性金屬加工油劑,其特徵係以質量比計,以 5〜2 0 0倍之水進行稀釋申請專利範圍第1項至第3項中任 一項之水性金屬加工油劑。 -21 - 200920839 七 指定代表囷: (一) 、本案指定代表圖為:無 (二) 、本代表圖之元件代表符號簡單說明:無 八、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學 式:無
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