水溶性加工油剤
【課題】本発明は、鉄鋼、合金鋼、アルミ等の金属部材、石英、シリコン、セラミックス等の脆性材、ガラス状炭素等の複合材の切削、研削加工に於いて、高負荷領域でも潤滑性に優れ、加工速度の向上、工具摩耗を防止することで生産性が高く、コストメリットにも優れ、さらに鉱油や、塩素化合物、硫黄化合物等の極圧剤、油性剤、合成油の含有量を極力減量した環境負荷の低いシンセティック型の水溶性加工油剤を提供することを目的とする。
【解決手段】金属加工液にポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を配合する。具体的には、ポリメチルビニルエーテルマレドデシルアミド酸、ポリメチルビニルエーテルマレヘキシルアミド酸等を配合する。
【解決手段】金属加工液にポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を配合する。具体的には、ポリメチルビニルエーテルマレドデシルアミド酸、ポリメチルビニルエーテルマレヘキシルアミド酸等を配合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水系潤滑剤に関し、詳しくは金属部材、脆性材の切削加工や研削加工に於いて使用される水溶性金属加工油剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削 、研削加工分野に広く使用される油剤には鉱油を含有する不水溶性油剤と、鉱油、界面活性剤、有機アミン等を含有し、水に希釈して使用される水溶性加工油剤がある。水溶性切削油剤、水溶性研削油剤は加工内容に応じて個別の油剤が使用されていた。しかしながら、地球環境悪化防止あるいは資源の節約等の観点から、加工油剤においても、従来と比較し、環境負荷が低い油剤、できるだけ長期間使用できる、油剤の開発が求められてきている。更に、再生使用を念頭に置き、切削加工、研削加工どちらにも使用可能な油剤が求められてきた。
【０００３】
そこで、鉱油を含まず、耐腐敗性に優れ、長期使用可能なシンセティック型の加工油剤が提案されている。シンセティック型（水溶性）加工油剤は水に完全溶解する成分から構成されており、水で完全に洗浄ができることから洗浄性に優れ、さらにはオイルミストの発生が無く、作業場環境の改善にも効果を示している。かかる水溶性金属加工油剤として、例えば、基油としてポリオキシアルキレングリコール化合物を用いる潤滑剤組成物（例えば、特許文献１）などが知られている。
【０００４】
更に、近年、コスト面から加工工具の寿命低下の抑制・防止、生産面から加工不良の低減、加工速度向上が望まれていることから、基油のみでは潤滑性が不十分であり、油脂、植物油、脂肪酸、脂肪酸エステル類等の油性剤（特許文献２）や塩素、硫黄を含む極圧剤等（特許文献３）を配合しているものの満足な性能を得られていない。
また、油性剤は添加量の増大に伴い、加工物の脱脂、洗浄、摺動油との乳化促進、発泡等の不具合を生じる。
さらに、極圧剤としては、含塩素化合物、含硫黄化合物、含モリブデン化合物が挙げられ、使用後の廃油を焼却処理した場合には、塩素ガス、塩化水素ガス、硫黄酸化物ガス等の発生を生じる。一方、モリブデン化合物は、PRTR法の規制対象となったため厳重な管理が必要となり、近年の資源節約、環境悪化防止の観点から、従来よりも環境汚染が少ないものが望まれており、窒化硼素微粉末を分散させた水溶性加工油剤等が検討されている。（特許文献４）
一方、ポリ（メタ）アクリル酸誘導体、ポリ（メタ）アクリルアミド誘導体等の高分子化合物は水系潤滑油・加工油に於いてオイルミスト防止剤（特許文献５）や防錆剤、油性剤、極圧剤の作用向上（特許文献６）、アルミ合金の冷間領域、熱間領域で押し出し、プレス等の塑性加工時の潤滑性、離形性改善剤（特許文献７）、摺動油や作動油等との乳化抑制剤（特許文献８）として利用されている。また、ポリカルボン酸等の高分子化合物も、金属の切削、研削、付形用の金属工作用組成物（特許文献９）として使用されている。
本発明は、上記の様な状況下において達成されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３２４８８８号公報
【特許文献２】特開２００６−０８２２７８号公報、特開２００４−２２４８１４号公報
【特許文献３】特開２００５−１８７６５０号公報
【特許文献４】特開２００４−１８２８７９号公報
【特許文献５】特表２００３−５０７５６９号公報
【特許文献６】特開平７−１７９８７６号公報
【特許文献７】特開平１１−５００８３号公報
【特許文献８】特開平４−２７７５９８号公報
【特許文献９】特表２００１−５０７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、鉄鋼、合金鋼、アルミ等の金属部材、石英、シリコン、セラミックス、カーボン等の脆性材の切削、研削加工に於いて、高負荷領域でも潤滑性に優れ、加工速度の向上、工具摩耗を防止することで生産性が高く、コストメリットにも優れ、さらに鉱油や、塩素化合物、硫黄化合物等の極圧剤、油性剤、合成油の含有量を極力減量した環境負荷の低いシンセティック型の水溶性加工油剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、かかる課題を解決するため研究の結果、金属加工液にポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を配合することで課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、
（１）水溶性高分子であるポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を含有する、水溶性金属加工油剤、
（２）前記ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸が、一般式［１］及び／又は一般式［２］で表される構成単位からなる水溶性高分子である、上記（１）記載の水溶性金属加工油剤、
を提供するものである。
【０００８】
【化１】
【化２】
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水溶性金属加工油剤は、鉱油を含まず、火災の危険性が無く、耐腐敗性に優れ、水で完全に洗浄ができることから洗浄性に優れ、さらにはオイルミストの発生が無く、作業場環境の改善にも効果を示す。また、高い負荷領域でも潤滑性を維持できることから、加工工具の摩耗を低減し、コスト削減、生産能率向上が可能で、かつ、塩素系、硫黄系極圧剤を極力減量し環境負荷が低い。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を含有する、鉄鋼、合金鋼、アルミ等の金属部材、石英、シリコン、セラミックス、カーボン等の脆性材の切削、研削加工用切削・研削加工用の水溶性金属加工油剤にかかるものであり、ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を含有することで金属の切削・研削加工液の潤滑性を向上させ、具体的には摩擦係数の低減、耐荷重能の向上を実現するものである。
【００１１】
本発明に用いられるポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸は、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体にアルキルアミン、例えば、１級アミンであるｎ−ヘキシルアミン、ｎ−オクチルアミン、ｎ−ドデシルアミン、2級アミンであるジプロピルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジドデシルアミン、１−メチルプロピルアミン、1−メチルブチルアミン、１−メチルヘキシルアミン、１−メチル１−オクチルアミン、１−メチルドデシルアミン、１−エチルプロピルアミン、１−エチル１−ブチルアミン等を付加して得られるものであり、一般式［１］および／または一般式［２］（いずれも、式中、R１は水素原子又は直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基を示し、R２は直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示す。）で表される構成単位からなる水溶性高分子である。式中のＲ１，R２がアルキル基のときは、炭素数1〜２４の直鎖または分岐鎖のアルキル基であることが望ましく、より好ましくは炭素数１〜１４の直鎖または分岐鎖のアルキル基である。また、Ｒ１の炭素数とR２の炭素数の和が６〜１４であることがさらに好ましい。
例えば、前記アルキルアミンとしてドデシルアミンを用いる時、R１は水素原子、Ｒ２は炭素数１２の直鎖アルキル基であり、ポリメチルビニルエーテルマレドデシルアミド酸が得られる。
【００１２】
本発明に用いられるポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸の分子量は５千〜３００万、好ましくは３０万〜１００万である。分子量が１００万以上となると溶解性の低下、極端な粘度上昇を招く。
【００１３】
このポリマーの塩は、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩、アンモニア中和塩、アルカノールアミン塩であることが好ましい。
【００１４】
ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸の添加量としては、使用状態の加工液１００重量部に対して、０．００１〜３０重量部、好ましくは０．０１〜３重量部、更に好ましくは０．０５〜０．２重量部である。添加が０．００１重量部未満であると潤滑性の向上が見られず、３０重量部以上では他添加剤との相溶性が低下するのみならず、粘度上昇を来すことから調製が困難となる。
【００１５】
本発明の水溶性金属加工液においては、必要に応じて慣用の添加剤、例えば、金属防錆剤、油性剤、極圧剤、消泡剤、非鉄金属防食剤、防腐剤、金属イオン封鎖剤、界面活性剤を含むことができる。
【００１６】
金属防錆剤としては、有機酸とアルカリ成分が挙げられるが、有機酸として
[モノアルキルカルボン酸]
酢酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、ノナン酸、カプロン酸、エナント酸、カプリン酸、カプリル酸、ウンデカン酸、ウンデシレン酸、ドデカン酸、トリデカン酸、ペンタデカン酸、ヘプタデカン酸、ノナデカン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、イソステアリン酸、エライジン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレイン酸、リシノレイン酸、乳酸、ヒドロキシラウリル酸、ヒドロキシミリスチン酸、ヒドロキシパルミチン酸、ヒドロキシステアリン酸、ヒドロキシアラキン酸、ヒドロキシベヘン酸、ヒドロキシオクタデセン酸、ドデシルコハク酸、ラウリルコハク酸、ステアリルコハク酸、イソステアリルコハク酸、ナフテン酸、安息香酸、パラターシャリーブチル安息香酸、フタル酸、サリチル酸
[ジカルボン酸]
リンゴ酸、クエン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の有機カルボン酸、及びリン酸、ホスホン酸、スルホン酸が挙げられる。
更に、リン酸塩、珪酸塩、重炭酸塩などの無機系防錆剤を併用しても良い。
中でも、炭素数６〜１２のモノカルボン酸（ヘキサン酸、カプリル酸、デカン酸、ラウリン酸等）、ジカルボン酸（アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等）、あるいは安息香酸誘導体（ｔｅｒｔ−ブチル安息香酸、ヒドロキシ安息香酸等）、リン酸及びホスホン酸誘導体としては、エチレンジアミンテトラメチレンスルホン酸、ヒドロキシエタンジホスホン酸が好ましい。
アルカリ成分として、アルカリ金属、アンモニア、アルカノールアミンが挙げられる。アルカリ金属としてはナトリウム、カリウム等が挙げられ、アルカノールアミンとしてはモノエタノールアミン、モノ（イソ）プロパノールアミン、モノブタノールアミン、ジエタノールアミン、ジ（イソ）プロパノールアミン、ジブタノールアミン、モノエタノールモノ（イソ）プロパノールアミン、モノエタノールモノブタノールアミン、モノ（イソ）プロパノールモノブタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等が挙げられる。
これら金属防錆剤は、良好な防錆性を得る為に有機酸とアルカリ成分の混合時にｐＨを８．０〜１２．０に保つ必要がある。
【００１７】
油性剤としては油脂類が挙げられ、炭素数８〜３６の長鎖脂肪酸、例えばオクチル酸、ラウリル酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸及びこれらの脂肪酸と一価及び多価アルコールエステル、例えば、オクチルアルコール、ラウリルアルコール、パルチルアルコール、オレイルアルコール、ステアリルアルコール及びそのエステル類が挙げられる。
極圧剤としては、ジオクチルジチオリン酸亜鉛、ジラウリルジプロピオネート等が挙げられる。
消泡剤としては、シリコーン系消泡剤、アルコール系消泡剤が挙げられる。
【００１８】
非鉄金属防食剤としては、メタケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、１，２，３−ベンゾトリアゾール、１−｛Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルへキシル）アミノメチル｝ベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾチアゾールが挙げられる。なお、非鉄金属防食剤は、１種類、あるいは２種以上を併用することもできる。
防腐剤としてはＯ−フェニルフェノール、ベンゾチアゾリン、トリアジン化合物等が挙げられる。
【００１９】
金属イオン封鎖剤として、エチレンジアミン四酢酸塩、ニトリロトリ酢酸塩、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸塩、クエン酸塩等が例示される。
界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、カルボン酸アルカノールアミドなどの非イオン炭化水素系界面活性剤等が挙げられる。
【００２０】
本発明の加工油剤は、そのまま加工液として使用してもよく、また、濃度の濃い加工油剤を調製し、使用前に水（水道水）で希釈して使用することもできる。希釈して使用する場合には、ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸の濃度が０．００１％重量以下にならないように、かつ防錆剤等の添加剤の効果に支障をきたさない濃度になるようにする。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
［製造例1］
<ポリメチルビニルエーテルマレヘキシルアミド酸の合成方法> コンデンサー、温度計、乾燥エアー入り口、滴下ロートを取り付けた１Ｌ四つ口フラスコにヘキシルアミン３３ｇ、テトラヒドロフラン４００ｇを加えて、マグネチックスターラーで攪拌しながら４５℃加熱溶解した。該ヘキシル調製液に、乾燥エアーを１０分間通気した。そこで、滴下ロートを用いてメチルビニルエーテル無水マレイン酸共重合体４８ｇをテトラヒドロフラン２００ｇに溶解した調製液を滴下した。滴下終了後から４５℃下、２時間保持した。
反応後の溶液をエバポレーターを用いて濃縮した。該濃縮液を、１％酢酸水溶液５Ｌに滴下し、目的物を沈殿させ、濾別、水洗後に７０℃で減圧乾燥し、ポリメチルビニルエーテルマレヘキシルアミド酸の白色粉末を得た。
［製造例2］
<ポリメチルビニルエーテルマレドデシルアミド酸の合成方法> コンデンサー、温度計、乾燥エアー入り口、滴下ロートを取り付けた１Ｌ四つ口フラスコにドデシルアミン６０ｇ、テトラヒドロフラン４００ｇを加えて、マグネチックスターラーで攪拌しながら４５℃加熱溶解した。該ドデシルアミン調製液に、乾燥エアーを１０分間通気した。そこで、滴下ロートを用いてメチルビニルエーテル無水マレイン酸共重合体４８ｇをテトラヒドロフラン２００ｇに溶解した調製液を滴下した。滴下終了後から４５℃下、２時間保持した。
反応後の溶液をエバポレーターを用いて濃縮した。該濃縮液を、１％酢酸水溶液５Ｌに滴下し、目的物を沈殿させ、濾別、水洗後に７０℃で減圧乾燥し、ポリメチルビニルエーテルマレドデシルアミド酸の白色粉末を得た。
［製造例3］
<ポリメチルビニルエーテルマレジヘキシルアミド酸の合成方法> コンデンサー、温度計、乾燥エアー入り口、滴下ロートを取り付けた１Ｌ四つ口フラスコにジヘキシルアミン６０ｇ、テトラヒドロフラン４００ｇを加えて、マグネチックスターラーで攪拌しながら４５℃加熱溶解した。該ジヘキシルアミン調製液に、乾燥エアーを１０分間通気した。そこで、滴下ロートを用いてメチルビニルエーテル無水マレイン酸共重合体４８ｇをテトラヒドロフラン２００ｇに溶解した調製液を滴下した。滴下終了後から４５℃下、２時間保持した。
反応後の溶液をエバポレーターを用いて濃縮した。該濃縮液を、１％酢酸水溶液５Ｌに滴下し、目的物を沈殿させ、濾別、水洗後に７０℃で減圧乾燥し、ポリメチルビニルエーテルマレジヘキシルアミド酸の白色粉末を得た。
［製造例4］
<ポリメチルビニルエーテルマレエチルブチルアミド酸の合成方法> コンデンサー、温度計、乾燥エアー入り口、滴下ロートを取り付けた１Ｌ四つ口フラスコに１−エチルブチルアミン３３ｇ、テトラヒドロフラン４００ｇを加えて、マグネチックスターラーで攪拌しながら４５℃加熱溶解した。該１−エチルブチル調製液に、乾燥エアーを１０分間通気した。そこで、滴下ロートを用いてメチルビニルエーテル無水マレイン酸共重合体４８ｇをテトラヒドロフラン２００ｇに溶解した調製液を滴下した。滴下終了後から４５℃下、２時間保持した。
反応後の溶液をエバポレーターを用いて濃縮した。該濃縮液を、１％酢酸水溶液５Ｌに滴下し、目的物を沈殿させ、濾別、水洗後に７０℃で減圧乾燥し、ポリメチルビニルエーテルマレエチルブチルアミド酸の白色粉末を得た。
【００２３】
［実施例１］
合成したポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を用いて、表１に示した組成で、加工油剤を調製し、摩耗試験機により、各荷重域での摩擦係数と焼き付き荷重を測定した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
なお、潤滑性評価方法は下記の通りである。
＜潤滑性評価条件＞
装置：摩耗試験システム（ＪＴトーシ（株）製、型式ＦＰＤ−００５／３０００Ｈ―１Ｘ）
試験方式：曾田式四球（鋼球材質ＳＵＪ−２、３／４）
荷重：３００〜５０００Ｎ（ステップ法、ステップ幅３００Ｎ）
ステップ時間：１分
すべり速度：４８ｍ／ｍｉｎ
【００２６】
比較例２は、水溶性切削油剤のユシローケンＦＸ−１０（ユシロ社製）を１０倍水道水で希釈したものを評価液とした。
比較例３は、水溶性切削油剤のシンタイロ９９７４ＢＦ（カストロール社製）を１０倍水道水で希釈したものを評価液とした。
比較例４は、水溶性切削油剤のスギカットＣＳ−５８ＸＪ（スギムラ化学社製）を１０倍水道水で希釈したものを評価液とした。
【００２７】
荷重６００Ｎ、５０００Ｎ下での摩擦係数と焼き付き荷重の測定結果を表２に示した。
【表２】
【００２８】
表２によれば、実施例１〜5の加工油剤は、比較例１に対して高い荷重領域でも焼き付かず、良好な潤滑性を示すことが分かる。
また、比較例２〜４は汎用な水溶性金属加工液であるが、実施例１はそれらに対しても高い荷重領域で焼き付かず、広範囲な荷重域で摩擦係数も低く良好な潤滑性を示すことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上述べてきた通り、本発明のポリビニルエーテルマレアルキルアミド酸を構成単位に有する高分子化合物を含有することを特徴とする水溶性金属加工液は、高い荷重領域に於いても焼き付かず、良好な潤滑性を維持できることから、工具の摩耗を低減し、また、加工速度を上げることが可能であり、コスト削減、生産能率を向上させることができる。また、本発明の高分子化合物は塩素、硫黄元素を含まず、また、塩素極圧剤、油性剤の添加量を低減することができ、環境負荷が低い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水系潤滑剤に関し、詳しくは金属部材、脆性材の切削加工や研削加工に於いて使用される水溶性金属加工油剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削 、研削加工分野に広く使用される油剤には鉱油を含有する不水溶性油剤と、鉱油、界面活性剤、有機アミン等を含有し、水に希釈して使用される水溶性加工油剤がある。水溶性切削油剤、水溶性研削油剤は加工内容に応じて個別の油剤が使用されていた。しかしながら、地球環境悪化防止あるいは資源の節約等の観点から、加工油剤においても、従来と比較し、環境負荷が低い油剤、できるだけ長期間使用できる、油剤の開発が求められてきている。更に、再生使用を念頭に置き、切削加工、研削加工どちらにも使用可能な油剤が求められてきた。
【０００３】
そこで、鉱油を含まず、耐腐敗性に優れ、長期使用可能なシンセティック型の加工油剤が提案されている。シンセティック型（水溶性）加工油剤は水に完全溶解する成分から構成されており、水で完全に洗浄ができることから洗浄性に優れ、さらにはオイルミストの発生が無く、作業場環境の改善にも効果を示している。かかる水溶性金属加工油剤として、例えば、基油としてポリオキシアルキレングリコール化合物を用いる潤滑剤組成物（例えば、特許文献１）などが知られている。
【０００４】
更に、近年、コスト面から加工工具の寿命低下の抑制・防止、生産面から加工不良の低減、加工速度向上が望まれていることから、基油のみでは潤滑性が不十分であり、油脂、植物油、脂肪酸、脂肪酸エステル類等の油性剤（特許文献２）や塩素、硫黄を含む極圧剤等（特許文献３）を配合しているものの満足な性能を得られていない。
また、油性剤は添加量の増大に伴い、加工物の脱脂、洗浄、摺動油との乳化促進、発泡等の不具合を生じる。
さらに、極圧剤としては、含塩素化合物、含硫黄化合物、含モリブデン化合物が挙げられ、使用後の廃油を焼却処理した場合には、塩素ガス、塩化水素ガス、硫黄酸化物ガス等の発生を生じる。一方、モリブデン化合物は、PRTR法の規制対象となったため厳重な管理が必要となり、近年の資源節約、環境悪化防止の観点から、従来よりも環境汚染が少ないものが望まれており、窒化硼素微粉末を分散させた水溶性加工油剤等が検討されている。（特許文献４）
一方、ポリ（メタ）アクリル酸誘導体、ポリ（メタ）アクリルアミド誘導体等の高分子化合物は水系潤滑油・加工油に於いてオイルミスト防止剤（特許文献５）や防錆剤、油性剤、極圧剤の作用向上（特許文献６）、アルミ合金の冷間領域、熱間領域で押し出し、プレス等の塑性加工時の潤滑性、離形性改善剤（特許文献７）、摺動油や作動油等との乳化抑制剤（特許文献８）として利用されている。また、ポリカルボン酸等の高分子化合物も、金属の切削、研削、付形用の金属工作用組成物（特許文献９）として使用されている。
本発明は、上記の様な状況下において達成されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３２４８８８号公報
【特許文献２】特開２００６−０８２２７８号公報、特開２００４−２２４８１４号公報
【特許文献３】特開２００５−１８７６５０号公報
【特許文献４】特開２００４−１８２８７９号公報
【特許文献５】特表２００３−５０７５６９号公報
【特許文献６】特開平７−１７９８７６号公報
【特許文献７】特開平１１−５００８３号公報
【特許文献８】特開平４−２７７５９８号公報
【特許文献９】特表２００１−５０７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、鉄鋼、合金鋼、アルミ等の金属部材、石英、シリコン、セラミックス、カーボン等の脆性材の切削、研削加工に於いて、高負荷領域でも潤滑性に優れ、加工速度の向上、工具摩耗を防止することで生産性が高く、コストメリットにも優れ、さらに鉱油や、塩素化合物、硫黄化合物等の極圧剤、油性剤、合成油の含有量を極力減量した環境負荷の低いシンセティック型の水溶性加工油剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、かかる課題を解決するため研究の結果、金属加工液にポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を配合することで課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、
（１）水溶性高分子であるポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を含有する、水溶性金属加工油剤、
（２）前記ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸が、一般式［１］及び／又は一般式［２］で表される構成単位からなる水溶性高分子である、上記（１）記載の水溶性金属加工油剤、
を提供するものである。
【０００８】
【化１】
【化２】
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水溶性金属加工油剤は、鉱油を含まず、火災の危険性が無く、耐腐敗性に優れ、水で完全に洗浄ができることから洗浄性に優れ、さらにはオイルミストの発生が無く、作業場環境の改善にも効果を示す。また、高い負荷領域でも潤滑性を維持できることから、加工工具の摩耗を低減し、コスト削減、生産能率向上が可能で、かつ、塩素系、硫黄系極圧剤を極力減量し環境負荷が低い。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を含有する、鉄鋼、合金鋼、アルミ等の金属部材、石英、シリコン、セラミックス、カーボン等の脆性材の切削、研削加工用切削・研削加工用の水溶性金属加工油剤にかかるものであり、ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を含有することで金属の切削・研削加工液の潤滑性を向上させ、具体的には摩擦係数の低減、耐荷重能の向上を実現するものである。
【００１１】
本発明に用いられるポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸は、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体にアルキルアミン、例えば、１級アミンであるｎ−ヘキシルアミン、ｎ−オクチルアミン、ｎ−ドデシルアミン、2級アミンであるジプロピルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジドデシルアミン、１−メチルプロピルアミン、1−メチルブチルアミン、１−メチルヘキシルアミン、１−メチル１−オクチルアミン、１−メチルドデシルアミン、１−エチルプロピルアミン、１−エチル１−ブチルアミン等を付加して得られるものであり、一般式［１］および／または一般式［２］（いずれも、式中、R１は水素原子又は直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基を示し、R２は直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示す。）で表される構成単位からなる水溶性高分子である。式中のＲ１，R２がアルキル基のときは、炭素数1〜２４の直鎖または分岐鎖のアルキル基であることが望ましく、より好ましくは炭素数１〜１４の直鎖または分岐鎖のアルキル基である。また、Ｒ１の炭素数とR２の炭素数の和が６〜１４であることがさらに好ましい。
例えば、前記アルキルアミンとしてドデシルアミンを用いる時、R１は水素原子、Ｒ２は炭素数１２の直鎖アルキル基であり、ポリメチルビニルエーテルマレドデシルアミド酸が得られる。
【００１２】
本発明に用いられるポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸の分子量は５千〜３００万、好ましくは３０万〜１００万である。分子量が１００万以上となると溶解性の低下、極端な粘度上昇を招く。
【００１３】
このポリマーの塩は、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩、アンモニア中和塩、アルカノールアミン塩であることが好ましい。
【００１４】
ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸の添加量としては、使用状態の加工液１００重量部に対して、０．００１〜３０重量部、好ましくは０．０１〜３重量部、更に好ましくは０．０５〜０．２重量部である。添加が０．００１重量部未満であると潤滑性の向上が見られず、３０重量部以上では他添加剤との相溶性が低下するのみならず、粘度上昇を来すことから調製が困難となる。
【００１５】
本発明の水溶性金属加工液においては、必要に応じて慣用の添加剤、例えば、金属防錆剤、油性剤、極圧剤、消泡剤、非鉄金属防食剤、防腐剤、金属イオン封鎖剤、界面活性剤を含むことができる。
【００１６】
金属防錆剤としては、有機酸とアルカリ成分が挙げられるが、有機酸として
[モノアルキルカルボン酸]
酢酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、ノナン酸、カプロン酸、エナント酸、カプリン酸、カプリル酸、ウンデカン酸、ウンデシレン酸、ドデカン酸、トリデカン酸、ペンタデカン酸、ヘプタデカン酸、ノナデカン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、イソステアリン酸、エライジン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレイン酸、リシノレイン酸、乳酸、ヒドロキシラウリル酸、ヒドロキシミリスチン酸、ヒドロキシパルミチン酸、ヒドロキシステアリン酸、ヒドロキシアラキン酸、ヒドロキシベヘン酸、ヒドロキシオクタデセン酸、ドデシルコハク酸、ラウリルコハク酸、ステアリルコハク酸、イソステアリルコハク酸、ナフテン酸、安息香酸、パラターシャリーブチル安息香酸、フタル酸、サリチル酸
[ジカルボン酸]
リンゴ酸、クエン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の有機カルボン酸、及びリン酸、ホスホン酸、スルホン酸が挙げられる。
更に、リン酸塩、珪酸塩、重炭酸塩などの無機系防錆剤を併用しても良い。
中でも、炭素数６〜１２のモノカルボン酸（ヘキサン酸、カプリル酸、デカン酸、ラウリン酸等）、ジカルボン酸（アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等）、あるいは安息香酸誘導体（ｔｅｒｔ−ブチル安息香酸、ヒドロキシ安息香酸等）、リン酸及びホスホン酸誘導体としては、エチレンジアミンテトラメチレンスルホン酸、ヒドロキシエタンジホスホン酸が好ましい。
アルカリ成分として、アルカリ金属、アンモニア、アルカノールアミンが挙げられる。アルカリ金属としてはナトリウム、カリウム等が挙げられ、アルカノールアミンとしてはモノエタノールアミン、モノ（イソ）プロパノールアミン、モノブタノールアミン、ジエタノールアミン、ジ（イソ）プロパノールアミン、ジブタノールアミン、モノエタノールモノ（イソ）プロパノールアミン、モノエタノールモノブタノールアミン、モノ（イソ）プロパノールモノブタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等が挙げられる。
これら金属防錆剤は、良好な防錆性を得る為に有機酸とアルカリ成分の混合時にｐＨを８．０〜１２．０に保つ必要がある。
【００１７】
油性剤としては油脂類が挙げられ、炭素数８〜３６の長鎖脂肪酸、例えばオクチル酸、ラウリル酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸及びこれらの脂肪酸と一価及び多価アルコールエステル、例えば、オクチルアルコール、ラウリルアルコール、パルチルアルコール、オレイルアルコール、ステアリルアルコール及びそのエステル類が挙げられる。
極圧剤としては、ジオクチルジチオリン酸亜鉛、ジラウリルジプロピオネート等が挙げられる。
消泡剤としては、シリコーン系消泡剤、アルコール系消泡剤が挙げられる。
【００１８】
非鉄金属防食剤としては、メタケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、１，２，３−ベンゾトリアゾール、１−｛Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルへキシル）アミノメチル｝ベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾチアゾールが挙げられる。なお、非鉄金属防食剤は、１種類、あるいは２種以上を併用することもできる。
防腐剤としてはＯ−フェニルフェノール、ベンゾチアゾリン、トリアジン化合物等が挙げられる。
【００１９】
金属イオン封鎖剤として、エチレンジアミン四酢酸塩、ニトリロトリ酢酸塩、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸塩、クエン酸塩等が例示される。
界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、カルボン酸アルカノールアミドなどの非イオン炭化水素系界面活性剤等が挙げられる。
【００２０】
本発明の加工油剤は、そのまま加工液として使用してもよく、また、濃度の濃い加工油剤を調製し、使用前に水（水道水）で希釈して使用することもできる。希釈して使用する場合には、ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸の濃度が０．００１％重量以下にならないように、かつ防錆剤等の添加剤の効果に支障をきたさない濃度になるようにする。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
［製造例1］
<ポリメチルビニルエーテルマレヘキシルアミド酸の合成方法> コンデンサー、温度計、乾燥エアー入り口、滴下ロートを取り付けた１Ｌ四つ口フラスコにヘキシルアミン３３ｇ、テトラヒドロフラン４００ｇを加えて、マグネチックスターラーで攪拌しながら４５℃加熱溶解した。該ヘキシル調製液に、乾燥エアーを１０分間通気した。そこで、滴下ロートを用いてメチルビニルエーテル無水マレイン酸共重合体４８ｇをテトラヒドロフラン２００ｇに溶解した調製液を滴下した。滴下終了後から４５℃下、２時間保持した。
反応後の溶液をエバポレーターを用いて濃縮した。該濃縮液を、１％酢酸水溶液５Ｌに滴下し、目的物を沈殿させ、濾別、水洗後に７０℃で減圧乾燥し、ポリメチルビニルエーテルマレヘキシルアミド酸の白色粉末を得た。
［製造例2］
<ポリメチルビニルエーテルマレドデシルアミド酸の合成方法> コンデンサー、温度計、乾燥エアー入り口、滴下ロートを取り付けた１Ｌ四つ口フラスコにドデシルアミン６０ｇ、テトラヒドロフラン４００ｇを加えて、マグネチックスターラーで攪拌しながら４５℃加熱溶解した。該ドデシルアミン調製液に、乾燥エアーを１０分間通気した。そこで、滴下ロートを用いてメチルビニルエーテル無水マレイン酸共重合体４８ｇをテトラヒドロフラン２００ｇに溶解した調製液を滴下した。滴下終了後から４５℃下、２時間保持した。
反応後の溶液をエバポレーターを用いて濃縮した。該濃縮液を、１％酢酸水溶液５Ｌに滴下し、目的物を沈殿させ、濾別、水洗後に７０℃で減圧乾燥し、ポリメチルビニルエーテルマレドデシルアミド酸の白色粉末を得た。
［製造例3］
<ポリメチルビニルエーテルマレジヘキシルアミド酸の合成方法> コンデンサー、温度計、乾燥エアー入り口、滴下ロートを取り付けた１Ｌ四つ口フラスコにジヘキシルアミン６０ｇ、テトラヒドロフラン４００ｇを加えて、マグネチックスターラーで攪拌しながら４５℃加熱溶解した。該ジヘキシルアミン調製液に、乾燥エアーを１０分間通気した。そこで、滴下ロートを用いてメチルビニルエーテル無水マレイン酸共重合体４８ｇをテトラヒドロフラン２００ｇに溶解した調製液を滴下した。滴下終了後から４５℃下、２時間保持した。
反応後の溶液をエバポレーターを用いて濃縮した。該濃縮液を、１％酢酸水溶液５Ｌに滴下し、目的物を沈殿させ、濾別、水洗後に７０℃で減圧乾燥し、ポリメチルビニルエーテルマレジヘキシルアミド酸の白色粉末を得た。
［製造例4］
<ポリメチルビニルエーテルマレエチルブチルアミド酸の合成方法> コンデンサー、温度計、乾燥エアー入り口、滴下ロートを取り付けた１Ｌ四つ口フラスコに１−エチルブチルアミン３３ｇ、テトラヒドロフラン４００ｇを加えて、マグネチックスターラーで攪拌しながら４５℃加熱溶解した。該１−エチルブチル調製液に、乾燥エアーを１０分間通気した。そこで、滴下ロートを用いてメチルビニルエーテル無水マレイン酸共重合体４８ｇをテトラヒドロフラン２００ｇに溶解した調製液を滴下した。滴下終了後から４５℃下、２時間保持した。
反応後の溶液をエバポレーターを用いて濃縮した。該濃縮液を、１％酢酸水溶液５Ｌに滴下し、目的物を沈殿させ、濾別、水洗後に７０℃で減圧乾燥し、ポリメチルビニルエーテルマレエチルブチルアミド酸の白色粉末を得た。
【００２３】
［実施例１］
合成したポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を用いて、表１に示した組成で、加工油剤を調製し、摩耗試験機により、各荷重域での摩擦係数と焼き付き荷重を測定した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
なお、潤滑性評価方法は下記の通りである。
＜潤滑性評価条件＞
装置：摩耗試験システム（ＪＴトーシ（株）製、型式ＦＰＤ−００５／３０００Ｈ―１Ｘ）
試験方式：曾田式四球（鋼球材質ＳＵＪ−２、３／４）
荷重：３００〜５０００Ｎ（ステップ法、ステップ幅３００Ｎ）
ステップ時間：１分
すべり速度：４８ｍ／ｍｉｎ
【００２６】
比較例２は、水溶性切削油剤のユシローケンＦＸ−１０（ユシロ社製）を１０倍水道水で希釈したものを評価液とした。
比較例３は、水溶性切削油剤のシンタイロ９９７４ＢＦ（カストロール社製）を１０倍水道水で希釈したものを評価液とした。
比較例４は、水溶性切削油剤のスギカットＣＳ−５８ＸＪ（スギムラ化学社製）を１０倍水道水で希釈したものを評価液とした。
【００２７】
荷重６００Ｎ、５０００Ｎ下での摩擦係数と焼き付き荷重の測定結果を表２に示した。
【表２】
【００２８】
表２によれば、実施例１〜5の加工油剤は、比較例１に対して高い荷重領域でも焼き付かず、良好な潤滑性を示すことが分かる。
また、比較例２〜４は汎用な水溶性金属加工液であるが、実施例１はそれらに対しても高い荷重領域で焼き付かず、広範囲な荷重域で摩擦係数も低く良好な潤滑性を示すことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上述べてきた通り、本発明のポリビニルエーテルマレアルキルアミド酸を構成単位に有する高分子化合物を含有することを特徴とする水溶性金属加工液は、高い荷重領域に於いても焼き付かず、良好な潤滑性を維持できることから、工具の摩耗を低減し、また、加工速度を上げることが可能であり、コスト削減、生産能率を向上させることができる。また、本発明の高分子化合物は塩素、硫黄元素を含まず、また、塩素極圧剤、油性剤の添加量を低減することができ、環境負荷が低い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性高分子であるポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を含有する、水溶性金属加工油剤。
【請求項２】
前記ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸が一般式［１]及び／又は一般式［２］で表される構成単位からなる水溶性高分子である、請求項１記載の水溶性金属加工油剤。
【化１】
（式中、R１は水素原子又は炭素数１〜１４の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基を示し、R２は炭素数１〜１４の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示す。）
【化２】
（式中、R１は水素原子又は炭素数１〜１４の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基を示し、R２は炭素数１〜１４の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示す。）
【請求項１】
水溶性高分子であるポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸を含有する、水溶性金属加工油剤。
【請求項２】
前記ポリメチルビニルエーテルマレアルキルアミド酸が一般式［１]及び／又は一般式［２］で表される構成単位からなる水溶性高分子である、請求項１記載の水溶性金属加工油剤。
【化１】
（式中、R１は水素原子又は炭素数１〜１４の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基を示し、R２は炭素数１〜１４の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示す。）
【化２】
（式中、R１は水素原子又は炭素数１〜１４の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基を示し、R２は炭素数１〜１４の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示す。）
【公開番号】特開２０１０−１１１８５４（Ｐ２０１０−１１１８５４Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２１７６７（Ｐ２００９−２２１７６７）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００１４２２５２）株式会社興人 (182)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００１４２２５２）株式会社興人 (182)
【Ｆターム（参考）】
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