本發(fā)明涉及水溶性金屬加工油以及將其用水稀釋得到的金屬加工用冷卻劑。

背景技術(shù)：

對用于金屬加工的金屬加工油劑而言，存在油系(油性)和水系(水性)，常用冷卻性、浸潤性優(yōu)異且沒有火災(zāi)危險的水性類型。

特別地，由于在磨削用途中油劑的冷卻性是重要的，因此常用不含礦物油的溶液系油劑(例如參照專利文獻1)。溶液系油劑雖然冷卻性、耐腐敗性良好，但針對潤滑性而言，其差于非水系、乳劑系、可溶系。潤滑性的不足還會成為加工面粗糙度惡化、磨石壽命降低或磨削燒傷的原因。

因此，為了對溶液系油劑賦予潤滑性，進行在油劑中配合聚亞烷基二醇(PAG)(參照專利文獻2、3)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特公昭40-14480號公報

專利文獻2：日本特開平10-324888號公報

專利文獻3：日本特開2010-70736號公報。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

在專利文獻2、3所述的溶液系油劑中，通過增加PAG的配合量，潤滑性變得良好。但是，即使大量配合PAG，在提高潤滑性方面也存在極限。因此，在嚴苛的加工條件下，磨石與被削材料之間的摩擦系數(shù)變大，發(fā)生磨石壽命降低、磨削燒傷。

本發(fā)明的目的在于，提供即使在嚴苛的加工條件下潤滑性和耐磨耗性也優(yōu)異的水溶性金屬加工油以及將其用水稀釋而成的金屬加工用冷卻劑。

用于解決問題的手段

本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，對于并用具有硫醚結(jié)構(gòu)的二羧酸和長鏈羧酸得到的體系而言，反而是去除PAG時潤滑性和耐磨耗性兩者更優(yōu)異。本發(fā)明是基于該見解而完成的。

即，本發(fā)明提供如下所述的水溶性金屬加工油和金屬加工用冷卻劑。

水溶性金屬加工油，其特征在于，其配合有(A)含有硫醚結(jié)構(gòu)的二羧酸和(B)單羧酸，且不含聚亞烷基二醇。

金屬加工用冷卻劑，其特征在于，將上述水溶性金屬加工油用水稀釋至2倍以上且200倍以下(容量)而得到。

本發(fā)明的水溶性金屬加工油劑(原液)由于配合有(A)含有硫醚結(jié)構(gòu)的二羧酸和(B)單羧酸且且不含聚亞烷基二醇，因此，在用水稀釋形成金屬加工用冷卻劑時，顯示出良好的潤滑性和耐磨耗性。因此，將本發(fā)明的金屬加工用冷卻劑用于磨削時，即使在嚴苛的加工條件下也不易發(fā)生加工面粗糙度的惡化，可以充分地抑制磨削燒傷、磨石壽命的降低。

具體實施方式

以下說明本發(fā)明的實施方式。

本發(fā)明的水溶性金屬加工油(以下也稱為“本加工油”)是配合有(A)含有硫醚結(jié)構(gòu)的二羧酸和(B)單羧酸的原液，但不含聚亞烷基二醇。以下，針對本加工油和將其用水稀釋而成的金屬加工用冷卻劑進行詳細說明。

[(A)成分]

本加工油中的(A)成分是含有硫醚結(jié)構(gòu)的二羧酸，其賦予潤滑性。作為(A)成分，特別地從潤滑性的觀點出發(fā)，下述式(1)所示結(jié)構(gòu)的二羧酸是優(yōu)異的：

HOOC-R¹-S_n-R²-COOH　　　　　(1)

在此，R¹和R²是碳原子數(shù)為1以上且5以下的烴基，n為1以上且8以下的整數(shù)。如果R¹、R²的碳原子數(shù)為6以上，則存在水溶性降低的風(fēng)險。

上述式(1)的二羧酸中的總碳原子數(shù)為4以上且12以下，但從水溶性和潤滑性的觀點出發(fā)，優(yōu)選為6以上且10以下。作為R¹、R²，優(yōu)選為亞烷基，可以舉出亞甲基、亞乙基、甲基亞乙基、亞丙基和亞丁基等。從水溶性和潤滑性的觀點出發(fā)，特別優(yōu)選亞乙基。

此外，如果n為9以上，則存在結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定而分解的風(fēng)險。因此，n優(yōu)選為6以下，更優(yōu)選為2以下，進一步優(yōu)選為1。

作為這樣的二羧酸，可以舉出例如硫代二丙酸、二硫代二丙酸、硫代二乙酸、硫代二琥珀酸、二硫代二乙酸和二硫代二丁酸等。

作為(A)成分的配合量，以原液總量基準計優(yōu)選為0.1質(zhì)量%以上且14質(zhì)量%以下，更優(yōu)選為1質(zhì)量%以上且10質(zhì)量%以下，進一步優(yōu)選為2質(zhì)量%以上且5質(zhì)量%以下。如果(A)成分的配合量過多，則存在將原液用水稀釋時的防銹性降低的風(fēng)險。

[(B)成分]

本加工油中的(B)成分為單羧酸，其有助于提高潤滑性和耐磨耗性。作為這樣的單羧酸，優(yōu)選為所謂的長鏈羧酸，優(yōu)選為下述式(2)所示的化合物：

R³-COOH　　　　　(2)

在此，R³是碳原子數(shù)為11以上的烴基。作為烴基，可以是直鏈的也可以具有支鏈，可以是飽和的也可以是不飽和的。從潤滑性和耐磨耗性的觀點出發(fā)，優(yōu)選為妥爾油脂肪酸。

作為長鏈羧酸，具體而言，可以舉出月桂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、芥酸、棕櫚酸、蓖麻油酸(リシノレン酸)、羥基脂肪酸(例如蓖麻油酸(リシノール酸)、12-羥基硬脂酸等)、花生酸、山崳酸、蜂花酸、異硬脂酸、從油脂中提取出的大豆油脂肪酸、椰子油脂肪酸、菜籽油脂肪酸和妥爾油脂肪酸(C18)等。

作為(B)成分的配合量，從通常的稀釋率下的潤滑性和耐磨耗性的觀點出發(fā)，以加工油總量基準計優(yōu)選為1質(zhì)量%以上且20質(zhì)量%以下。

本加工油將上述(A)成分和(B)成分配合于水中而形成原液，但不含聚亞烷基二醇(PAG)。但是，對于以雜質(zhì)的形式在不損害本發(fā)明效果的程度下的微量混入而言，作為本發(fā)明的實施是可允許的。

對于本加工油(原液)，以加工油總量基準計，(A)成分與(B)成分的總計配合量優(yōu)選為4質(zhì)量%以上且40質(zhì)量%以下，更優(yōu)選的配合量為5質(zhì)量%以上且15質(zhì)量%以下。

如果(A)成分與(B)成分的總計配合量小于4質(zhì)量%，則在現(xiàn)場使用本加工油時基于水的稀釋率過高的情況中，存在導(dǎo)致潤滑性降低(摩擦系數(shù)上升)的風(fēng)險。另一方面，如果(A)成分與(B)成分的總計配合量大于40質(zhì)量%，則存在原液穩(wěn)定性降低的風(fēng)險。在此，原液穩(wěn)定性是指原液的均勻性因相分離、固體不溶解、析出等而消失。

用于制備原液的水的比例以加工油總量基準計優(yōu)選為20質(zhì)量%以上且75質(zhì)量%以下。如果水的比例小于20質(zhì)量%，則(A)成分與(B)成分變得難以溶解，原液的制備變得煩雜。此外，如果用于制備原液的水的比例大于75質(zhì)量%，則作為原液的保管量、輸送量變得過大，操作性降低。

應(yīng)予說明，本加工油(原液)可以以原來的濃度直接使用，但優(yōu)選用水稀釋至2倍以上且200倍以下、更優(yōu)選稀釋至5倍以上且100倍以下的比率(容量比)，從而用作金屬加工用冷卻劑。

[其它成分]

本加工油中，作為(C)成分，優(yōu)選還配合非離子系表面活性劑。通過配合這樣的表面活性劑，本加工油的濕潤性提高，本加工油變得容易浸透至磨石與被削材料之間。

作為(C)成分，從其效果的觀點出發(fā)，特別優(yōu)選炔二醇系表面活性劑。作為這樣的炔二醇系表面活性劑，例如可以適合地使用日本特開2011-12249號公報中記載的炔二醇、其亞烷基氧化物加成物。例如，炔二醇EO加成物是適合的。作為市售品，可以舉出Air Products and Chemicals, Inc.生產(chǎn)的Dynol 604、Surfynol 420、Surfynol 465等。

作為(C)成分的配合量，以原液總量基準計優(yōu)選為0.1質(zhì)量%以上且20質(zhì)量%以下、更優(yōu)選為1質(zhì)量%以上且10質(zhì)量%以下。如果(C)成分的配合量過多，則稀釋時的消泡性惡化。

本加工油中，作為(D)成分，優(yōu)選還配合烷醇胺。該烷醇胺與上述(A)成分或(B)成分反應(yīng)，形成烷醇胺羧酸鹽，從而進一步提高潤滑性。此外，烷醇胺還作為防銹劑而發(fā)揮功能。

作為烷醇胺，沒有特別限定，可以組合使用伯胺、仲胺和叔胺。但如果僅使用伯胺，則胺的揮發(fā)性高，從異味性的觀點出發(fā)，存在作業(yè)環(huán)境惡化的風(fēng)險。因此，使用伯胺時，優(yōu)選組合仲胺、叔胺。此外，從異味性的觀點出發(fā)，優(yōu)選叔胺。

作為伯胺的具體例，可以列舉出例如1-氨基-2-丙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、1-氨基-2-丁醇、2-氨基-1-丙醇、3-氨基-2-丁醇等。這些之中，從對鐵而言的防銹性的觀點出發(fā)，特別優(yōu)選1-氨基-2-丙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇。在本加工油中，上述成分可以使用1種，也可以使用2種以上。

作為仲胺的具體例，可以列舉出例如二乙醇胺、二(正丙醇)胺、二異丙醇胺、N-甲基單乙醇胺、N-乙基單乙醇胺、N-環(huán)單乙醇胺、N-正丙基單乙醇胺、N-異丙基單乙醇胺、N-正丁基單乙醇胺、N-異丁基單乙醇胺和N-叔丁基單乙醇胺等。在本加工油中，上述成分可以使用1種，也可以使用2種以上。

作為叔胺的具體例，可以舉出N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、三乙醇胺、N-環(huán)己基二乙醇胺、N-正丙基二乙醇胺、N-異丙基二乙醇胺、N-正丁基二乙醇胺、N-異丁基二乙醇胺和N-叔丁基二乙醇胺等。上述成分可以使用1種，也可以使用2種以上。

上述(D)成分的配合量以加工油(原液)總量基準計優(yōu)選為20質(zhì)量%以上且55質(zhì)量%以下。如果(D)成分的配合量低于20質(zhì)量%，則在現(xiàn)場使用本加工油時基于水的稀釋率過高的情況中，存在導(dǎo)致防銹性降低的風(fēng)險。另一方面，如果(D)成分的配合量大于55質(zhì)量%，則原液穩(wěn)定性降低。

在此，為了提高防銹性，作為防銹劑，優(yōu)選將不含硫的羧酸與(D)成分一并使用。作為這樣的羧酸，從消泡性的觀點和硬水穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，可以優(yōu)選地舉出碳原子數(shù)為8至10的己酸、壬酸、異壬酸、三甲基己酸、新癸酸和癸酸等之類的單羧酸；碳原子數(shù)為9至12的壬二酸、十一烷二酸、癸二酸和十二烷二酸等之類的二羧酸。

特別是，當用水稀釋加工油(原液)時，上述三甲基己酸在減少固形物在液面形成的效果(硬水穩(wěn)定性)方面優(yōu)異。

此外，作為構(gòu)成羧酸主鏈的烷基，從耐腐敗性的觀點出發(fā)，優(yōu)選具有支鏈結(jié)構(gòu)。作為羧酸，雖然在用作鹽的情況下使用二元酸時的防銹性更優(yōu)異，但從原液的穩(wěn)定性(不易不溶化)的觀點出發(fā)，優(yōu)選將二元酸與一元酸混合使用。

另外，在本加工油中可以在不損害本發(fā)明目的的范圍內(nèi)適當配合各種公知的添加劑。例如極壓劑、油性劑、殺菌劑(防腐劑)、金屬鈍化劑和消泡劑等。

作為極壓劑，可以舉出硫系極壓劑、磷系極壓劑、含有硫和金屬的極壓劑、含有磷和金屬的極壓劑。這些極壓劑可以單獨使用一種或者組合使用兩種以上。作為極壓劑，只要是分子中含有硫原子、磷原子、能夠發(fā)揮出耐載荷性、耐磨耗性的極壓劑即可。作為分子中含有硫的極壓劑，可以舉出例如硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化酯、硫化烯烴、二烴基多硫化物、噻二唑化合物、烷基硫代氨基甲?；衔?、三嗪化合物、硫代萜化合物、硫代二丙酸二烷基酯化合物等。從配合效果的觀點出發(fā)，以最終的稀釋液(冷卻劑)基準計，這些極壓劑以配合量達到0.05質(zhì)量%以上且0.5質(zhì)量%以下左右的方式配合在原液中。

作為油性劑，可以舉出脂肪族醇、脂肪酸金屬鹽等脂肪族化合物、多元醇酯、脫水山梨醇酯和甘油酯等酯化合物。從配合效果的觀點出發(fā)，以冷卻劑基準計，這些油性劑以配合量達到0.2質(zhì)量%以上且2質(zhì)量%以下左右的方式配合在原液中。

作為殺菌劑，可以舉出例如2-吡啶基硫醇-1-氧化物(2-pyridylthio-1-oxide)鹽。具體而言，可以舉出2-吡啶基硫醇-1-氧化物鈉(2-pyridylthio-1-oxide sodium)、雙(2-吡啶基二硫醇-1-氧化物)鋅(ビス(２－ピリジルジチオー１－オキシド)亜鉛，zinc bis(2-pyridylthio-1-oxide))和雙(2-硫代吡啶-1-醇合)銅(bis(2-sulfidepyridine-1-olato) copper)等。從配合效果的觀點出發(fā)，以冷卻劑基準計，這些殺菌劑以配合量達到0.01質(zhì)量%以上且5質(zhì)量%以下左右的方式配合在原液中。

作為金屬鈍化劑，可以舉出例如苯并三唑、苯并三唑衍生物、咪唑啉、嘧啶衍生物和噻二唑等?？梢詥为毷褂眠@些中的1種，也可以組合使用2種以上。從配合效果的觀點出發(fā)，以冷卻劑基準計，金屬鈍化劑以配合量達到0.01質(zhì)量%以上且3質(zhì)量%以下左右的方式配合在原液中。

作為消泡劑，可以舉出甲基硅酮油、氟代硅酮油、聚丙烯酸酯等。從配合效果的觀點出發(fā)，以冷卻劑基準計，這些消泡劑以配合量達到0.004質(zhì)量%以上且0.08質(zhì)量%以下左右的方式配合在原液中。

本發(fā)明的水溶性金屬加工油可以如上所述地根據(jù)其使用目的以達到適合的濃度的方式適當?shù)卦谒邢♂?，并適合地用于以磨削加工、切削加工為首的研磨、擠壓、拉伸、軋制等各種金屬加工領(lǐng)域。應(yīng)予說明，作為磨削加工，可以列舉出圓筒磨削加工、內(nèi)面磨削加工、平面磨削加工、無心磨削加工、工具磨削加工、珩磨加工、超精加工和特殊曲面磨削加工(例如螺紋磨削、齒輪磨削、凸輪磨削、輥磨削)等。

本發(fā)明中，例如被規(guī)定為“配合有(A)成分和(B)成分的組合物”的組合物不僅包括“包含(A)成分和(B)成分的組合物”，還包括“包含將(A)成分和(B)成分中的至少一種成分改性得到的改性物來替代該成分的組合物”、“包含使(A)成分與(B)成分反應(yīng)而得到的反應(yīng)產(chǎn)物的組合物”。

實施例

接著，通過實施例來進一步詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明不因這些例子而受到任何限定。

[實施例1、2、比較例1~6]

根據(jù)表1所示的配方來制備水溶性金屬加工油(原液)后，將各原液用自來水稀釋至20倍(容量)，得到各供試油。針對各供試油進行環(huán)塊(block on ring)試驗，評價潤滑性和耐磨耗性。試驗條件和評價項目(評價方法)如下所示。將結(jié)果示于表1。

<環(huán)塊試驗>

試驗機 ：環(huán)塊試驗機(丸菱エンジニアリング株式會社生產(chǎn))

載荷：100N

轉(zhuǎn)速：500rpm(53m/分鐘)

時間：10分鐘

環(huán)：SAE 4620鋼

塊：S45C。

<評價項目(評價方法)>

?潤滑性

由摩擦力(N)以下述的基準進行評價：

A：13.5N以下

B：大于13.5N

?耐磨耗性

由磨耗痕跡寬度(μm)以下述的基準進行評價：

A：1100μm以下

B：大于1100μm。

1) 妥爾油脂肪酸(C18)

2) HO(EO)_8.5-(PO)_30.2-(EO)_8.5H：三洋化成生產(chǎn)

3) HO(EO)_13.2-(PO)₃₀-(EO)_13.2H：三洋化成生產(chǎn)

4) CH₃O(PO)a((EO)b/(PO)c)(PO)dH：三洋化成生產(chǎn)的BLENBER LUB82

5) 季戊四醇聚氧乙烯醚：日本乳化劑生產(chǎn)的PNT-60U

6) 炔二醇系表面活性劑：混合使用Air Products and Chemicals Inc.生產(chǎn)的Dynol 604、Surfynol 420和Surfynol 465

7) 其它成分：(聚亞乙基亞胺(分子量1000)的30質(zhì)量%水溶液：0.3質(zhì)量%、苯并三唑：1.0質(zhì)量%、苯并異噻唑啉的35質(zhì)量%水溶液：0.2質(zhì)量%、吡啶硫酮鈉：0.2質(zhì)量%、有機硅酮系消泡劑：0.4質(zhì)量%)。

[評價結(jié)果]

由于將實施例1和實施例2的原液稀釋而成的冷卻劑配合有本發(fā)明的(A)成分和(B)成分且不含PAG，因此潤滑性和耐磨耗性均優(yōu)異。

與此相對，由于將比較例1~6的原液稀釋而成的冷卻劑缺少上述(A)成分和(B)成分中的任一項、或者包含PAG，因此，無法兼顧潤滑性和耐磨耗性。