特許 7554224 金属加工油用基油

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-10

(45)【発行日】2024-09-19

(54)【発明の名称】金属加工油用基油

(51)【国際特許分類】

   C10M 105/38 20060101AFI20240911BHJP

   C10N 40/22 20060101ALN20240911BHJP

【ＦＩ】

C10M105/38

C10N40:22

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022042368

(22)【出願日】2022-03-17

(65)【公開番号】P2023136604

(43)【公開日】2023-09-29

【審査請求日】2023-06-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000000918

【氏名又は名称】花王株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松村 和洋

【審査官】牟田 博一

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１４７７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－７３０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－３４０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１３７０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８０５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１６３１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１２３６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】油化学，1973年，第２２巻、第１１号，第６９５－７０６頁

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１０Ｍ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

脂肪酸とグリセリンとのエステルを含む、金属加工油用基油であって、
前記脂肪酸が、カプリル酸とドデカン酸を含み、前記カプリル酸と前記ドデカン酸のモル比（カプリル酸／ドデカン酸）が、７０／３０以上８７／１３以下であり、
前記脂肪酸中の前記カプリル酸と前記ドデカン酸の合計含有量が、１００モル％であり、
前記金属加工油用基油の４０℃動粘度が、１６ｍｍ ^２ ／ｓ以下である、金属加工油用基油。

【請求項2】

前記エステルが、前記カプリル酸と前記ドデカン酸の混合脂肪酸と前記グリセリンとのトリエステルを含む、請求項１に記載の金属加工油用基油。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の金属加工油用基油を含有する、不水溶性金属加工油組成物。

【請求項4】

前記金属加工油用基油の含有量が９０質量％以上である、請求項３に記載の不水溶性金属加工油組成物。

【請求項5】

請求項１～４の何れか１項に記載の金属加工油用基油の製造方法であって、
以下の工程１及び工程２を含む金属加工油用基油の製造方法。
工程１：グリセリンと脂肪酸とのエステル化反応を行う工程であって、前記グリセリンの水酸基１当量に対する前記脂肪酸のカルボキシ基の当量が１．１当量以上であり、前記脂肪酸がカプリル酸とドデカン酸の混合脂肪酸であり、前記脂肪酸中の前記カプリル酸と前記ドデカン酸の合計含有量が、１００モル％であり、前記混合脂肪酸中の前記カプリル酸と前記ドデカン酸のモル比（カプリル酸／ドデカン酸）が、７０／３０以上８７／１３以下である工程
工程２：エステル化反応後に過剰分の前記脂肪酸を除去する工程

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属加工油用基油に関する。

【背景技術】

【0002】

切削・研削加工において、切削工具の冷却性による寿命延長や潤滑性による加工能率の増大等を目的に金属加工油が使用されている。金属加工油組成物には、水に潤滑成分を分散／溶解させた、寿命延長に優れる水溶性金属加工油と、鉱物油や合成油等の油性成分を基材とする加工能率の増大に優れる不水溶性金属加工油との２種類に大別される。

【0003】

不水溶性金属加工油は油性成分を基材とするため可燃性の問題がある。

【0004】

下記特許文献１、２には、油性成分を基材とする不水溶性金属加工油よりも高い引火点を有する合成エステル系金属加工油組成物が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平１０－１４７７８７号公報

【文献】特開２０００－７３０７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、従来の合成エステル系金属加工油組成物は、高い引火点を低い粘度の両立という点で改善の余地があった。

【0007】

本発明は、高い引火点と室温付近での低い粘度を両立し、更に低温での流動性を有する、不水溶性金属加工油組成物に配合される金属加工油用基油を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、
脂肪酸とグリセリンとのエステルを含む、金属加工油用基油であって、
前記脂肪酸が、カプリル酸とドデカン酸を含み、前記カプリル酸と前記ドデカン酸のモル比（カプリル酸／ドデカン酸）が、７０／３０以上９０／１０以下であり、
前記脂肪酸中の前記カプリル酸と前記ドデカン酸の合計含有量が、８０モル％以上である、金属加工油用基油である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、高い引火点と室温付近での低い粘度を両立し、更に低温での流動性を有する、不水溶性金属加工油組成物に配合される金属加工油用基油を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜金属加工油用基油＞
本実施形態の金属加工油用基油は、
脂肪酸とグリセリンとのエステルを含む、金属加工油用基油であって、
前記脂肪酸が、カプリル酸とドデカン酸を含み、前記カプリル酸と前記ドデカン酸のモル比（カプリル酸／ドデカン酸）が、７０／３０以上９０／１０以下であり、
前記脂肪酸中の前記カプリル酸と前記ドデカン酸の合計含有量が、８０モル％以上である。
本実施形態の金属加工油用基油は、高い引火点と室温付近での低い粘度を両立し、更に低温での流動性を有する。

【0011】

前記カプリル酸と前記ドデカン酸のモル比（カプリル酸／ドデカン酸）は、引火点を高くし、潤滑性を向上させ、かつ低温での流動性を向上させる観点から、７０／３０以上、好ましくは７２．５／２７．５以上、より好ましくは７５／２５以上であり、そして、９０／１０以下、好ましくは８８．５／１１．５以下、より好ましくは８７／１３以下である。

【0012】

前記脂肪酸中の前記カプリル酸の含有量は特に制限されないが、引火点を高くし、潤滑性を向上させ、かつ低温での流動性を向上させる観点から、好ましくは７０モル％以上、より好ましくは７２．５モル％以上、更に好ましくは７５モル％以上であり、そして、好ましくは９０モル％以下、より好ましくは８８．５モル％以下、更に好ましくは８７モル％以下である。

【0013】

前記脂肪酸中の前記ドデカン酸の含有量は特に制限されないが、引火点を高くし、潤滑性を向上させ、かつ低温での流動性を向上させる観点から、好ましくは１０モル％以上、より好ましくは１１．５モル％以上、更に好ましくは１３モル％以上であり、そして、好ましくは３０モル％以下、より好ましくは２７．５モル％以下、更に好ましくは２５モル％以下である。

【0014】

前記脂肪酸中の前記カプリル酸と前記ドデカン酸の合計含有量は、引火点を高くし、潤滑性を向上させ、かつ低温での流動性を向上させる観点から、８０モル％以上、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは１００モル％である。

【0015】

前記脂肪酸は、本発明の効果を阻害しない範囲で、前記カプリル酸及び前記ドデカン酸以外の脂肪酸を含有してもよい。前記カプリル酸及び前記ドデカン酸以外の脂肪酸としては、例えば、吉草酸、２－メチル吉草酸、４－メチル吉草酸、ｎ－ヘキサン酸、２－メチルヘキサン酸、５－メチルヘキサン酸、４，４－ジメチルペンタン酸、ｎ－ヘプタン酸、２－メチルヘプタン酸、２－エチルヘキサン酸、２，２－ジメチルヘキサン酸、３，５，５－トリメチルヘキサン酸、ｎ－ノナン酸、ｎ－デカン酸などの炭素数５以上１０以下の脂肪酸；トリデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、オクタデカン酸、オレイン酸、リノール酸、エイコサン酸、ベヘン酸、セロチン酸などの炭素数１３以上２６以下の脂肪酸；１３－メチルテトラデカン酸、１２－メチルテトラデカン酸、１５－メチルヘキサデカン酸、１４－メチルヘキサデカン酸、１０－メチルヘキサデカン酸、２－ヘキシルデカン酸、イソパルミチン酸、イソステアリン酸、イソアラキン酸、フィタン酸などの炭素数１５以上２０以下の分岐脂肪酸；シクロプロパンカルボン酸、シクロブタンカルボン酸、シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘプタンカルボン酸、メチルシクロヘキサンカルボン酸などの炭素数４以上８以下のシクロアルカンモノカルボン酸などが挙げられる。

【0016】

前記エステルは、グリセリントリエステルを主に含むが、本発明の効果を阻害しない範囲で、グリセリン部分エステルを含んでいてもよい。前記グリセリントリエステルとしては、カプリル酸とグリセリンとのトリエステル、ドデカン酸とグリセリンとのトリエステル、及びカプリル酸とドデカン酸の混合脂肪酸とグリセリンとのトリエステルなどが挙げられる。

【0017】

前記グリセリンに対する前記脂肪酸のモル比は、引火点を高くし、潤滑性を向上させ、かつ低温での流動性を向上させる観点から、好ましくは２．６以上、より好ましくは２.８以上、更に好ましくは２．９以上であり、そして、好ましくは３．４以下、より好ましくは３．２以下、更に好ましくは３．１以下である。

【0018】

前記エステルは、引火点を高くし、潤滑性を向上させ、かつ低温での流動性を向上させる観点から、カプリル酸とドデカン酸の混合脂肪酸とグリセリンとのトリエステルを含むことが好ましい。

【0019】

前記エステル中の前記グリセリントリエステルの含有量は特に制限されないが、引火点を高くし、潤滑性を向上させ、かつ低温での流動性を向上させる観点から、好ましくは８０モル％以上、より好ましくは９０モル％以上、更に好ましくは実質的に１００モル％、より更に好ましくは１００モル％である。なお、本明細書において「実質的に１００モル％」とは不可避的に微量の不純物等を含んでいる状態を言う。

【0020】

前記金属加工油用基油は、前記エステル以外の基油を含有してもよい。前記エステル以外の基油としては、例えば、鉱油及び合成油が挙げられる。鉱油としては、例えば、パラフィン基系原油、中間基系原油、又はナフテン基系原油を常圧蒸留するか常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られる留出油、あるいはこれを常法にしたがって精製することによって得られる精製油（例えば、溶剤精製油、水添精製油、脱ロウ処理油、白土処理油等）などが挙げられる。また、合成油としては、例えば、本発明の前記エステル以外のエステル、ポリ－α－オレフィン、オレフィンコポリマーアルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ポリオキシアルキレングリコール、ポリフェニルエーテルなどが挙げられる。

【0021】

前記金属加工油用基油中の前記エステルの含有量は特に制限されないが、引火点を高くし、潤滑性を向上させ、かつ低温での流動性を向上させる観点から、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上、更に好ましくは実質的に１００質量％、より更に好ましくは１００質量％である。

【0022】

前記金属加工油用基油の４０℃動粘度は、加工性を向上させる観点から、好ましくは１６ｍｍ^２／ｓ以下、より好ましくは１５ｍｍ^２／ｓ以下であり、耐摩耗性を向上させる観点から、好ましくは１４ｍｍ^２／ｓ以上である。

【0023】

前記金属加工油用基油の粘度指数は、温度による粘度変化を小さくする観点から、好ましくは１００以上、より好ましくは１２０以上である。

【0024】

前記金属加工油用基油の流動点は、低温での流動性を向上させる観点から、好ましくは－１０℃以下、より好ましくは－１５℃以下である。

【0025】

前記金属加工油用基油の引火点は、可燃性を低下させる観点から、好ましくは２５０℃以上である。

【0026】

〔エステルの製造方法〕
前記エステルは、前記脂肪酸とグリセリンを、公知の方法に従って、エステル化反応を行うことにより調製することができる。例えば、カプリル酸とグリセリンとのエステル化反応により得られるトリエステルと、ドデカン酸とグリセリンとのエステル化反応により得られるトリエステルとを、特定比率で混合して得る方法、特定比率のカプリル酸とドデカン酸の混合脂肪酸とグリセリンとのエステル化反応により得る方法が挙げられ、低温での流動性を向上させる観点から、特定比率のカプリル酸とドデカン酸の混合脂肪酸とグリセリンとのエステル化反応により得る方法が好ましい。脂肪酸とグリセリンとのエステルにおけるカプリル酸とドデカン酸のモル比は、エステルの調製に用いたカプリル酸とドデカン酸のそれぞれのモル数から計算することができる。

【0027】

前記エステルの製造において、エステル化反応促進の観点から、前記グリセリンの水酸基１当量に対する前記脂肪酸のカルボキシ基を１当量より過剰量を用いてエステル化反応を行う工程と、エステル化反応後に過剰分の脂肪酸を除去する工程を含むことが好ましい。前記脂肪酸のカルボキシ基の当量は、前記グリセリンの水酸基１当量に対して、１．１当量以上が好ましく、そして、脂肪酸を除去する工程での負荷を低減する観点から、１．５当量以下が好ましく、１．３当量以下がより好ましい。得られるエステルの水酸基価が、好ましくは３．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、より好ましくは１．５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下になるまでエステル化反応を行うことが好ましい。エステル化反応後に過剰の脂肪酸を除去する方法としては、例えば、減圧留去、スチーミング、吸着剤を用いた吸着除去などが挙げられる。得られるエステルの酸価が、好ましくは０．３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、より好ましくは０．１ｍｇＫＯＨ／ｇ以下になるまで脂肪酸を除去することが好ましい。

【0028】

具体的には、前記金属加工油用基油の製造方法は、以下の工程１及び工程２を含む。
以下の工程１及び工程２を含む金属加工油用基油の製造方法。
工程１：グリセリンと脂肪酸とのエステル化反応を行う工程であって、前記グリセリンの水酸基１当量に対する前記脂肪酸のカルボキシ基の当量が１．１当量以上であり、前記脂肪酸がカプリル酸とドデカン酸の混合脂肪酸であり、前記脂肪酸中の前記カプリル酸と前記ドデカン酸の合計含有量が、９０モル％以上であり、前記混合脂肪酸中の前記カプリル酸と前記ドデカン酸のモル比（カプリル酸／ドデカン酸）が、７０／３０以上９０／１０以下である工程
工程２：エステル化反応後に過剰分の前記脂肪酸を除去する工程

【0029】

＜不水溶性金属加工油組成物＞
本実施形態の不水溶性金属加工油組成物は、少なくとも前記金属加工油用基油を含有する。前記不水溶性金属加工油組成物中の前記金属加工油用基油の含有量は、引火点を高くし、潤滑性を向上させ、かつ低温での流動性を向上させる観点から、好ましくは９０質量％以上であり、より好ましくは実質的に１００質量％以上、更に好ましくは１００質量％である。なお、本明細書において「実質的に１００質量％」とは不可避的に微量の不純物等を含んでいる状態を言う。

【0030】

前記不水溶性金属加工油組成物は、前記金属加工油用基油の他に、一般的な不水溶性金属加工油組成物に配合される添加剤を含有してもよい。前記添加剤としては、例えば、油性剤、極圧剤、界面活性剤、消泡剤、防錆剤、防腐剤、酸化防止剤、及び金属不活性化剤などが挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【0031】

前記不水溶性金属加工油組成物は、前記金属加工油用基油を含有するため、高い引火点と室温付近での低い粘度を両立し、更に低温での流動性を有するものであり、金属の切削・研削加工などに好適に用いられる。

【実施例】

【0032】

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。また、各種測定、評価方法は以下のとおりである。

【0033】

＜縮合エステルの調製＞
〔実施例１〕
攪拌機、温度計、窒素吹き込み管および冷却管を備えた１リットルの４つ口フラスコに、脂肪酸として、カプリル酸３８７．８１ｇ、ドデカン酸１２４．３２ｇを加えて混合脂肪酸を調製し、さらに、グリセリン１２７．００ｇを添加した。なお、脂肪酸の添加量は、グリセリンの水酸基１当量に対して脂肪酸の総カルボキシ基が０．８当量になるようにした。次に、フラスコ内に、窒素ガスを吹き込み、攪拌しながら２３０℃まで昇温し、５時間２３０℃を維持し、留出する水分を冷却管を用いてフラスコ外へ除去した。反応終了後、追加でカプリル酸２３８．６５ｇを添加し、再度２３０℃まで昇温した。７時間２３０℃を維持し、留出する水分は冷却管を用いてフラスコ外へ除去した。反応終了後、０．１３ｋＰａの減圧下で過剰の脂肪酸を留去し、吸着剤（商品名：キョーワード５００ＳＨ、協和化学工業株式会社製）に残存している脂肪酸を吸着させた後、濾過を行い、縮合エステルを得た。得られた縮合エステルは、酸価が０．１ｍｇＫＯＨ／ｇ未満、水酸基価が１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であり、グリセリンの部分エステル、未反応の脂肪酸、未反応のグリセリンのいずれも実質的に含まないことを確認した。得られた縮合エステルは、グリセリンのトリエステルが実質的に１００％であった。得られた縮合エステルは、カプリル酸のトリエステル、ドデカン酸のトリエステル、及びカプリル酸とドデカン酸のトリエステルを含む混合物である。すなわち、得られた縮合エステルは、カプリル酸とドデカン酸の混合脂肪酸とグリセリンとのトリエステルを含む混合物である。

【0034】

〔実施例２及び３、比較例１及び２〕
表１に示したカプリル酸とドデカン酸のモル比に変えた以外は実施例１と同様の方法で実施例２及び３、比較例１及び２に係る縮合エステルを調製した。

【0035】

＜評価方法＞
〔脂肪酸結合比率の評価〕
得られた縮合エステルの脂肪酸結合比率は、ガスクロマトグラフィー（以下、ＧＣと省略）により測定した。具体的には、試料１０ｍｇをヘキサン溶媒１ｍＬに溶解させ、ＧＣ測定を行い、得られた各化合物ピークの面積比より算出した。測定に使用した装置および分析条件は次の通りである。
ＧＣ装置：商品名８８９０ ＧＣ Ｓｙｓｔｅｍ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製）
カラム：商品名ＤＢ―１ ３０ｍ×２５０μｍ×０．１μｍ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製）
検出器：水素炎イオン検出器（ＦＩＤ）
インジェクション温度：２７０℃
ディテクター温度：３１０℃
オーブン：６０℃（０ｍｉｎ.）→１０℃／ｍｉｎ.→３００℃→３００℃（３６ｍｉｎ.）

【0036】

〔潤滑性（動粘度）の評価〕
動粘度の評価は、ＡＳＴＭ Ｄ７０４２で要求される精度を満たしたスタビンガー動粘度計（商品名：ＳＶＭ３０００、Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ社製）により、４０℃動粘度を測定し潤滑性の評価とした。

【0037】

〔流動点の評価〕
流動点の評価は、ＪＩＳ Ｋ２２６９に従った測定方法により流動点（℃）を測定した。

【0038】

〔引火点の評価〕
引火点の評価は、ＪＩＳ Ｋ２２６５に従った測定方法(クリーブランドオープンカップ式)により引火点（℃）を測定した。具体的には、試料を金属カップの標線ぴったりに入れ、クリーブランド開放式 引火点・燃焼点測定器（商品名ＯｐｔｉＦｌａｓｈ、ＰＡＣ製）により測定した。

【0039】

各評価結果を表１に示す。

【0040】

【表1】

【0041】

表１から、カプリル酸とドデカン酸のモル比（デカン酸／ドデカン酸）が、７０／３０以上９０／１０以下であり、前記脂肪酸中の前記カプリル酸と前記ドデカン酸の合計含有量が、６０モル％以上である実施例１～３の縮合エステルは、０℃動粘度が１６（ｍｍ^２／ｓ）以下、かつ引火点が２５０℃以上であり、高い引火点と室温付近での低い粘度を両立するものであることがわかる。また、実施例１～３の縮合エステルは、流動点が－１０℃以下であり、低温での流動性に優れるものである。一方、カプリル酸とドデカン酸のモル比（デカン酸／ドデカン酸）が、７０／３０以上９０／１０以下を満たさない比較例１、２の縮合エステルは、４０℃動粘度が１６（ｍｍ^２／ｓ）を超えるか、あるいは引火点が２５０℃未満であり、高い引火点と室温付近での低い粘度を両立することができない。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本発明の不水溶性金属加工油組成物は、金属の切削・研削加工などに好適に用いられる
。