专利名称：表面处理剂、表面处理方法及机械部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及在将加工原材料或润滑滑动部件在室温下浸渍于液状组合物后或者涂布或喷雾该组合物后，仅通过使其干燥就可容易地在原材料或部件的表面制成耐磨损性、润滑性、加工性和防锈性良好的薄膜的组合物(表面处理剂)。本发明还涉及使该组合物附着于构件并使挥发性液体挥发的表面处理方法以及在表面具有由润滑油基油和/或防锈剂及具有酰胺基的化合物形成且耐磨损性、润滑性和防锈性等特性良好的厚0.1～50μm的薄膜的机械部件。
背景技术：
近年来，各种产业中，都要求生产性的进一步高效化和成本削减。为了形成目标的形状，采用各种加工方法对金属、塑料、陶瓷和橡胶等加工原材料进行加工。作为通常的加工方法，已知例如压制、锻造、切削、磨削、研磨和注塑成形等。这些加工方法中，为了顺利地进行加工原材料的加工，也为了不损伤加工夹具，喷涂或流通各种加工液，或者涂布凝胶状(脂膏状)物质来进行加工。另一方面，这些加工液等在以往的方法中需要对加工原材料大量使用，有时也考虑到成本方面而进行再生循环使用，在生产效率、成本和作业环境方面存在问题。
此外，在产业界采用例如精密机械、产业机械、输送机械和测定机械等各种各样的机械系统，它们的滑动部处于不断地反复摩擦并磨损的环境下，机械系统会因这些滑动部的润滑不良而无法发挥所需的作用。因此，对于滑动部采用各种润滑油剂，或润滑构件本身由具有良好的润滑性的材料构成，又或者对滑动部的表面实施赋予润滑性的表面处理。但是，系统方面必须避免润滑油剂的泄漏污染的情况下，因为成本高等理由，有时无法改善润滑构件的润滑性。此外，为了防止生锈，对金属的加工原材料或构件采用各种防锈方法。例如，可以例举涂布防锈剂或用防锈纸包装等。但是，除了生产效率、作业环境、成本之外，脱脂处理和使用后的防锈纸的处理等的环境应对策略方面也存在问题。
发明的揭示 本发明的课题在于提供可在要加工的金属、树脂(塑料)、陶瓷和橡胶等加工原材料、构件或加工工具的表面容易地制成润滑性、加工性和防锈性良好的薄膜，提高生产效率，实现成本削减和作业环境的改善，而且加工后也在加工原材料、滑动部件等的表面保持润滑性、防锈性良好的薄膜的表面处理剂。此外，本发明的课题还在于提供使用所述的表面处理剂的表面处理方法以及在由金属、树脂(塑料)和陶瓷等制成的机械部件的表面具有润滑性和防锈性良好的薄膜的该机械部件。
本发明人对金属、树脂(塑料)、陶瓷和橡胶等的加工和滑动时所用的加工油、润滑油、凝胶状物质、各种添加剂等进行了认真研究。结果发现，使作为薄膜的原料的成分溶解于某种特定的具有挥发性的液体中，对加工原材料、润滑滑动部件或加工工具以该液状组合物进行浸渍、涂布、喷涂等，然后使其干燥而除去挥发性成分，从而可以容易地在加工原材料等的表面形成润滑性、加工性和防锈性良好的薄膜。并且，基于该发现而完成了本发明。
即，本发明为如下的表面处理剂、表面处理方法及机械部件。
(1)一种表面处理剂，其特征在于，包含30～95质量％沸点在300℃以下的挥发性液体、1～50质量％矿油类或合成类的润滑油基油和/或防锈剂以及0.1～50质量％具有酰胺基的化合物。
(2)如上述(1)所述的表面处理剂，其中，挥发性液体包括沸点60～300℃的烃、酯、醇和醚中的至少一种。
(3)如上述(1)所述的表面处理剂，其中，挥发性液体为碳数6～16的饱和脂肪族烃。
(4)如上述(1)所述的表面处理剂，其中，润滑油基油为矿油、合成烃油、酯、聚醚和硅氧烷中的至少一种。
(5)如上述(1)所述的表面处理剂，其中，作为防锈剂，包含羧酸、羧酸盐、磺酸盐、磷酸、磷酸盐、酯、醇和胺中的至少一种，所述表面处理剂被用作防锈液。
(6)如上述(1)～(5)中的任一项所述的表面处理剂，其中，具有酰胺基的化合物为熔点20～200℃的脂肪酸酰胺。
(7)如上述(6)所述的表面处理剂，其中，脂肪酸酰胺为以下述的通式(1)表示的单酰胺； R1-CO-NH-R2(1) 式中，R1和R2分别独立地表示碳数5～25的饱和或不饱和的链状烃基，R2还可以是氢。
(8)一种表面处理方法，其特征在于，使上述(1)～(7)中的任一项所述的表面处理剂附着于构件，使挥发性液体挥发。
(9)一种机械部件，其特征在于，在表面具有厚0.1～50μm的凝胶状薄膜，所述薄膜包含2.0～99.8质量％矿油类或合成类的润滑油基油和/或防锈剂以及0.2～98.0质量％具有酰胺基的化合物。
如果采用本发明的表面处理剂，由于由挥发性液体、润滑油基油和/或防锈剂以及酰胺基化合物形成，因此若通过浸渍、涂布、喷涂等方法以所述表面处理剂被覆加工原材料或机械构件的整个表面后进行干燥而除去挥发性成分，则在原材料、机械构件表面形成防锈性、加工性和润滑性良好的不挥发性的薄膜。
此外，如果采用本发明的在表面具有凝胶状薄膜的机械部件，则可抑制生锈，且在用于滑动机械部件时，即使不用润滑油，也可以通过进行定期的涂布而长期维持良好的滑动。特别是如果用于负荷不高的滑动机械部件，则能以较低的涂布频率获得良好的效果。
如上所述，可以通过简单的操作来赋予防锈性、加工性和润滑性，所以可提高生产效率，对成本削减和作业环境的改善有效。即，由于部件表面被不挥发性薄膜覆盖，因此不需要为了防止在作业工序中或加工后的部件等的移动中生锈而进行氮气密封或用防锈纸包裹等特别的处理，而且由于润滑性、防锈性良好的薄膜不会挥散，而是保持于构件表面，因此特别是对滑动机械部件起到使其在组装入机械系统后顺畅地运转的特殊效果。
实施发明的最佳方式 〔挥发性液体〕 本发明的表面处理剂中使用的挥发性液体的沸点在300℃以下，较好是120～250℃。如果沸点在该范围内，则形成薄膜时的干燥中，不需要特别加温或在真空下干燥，所以成本低且高效。挥发性液体的沸点过低时，常温下过度挥发，不仅危险，而且作业环境恶化，因此难以实际使用。挥发性液体的30℃的运动粘度较好是0.5～3.0mm2/s，特别好是1.0～2.5mm2/s。运动粘度过低时，薄膜的厚度减小，且处理变得困难，同时作业环境方面不理想；相反地，运动粘度过高时，挥发性液体的干燥除去变得困难，效率受损。此外，挥发性液体的燃点在40℃以上时被分类为第2石油类，特别是燃点在70℃以上时被分类为第3石油类，处理容易，所以优选。在要求更高的挥发性时，混合后的表面处理剂的燃点也较好是70℃以上。
作为挥发性液体，具体可以例举有机化合物，特别是矿油类和合成类的烃、酯、醇和醚等，可以使用其中的任意1种，或者将其中的2种以上以适当的比例混合使用。特别好是烃、酯、醇、醚等所谓的通用溶剂，将润滑油和具有酰胺基的化合物均匀地溶解。
作为矿油类烃的溶剂，可以例举从原油通过精制蒸馏等工序得到的挥发性高的馏分，其例子可例举挥发油、石油醚、煤油、轻油和精制石蜡等。从低价且挥发性成分的作业环境方面的负担小的角度来看，特别理想的是碳数为4～20的烃，更好是碳数8～16的烃。直链或分支的饱和链状烃都可以使用，特别好是直链的饱和链状烃。
作为合成类烃，可以适当的液体形式使用乙烯等烯烃的聚合物等。通过化学合成得到的这些烃中，与上述矿油类的情况同样，理想的是碳数为4～20、更好是碳数8～16的烃。此外，也可以使用芳香族类溶剂，可以例举甲苯、二甲苯等通用溶剂。
作为醇，可以适当采用作为醇类溶剂已知的通用溶剂，较好是碳数2～18、特别好是6～12的一元醇，其例子可例举乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇和辛醇等。
作为醚，醚类溶剂可以优选使用碳数2～18、特别是6～12的二烷基醚，可以例举甲醚、乙醚、丙醚、丁醚等。
表面处理剂中的挥发性液体的含量为30～95质量％，较好是35～85质量％，更好是40～80质量％。
〔润滑油基油〕 作为润滑油基油，较好是在比后文中详细说明的具有酰胺基的化合物的熔点高20℃的温度下实质上不挥发的稳定的液体。润滑油基油的物性没有特别限定，40℃的运动粘度优选5～5000mm2/s，较好是10～1000mm2/s，更好是20～700mm2/s。粘度指数较好是在90以上，更好是95～250；流动点在-10℃以下，更好是-15～-70℃；燃点较好是在130℃以上，更好是在150℃以上。此外，气相色谱蒸馏(日语ガスクロ蒸留)(ASTM D-7213-05)中的50％馏出温度较好是在320℃以上。
作为润滑油基油，只要满足上述的物性即可，可以优选使用矿油(也称矿物油)、合成油或它们的混合油。作为矿油类的润滑油基油，可以优选使用如下得到的精制润滑油馏分将原油常压蒸馏，再减压蒸馏，将溶剂脱沥青、溶剂萃取、氢化裂解、溶剂脱蜡、加氢脱蜡、加氢精制、硫酸清洗、粘土处理等润滑油精制方法适当组合，对所得的润滑油馏分进行处理而得。组合各种原料和各种精制方法，可以获得性状不同的各种物性的精制润滑油馏分，但只要满足上述物性，可以直接单独使用。此外，即使不满足上述物性，只要组合2种以上可满足上述物性，也可以用作润滑油基油。
此外，作为合成油类的润滑油基油，可以例举聚-α-烯烃(PAO)、乙烯-α-烯烃低聚物等聚-α-烯烃低聚物、烷基环烷烃、烷基萘、二元醇、脂肪酸酯、硅油、氟化油等。其中，聚-α-烯烃、脂肪酸酯在粘度特性、氧化稳定性、材料匹配性、成本方面良好，可以优选使用。
聚-α-烯烃可以优选使用在聚合度2～10的范围内聚合1-癸烯、1-十二碳烯或1-十四碳烯等烯烃低聚物并为了调整粘度而将这些聚合物适当掺合而得的材料。脂肪酸酯也在市场上出售有各种分子结构的化合物，分别具有特有的粘度特性(高粘度指数、低流动点)，是具有燃点比同一粘度的烃类基油高的特点的基油。
脂肪酸酯可以通过将醇和脂肪酸进行脱水缩合反应而得，本发明中，从化学稳定性的角度来看，作为优选的润滑油基油成分可例举双酯、多元醇酯或复酯。
作为双酯，可优选使用碳数4～14的二元酸和碳数5～18的醇的酯。在这里，作为二元酸，具体可以例举己二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸等，较好是己二酸、壬二酸、癸二酸。作为醇，较好是碳数为6～12的一元醇，特别好是碳数为8～10的烃基上具有分支的一元醇。具体来说，可以例举2-乙基己醇、3，5，5-三甲基己醇、癸醇、月桂醇、油醇等。
此外，作为多元醇酯，较好是新戊二醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、三羟甲基丁烷、双(三羟甲基丙烷)、三(三羟甲基丙烷)、季戊四醇、二(季戊四醇)、三(季戊四醇)等受阻醇和碳数2～24的脂肪酸的酯。作为该脂肪酸，其碳数没有特别限定，碳数2～24的脂肪酸中，从润滑性的角度来看优选碳数3以上的脂肪酸，较好是碳数4以上的脂肪酸，更好是碳数5以上的脂肪酸，特别好是碳数7以上的脂肪酸。具体来说，可以例举戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、十三烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十七烷酸、十八烷酸、十九烷酸、二十烷酸、油酸等，这些脂肪酸可以是直链状脂肪酸、分支状脂肪酸中的任一种，还可以是α碳原子为季碳的脂肪酸(新酸)。其中，可优选使用戊酸(正戊酸)、己酸(正己酸)、庚酸(正庚酸)、辛酸(正辛酸)、壬酸(正壬酸)、癸酸(正癸酸)、油酸(顺式-9-十八碳烯酸)、异戊酸(3-甲基丁酸)、2-甲基己酸、2-乙基戊酸、2-乙基己酸和3，5，5-三甲基己酸。
此外，也可优选使用由二元酸、多元醇和一元羧酸或一元醇合成的复酯。
上述各种合成油类的润滑油基油只要满足上述的物性，可以单独使用，也可以将2种以上掺合使用来满足上述的物性。另外，还可以将上述的矿油和合成油以任意的混合比例混合使用。这时，矿油和合成油分别可以使用多种。矿物油是更通用的基油，可获得成本方面、粘度特性、氧化稳定性等的平衡。聚-α-烯烃在化学上呈惰性而稳定，性能方面、特别是粘度特性良好，市场上销售着具有大范围的粘度的制品，可作为成本方面最佳的基油使用。
表面处理剂中的润滑油基油的含量为1～50质量％，较好是3～35质量％。若润滑油基油的含量过低，则作为油剂的特性弱；另一方面，若过高，则具有酰胺基的化合物的附着效果弱。
此外，机械部件表面的凝胶状薄膜中的润滑油基油的含量为2.0～99.8质量％，较好是20～95质量％，更好是20～80质量％。
〔防锈剂〕 通过在本发明的表面处理剂中添加、掺合防锈剂，可发挥防锈特性，将本发明的表面处理液用作防锈液。作为防锈剂，包含羧酸、羧酸盐、磺酸盐、磷酸、磷酸盐、酯、醇和胺中的至少一种化合物，可以例举硬脂酸等一元羧酸，烷基或链烯基琥珀酸及其衍生物等二羧酸类，链烯基琥珀酸偏酯等脂肪酸的偏酯，脂肪酸、环烷酸、羊毛脂脂肪酸、链烯基琥珀酸、氨基酸衍生物等和金属(Ca、Ba、Mg等)的羧酸盐，石油磺酸、二壬基萘磺酸、烷基苯磺酸等磺酸和金属(Na、Ca、Ba、Zn等)的磺酸盐，磷酸酯、亚磷酸酯、二烷基二硫代磷酸、酸性磷酸酯的胺盐等磷化合物，脱水山梨糖醇单油酸酯、季戊四醇单油酸酯等多元醇的羧酸偏酯，高级脂肪酸醇酯，环己胺类化合物、吗啉、二乙醇胺衍生物等胺。另外，还可以例举苯酚钙等和噻二唑衍生物、苯并三唑及其衍生物等金属钝化剂。
本发明的表面处理剂包含1～50质量％防锈剂。若防锈剂的含量过低，则防锈效果弱；另一方面，若过高，则具有酰胺基的化合物的附着效果弱。
此外，机械部件表面的凝胶状薄膜中的防锈剂的含量为2.0～99.8质量％，较好是20～95质量％，更好是20～80质量％。
本发明中，上述润滑油基油和防锈剂根据目的分别单独使用或两者并用。表面处理剂中的挥发性液体被除去后，有时与仅由酰胺化合物和防锈剂形成的胶束样被膜相比，共存有润滑油基油的胶束样被膜更牢固，防锈性提高。酰胺化合物在室温下呈固体，防锈剂也为固体时，为了形成凝胶状被膜，润滑油基油起到重要的作用。但是，虽然润滑油基油的量必须是可溶解防锈剂的量，可若量过多，则防锈剂的防锈效果降低，所以并用时需要注意。
〔具有酰胺基的化合物〕 本发明中使用的具有酰胺基的化合物(以下也称酰胺化合物)是具有1个以上的酰胺基(-NH-CO-)的化合物。酰胺化合物较好是分子量为100～1000，更好是150～800。熔点较好是20～200℃，更好是20～120℃。作为酰胺化合物，较好是脂肪酸酰胺，可以例举具有1个酰胺基的单酰胺、具有2个酰胺基的双酰胺、具有3个酰胺基的三酰胺，最好是单酰胺，其次是双酰胺。单酰胺、双酰胺和三酰胺分别以下述的通式(1)、通式(2)及(3)、通式(4)表示。
R1-CO-NH-R2(1) 式中，R1和R2分别独立地表示碳数5～25的饱和或不饱和的链状烃基，R2还可以是氢。
R3-CO-NH-A1-NH-CO-R4(2) R5-NH-CO-A2-CO-NH-R6(3) 式(2)及(3)中，R3、R4、R5和R6分别独立地表示碳数5～25的饱和或不饱和的链状烃基，A1和A2为选自碳数1～10的亚烷基、亚苯基或碳数7～10的烷基亚苯基的碳数1～10的2价烃基。还有，烷基亚苯基的情况下，可以是亚苯基与烷基和/或亚烷基中的2个以上结合而得的形态的2价烃基。
R7-M-A3-CH(A4-M-R8)-A5-M-R9(4) 式中，R7、R8、R9分别独立地表示碳数2～25的饱和或不饱和的链状烃基、脂环族烃基或芳香族烃基，M为酰胺基(-CO-NH-)，A3、A4、A5分别独立地表示单键或碳数5以下的亚烷基。
单酰胺化合物以上述式(1)表示，构成R1和R2的氢的一部分可以被羟基取代。作为这样的单酰胺化合物，具体可以例举月桂酰胺、棕榈酰胺、硬脂酰胺、山萮酰胺、羟基硬脂酰胺等饱和脂肪酸酰胺，油酰胺、芥酸酰胺等不饱和脂肪酸酰胺，以及硬脂基硬脂酰胺、油基油酰胺、油基硬脂酰胺、硬脂基油酰胺等饱和或不饱和的基于长链脂肪酸和长链胺的取代酰胺类等。
这些单酰胺化合物中，优选式(1)的R1和R2分别独立地为碳数11～20的饱和链状烃基的酰胺化合物和/或R1和R2中的至少任一方为碳数11～20的不饱和链状烃基的酰胺化合物，较好是两种酰胺化合物的混合物。更好是不饱和链状烃基为碳数18的具有不饱和键的油基的单酰胺化合物和饱和链状烃基为碳数18的硬脂基的单酰胺化合物。具体来说，优选油酰胺、油基油酰胺、硬脂酰胺，在滑动部形成薄膜并保持时，可确保对于消除烧结粘附问题有效的薄膜保持性。
作为双酰胺化合物，是呈二元胺的酰胺或二元酸的酰胺的形式的分别以上述通式(2)或(3)表示的化合物。还有，式(2)及(3)中以R3、R4、R5和R6及A1和A2表示的烃基中，一部分的氢可以被羟基(-OH)取代。
作为以式(2)表示的酰胺化合物，具体可以例举亚乙基二硬脂酰胺、亚乙基二异硬脂酰胺、亚乙基二油酰胺、亚甲基二月桂酰胺、1，6-亚己基二油酰胺、1，6-亚己基二羟基硬脂酰胺、间亚二甲苯基二硬脂酰胺等。作为以式(3)表示的酰胺化合物，具体可以例举N，N’-二硬脂基癸二酰胺等。
这些双酰胺化合物中，与单酰胺化合物的情况同样，优选式(2)的R3和R4分别独立地为碳数12～20的饱和链状烃基的酰胺化合物以及式(3)的R5和R6分别独立地为碳数12～20的饱和链状烃基的酰胺化合物和/或R3和R4中的至少任一方为碳数12～20的不饱和链状烃基的酰胺化合物以及R5和R6中的至少任一方为碳数12～20的不饱和链状烃基的酰胺化合物，较好是两种酰胺化合物的混合物。在确保薄膜保持性方面，更好是不饱和链状烃基为碳数18的具有不饱和键的油基的双酰胺化合物。作为这样的化合物，可以例举亚乙基二油酰胺、1，6-亚己基二油酰胺等。
以通式(4)表示的三酰胺化合物有多种，作为可以适用于本发明的化合物，具体可以例举N-酰基氨基酸二酰胺化合物。该化合物的N-酰基较好是碳数1～30的直链或分支的饱和或不饱和的脂肪族酰基或芳香族酰基，特别好是由己酰基、辛酰基、月桂酰基、肉豆蔻酰基、硬脂酰基形成的基团。作为氨基酸，较好是由天门冬氨酸、谷氨酸形成的酸。酰胺基的胺较好是碳数1～30的直链或分支的饱和或不饱和的脂肪族胺、芳香族胺或脂环族胺，特别好是丁胺、辛胺、月桂胺、异硬脂胺、硬脂胺、环己胺、苄胺等。作为具体的化合物，特别好是N-月桂酰基-L-谷氨酸-α，γ-二正丁基酰胺。
上述的酰胺化合物可以分别单独使用，也可以2种以上按比例组合使用。此外，酰胺化合物相对于表面处理剂的含量为0.1～50质量％，较好是3～35质量％。另外，机械部件表面的凝胶状薄膜中的酰胺化合物的含量为0.2～98.0质量％，较好是5～80质量％，更好是20～80质量％。
〔其他添加剂〕 通过在表面处理剂和凝胶状薄膜中加入在润滑油和加工油中使用的添加剂，可以使薄膜的性能进一步提高。作为添加剂，可以例举抗氧化剂、防磨损剂、消泡剂、流动点降低剂、粘度指数提高剂、水解稳定剂等。调制作为机械部件表面的凝胶状薄膜的原料的组合物时，只要可与润滑油基油和酰胺化合物混合而获得均匀的组合物(表面处理剂)，添加剂可以按任意的顺序混合。也可以预先将润滑油基油和添加剂分别以规定量混合而制成润滑油组合物后，掺入酰胺化合物来调制。
本发明中可使用的添加剂中，作为优选的抗氧化剂，可以例举酚类中的2，6-二叔丁基对甲酚(DBPC)、4，4-亚甲基双(2，6-二叔丁基对甲酚)和胺类化合物中的p，p’-二辛基二苯胺等。
作为防磨损剂，可以例举磷酸三甲苯酯(TCP)、磷酸三苯酯、二烷基二硫代磷酸锌、二苄二硫等磷类和硫类化合物的特压添加剂或防磨损剂以及甘油单油酸酯、甘油单油基醚等油性剂。
除了这些添加剂之外，基油为酯的情况下，可以使用作为水解稳定剂的烷基缩水甘油酯、碳二亚胺等来抑制水解。另外，有时加入作为消泡剂的硅氧烷类化合物等、流动点降低剂、作为粘度指数提高剂的PMA聚合物等也可发挥效果，所以根据使用材料、用途等适当地选择掺合。此外，所述添加剂也能以多种预先混合而得的所谓添加剂套装的形式使用。
添加剂的总添加量相对于100质量份表面处理剂或润滑油基油较好是0.1～10质量份，特别好是0.2～5质量份。如果过少，则无法发挥添加剂的效果；如果过多，则存在溶解度的问题，或者因超过适当量而发生特性的恶化。
〔表面处理剂的调制〕 表面处理剂的调制方法没有特别限定。例如，可以将根据需要加入有其他添加剂的润滑油基油和/或防锈剂与酰胺化合物加热至酰胺化合物的熔点以上并均匀地混合后，进行冷却，在所得的凝胶状组合物中混合挥发性液体并搅拌，从而制成表面处理剂。另外，同时使用润滑油基油和防锈剂的情况下，可以将根据需要加入有其他添加剂的润滑油基油和防锈剂以及酰胺化合物加热至酰胺化合物的熔点以上并均匀地混合后，进行冷却，在所得的凝胶状组合物中混合挥发性液体，从而制成表面处理剂。作为另一种方法，也可以将挥发性液体、润滑油基油、防锈剂、酰胺化合物以及其他添加剂等要调合的所有基材混合并搅拌来调制。
本发明的表面处理剂常温下呈液体，若在调制中将温度升高至环境的安全和操作性不会因挥发性液体的蒸发而遭到破坏的程度，则可以加快均匀混合的速度，是有效的方法。
表面处理剂的物性没有特别限定，40℃的运动粘度优选0.1～50mm2/s，较好是0.1～10mm2/s，更好是0.2～5mm2/s。此外，从安全方面来看，燃点较好是在70℃以上。
〔表面处理的对象〕 作为可成为表面处理对象的构件，可以例举要求润滑性的滑动构件或要避免生锈的机械部件等结构要素、形成用于加工机械构件的材料的加工原材料、该加工过程中的构件或者用于加工的夹具、工具等加工工具等。
作为加工原材料，有金属、树脂(塑料)、陶瓷、橡胶等，没有特别限定，特别是容易适用于金属、树脂。具体来说，可以例举齿轮、活动螺栓、活塞、凸轮、带、链、钢缆、绳索等机械构件。
作为加工工具，可以例举车刀、铸型、模具等，用于它们可延长使用寿命。
〔表面处理的方法〕 通过将本发明的表面处理剂用毛刷、刷子等涂布于构件表面，或者以喷雾状或液体状喷涂于构件表面，又或者将构件浸渍于表面处理剂中，从而使表面处理剂附着于构件的整个表面。然后，静置或送风，需要时进行加热，除去附着于构件表面的表面处理剂中的挥发性成分。采用使构件浸渍于表面处理剂中后蒸发除去挥发性成分的方法时，薄膜不会脱落，操作容易且简便，是可靠性高的优选方法。结果，获得整个表面被由润滑油基油、酰胺化合物和添加剂形成的均匀的薄膜被覆的构件。
〔薄膜〕 另一方面，薄膜的形成方法也没有特别限定。例如，可以将根据需要掺入有添加剂的润滑油基油和/或防锈剂与酰胺化合物混合，加热至酰胺化合物的熔点以上并均匀地混合后，进行冷却，将所得的凝胶状组合物使用粘接剂或者涂布领域中通常公知的各种涂布机或展开机等涂布于机械部件的原材料表面，从而形成薄膜。
此外，也可以在酰胺化合物的熔点以上的温度下保持液体状，将机械部件浸渍于其中，提起后除去多余的液体的同时自然冷却而使其凝胶化，从而形成薄膜。
然而，因为简便，最好是使用上述中调制的表面处理剂。即，还可以通过将该表面处理剂用涂布机或展开机涂布于机械部件表面，或者用毛刷、刷子等涂布于机械部件表面，或者以喷雾状或液体状喷涂于机械部件表面，又或者将部件浸渍于处理液中，从而使处理液附着于部件表面，然后静置或送风，需要时进行加热，除去溶剂，从而形成薄膜。特别是采用该浸渍、溶剂除去的方法时，设备简单，操作容易，即使是复杂形状的机械部件，涂膜也不会有脱落，是可靠性高的优选方法。还有，喷涂或浸渍后，通常附着的表面处理剂自然落下而形成均匀的薄膜，但也可以利用离心力除去多余的表面处理剂来调整膜厚。
薄膜的厚度为0.1～50μm，较好是1～30μm。若薄膜薄，则其效果的持续性低；若过厚，则过于黏腻，可能会污染周围。但是，用于荷重等负荷大的用途时，为了长时间维持效果的持续性，可以较厚。
因为在构件表面快速地形成同样的薄膜，所以可以使薄膜形成于各种机械系统的部件，组装于机械系统，从而防止磨损，抑制生锈，使机械系统长期顺畅地运转。特别是如果用于滑动构件，则可以赋予良好的润滑性、耐磨损性。通过将该薄膜形成于要加工的构件或加工工具，不仅可以降低加工时的磨损等，而且该薄膜保护刚加工后的易生锈的部件表面，不需要使用特别的防锈纸或实施其他防锈对策，作业效率提高。
对于薄膜的厚度，在使用涂布机等涂布器具时可以通过适当选择、调整溶剂的种类、浓度和涂布机的膜厚控制机构等来进行控制，而在采用浸渍、喷涂等方法形成薄膜时可以通过调整挥发性溶剂的种类和浓度来进行控制。薄膜的厚度可以通过重量变化、光干涉法等方法测定。还有，本文中的薄膜的厚度是根据薄膜形成前后的重量增加测定单位表面积的薄膜重量并由薄膜组合物的密度算出的值。
实施例 以下，用实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于这些实施例。
〔实施例1～10、比较例1～4〕 将以下所示的挥发性液体、润滑油(润滑油基油和添加剂的混合物)及酰胺化合物以表2上部所示的比例(质量％)掺合，制成实施例1～10和比较例1～4的供试油(表面处理剂)。
1.挥发性液体 使用了以下的2种挥发性液体。
A正链烷烃(正癸烷沸点170℃，熔点-30℃，燃点53℃) B正辛醇(沸点195℃，熔点-15℃，燃点81℃) 2.润滑油 将以下的润滑油基油(a～c)和添加剂(d和e)以表1所示的比例(质量％)混合，制成润滑油C-H。
(1)润滑油基油 作为润滑油基油，使用了以下的3种油。
a矿油(40℃的运动粘度26mm2/s，100℃的运动粘度4.8mm2/s，粘度指数105，流动点-15℃，燃点230℃，总酸值0.01mgKOH/g) b聚-α-烯烃(PAO)(40℃的运动粘度31mm2/s，100℃的运动粘度5.8mm2/s，粘度指数132，流动点-50℃以下，燃点244℃，总酸值0.01mgKOH/g) c季戊四醇和2-乙基己酸(50摩尔％)/3，5，5-三甲基己酸(50摩尔％)的酯(40℃的运动粘度65mm2/s，100℃的运动粘度8.3mm2/s，粘度指数95，流动点-40℃，燃点250℃，总酸值0.01mgKOH/g) (2)添加剂 使用了以下的2种添加剂。
d抗氧化剂，二叔丁基对甲酚(DBPC) e防磨损剂，磷酸三甲苯酯(TCP) [表1]
3.酰胺化合物 作为具有酰胺基的化合物，使用了以下的单酰胺和双酰胺。
I单酰胺(油基油酰胺ニツカアマイドO，熔点35℃) J双酰胺(亚乙基二油酰胺スリパツクスO，熔点120℃) 4.供试油(表面处理剂)的调制 分别以获得约100ml的供试油的条件，在玻璃制烧杯中按照表2上部所示的基材相对于制成的供试油(表面处理剂)的配比(质量％)称取规定量的润滑油和酰胺化合物，使用桌上电磁加热器加温至酰胺化合物的熔点以上(熔点+20℃)的同时进行搅拌。通过外观观察判断已均匀溶解后，加入规定量的挥发性液体，再次搅拌，从而获得均匀的供试油(表面处理剂)。
[表2]
5.评价试验 (1)润滑性 〔试验片的制备〕 使φ24mm的盘(圆盘)状试验片(材质SUJ-2)在供试油中浸渍10分钟后，将提起的盘状试验片在室温下放置30分钟进行干燥。确认将附着于试验片表面的供试油干燥而形成的薄膜的量恒定为1～20×10-4g/cm2，短时间内附着而形成薄膜。
〔烧粘荷重、摩擦系数的测定〕 按照下述的条件通过盘(disk)上球(ball)试验机(SRV摩擦试验机)对使用实施例1～10和比较例1～4的各组合物分别于盘表面形成的薄膜的润滑特性(烧粘荷重)进行试验评价，同时测定摩擦系数。其结果示于表2下部。在表2下部，“烧粘”表示发生烧结粘附，“良好”表示未发生烧结粘附。“良好”的情况下，一并示出这时的摩擦系数。
<条件> 球SUJ-2(φ10mm)，盘SUJ-2(φ24mm) 荷重20N、50N，100N，200N 振动频率20Hz，振幅1.5mm 温度40℃，时间30分钟 (2)防锈性 〔试验片的制备〕 参照湿润试验(JIS K2246)如下制成用于评价防锈性的试验片。将不锈钢板(SUS304，60mm×80mm×1mm)在室温(23℃)下在如上所述制成的供试油(防锈液，500ml)中浸渍1分钟。从供试油中取出后，在室温下于空气中放置30分钟，将不锈钢板干燥，蒸发除去挥发性液体，制成在整个表面被覆有由防锈剂、酰胺化合物、润滑油基油、除防锈剂以外的添加剂等形成的均匀的薄膜的试验片。
〔生锈率(％)的测定〕 按照JIS K2246，实施采用如上所述进行防锈处理而制成的试验片的湿润试验。即，将试验片悬挂在设定为温度49℃、相对湿度95％以上的恒温恒湿槽内，实施强制地促进生锈的试验。还有，试验片以每分钟1/3圈的速度在槽内环绕。在恒温恒湿槽内悬挂了24小时和72小时后，取出试验片，在试验片上重叠测定板(划有100个边长5mm的正方形的棋盘格)，通过肉眼计数有锈的棋盘格的数量。生锈率(％)按照以下的标准判定。
A0％，B1～10％，C11～25％，D26～50％，E51～100％ 6.评价 由表2的烧粘荷重的试验结果可知，比较例中都在最小荷重的20N时发生了烧粘，但实施例中，仅实施例5在100N时以及实施例9和10在200N时发生了烧粘，通过用本发明的表面处理剂进行处理，润滑性(烧粘荷重)得到大幅改善。
〔实施例11～19、比较例5～9〕 1.供试油(防锈液)的调制 将以下所示的挥发性液体、防锈剂、酰胺化合物、润滑油基油和其他添加剂等基材以表1上部所示的比例(质量％)掺合，制成实施例11～19和比较例5～9的供试油(防锈液)。
〔挥发性液体〕 使用了以下的2种挥发性液体。
A正十三烷(沸点234℃，熔点-5.5℃，燃点102℃) B正辛醇(沸点195℃，熔点-15℃，燃点81℃) 〔防锈剂〕 使用了以下的4种防锈剂。
C二壬基萘磺酸钙盐(金氏工业公司(King Industries社)制，NA-SULCA-HT3) D二壬基萘磺酸钡盐(金氏工业公司制，NA-SUL BSN) E链烯基琥珀酸偏酯(汽巴精化公司(チバ·スペシヤリテイ一·ケミカルズ社)制，IRGACOR L12) F链烯基琥珀酰胺、酰亚胺的混合物(哀奇尔公司(エチル社)制，HiTECE536) 〔酰胺化合物〕 作为具有酰胺基的化合物，使用了以下的单酰胺和双酰胺。
G单酰胺(油基油酰胺日本化成株式会社(日本化成株式会社)制，ニツカアマイドO，熔点35℃) H双酰胺(亚乙基二油酰胺日本化成株式会社制，スリパツクスO，熔点119℃) 〔润滑油基油〕 作为润滑油基油，使用了以下的3种。
I矿油(40℃的运动粘度26mm2/s，100℃的运动粘度4.8mm2/s，粘度指数105，流动点-15℃，燃点230℃，总酸值0.01mgKOH/g) J聚-α-烯烃(PAO)(40℃的运动粘度31mm2/s，100℃的运动粘度5.8mm2/s，粘度指数132，流动点-50℃以下，燃点244℃，总酸值0.01mgKOH/g) K季戊四醇和2-乙基己酸(50摩尔％)/3，5，5-三甲基己酸(50摩尔％)的酯(40℃的运动粘度65mm2/s，100℃的运动粘度8.3mm2/s，粘度指数95，流动点-40℃，燃点250℃，总酸值0.01mgKOH/g) 〔添加剂(除防锈剂以外)〕 作为除防锈剂以外的添加剂，使用了以下的2种添加剂。
L抗氧化剂，二叔丁基对甲酚(DBPC) M防磨损剂，磷酸三甲苯酯(TCP) 〔供试油的调制〕 采用酰胺化合物的实施例11～19的情况下，以获得约500ml的供试油的条件，在玻璃制烧杯中按照表3上部所示的基材相对于制成的供试油的配比(质量％)称取规定量的防锈剂、酰胺化合物、润滑油基油和除防锈剂以外的添加剂，使用桌上电磁加热器加温至酰胺化合物的熔点以上(熔点+20℃)的同时进行搅拌。通过外观观察判断已均匀溶解后，冷却至室温(23℃)，在液状或凝胶状的混合物中加入规定量的挥发性液体，再次搅拌，从而获得均匀的供试油。
未采用酰胺化合物的比较例5～9的情况下，按照表3上部所示的配比(质量％)在玻璃制烧杯中称取挥发性液体和润滑油基油，在室温(23℃)下搅拌的同时向其中慢慢加入规定量的防锈剂和除防锈剂以外的添加剂，从而获得均匀的供试油。
[表3]
2.评价试验片的制备(金属表面的防锈处理) 按照JIS K2246如下制成用于评价防锈性的试验片。将试验用碳素钢板(JIS G3141中规定)在室温(23℃)下于如上所述制成的供试油中浸渍1分钟。从供试油中取出后，在室温下于空气中放置30分钟，将试验片干燥，蒸发除去挥发性液体，制成在整个表面保持有由防锈剂、酰胺化合物、润滑油基油、除防锈剂以外的添加剂等形成的均匀的薄膜的被覆试验片。将附着于试验片表面的供试油干燥而形成的薄膜的量为1～20×10-4g/cm2，短时间内附着而形成薄膜。
3.评价试验 通过基于JIS K2246的以下的2种试验方法对实施例11～19和比较例5～8的供试油的防锈性进行评价。
(1)湿润试验 按照JIS K2246，实施采用如上所述进行防锈处理而制成的试验片的湿润试验。即，将试验片悬挂在设定为温度49℃、相对湿度95％以上的恒温恒湿槽内，实施强制地促进生锈的试验。还有，试验片以每分钟1/3圈的速度在槽内环绕。在恒温恒湿槽内悬挂了24小时和72小时后，取出试验片，在试验片上重叠测定板(划有100个边长5mm的正方形的棋盘格)，通过肉眼计数有锈的棋盘格的数量。生锈率(％)按照以下的标准判定。
A0％，B1～10％，C11～25％，D26～50％，E51～100％ (2)盐水喷雾试验 按照JIS K2246，实施采用如上所述进行防锈处理而制成的试验片的盐水喷雾试验。试样向试验片的涂布方法以与上述湿润试验同样的步骤实施，制成盐水喷雾试验用的被覆试验片。在温度35℃的恒温槽中，将试验片以测定面朝上的状态置于恒温槽内的保持器，喷雾JIS Z2371中规定的试验用盐溶液，24小时和72小时后取出试验片，通过与上述湿润试验同样的方法测定生锈率(％)，按照相同的标准判定。
4.评价 由浸渍后的钢板的重量测定可知，实施例11～19和比较例5～8中经被覆处理的试验片上形成有数μm～十数μm的被膜(比较例9中附着有油，无法测定)。实施上述的湿润试验和盐水喷雾试验以试验防锈性(生锈率)，其评价结果汇总于表3下部。
掺入有作为凝胶化剂的酰胺的实施例11～19因为其得到强化的附着力，防锈性与比较例5～8相比大幅提高。此外，未加入溶剂的比较例9的情况下，由于防锈剂对基油的溶解度的关系，无法提高浓度，所以结果更差。
〔实施例20～27、比较例10～13〕 将以下所示的作为润滑油基油和添加剂的混合物的润滑油及酰胺化合物以表5上部所示的比例(质量％)掺合，制成实施例20～25和比较例10～12的供试油。此外，在润滑油和酰胺化合物中再掺入挥发性溶剂而制成实施例26、27的供试油，还制成含润滑油和挥发性溶剂、但不含酰胺化合物的比较例13的供试油。
1.润滑油 将以下的润滑油基油(a～c)、防锈剂(d)和添加剂(e～f)以表4所示的比例(质量％)混合，制成润滑油A-F。
(1)润滑油基油 作为润滑油基油，使用了以下的3种油。
a矿油(40℃的运动粘度26mm2/s，100℃的运动粘度4.8mm2/s，粘度指数105，流动点-15℃，燃点230℃，总酸值0.01mgKOH/g) b聚-α-烯烃(PAO)(40℃的运动粘度31mm2/s，100℃的运动粘度5.8mm2/s，粘度指数132，流动点-50℃以下，燃点244℃，总酸值0.01mgKOH/g) c季戊四醇和2-乙基己酸(50摩尔％)/3，5，5-三甲基己酸(50摩尔％)的酯(40℃的运动粘度65mm2/s，100℃的运动粘度8.3mm2/s，粘度指数95，流动点-40℃，燃点250℃，总酸值0.01mgKOH/g) (2)防锈剂 d二壬基萘磺酸钡(BNNS) (3)其他添加剂 使用了以下的2种添加剂。
e抗氧化剂，二叔丁基对甲酚(DBPC) f防磨损剂，磷酸三甲苯酯(TCP) [表4]
2.酰胺化合物 作为具有酰胺基的化合物，使用了以下的单酰胺和双酰胺。
G单酰胺(油基油酰胺日本化成株式会社制，ニツカアマイドO，熔点35℃) H双酰胺(亚乙基二油酰胺日本化成株式会社制，スリパツクスO，熔点120℃) 3.挥发性溶剂 使用了以下的2种挥发性溶剂。
I正链烷烃(正癸烷沸点170℃，熔点-30℃，燃点53℃) J正辛醇(沸点195℃，熔点-15℃，燃点81℃) 4.供试油的调制 对于实施例20～25和比较例10～12，分别以获得约100ml的供试油的条件，在玻璃制烧杯中按照表5上部所示的基材相对于制成的供试油的配比(质量％)称取规定量的润滑油和酰胺化合物，使用桌上电磁加热器加温至酰胺化合物的熔点以上(熔点+20℃)的同时进行搅拌，从而获得供试油。对于实施例26、27，同样地将润滑油和酰胺化合物混合、搅拌，通过外观观察判断已均匀溶解后，加入规定量的挥发性溶剂，再次搅拌，从而得到均匀的供试油。
比较例13的供试油通过将润滑油F和挥发性溶剂I(正癸烷)以表5所示的比例掺合并搅拌均匀而制成。
[表5]
5.评价试验 (1)润滑性 〔试验片的制备〕 实施例20～25和比较例10～12的情况下，将供试油用圆头刮刀涂布于φ24mm的盘(圆盘)状试验片(材质SUJ-2)，使附着量达到约1×10-3g/cm2，形成厚度为约10μm的凝胶状薄膜。此外，实施例26、27和比较例13的情况下，将盘(圆盘)状试验片在供试油中浸渍10分钟后，将提起的盘状试验片在室温下放置30分钟进行干燥。确认将附着于试验片表面的供试油干燥而形成的薄膜的量恒定为1～5×10-4g/cm2(厚度为约1～5μm)，短时间内附着而形成薄膜。
〔烧粘荷重、摩擦系数的测定〕 按照下述的条件通过盘上球试验机(SRV摩擦试验机)对分别使用实施例20～27和比较例10～13的试验片(盘)于盘表面形成的薄膜的润滑特性(烧粘荷重)进行试验评价，同时测定摩擦系数。其结果示于表5下部。在表5下部，“烧粘”表示发生烧结粘附，“良好”表示未发生烧结粘附。“良好”的情况下，一并示出这时的摩擦系数。
<条件> 球SUJ-2(φ10mm)，盘SUJ-2(φ24mm) 荷重20N、50N，100N，200N 振动频率20Hz，振幅1.5mm 温度40℃，时间30分钟 (2)防锈性 〔试验片的制备〕 用于参照湿润试验(JIS K2246)评价防锈性的试验片采用不锈钢板(SUS304，60mm×80mm×1mm)。实施例20～25和比较例10～12的情况下，用毛刷将各供试油分别涂布于不锈钢板，形成厚约10μm的薄膜。实施例26、27和比较例13的情况下，将不锈钢板在供试油中浸渍10分钟后，从供试油中取出，在室温下于空气中放置30分钟，将不锈钢板干燥，蒸发除去挥发性液体，制成在整个表面被覆有由润滑油和酰胺化合物形成的均匀的薄膜的试验片。薄膜的厚度为1～5μm。
〔生锈率(％)的测定〕 按照JIS K2246，实施采用如上所述进行被覆处理而制成的试验片的湿润试验。即，将试验片悬挂在设定为温度49℃、相对湿度95％以上的恒温恒湿槽内，实施强制地促进生锈的试验。还有，试验片以每分钟1/3圈的速度在槽内环绕。在恒温恒湿槽内悬挂了24小时和72小时后，取出试验片，在试验片上重叠测定板(划有100个边长5mm的正方形的棋盘格)，通过肉眼计数有锈的棋盘格的数量。生锈率(％)按照以下的标准判定。
A0％，B1～10％，C11～25％，D26～50％，E51～100％ 6.评价 由表5的烧粘荷重的试验结果可知，比较例中都在最小荷重的20N时发生了烧粘，但实施例中，仅实施例26在100N时以及实施例23在200N时发生了烧粘，通过形成本发明的表面薄膜，润滑性(烧粘荷重)得到大幅改善。此外，由防锈性的试验结果可知，用实施例的供试油实施过被覆处理的试验片与比较例的试验片相比，防锈能力也大幅提高。
产业上利用的可能性 本发明的表面处理剂可容易地在加工原材料或机械构件的表面形成耐磨损性、润滑性、加工性和防锈性良好的薄膜。该薄膜适合用于提高对金属、树脂、陶瓷、橡胶等加工原材料进行加工的各种加工工序中的效率，或者提高机械系统的润滑滑动部件的耐磨损性和润滑性，又或者提高材料保存时、材料加工后或机械系统运转时的防锈性。
另外，本发明的在表面具有凝胶状薄膜的机械部件的耐磨损性、润滑性、加工性和防锈性良好。该薄膜在提高对金属、树脂、陶瓷等的机械部件进行加工的各种加工工序中的作业效率或者提高保管时的防锈性方面有效。
权利要求
1.一种表面处理剂，其特征在于，包含30～95质量％沸点在300℃以下的挥发性液体、1～50质量％矿油类或合成类的润滑油基油和/或防锈剂以及0.1～50质量％具有酰胺基的化合物。
2.如权利要求1所述的表面处理剂，其特征在于，挥发性液体包括沸点60～300℃的烃、酯、醇和醚中的至少一种。
3.如权利要求1所述的表面处理剂，其特征在于，挥发性液体为碳数6～16的饱和脂肪族烃。
4.如权利要求1所述的表面处理剂，其特征在于，润滑油基油为矿油、合成烃油、酯、聚醚和硅氧烷中的至少一种。
5.如权利要求1所述的表面处理剂，其特征在于，作为防锈剂，包含羧酸、羧酸盐、磺酸盐、磷酸、磷酸盐、酯、醇和胺中的至少一种，所述表面处理剂被用作防锈液。
6.如权利要求1～5中的任一项所述的表面处理剂，其特征在于，具有酰胺基的化合物为熔点20～200℃的脂肪酸酰胺。
7.如权利要求6所述的表面处理剂，其特征在于，脂肪酸酰胺为以下述的通式(1)表示的单酰胺；
R1-CO-NH-R2(1)
式中，R1和R2分别独立地表示碳数5～25的饱和或不饱和的链状烃基，R2还可以是氢。
8.一种表面处理方法，其特征在于，使权利要求1～7中的任一项所述的表面处理剂附着于构件，使挥发性液体挥发。
9.一种机械部件，其特征在于，在表面具有厚0.1～50μm的凝胶状薄膜，所述薄膜包含2.0～99.8质量％矿油类或合成类的润滑油基油和/或防锈剂以及0.2～98.0质量％具有酰胺基的化合物。
全文摘要
本发明的课题在于提供用于在加工原材料、滑动部件等的表面制成润滑性、加工性、防锈性良好的薄膜的表面处理剂，采用所述表面处理剂的表面处理方法，以及在构件的表面具有润滑性、加工性和防锈性良好的薄膜的所述机械部件。一种表面处理剂，包含30～95质量％沸点在300℃以下的挥发性液体、1～50质量％润滑油基油和/或防锈剂以及0.1～50质量％具有酰胺基的化合物。一种表面处理方法，使该表面处理剂附着于构件，使挥发性液体挥发。一种机械部件，在表面具有厚0.1～50μm的凝胶状薄膜，所述薄膜包含2.0～99.8质量％润滑油基油和/或防锈剂以及0.2～98.0质量％具有酰胺基的化合物。
文档编号C10M129/04GK101772565SQ20088010222
公开日2010年7月7日 申请日期2008年8月7日 优先权日2007年8月10日
发明者设乐裕治, 开米贵, 吉田公一 申请人:日本能源株式会社