本发明涉及用于对金属进行切削和/或研削的金属加工中使用的水不溶性金属加工油组合物、和金属加工方法。
背景技术
本发明涉及水不溶性金属加工油组合物和金属加工方法，例如涉及不锈钢等难加工材料的切削和/或研削加工中使用的水不溶性金属加工油组合物、和金属加工方法。
在切削加工、研削加工等金属加工领域中，为了使切削加工性、研削加工性等达到良好、且延长工具寿命，广泛使用配合有硫系化合物、例如单体硫的水不溶性金属加工油组合物。
作为添加单体硫作为硫系化合物时的问题点，可以举出如下。例如，单体硫相对于润滑油的溶解性低，因此配合量变得少量。此外，在低温环境下(例如冬天)，硫析出和/或沉积，溶解的硫量进一步减少，加工性能降低。
为了改善上述问题点，专利文献1~3中，除了单体硫之外还使用其他添加剂而提高切削加工性、研削加工性。例如，专利文献1中，公开了除了单体硫之外还含有平均粒度为1μm以下的碱金属硼酸盐水合物的金属研削油组合物，专利文献2中，公开了除了单体硫之外还含有平均粒度为0.1μm以下的超微颗粒碳酸钠的金属研削油组合物。此外，专利文献3中，公开了与单体硫一起含有表面活性剂的金属研削油。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-132686号公报
专利文献2：日本特开平5-132687号公报
专利文献3：日本特开平4-335095号公报。
技术实现要素：
发明要解决的课题
然而，切削加工和/或研削加工时，通常伴随大幅发热。因此，所使用的水不溶性金属加工油暴露于高温，形成雾、烟。此时，如果硫的臭味强，则作业环境显著恶化，因此要求尽可能不产生由硫系化合物引起的臭味。
除此之外，在切削加工和/或研削加工线等生产现场，因各种各样的原因而有时混入水。因此，需要混入水时的水分离性优异。
本发明鉴于以上的情况而得到。即，本发明的课题在于，提供在通过尽可能抑制硫系化合物的使用而减少作业环境中的臭味的同时、切削加工性、研削加工性等金属加工性优异、且水分离性优异的水不溶性金属加工油组合物、和使用该组合物的金属加工方法。
用于解决课题的手段
本发明人等进行深入研究的结果发现，水不溶性金属加工油组合物通过包含特定量的特定成分(a)和(b)作为必须成分，能够解决上述课题，从而完成了以下的发明。
即，本发明提供以下的[1]和[2]。
[1]水不溶性金属加工油组合物，其含有：
40℃下的运动粘度为5~20mm2/s的基础油(a)92~99.9质量份，和
选自碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)的脱水缩合物、以及碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)和与脂肪族羧酸(b1)不同的羧酸(b2)的脱水缩合物中的至少1种羧酸脱水缩合物(b)0.1~8质量份，
基础油(a)与羧酸脱水缩合物(b)的总计为100质量份。
[2]金属加工方法，使用上述[1]所述的水不溶性金属加工油组合物对金属进行加工。
发明的效果
根据本发明，能够提供在减少作业环境中的臭味的同时、切削加工性、研削加工性等金属加工性优异、且水分离性优异的水不溶性金属加工油组合物、和使用该组合物的金属加工方法。
附图说明
图1是示出实施例和比较例中使用的研削试验用装置的概略图。
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式进行详细说明。
[水不溶性金属加工油组合物]
本实施方式所涉及的水不溶性金属加工油组合物以特定比例含有以下的成分(a)和成分(b)。应予说明，成分(a)和(b)的总计为100质量份。
此外，本说明书中，运动粘度是指按照jisk2283：2000测定的运动粘度。
＜基础油(a)＞
本实施方式的水不溶性金属加工油组合物中包含的基础油(a)需要40℃下的运动粘度为5~20mm2/s。如果40℃下的基础油的运动粘度低于5mm2/s，则闪点低，因此在安全性的方面不优选。如果40℃下的运动粘度大于20mm2/s，则附着于机床上等，导致作业环境的恶化，故不优选。此外，例如有可能引起研削加工时使用的磨石的堵塞，故不优选。如果40℃下的运动粘度为5~20mm2/s，则能够使切削和/或研削时的冷却性达到良好。
上述基础油(a)的40℃下的运动粘度优选为6~15mm2/s、更优选为8~12mm2/s。
基础油(a)只要40℃下的运动粘度为5~20mm2/s，则没有特别限定，可以适当选择使用通常切削和/或研削用的金属加工油中包含的物质。具体而言，可以举出选自矿物油和合成油中的至少1种以上。
作为矿物油，可以举出例如对将链烷烃系原油、混合系原油或者环烷烃系原油进行常压蒸馏、或者对将常压蒸馏的残渣油进行减压蒸馏而得到的馏出油、或将其按照常规方法进行精制而得到的精制油、例如溶剂精制油、加氢精制油、脱蜡处理油、白土处理油等。
作为合成油，可以举出例如聚丁烯、聚丙烯、碳原子数为8~14的α-烯烃低聚物和它们的氢化物、以及多元醇酯(三羟甲基丙烷的脂肪酸酯、季戊四醇的脂肪酸酯等)、二元酸酯、芳族多羧酸酯、磷酸酯等酯系化合物、烷基苯、烷基萘等烷基芳族化合物、聚亚烷基二醇等聚二醇油、硅酮油等。
这些基础油可以使用一种，也可以适当组合使用两种以上。
本实施方式的水不溶性金属加工油组合物含有92~99.9质量份的基础油(a)。如果基材(a)的含量低于92质量份，则在成本方面是不利的。此外，如果基材(a)的含量大于99.9质量份，则无法充分包含以下的有效成分(b)，加工性能、例如研削性和切削性差，故不优选。
上述基础油(a)的含量优选为93~99.5质量份、更优选为95~99质量份。
＜羧酸脱水缩合物(b)＞
本实施方式的水不溶性金属加工油组合物包含选自碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)的脱水缩合物、以及碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)和与脂肪族羧酸(b1)不同的羧酸(b2)的脱水缩合物中的至少1种羧酸脱水缩合物(b)。
作为上述碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)，可以使用例如天然来源的羧酸。作为天然来源的碳原子数为10~24的羧酸，可以具体举出蓖麻油、妥尔油脂肪酸等天然来源的饱和脂肪族羧酸、以及具有羧基和双键的不饱和脂肪族羧酸。
作为饱和脂肪族羧酸，可以举出癸酸、新癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸和木蜡酸等。作为不饱和脂肪族羧酸，可以举出十一碳烯酸、油酸、反式油酸、芥酸、神经酸、亚油酸、蓖麻油酸、γ-亚麻酸、花生四烯酸、α-亚麻酸、十八碳四烯酸、二十碳五烯酸、和二十二碳六烯酸等。其中，脂肪族羧酸(b1)优选为具有醇性羟基、羧基和双键各1个的蓖麻油酸。
与碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)不同的羧酸(b2)可以为1元以上的饱和脂肪族羧酸或不饱和脂肪族羧酸。然而，碳原子数小的羧酸作为未反应物而残留时，有可能成为不愉快的臭味、金属腐蚀的原因，因此优选为碳原子数为4以上的脂肪族羧酸。此外，脂肪族羧酸的碳原子数的上限没有特别限定，通常为30。
作为饱和脂肪族羧酸，可以举出己酸、庚酸、辛酸、2-乙基己酸、壬酸、异壬酸、癸酸、新癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸和木蜡酸等。作为不饱和脂肪族羧酸，可以举出十一碳烯酸、油酸、反式油酸、芥酸、神经酸、亚油酸、γ-亚麻酸、花生四烯酸、α-亚麻酸、十八碳四烯酸、二十碳五烯酸、和二十二碳六烯酸等。
应予说明，与脂肪族羧酸(b1)不同的羧酸(b2)只要与选作脂肪族羧酸(b1)的羧酸不同即可，其碳原子数可以与脂肪族羧酸(b1)重复。其中，优选碳原子数为10~24的脂肪族羧酸，更优选碳原子数为12~20的脂肪族羧酸。
碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)的脱水缩合物可以通过将蓖麻油酸等脂肪族羧酸(b1)进行脱水缩合而得到。例如，通过在不活性氛围下加热至200℃左右而开始脱水缩合，可以得到脱水缩合物。
碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)和与该(b1)的羧酸(b2)的脱水缩合物可以通过向上述脂肪族羧酸(b1)进一步添加羧酸(b2)而进行脱水缩合，从而得到。作为一个例子，可以举出脂肪族羧酸(b1)为蓖麻油酸、羧酸(b2)为油酸的组合。
脱水缩合物的聚合度通过上述脱水缩合的反应时间而调整。反应时间越长，则可以得到聚合度越高的缩合物。
羧酸脱水缩合物(b)的聚合度可以用酸值表示。本实施方式中，羧酸脱水缩合物(b)的酸值优选为5~100mgkoh/g、更优选为7~95mgkoh/g、进一步优选为10~90mgkoh/g。通过使羧酸脱水缩合物(b)的酸值处于上述范围，能够实现优异的加工性能、例如高研削量。应予说明，如果羧酸脱水缩合物(b)的酸值低于5mgkoh/g，则水不溶性金属加工油组合物本身的粘度上升，有可能导致加工不良。
本实施方式中的羧酸脱水缩合物(b)优选具有5~50mgkoh/g、更优选10~40mgkoh/g、进一步优选13~35mgkoh/g的羟值。如果羧酸脱水缩合物(b)的羟值处于上述范围，则能够实现优异的加工性能、例如高研削量。
此外，本实施方式中的羧酸脱水缩合物(b)优选具有150~250mgkoh/g、更优选180~210mgkoh/g、进一步优选190~200mgkoh/g的皂化值。如果羧酸脱水缩合物(b)的皂化值处于上述范围，则能够实现优异的加工性能、例如高研削量。
在此，酸值是基于jisk2501：2003(指示剂法)而测定的值，羟值是基于jisk0070：1992而测定的值，皂化值是基于jisk2503：2010而测定的值。
所得羧酸脱水缩合物(b)能够具有的游离羟基可以被任意的羧酸封端。封端中使用的羧酸没有特别限制。
本实施方式中的水不溶性金属加工油组合物含有0.1~8质量份的选自碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)的脱水缩合物、以及碳原子数为10~24的脂肪族羧酸(b1)和与脂肪族羧酸(b1)不同的羧酸(b2)的脱水缩合物中的至少1种羧酸脱水缩合物(b)。应予说明，含有多种羧酸脱水缩合物(b)时，其总计量落入上述范围。
如果成分(b)的含量低于0.1质量份，则加工性能、例如研削量差。此外，如果上述含量大于8质量份，则水不溶性金属加工油组合物的粘度变高，存在清洗研削加工中生成的切屑的清洗作用差的倾向。此外，操作性也差。
水不溶性金属加工油组合物中的羧酸脱水缩合物(b)的含量优选为0.5~7质量份、更优选为1~6质量份。
＜其他成分＞
本实施方式的水不溶性金属加工油组合物中，在不阻碍本实施方式的目的的范围内，还可以配合其他成分。作为其他添加剂，可以举出选自油性剂、极压剂、耐磨耗剂、抗氧化剂、金属惰化剂、防锈剂、分散剂、消泡剂和防雾剂中的至少1种添加剂(c)。
＜油性剂、极压剂、耐磨耗剂＞
作为油性剂，可以举出例如马来酸、烷基或烯基马来酸、草酸、丁二酸、烷基或烯基丁二酸所代表的二元酸和其酯、三元酸和其酯、菜籽油、大豆白绞油等脂肪酸、脂肪酸酯和油脂等。
作为极压剂，可以举出块状、粉末状和熔融液体状等的单体硫、硫化油脂和多硫化物等硫系极压剂、以及氯化石蜡、氯化油脂、氯化脂肪酸酯、氯化脂肪酸等氯系极压剂、磷酸酯、硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯、磷酸酯胺盐、硫代磷酸酯胺盐、二硫代磷酸酯胺盐、亚磷酸酯、硫代亚磷酸酯、二硫代亚磷酸酯等磷系极压剂等。
作为耐磨耗剂，可以举出例如二硫代磷酸锌(zndtp)、二硫代氨基甲酸锌(zndtc)、二硫代磷酸硫氧基钼(modtp)和二硫代氨基甲酸硫氧基钼(modtc)等。
＜抗氧化剂、金属惰化剂＞
作为抗氧化剂，可以举出例如二苯基胺、烷基二苯基胺、苯基-α-萘基胺、烷基苯基-α-萘基胺等胺系抗氧化剂、4,4'-亚甲基-双-2,6-二叔丁基苯酚、2,6-二叔丁基-对甲酚(dbpc)等酚系抗氧化剂、硫系抗氧化剂和钼胺络合物系抗氧化剂等。
作为金属惰化剂，可以举出例如苯并三唑、三唑衍生物、苯并三唑衍生物、噻二唑衍生物等。
＜防锈剂、分散剂、消泡剂、防雾剂＞
作为防锈剂，可以举出例如脱水山梨糖醇脂肪酸酯等多元醇的脂肪酸酯。
作为分散剂，可以举出例如烷基或烯基丁二酰亚胺、烷基或烯基丁二酸酯、酸酰胺等无灰系分散剂等。
作为消泡剂，可以举出例如二甲基聚硅氧烷等硅酮系消泡剂、氟醚等。
作为防雾剂，可以使用聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物等烃系高分子化合物。上述高分子化合物的数均分子量优选为100,000~3,000,000、更优选为200,000~2,000,000。
本实施方式的水不溶性金属加工油组合物优选相对于基础油(a)和羧酸脱水缩合物(b)的总计100质量份各自独立地含有0.2~3质量份的选自油性剂、极压剂、耐磨耗剂、抗氧化剂、金属惰化剂、防锈剂、分散剂、消泡剂和防雾剂中的至少1种添加剂(c)。
如果成分(c)的添加量各自独立地处于上述范围内，则充分发挥各成分的效果。上述成分(c)的添加量各自独立地更优选为0.2~2.5质量份、进一步优选为0.4~2质量份。
本发明的一个方式中，基础油(a)与羧酸脱水缩合物(b)的总计含量以水不溶性金属加工油组合物的总量(100质量%)为基准计优选为80~100质量%、更优选为95~100质量%。
本发明的另一个方式中，基础油(a)、羧酸脱水缩合物(b)和成分(c)的总计含量以水不溶性金属加工油组合物的总量(100质量%)为基准计优选为90~100质量%、更优选为95~100质量%。
本实施方式的水不溶性金属加工油组合物能够适合地用于金属加工、例如金属的切削和/或研削加工，优选用作金属的研削加工中使用的研削加工油。成为被加工材料的金属没有特别限定，可以优选举出不锈钢、合金钢和碳钢等铁系材料、铝合金、铜合金等，优选为铁系材料、其中优选为不锈钢。
接着，针对使用本实施方式的水不溶性金属加工油组合物的金属加工方法、和该组合物的用途进行说明。
＜金属加工方法＞
本实施方式中的金属加工方法使用上述水不溶性金属加工油组合物对金属进行加工。作为使用本实施方式的水不溶性金属加工油组合物进行的金属加工的种类，可以举出切削加工、研削加工、冲裁加工、研磨加工、拉深加工、抽伸加工、压延加工等各种金属加工，其中，优选为研削加工。作为研削加工，可以举出例如通过研削带而对金属进行研削加工的方法。应予说明，研削带是指包含在由布、纸、塑料、橡胶等形成的基体表面上粘接有研磨材料(磨粒)的无接头(endless)状带的研磨工具，能够适当选择使用研削加工中通常使用的带。作为磨粒，可以使用例如氧化铝。本方法中成为被加工材料的金属如上所述。
应予说明，本实施方式的水不溶性金属加工油组合物的研削性良好且能够增多研削量，因此适合用于所谓粗研削。
使用研削带的研削加工例如如图1所示那样，对通过搬运带4等搬运的被削材料5，挤压在从动辊1和接触辊2那样的2个以上的辊间旋转行进的研削带3表面，从而进行。此时，向挤压了带的被削材料5的部分(研削部)，供给本实施方式的水不溶性金属加工油组合物6。本实施方式的水不溶性金属加工油组合物6例如由设置于搬运带4的下方的油槽7向研削部供给，并且从研削部落下的组合物返回至槽7，由此在进行循环的同时供给至研削部。
此外，还提供本实施方式的水不溶性金属加工油组合物在上述金属加工方法中的用途。
实施例
接着，通过实施例具体说明本实施方式，但不因这些例子而受到任何限定。
＜各评价方法＞
(1)研削性能
使用各水不溶性金属加工油组合物，进行以下的金属加工。使用图1中以概略图示出的研削试验用装置，进行研削性评价。如图1所示那样，对从动辊1与接触辊2之间旋转行进的研削带3，挤压载置于搬运带4上的被削材料5，另一方面，向研削部，由油槽7循环供给上述水不溶性金属加工油组合物6，同时进行研削。每1个试验使用5张被削材料板，不留间隔地连续通过板。评价项目和试验条件如下所述。
(评价项目)
将前述试验进行总计100次通过，测定研削量(g)。研削量为500g以上的情况记作a评价，将a评价的研削性记作合格。另一方面，400~低于500g的情况记作b评价，低于400g的情况记作c评价，均记作不合格。
(试验条件)
・研削带：氧化铝80号
・被研削材：sus304，宽度90mm×长度1,000mm×厚度约3mm，每1个试验通过5张板
・速度：带速度；1400m/分钟，板输送速度；10m/分钟
・研磨方法：顺铣(down-cut)
・槽油温度：40℃
・负载：1.5hp/英寸(带挤压力为恒定进行评价)。
(2)水分离性
向50ml量筒中，量取各金属加工油组合物20g和水20g，剧烈振荡30秒。观察3小时后的溶液状态，按照以下的评价基准进行评价。
a：无乳化层，b：乳化层低于1mm，c：乳化层为1mm以上。
(3)臭味评价
将各金属加工油组合物滴入100℃的热搅拌器中，将其臭味按照以下的评价基准进行评价。
a：略微的臭味，c：强的臭味。
(4)综合评价
基于上述(1)~(3)的评价，按照3个阶段(a：优异、b：略差、c：差)进行评价。
实施例1~5和比较例1~7
将表1-1和表1-2所示的各材料以同表所示的比例使用，制备水不溶性金属加工油组合物。如上述那样，进行各种性能(研削性、水分离性和臭味)评价，基于各性能进行综合评价(a~c)。结果同样示于表1-1和1-2。各组合物配合量的单位为“质量份”。
[表1]
[表2]
配合材料如下所述。
＜材料＞
(1)基础油(a)
・链烷烃系基础油(40℃运动粘度：9.918mm2/s，100℃运动粘度：2.714mm2/s：按照jisk2283：2000测定)。
(2)羧酸脱水缩合物(b)
・羧酸脱水缩合物1：将蓖麻油酸在氮气气流下、200℃下进行加热脱水缩合、并进一步添加油酸进行加热脱水缩合而得到的缩合物，酸值：90mgkoh/g，羟值：15mgkoh/g，皂化值：195mgkoh/g
・羧酸脱水缩合物2：将蓖麻油酸在氮气气流下、200℃下进行加热脱水缩合、并进一步添加油酸进行加热脱水缩合而得到的缩合物，酸值：34mgkoh/g，羟值：28mgkoh/g，皂化值：198mgkoh/g
・羧酸脱水缩合物3：将蓖麻油酸在氮气气流下、200℃下进行加热脱水缩合、并进一步添加油酸进行加热脱水缩合而得到的缩合物，酸值：10mgkoh/g，羟值：33mgkoh/g，皂化值：192mgkoh/g。
(3)(比较例中使用的成分)
・多硫化物：40℃运动粘度：48.65mm2/s，s成分：39.5质量%
・ca磺酸盐：碱值495mgkoh/g，ca成分：18.5质量%
・zndtp：s成分：15.0质量%，p成分：7.5质量%，zn成分：8.5质量%
・na磺酸盐：碱值450mgkoh/g，na成分：19.5质量%
・噻二唑衍生物：s成分：36质量%，n成分：49质量%。
(4)其他添加剂(c)
・酚系抗氧化剂：2,6-二叔丁基对甲酚
・硅酮系消泡剂：二甲基聚硅氧烷。
实施例1~5的各水不溶性金属加工油组合物在研削量、水分离性和臭味评价任一者中均为评价a而优异，综合评价也为a，可知研削加工优异。不含添加剂且仅含基础油(a)的比较例1中，研削量少，仅基础油的情况中，可知作为金属加工油是不充分的。替代本实施方式的成分(b)而添加各成分的比较例2~7中，研削性、水分离性、臭味中任一者差，综合评价中没有达到a的物质。
工业实用性
根据本实施方式，得到在减少作业环境中的臭味的同时、切削加工性、研削加工性等金属加工性优异、且水分离性优异的水不溶性金属加工油组合物。本实施方式的水不溶性金属加工油组合物能够适合用于切削或研削加工，其中适合用于使用研削带的研削加工。
附图标记说明
1：从动辊，2：接触辊，3：研削带，4：搬运带，5：被削材料，6：水不溶性金属加工油组合物，7：油槽。