专利名称：水溶性金属加工用润滑剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水溶性金属加工用润滑剂，更具体涉及一种优选用于金属材料(例如钢、不锈钢、铝合金和铜)的锻造、加压加工、拉伸、减薄加工、弯曲、滚轧或压延，尤其是用于铝材料加压加工的水溶性金属加工用润滑剂。
背景技术：
通常地，基于矿物油或基于蜡的加工油已经用于铝材料的加压加工。然而，基于矿物油的加工油由于缺乏形成令人满意油膜的性能，所以显示出差的加工性能，而基于蜡的加工油由于蜡在水中的不溶性，所以显示出差的脱脂性能。因此，需要开发具有优良加工性能和脱脂性能的金属加工用润滑剂。几种类型的水溶性金属加工用润滑剂已经公开于以下文献例如由聚亚氧烷基乙二醇和二元羧酸组成的水溶性金属加工用润滑剂(日本专利公开(kokoku)No.39-14568)；具有14个或更多个碳原子的多元羧酸组成的水溶性金属加工用润滑剂(日本专利申请未决公开(kokai)No.58-160396)；由C12-C42脂族二羧酸和烷醇胺的反应产物组成的水溶性金属加工用润滑剂(日本专利申请未决公开(kokai)No.61-40400)；以及特定的磷酸酯(日本专利申请未决公开(kokai)No.2001-214183)。然而，这些水溶性金属加工用润滑剂并不令人满意，需要对其性能进行进一步改进。
发明内容
在这种情况下完成了本发明，本发明目的在于提供一种具有优良加工性能和脱脂性能的水溶性金属加工用润滑剂。
为了达到该目的，本发明人进行了深入研究，并且发现可以使用这样的水溶性金属加工用润滑剂来实现该目的，该水溶性金属加工用润滑剂以预定比例包含水、特定有机羧酸金属盐、特定有机磷酸酯金属盐或类似化合物，以及非离子型表面活性剂。本发明在此发现基础上完成。
因此，本发明的要点如下。
1.一种水溶性金属加工用润滑剂，包含85质量％或更少的水(A)；5-75质量％的有机羧酸金属盐(B)，其中羧酸残基总计具有8或更多个碳原子并且酸/碱摩尔比为1∶0.5-1.1；1-50质量％的至少一种选自以下组的金属盐(C)有机磷酸酯金属盐、有机亚磷酸酯金属盐、有机膦酸酯金属盐和有机硼酸酯金属盐，它们均具有总计8或更多个碳原子的烷基；和10-80质量％的非离子型表面活性剂(D)。
2.一种如上述1所述的水溶性金属加工用润滑剂，进一步包含0.01-10质量％的生物降解抑制剂和/或金属去活化剂(E)。
3.一种如上述1所述的水溶性金属加工用润滑剂，其中包含75质量％或更少的用作组分(A)的水。
4.一种如上述1-3中任一项所述的水溶性金属加工用润滑剂，其中用作组分(B)或(C)的金属盐为碱金属盐、二价金属盐或三价金属盐。
5.一种如上述1所述的水溶性金属加工用润滑剂，它在40℃下的运动粘度是5-10,000mm2/s。
6.一种如上述1所述的水溶性金属加工用润滑剂，其中用于加工的金属是铝。
实施本发明的最佳方式本发明的水溶性金属加工用润滑剂包含85质量％或更少的用作组分(A)的水，基于润滑剂的总量。水含量优选为75质量％，更优选50质量％或更低，尤其优选40质量％或更低。当水含量超过85质量％时，其加工性能降低。
用作水溶性金属加工用润滑剂组分(B)的有机羧酸金属盐具有总计8或更多个碳原子的羧酸根残基，并且其酸/碱摩尔比为1∶0.5-1.1。当羧酸根残基总计具有7或更少的碳原子时，其加工性能较差。因此，羧酸根残基优选具有12或更多个碳原子，更优选12-40个碳原子。当酸/碱摩尔比在1∶0.5-1.1的范围之外时，其加工性能较差。有机羧酸的实例包括以下。
(1)直链饱和脂肪酸壬酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、山嵛酸和褐煤酸。
(2)支化饱和脂肪酸2-甲基癸酸、6-丙基壬酸、4-甲基月桂酸、12-甲基十三烷酸、4-甲基十四烷酸、2-乙基十四烷酸、14-甲基十七烷酸、16-甲基十七烷酸(异硬脂酸)、5-甲基十八烷酸和2-丁基十八烷酸。
(3)直链单烯不饱和脂肪酸顺-2-壬烯酸、癸烯酸、10-十一碳烯酸、5-十二碳烯酸、2-十三碳烯酸、5-十四碳烯酸、肉豆蔻脑酸、顺-6-十六碳烯酸、反-9-十八碳烯二酸、油酸、顺-9-二十碳烯酸、反-13-二十二碳烯酸和芥酸。
(4)支化单烯不饱和脂肪酸3-甲基-2-壬烯酸、5-甲基-2-十一碳烯酸、5-甲基-2-十三碳烯酸和2-丙基-9-十八碳烯酸。
(5)多烯不饱和脂肪酸hiragoic acid、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、 鱼酸和尼生酸。
(6)炔酸塔日酸、硬脂炔酸和西门木炔酸。
(7)脂环族脂肪酸锦葵酸、副大风子酸和大风子烯酸。
(8)含氧的脂肪酸桧酸、11-羟基十六烷酸(jalpinolic acid)、蓖麻油酸和十八碳三烯-4-酮酸。
(9)二元酸癸二酸、十二烷二羧酸、十三烷二羧酸、乙基十六烷二羧酸、8，13-二甲基二十烷二酸(例如IPS-22，Okamura Oil Mill，Ltd.的产品)，9，12-二甲基-8，12-二十碳二烯二酸(例如IPU-22，Okamura Oil Mill，Ltd.的产品)以及8，9-二苯基十六烷二酸(ST-2P，Okamura Oil Mill，Ltd.的产品)。
在这些有机羧酸中，优选油酸、芥酸、棕榈酸、乙基十六烷二羧酸、8，13-二甲基二十烷二酸、9，12-二甲基-8，12-二十碳二烯二酸和8，9-二苯基十六烷二酸。
优选的形成上述有机羧酸金属盐的金属元素实例包括碱金属如锂、钠和钾；二价或三价金属元素如镁、钙、锌和铝。这些有机羧酸金属盐可以单独使用，也可以两种或多种结合使用。
有机羧酸金属盐的使用量为5-75质量％，优选5-60质量％，更优选10-40质量％，其基于润滑剂的总量。当金属盐的含量低于5质量％时，加工性能较差，然而当含量超过75质量％时，润滑剂则具有过高的粘度，使得处理如涂布性能变得困难。
本发明水溶性金属加工用润滑剂的组分(C)是至少一种选自以下组的金属盐有机磷酸酯金属盐、有机亚磷酸酯金属盐、有机膦酸酯金属盐和有机硼酸酯金属盐，它们均具有总计8或更多个碳原子的烷基。当碳原子总数为7或更少时，加工性能较差。因此，碳原子总数优选为12或更多，更优选12-40。
上述有机磷酸酯金属盐由通式(1)或(2)表示R1O(R2O)P(＝O)OMe …(1)R3OP(＝O)(OMe)2…(2)其中R1和R2各自表示总计具有8或更多个碳原子的烷基；R3表示具有8或更多个碳原子的烷基；和Me表示金属元素。
具体的实例包括辛基酸式磷酸酯金属盐、indecyl酸式磷酸酯金属盐、十三烷基酸式磷酸酯金属盐、油基酸式磷酸酯金属盐和月桂基磷酸酯金属盐。
可选地，还可以使用有机二磷酸酯；和有机多磷酸酯例如焦磷酸酯、三磷酸酯、三偏磷酸酯和四偏磷酸酯。
上述有机亚磷酸酯金属盐由通式(3)或(4)表示R1O(R2O)POMe…(3)R3OP(OMe)2…(4)其中R1、R2、R3和Me具有如上相同的含义。
具体实例包括亚磷酸二油醇酯金属盐和壬基苯基亚磷酸酯金属盐。
上述有机膦酸酯金属盐由通式(5)或(6)表示R1(R2O)P(＝O)OMe…(5)
R3P(＝O)(OMe)2…(6)其中R1、R2、R3和Me具有如上所定义的相同含义。
具体实例包括单月桂基膦酸酯金属盐和单-2-乙基己基2-乙基己基膦酸酯金属盐。
上述有机硼酸酯由通式(7)或(8)表示R1O(R2O)BOMe …(7)R3OB(OMe)2…(8)其中R1、R2、R3和Me具有如上述定义的相同含义。
具体实例包括二辛基硼酸酯金属盐和油基硼酸酯金属盐。
上述组分(C)的酸/碱摩尔比优选为1∶0.5-1.1。
组分(C)可以单独使用或两种或更多种结合使用。组分(C)的使用量为1-50质量％，优选2-20质量％，更优选5-10质量％，其以润滑剂的总量为基准。当组分(C)的含量小于1质量％时，加工性能较差，然而当含量超过50质量％时，不能获得与增加量相应的效果，这在经济上是不利的。
用作本发明水溶性金属加工用润滑剂的组分(D)的非离子型表面活性剂优选为乙二醇衍生物、丙三醇衍生物或多元醇衍生物。优选的非离子型表面活性剂的实例包括2-乙基己基二甘醇、一缩二丙二醇、丙三醇、二甘醇已醚和环氧乙烷-环氧丙烷共聚物(例如Nippon Oil&Fats Co.，Ltd.的产品Unilube 75DE2620、75DE25和50MB2)。组分(D)的分子量优选为15,000或更少，更优选50-13,000。组分(D)可以单独使用或两种或更多种结合使用。组分(D)的使用量是10-80质量％，优选20-60质量％，其以润滑剂的总量为基准。当使用量小于10质量％时，不能充分获得分散其它添加剂的效果，然而当使用量超过80质量％时，就不能获得与增加量相一致的效果，这在经济上是不利的。
用于本发明水溶性金属加工用润滑剂的上述组分(E)为生物降解抑制剂和/或金属去活化剂。
对生物降解抑制剂的类型没有特殊限定，其实例包括2，4-二羟基N-苯甲酰苯胺类化合物；巯基酰氨基羧酸类化合物或其盐；噻唑烷类化合物如二甲基噻唑烷、甲基噻唑烷和噻唑烷；聚乙烯亚胺；2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸或其盐；1-羟基乙叉基-1，1-二膦酸或其盐；三正丁基正十六烷基磷鎓、三正丁基正十二烷基磷鎓、四羟甲基磷鎓及其盐；和羟乙基哌嗪。这些物质可以单独使用或两种或更多种结合使用。
对金属去活化剂的类型没有特殊限定，其实例包括苯并三唑；羧基苯并三唑；噻唑如2-巯基噻唑和2-氨基噻唑；三唑如3-氨基三唑、4-氨基三唑、2，5-二氨基三唑、3-巯基三唑和3-氨基-5-三唑；和咪唑如2-巯基咪唑和2-巯基-1-甲基咪唑。这些物质可以单独使用或两种或更多种结合使用。
上述组分(E)的使用量优选为0.01-10质量％，其以润滑剂的总量为基准。当使用量小于0.01质量％时，加工性能可能较差，然而当使用量超过10质量％时，有时候就不能得到与增加量相应的效果，这在经济上是不利的。
从加工性能考虑，本发明水溶性金属加工用润滑剂的pH值优选为7-12，在40℃下的运动粘度优选为5-10,000mm2/s。当运动粘度小于5时，加工性能可能较差，然而当粘度超过10,000时，操作特性如涂布性能可能受到损害。
在不脱离本发明范围的情况下，根据需要可以将其它添加剂如抗氧化剂和消泡剂适当引入本发明的水溶性金属加工用润滑剂。这些添加剂可以单独使用或两种或更多种结合使用。
抗氧化剂的实例包括胺类例如烷基化的二苯胺、苯基-α-萘胺和烷基化的α-萘胺；酚类例如2，6-二叔丁基对甲酚；和含硫物质类，消泡剂的实例包括二甲聚硅氧烷和氟代醚。
根据需要所使用的上述添加剂的总量优选为10质量％或更少，更优选5质量％或更少，其以润滑剂的总量为基准。
实施例接下来将通过实施例更详细地描述本发明，但是不应当认为其限制本发明。
实施例1-24和对比实施例1-7(1)水溶性金属加工用润滑剂的制备在所有情况下，将列于表1的组分按表1中所详列的量(以各自润滑剂的总量为基准)加入到水中，从而制备各自水溶性金属加工用润滑剂。表1中，通过将组分与水混合，接着除去水来制备水含量为0的润滑剂。
(2)性能评估通过下列方法评估各个润滑剂的性能。结果显示于表1中。
1.润滑性测试通过Bauden测试测定摩擦系数。
板样品A5182，钢球SUJ2(3/16英寸)，载荷5千克，速度20毫米/秒，滑动长度50毫米，测试温度室温(25℃)2.脱脂测试将各个润滑剂样品施加于板样品(A5182，80×60)，然后将板样品放置24小时。冲洗后，测定脱脂部分的百分比区域(％)。
3.生物降解测试根据使用Easicult M的测试方法进行。
4.抗腐蚀测试将板样品(A5182)在60℃下浸入各个润滑剂(30cc)中，在3天浸渍后观察板样品的外观。
5.测定运动粘度根据JIS K 2283测定。
6.圆筒拉伸性能测试冲头A镀Cr的，冲头B没有镀Cr的，板样品铝A6022，冲头直径Φ40，形成速度200毫米/秒评估通过形成高度(mm)7.板滑动测试模具A镀Cr的，模具B没有镀Cr的，板样品铝A6022，滑动速度200毫米/秒评估通过摩擦系数8.鼓凸测试板样品铝，冲头球形头直径Φ100，镀Cr钢，形成速度200毫米/秒评估通过鼓凸高度(mm)9.可焊性测试当润滑剂保留在样品上时对板样品进行弧光焊接。观察样品的弧光焊接部分的外观。
表1-1(1/2)
表1-1(2/2)
表1-2
表1-3
表1-4
表1-5(1/2)
表1-5(2/2)
表1-6
表1-7
组分A17-乙基十六烷二羧酸钾(酸/碱摩尔比为1∶0.9)A2油酸钾(酸/碱摩尔比1∶0.9)A3棕榈酸钠(酸/碱摩尔比1∶0.9)A4乙酸钠(酸/碱摩尔比1∶0.9)A5 7-乙基十六烷二羧酸钾(酸/碱摩尔比为1∶1)A6 7-乙基十六烷二羧酸钾(酸/碱摩尔比为1∶0.6)A7 7-乙基十六烷二羧酸钾(酸/碱摩尔比为1∶0.3)A8 7-乙基十六烷二羧酸钾(酸/碱摩尔比为1∶1.2)A9 8，13-二甲基二十烷二酸钾(酸/碱摩尔比为1∶0.9)A10 9，12-二甲基-8，12-二十碳二烯二酸钾(酸/碱摩尔比1∶0.9)A11 8，9-二苯基十六烷二酸钾(酸/碱摩尔比1∶0.9)A12芥酸(酸/碱摩尔比1∶0.9)B1酸式磷酸单、二辛酯(酸/碱摩尔比1∶0.9)B2单月桂基磷酸钾(酸/碱摩尔比1∶0.9)B3单丁基磷酸钾(酸/碱摩尔比1∶0.9)C1一缩二丙二醇C2丙三醇C3环氧乙烷-环氧丙烷共聚物(NOF Corporation的产品，75DE2620)D1羟乙基哌嗪E1苯并三唑对比实施例4矿物油(运动粘度(40℃)；30mm2/s)+硫化油(10质量％)对比实施例5石蜡+磷酸三甲苯酯(10质量％)工业实用性根据本发明，可以提供一种水溶性金属加工用润滑剂，它特别适用于铝材料的加压加工，并具有优良的加工性能(例如润滑性、圆筒拉伸性、板滑动性、鼓凸成形性和可焊性)和脱脂性能。
权利要求
1.一种水溶性金属加工用润滑剂，它包含85质量％或更少的水(A)；5-75质量％的有机羧酸金属盐(B)，其中羧酸残基总计具有8或更多个碳原子并且酸/碱摩尔比为1∶0.5-1.1；1-50质量％的至少一种选自以下组的金属盐(C)有机磷酸酯金属盐、有机亚磷酸酯金属盐、有机膦酸酯金属盐和有机硼酸酯金属盐，它们均具有总计8或更多个碳原子的烷基；和10-80质量％的非离子型表面活性剂(D)。
2.权利要求1所述的水溶性金属加工用润滑剂，它进一步包含0.01-10质量％的生物降解抑制剂和/或金属去活化剂(E)。
3.权利要求1所述的水溶性金属加工用润滑剂，其中包含75质量％或更少的用作组分(A)的水。
4.权利要求1所述的水溶性金属加工用润滑剂，其中用作组分(B)或(C)的金属盐为碱金属盐、二价金属盐或三价金属盐。
5.权利要求1所述的水溶性金属加工用润滑剂，它在40℃下的运动粘度是5-10,000mm2/s。
6.权利要求1所述的水溶性金属加工用润滑剂，其中进行加工的金属是铝。
全文摘要
本发明提供一种水溶性金属加工用润滑剂，它特别适合用于铝材料的加压加工，并同时具有优良的加工性能和脱脂性能。该水溶性金属加工用润滑剂包含85质量％或更少的水(A)；5－75质量％的有机羧酸金属盐(B)，其中羧酸残基总计具有8或更多个碳原子并且酸/碱摩尔比为1∶0.5－1.1；1－50质量％的至少一种选自以下组的金属盐(C)有机磷酸酯金属盐、有机亚磷酸酯金属盐、有机膦酸酯金属盐和有机硼酸酯金属盐，它们均具有总计8或更多个碳原子的烷基；和10－80质量％的非离子型表面活性剂(D)。
文档编号C10M129/00GK1753979SQ20048000491
公开日2006年3月29日 申请日期2004年2月3日 优先权日2003年2月3日
发明者林登, 盐月克彦, 大泽充, 金子正人, 金森英夫 申请人:本田技研工业株式会社, 出光兴产株式会社