JP2024500209A - 金属加工流体の泡制御剤 - Google Patents

Abstract

金属加工流体のための泡制御剤、及び泡制御剤を使用して泡を制御する方法が提供され、その泡制御剤は、少なくとも分岐アルコールを含むものである。

Description

実施形態は、金属加工流体のための泡制御剤及び泡を制御する方法に関し、泡制御剤は、少なくとも分岐アルコールを含む。

序論
金属加工流体（metal working fluid、ＭＷＦ）は、金属切削及び工具成形加工時に、潤滑のために使用される。これらの流体は、金属加工工具を冷却し、工具／ワークピース界面から切削屑を除去し、許容可能な機械加工後の仕上げ面を提供するのに役立つ。ＭＷＦは、ニートオイル、可溶性オイル、半合成流体、又は合成流体であり得る。ニートオイル及び可溶性オイルは、５０～７０重量％の油及び油溶性の耐摩耗／極圧添加剤を含有する。これらは優れた潤滑性を提供するが、冷却効率が悪い。合成金属加工流体は、主に水から構成され、潤滑添加剤を含む。こちらは、加工中に発生する熱を除去する特性には優れているものの、潤滑性についてはせいぜい平均的なものである。

半合成流体は、かなりの量の水を含有するだけでなく、１０～３０重量％の鉱油、１０～３０重量％の乳化剤、及び他の機能性添加剤をも含有するという点で、可溶性オイル及び合成金属加工流体とは異なる。脂肪酸エタノールアミン石鹸、アルカンスルホン酸ナトリウム、アルコールエトキシレート、及び他の界面活性剤は、鉱油又は植物油を水中に分散させ、それにより、作業表面に接触する工具金属に適切な潤滑性を提供するために使用される。これらの界面活性剤は、金属加工プロセス中に大量の泡を発生させる原因となり、工具とワークピースとの間の液体潤滑性を不十分なものとしてしまう。場合によっては、このように潤滑性が欠如すると、流体槽から液体がオーバーフローする可能性がある。いくつかの機械加工プロセス（特に研削）は、泡に対して非常に敏感であり、加工プロセスを計画する際に特別な注意を払う必要がある。

シリコーン系泡制御剤は、発泡問題に対処するために、ＭＷＦにおいて広く使用されているが、それは泡制御剤の表面張力が非常に低く、油及び水のいずれに対しても不溶性であるからである。しかしながら、シリコーン脱泡剤の生分解性は良好ではなく、多くのＭＷＦ配合物中における安定性にも欠けている。加えて、金属の表面上へのシリコーンの堆積は、（平滑な）仕上げに影響を与え、これはまた、任意の後続の塗装ステップ（複数可）に対して追加的な問題を生じてしまう。

これらの全ての理由などにより、金属加工流体用の泡制御剤及び泡を制御する方法が必要とされている。

実施形態は、金属加工流体用の泡制御剤及び泡を制御する方法に関し、泡制御剤は、少なくとも分岐アルコールを含む。

本開示は、金属加工流体（ＭＷＦ）のための泡制御剤に関する。本開示は、予想外なことに、分岐アルコールが、優れた泡制御性能を有することがどのように示されたかを詳述する。分岐アルコールは、２－アルキル－１－アルカノール（ゲルベアルコールとしても知られる）、好ましくは２－エチルヘキサノール（２－ＥＨ）及び２－プロピルヘプタノール（２－ＰＨ）であってもよい。ゲルベアルコールは、２－ブチル－１－オクタノールを含む。

これらのアルコールは、対応するアルデヒドのアルドール縮合を介して、又は第一級直鎖アルコールのゲルベ反応から合成することができる。他の製造方法も利用することができる。

ここで現在開示されている消泡剤の一般構造は、以下のとおりである：

式中、ｘは２～１４の整数であり、Ｒは１～１４個の炭素原子を有するアルキル基である。

泡制御剤はまた、Ｃ８～Ｃ３２の２－アルキル置換アルコールを含むものとして記載され得る。アルコールは、主に１つの異性体（９５重量％超）であるか、又はアルデヒドの混合物のアルドール縮合によって生成され得るか、若しくはゲルベ反応を介してアルコールの混合物から生成され得るアルコールの混合物であり得る。

いくつかの実施形態において好ましいものは、２－エチルヘキサノール及び２－プロピルヘプタノールを含むＣ８～Ｃ３２ゲルベアルコール、及び、ブチルアルデヒド及びバレルアルデヒドのアルドール縮合から生成されるＣ８、Ｃ９、及びＣ１０アルコールの混合物である。

配合された泡制御剤中のゲルベアルコールの濃度は、０．０１％～１００％の範囲、好ましくは３０％～１００％の範囲である。ゲルベアルコールは、固体又は液体の形態であり得るが、液体が好ましい。固体である場合、その材料は、溶媒中に溶解又は分散され得る。上記の泡制御剤は、水溶液又は有機溶媒ベースの溶液であり得る。ＭＷＦのための当該泡制御剤の使用量は様々に変化し得る。ＭＷＦに対する本泡制御剤の使用量は、０．０１％～５％の範囲であり、好ましくは０．１％～１％の範囲である。

他の泡制御剤（例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、及び／又はブチレンオキシドから構成されるコポリマー、ただしランダム又はブロックのいずれでもよい）、又は例えばワックス、油、又はシリカなどの他の疎水性材料も、分岐ゲルベアルコール（複数可）と共に添加されてもよい。シリコン脱泡剤は、２－アルキルアルコールと共に使用することができる。界面活性剤、特にアルコールのアルコキシレートも使用することができる。泡制御剤としての分岐アルコールの使用は、水系又は油系であり得る。

現在開示されている新しい泡制御剤は、固体又は液体の形態であり得る。固体である場合、材料は、泡制御剤として使用する前に溶媒中に溶解又は分散され得る。本開示の薬剤は、全ての一般的に使用される金属加工流体の存在下で作用すると考えられる。

化学剤は、消泡剤配合物又は脱泡剤配合物の両方で使用することができる。消泡剤配合物は、泡の形成を回避する気泡のガス－液体界面におけるポリグリコール、エステル、シリコーン、溶媒、水、及び／又は他の化学物質の混合物によって得られる。ブロックコポリマー系の他の両親媒性化学物質も同様に使用することができる。脱泡配合物では、上記の生成物に加えて、植物油、鉱油、ワックス、及び他の油性剤を使用することができる。

泡制御剤に含有される任意の界面活性剤又は乳化剤は、供給原材料上の泡制御剤の適合性を改善するのに適する、又は分岐アルコールの組成物でエマルジョンを形成するのに適するように選択される。任意選択で使用される界面活性剤又は乳化剤は、分岐アルコールの組成物の０．１～３０重量％の範囲の量を有する。

任意選択で使用される界面活性剤又は乳化剤は、アニオン性、カチオン性、又は非イオン性であり得る。好適なアニオン性界面活性剤又は乳化剤の例としては、アルカリ金属石鹸、アンモニウム石鹸、及びアミン石鹸が挙げられるが、そのような石鹸の脂肪酸部分は、好ましくは少なくとも１０個の炭素原子を含む。石鹸はまた、「その場で」形成することもでき、言い換えれば、脂肪酸を油相に添加し、アルカリ性物質を水相に添加することができる。

好適なアニオン性界面活性剤又は乳化剤の他の例としては、アルキル－アリールスルホン酸のアルカリ金属塩、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、硫酸化又はスルホン化油、例えば、硫酸化ヒマシ油、スルホン化獣脂、及び短鎖石油スルホン酸のアルカリ塩が挙げられる。

好適なカチオン性界面活性剤又は乳化剤としては、オレイルアミドアセテート、セチルアミンアセテート、乳酸ジドデシルアミン、アミノエチル－アミノエチルステアラミドのアセテート、ジラウロイルトリエチレンテトラミンジアセテート、１－アミノエチル－２－ヘプタデセニルイミダゾリンアセテートなどの長鎖第一級、第二級、又は第三級アミンの塩；並びに臭化セチルピリジニウム、ヘキサデシルエチルモルホリニウムクロリド、及びジエチルジドデシルアンモニウムクロリドなどの第四級塩が挙げられる。

好適な非イオン性界面活性剤又は乳化剤の例としては、高級脂肪アルコールとエチレンオキシドとの縮合生成物、例えばオレイルアルコールと１０個のエチレンオキシド単位との反応生成物；アルキルフェノールとエチレンオキシドとの縮合生成物、例えばイソクチルフェノールと１２個のエチレンオキシド単位との反応生成物；高級脂肪酸アミドと５個以上のエチレンオキシド単位との縮合生成物；例えばモノパルミチン酸テトラエチレングリコール、モノラウリン酸ヘキサエチレングリコール、モノステアリン酸ノナエチレングリコール、ジオレイン酸ノナエチレングリコール、モノアラキジン酸トリデカエチレングリコール、モノベヘン酸トリコサエチレングリコール、ジベヘン酸トリコサエチレングリコール等の、長鎖脂肪酸のポリエチレングリコールエステル類、例えばトリステアリン酸ソルビタン等の、多価アルコール部分高級脂肪酸エステル類、例えば、モノパルミチン酸グリセロールに１０分子のエチレンオキサイドを反応させたもの、モノオレイン酸ペンタエリスリトールに１２分子のエチレンオキサイドを反応させたもの、モノステアリン酸ソルビタンに１０～１５分子のエチレンオキサイドを反応させたもの、モノパルミチン酸マンニタンに１０～１５分子のエチレンオキサイドを反応させたものなどの、多価アルコール部分高級脂肪酸エステル類とそれらの分子内無水物（マンニトール無水物、マンニタンと呼ばれるもの、ソルビトール無水物、ソルビタンと呼ばれるもの）とのエチレンオキサイド縮合生成物；例えばメトキシポリエチレングリコール５５０モノステアレート（５５０は、ポリグリコールエーテルの平均分子量を意味する）などの、１つのヒドロキシル基が高級脂肪酸でエステル化され、他のヒドロキシル基が低分子量アルコールでエーテル化されている長鎖ポリグリコール、が挙げられる。これらの界面活性剤のうちの２つ以上の組み合わせを使用してもよい。例えば、カチオン性界面活性剤を、非イオン性界面活性剤とブレンドしてもよく、アニオン性界面活性剤を、非イオン界面活性剤とブレンドしてもよい。

泡制御剤は、１つ以上の添加剤を更に含んでもよい。添加剤の例としては、エチレンオキシド／プロピレンオキシドブロックコポリマー、ブチレンオキシド／プロピレンオキシドブロックコポリマー、エチレンオキシド／ブチレンオキシドブロックコポリマー、ワックス、又はシリコーンベースの物質が挙げられる。界面活性剤が洗浄工程で発泡を引き起こす他の洗浄用途では、Ｃ３２までの高級２－アルキル置換アルコールを使用することができる。

本明細書に記載の泡制御剤は、トール油酸、エタノールアミン、ＫＯＨ、ポリアルキルグリコール潤滑剤、アルコールエトキシレート、アルカンスルホン酸ナトリウム、及び水を含む、半合成ＭＷＦ又は合成ＭＷＦにおいて使用することができる。本明細書に記載される泡制御剤はまた、所与のＭＷＦの透明性を維持するのに役立ち、生分解性でもある。

本開示の泡制御剤などの有効性を試験するための実験は、以下のように行うことができる。

試験１－消泡振盪試験
最初にスクリーニング振盪試験を実施して、本開示の泡制御剤及びいくつかの比較例を評価した。濃縮された市販の金属加工流体ＢＬＣを、脱イオン水を使用して２０倍に希釈した。次に、試験脱泡剤を、０．０５％（５００ｐｐｍ）の量で添加して、８ｍＬバイアル中に２ｇの溶液を調製した。次いで、バイアルを高速設定の実験室振盪機で１時間振盪し、この試験の結果を以下の表２に記録した。

試験２－脱泡振盪試験
次に、試験した実施例及び比較例を、他の一般的な市販のＭＷＦ配合物と混合することによって更に評価した。表３に示す試料は、０．１００ｇの泡制御剤を９．９００ｇの半合成／合成ＭＷＦに溶解させ、混合物を振盪して均質な溶液を得ることによって調製した。特別に設計されたシリンダーを使用して発泡の程度を評価した。シリンダーの０ｍＬのマークと２５０ｍＬのマークとの間の距離は２０～２１．５ｃｍであり、２５０ｍＬのマークとストッパーの底部との間の距離は約４～６ｃｍである。次いで、２．５０ｇの可溶性油又は半合成ＭＷＦ濃縮物を、９５ｍＬの標準２５ｐｐｍ硬水の入っている２５０ｍＬシリンダーに添加した。ストッパーでシリンダーを閉じた後、シリンダーを１分以内に３０回反転させ、０秒の時点での最初の泡、並びに３０秒後、１分後、２分後、及び３分後時点での泡レベルを記録した。

この試験に利用した標準硬水（２５ｐｐｍ）は、２５ｐｐｍで２．０Ｌの標準硬水を調製するために、無水塩化カルシウム（０．０４５ｇ）及び塩化マグネシウム六水和物（０．０２３ｇ）を脱イオン水に添加することによって調製した。

表３に示されるように、典型的な合成ＭＷＦ配合物において、３つの試験された分岐アルコールの１％用量は、それを含まないブランク試料と比較して泡崩壊の増加を助けた。２－ＰＨは、最良の脱泡性能を示し、市販の既存の非シリコーン脱泡剤と比較して、配合物中で安定であった。より高い含有量の高発泡性乳化剤を含有する典型的な半合成ＭＷＦにおいて、２－ＢＯは、認識されている泡制御剤ＦｏａｍＢａｎ ３０５７と比較して、より良好な脱泡特性を示し、２－ＢＯはまた、配合物中でより安定であり、透明性を維持した。

Claims (9)

1. 金属加工流体に好適な泡制御剤であって、以下の構造：
   
   （式中、ｘは２～１４の整数であり、Ｒは１～１４個の炭素原子を有するアルキル基である）を有する分岐アルコールを含む、泡制御剤。
2. 前記分岐アルコールの濃度は、重量に基づいて、前記泡制御剤の０．０１～１００重量％の範囲である、請求項１に記載の泡制御剤。
3. 前記分岐アルコールが、ゲルベアルコールである、請求項１に記載の泡制御剤。
4. 前記剤は、２－アルキル置換アルコールである、請求項１に記載の泡制御剤。
5. 前記剤は、２－ブチル－１－オクタノール、２－エチルヘキサノール、又は２－プロピルヘプタノールである、請求項に記載の泡制御剤。
6. 泡制御剤の使用による、金属加工流体のための泡を制御する方法であって、前記剤は、少なくとも、以下の構造：
   
   （式中、ｘは２～１４の整数であり、Ｒは１～１４個の炭素原子を有するアルキル基である）を有する分岐アルコールを含む。
7. 少なくとも１つの他の泡制御剤又は疎水性材料が用いられる、請求項５に記載の方法。
8. 前記金属加工流体が、前記泡制御剤と組み合わされたときに透明である、請求項５に記載の方法。
9. 前記方法が、金属加工用に使用される、請求項５に記載の方法。