(57)【要約】工業用流体が開示される。流体は、油性成分、水性成分、及び水性成分中に分散された界面活性剤を含む。工業用流体は、消泡剤又は発泡防止化合物を含有しない。界面活性剤は、油性成分及び水性成分のミセル内で結合されている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業用流体であって：
油性成分；
水性成分；及び
界面活性剤；
のエマルジョンを含み、前記油性成分又は前記水性成分のいずれかは、前記界面活性剤と共にミセル形成し、並びに前記工業用流体は、発泡を相殺するための不溶性の消泡剤又は発泡防止化合物を含有しない、工業用流体。
【請求項２】
前記界面活性剤の実質的にすべてが、前記流体中に未結合の界面活性剤が実質的に存在しないように、前記油性成分又は前記水性成分のミセル内で結合されている、請求項１に記載の工業用流体。
【請求項３】
使用時、前記工業用流体が、未希釈であるか、希釈剤で希釈されるか、又はキャリア流体に対する添加剤である、請求項１又は２に記載の工業用流体。
【請求項４】
前記ミセルの平均径が、平均μを有するガウス分布に従い、標準偏差σが、０．２μ以下である、請求項１、２、又は３のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項５】
前記ミセルの平均径が、≦０．３μｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項６】
前記ミセルが、順ミセルであり、前記油性成分が、前記ミセルの中心を形成する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項７】
表面が、少なくとも１つの界面活性剤モノマー層を含む、請求項６に記載の工業用流体。
【請求項８】
前記界面活性剤の構造が、前記ミセルの構造を決定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項９】
前記ミセルが、逆ミセルであり、前記水性成分のうちの少なくとも一部が、前記ミセルの中心を形成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項１０】
前記工業用流体が、潤滑流体、エネルギー散逸流体、エネルギー生成流体、若しくはエネルギー伝達流体、又はこれらに対する添加剤から選択される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項１１】
前記工業用流体が、潤滑流体であり、前記油性成分が、潤滑組成物を含む、請求項１０に記載の工業用流体。
【請求項１２】
前記潤滑組成物が、完全に調製された潤滑剤である、請求項１１に記載の工業用流体。
【請求項１３】
前記潤滑組成物が、グループＩ、ＩＩ、ＩＩ、ＩＶ、又はＶの基油である、請求項１２に記載の工業用流体。
【請求項１４】
前記潤滑組成物が、少なくとも１つが潤滑特性を有する成分の混合物を含む、請求項１１に記載の工業用流体。
【請求項１５】
前記界面活性剤が、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、又はこれらの混合物である、請求項１１に記載の工業用流体。
【請求項１６】
前記工業用流体が、破壊的金属加工プロセスに用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項１７】
前記工業用流体が、変形金属加工プロセスに用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項１８】
前記工業用流体が、自動車用途に用いられる、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項１９】
前記工業用流体が、工業プロセス、海上プロセス、又は海底プロセスに用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項２０】
前記工業用流体が、エネルギー散逸流体である、請求項１０に記載の工業用流体。
【請求項２１】
前記工業用流体が、エネルギー生成流体である、請求項１０に記載の工業用流体。
【請求項２２】
前記工業用流体が、燃料である、請求項２１に記載の工業用流体。
【請求項２３】
前記工業用流体が、エネルギー伝達流体である、請求項１０に記載の工業用流体。
【請求項２４】
前記工業用流体が、潤滑流体、エネルギー散逸流体、又はエネルギー生成流体に対する添加剤である、請求項１０に記載の工業用流体。
【請求項２５】
前記工業用流体が、消泡剤又は発泡防止化合物を含有しない、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の工業用流体。
【請求項２６】
工業用流体を形成する方法であって：
界面活性剤を含む第一の流体を形成すること；
油性化合物を含む第二の流体を形成すること；
前記第一の流体と前記第二の流体とをせん断力下で混合して、中間流体を生成すること；及び
水性流体と前記中間流体とを層流下で混合して、工業用流体を作製すること
を含む、方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法を用いて、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の工業用流体を作製する方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法を用いて作製された工業用流体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用流体に関し、詳細には、油性成分、水性成分、及びａを含む工業用流体に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用流体には、潤滑流体、冷却液、及び燃料など、工業において多くの用途が見出される。例えば、これらは、いくつかの例を挙げると、車両への動力供給、掘削装置の冷却、自動車エンジン及びギアボックスの潤滑から、海底用機械、風力タービン、発電機、及び材料加工（切断、研削、圧延）にまで及ぶ。これらの工業用流体の各々は、油性成分、水性成分、及びエマルジョンを形成するための水性成分中に分散された界面活性剤という共通する基本組成を有する。そのような油性成分は、典型的には、原油若しくはシェール油の精製を例とする炭化水素源から、又はエステル化から誘導される。
【０００３】
油性ベース中に水性成分を含めること、又はその逆は、そのような水性及び油性物質がもともと不混和性であることから、エマルジョンを作製するための乳化剤の使用を含む。水性エマルジョンを含む工業用流体の例としては、金属加工流体及び他の水系流体が挙げられる。水性及び油性成分を乳化させるために、一般的には、界面活性剤が用いられ、エマルジョンが完全に確実に形成されるように、充分な界面活性剤が含められる。理想的には、保存又は使用時に個々の成分が分離しないように、不混和性成分が残留するべきではなく、エマルジョンが安定であるべきである。しかし、使用する界面活性剤が多過ぎる場合、混合後直ちに又は使用時に、乳化混合物が発泡する結果となり得る。これが発生する可能性を低減するために、消泡剤又は発泡防止化合物も工業用流体に含められて、界面活性剤に起因する泡の形成が防止されるか、又は泡の量が低減される。この組み合わせの結果、発泡の傾向が抑えられた安定なエマルジョンが得られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、消泡剤又は過剰の界面活性剤を用いることなく、完全で安定なエマルジョンとして工業用流体を作製することができれば有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第一の態様において、油性成分；水性成分；及び界面活性剤を含む工業用流体を提供することによってこの必要性に対処することを目的とするものであり、ここで、油性成分及び水性成分は、界面活性剤と共にミセルを形成し、ここで、工業用流体は、消泡剤又は発泡防止化合物を含有せず、及びここで、工業用流体は、実質的に泡を含まない。
【０００６】
第二の態様では、本発明は：界面活性剤の水溶液を含む第一の流体を形成すること；油性化合物を含む第二の流体を形成すること；第一の流体と第二の流体とをせん断力下で混合して、中間流体を生成すること；及び第三の流体と中間流体とを層流下で混合して、工業用流体を作製すること、を含む、工業用流体を形成する方法を提供する。
【０００７】
第三の態様では、本発明は、このプロセスを用いて作製された工業用流体を提供する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明について、以降、例示的実施形態を参照して、例としてのみ記載する。本発明の実施形態は、工業用流体が油性成分及び水性成分を含み得る手法を取る。鉱油及び基油ストックなどの油性成分は、水性成分中に分散された界面活性剤が存在する限りにおいて、水などの水性成分で乳化され得る。そのような水性エマルジョンは、潤滑及び金属加工を含む様々な用途に用いられる。これらのエマルジョンは、完全に調製された流体、すなわち、使用前に希釈又は混合の必要がなく、潤滑剤などの工業用流体の完全に調製された混合物であることを示す流体になり得る。別の選択肢として、エマルジョンは、未希釈で、又は水などの希釈剤で希釈されて用いられ得る。別の選択肢として、エマルジョンは、キャリア流体と混合された場合に様々な特性を付与するための添加剤として用いられ得る。キャリア流体は、上記の工業用流体がこれらの流体に対する添加剤となるよう、エマルジョンを含む潤滑流体、エネルギー散逸流体（energy dissipating）、又はエネルギー生成流体（energy generating fluids）から選択されることができる。この工業用流体は、過剰の界面活性剤に起因する発泡を相殺するための不溶性の消泡剤又は発泡防止化合物を実質的に含まない。精密に制御されたミセル構造を形成することにより、界面活性剤がミセル構造内で結合され、工業用流体中には、未結合の界面活性剤は実質的に存在しない。このことは、この工業用流体が他のキャリア流体のエマルジョンに対する添加剤として用いられる場合にも当てはまる。加えて、この工業用流体は、発泡挙動をまったく増大させることがなく、及び／又はキャリア流体のいかなる発泡をも低減する傾向を有し得る。
【０００９】
ミセルは、コロイド中に分散された界面活性剤分子の集合体であり、ここで、第一の物質の粒子が第二の物質中に懸濁して、二相系を形成している。溶液中とは異なり、第一の物質が第二の物質中で不溶性又は不混和性であるため、エマルジョンとなる。水溶液中では、ミセルは、界面活性剤分子の疎水性テールが内側に向き、界面活性剤分子の親水性ヘッドが外側に向いた集合体を形成する。これは、順ミセルを形成し、水中油型混合物をもたらす。逆ミセルは、反対の構造を有し、この場合、界面活性剤分子の親水性ヘッドが内側に向き、疎水性テールが外側に向いている。これは、油中水型混合物をもたらす。界面活性剤分子の充填挙動は、ミセルのコア周囲の界面活性剤分子の一枚の層をもたらし、それは、表面エネルギーの考えに従って、一般的には球状体を形成する。
【００１０】
界面活性剤のさらなる層が、ミセルの外側の周囲に充填されてもよい。これは、混合物にさらなる界面活性剤が添加された場合に当てはまる。例えば、油性成分にせん断力が適用された場合、これは、油性成分の伸長を引き起こす。この伸長は、分子を平坦化し、層状構造とする傾向にあり、これは、いずれの界面活性剤も誘引されるのに利用可能である表面積を増加させる。水中の界面活性剤の分散体の分子周囲の層流と合わせて、界面活性剤の充填率は、≦１／３から＞１／２に増加する。せん断力が分子から取り除かれると、分子は、表面エネルギーの考えにより、当然、界面活性剤の構造によってミセルの最小表面エネルギーの構成が層状又は円筒形状とならない限りにおいて、球形状ミセルを形成する。例えば、二量体界面活性剤と称される場合もある双性界面活性剤は、２つの疎水性テールを有し、それが、ミセルのコアを伸びた卵形状に変形する。
【００１１】
この時点で、界面活性剤の充填率は減少して球形状ミセルの≦１／３に戻り、したがって、一時的な層状構成の分子に誘引されたいずれの追加の界面活性剤も、ミセル周囲に界面活性剤の追加の層を形成する。しかし、順ミセルの場合、界面活性剤分子の偶数層の配列は、親水性ヘッドがもっとも外側にある層の界面活性剤分子の親水性ヘッドと接触し、疎水性テールが外側に向く状態となることから、奇数層しか形成されない。逆ミセルの場合は、この逆が当てはまる。したがって、いずれの場合においても、ミセルは、１、３、５、７．．．ｎ＝２ｋ＋１の界面活性剤層を有することになる。このことはまた、界面活性剤が複数層としてこれらのミセル内で結合されることから、エマルジョン中には、実質的にいかなる形態の遊離界面活性剤も存在しないという結果にもなる。したがって、流体中には、未結合の界面活性剤は実質的に存在しない。エマルジョンに添加される界面活性剤が多いほど、界面活性剤の層の数が多くなる。例えば、流体は、液体の最終目的に応じて、完全に調製された流体として、又は添加剤流体として用いられてよい。界面活性剤は、少なくとも１つのイオン性界面活性剤、少なくとも１つの非イオン性界面活性剤、又はこれらの混合物を含んでよい。好ましくは、イオン性界面活性剤を用いることが工業用流体の腐食防止挙動に対して影響を与え得ることから、界面活性剤は、非イオン性界面活性剤である。しかし、イオン性界面活性剤が有益であり得る状況も存在する。したがって、界面活性剤層内の主要な界面活性剤成分は、非イオン性界面活性剤でありながら、層内には他のイオン性界面活性剤が存在してもよく、それは、これによって、界面活性剤の性能を調製するという点で様々な利点が得られるからである。本発明に従う工業用流体の実施形態は、未希釈で、希釈されて、又はキャリア流体に対する添加剤として用いられてよい。未希釈で用いられる場合、工業用流体は、製造プロセスから直接取り出されて、未希釈エマルジョンとして用いられてよい。別の選択肢として、ある量の水を用いて工業用流体を希釈し、それによってエマルジョンの粘度を低下させることが望ましい場合もある。潤滑及び金属加工の用途に用いられる工業用流体では、水が希釈剤として用いられる。添加剤流体は、潤滑特性を有する別のエマルジョンなどのキャリア流体に添加されるものである。この状況において、キャリア流体は、ある程度の粘度を有しており、さらには、エマルジョン中で可溶性若しくは不溶性であり得る発泡防止化合物又は消泡剤化合物も含有している可能性がある。工業用流体が添加剤として良好に作用するためには、元のエマルジョンよりも悪化したいかなる発泡挙動も示さないことが重要であり、そうでなければ、キャリア流体と工業用流体との混合物の性能を確保するために、追加の発泡防止化合物又は消泡剤化合物が必要となってしまう。この状況において、本発明の実施形態は非常に有用であり、それは、その含有界面活性剤が、水性成分中にある油性成分のミセル内で結合されているからである。この希釈工程は、２回以上行われてもよく、特定の性能挙動を作り出すために次々と希釈された工業用流体による一連の流体が効果的に形成される。例えば、既知の界面活性剤挙動及び粘度を有する特定用途向け潤滑流体を作製するために、ある量の工業用流体を取り（tale）、それを水を用いて希釈することが望ましい場合がある。この状況において、工業用流体は、粘度の改善及び／又は発泡挙動の低減のために用いられ得る。
【００１２】
工業用流体を作製するために本発明の方法を用いることにより、高粘度の物質を安定なエマルジョンに乳化することも可能となる。既存の技術を用いる場合、４０℃でおよそ１００〜１５０ｃＳｔよりも高い粘度を有する流体を乳化することは困難である。本発明の方法を用いると、４０℃で８０００〜１２０００ｃＳｔの粘度を有する流体を乳化することが可能である。実際の限度は、乳化の様々な成分の温度に依存する。例えば、そのような粘度の乳化には、成分を約９０℃に加熱することが必要であり得る。
【００１３】
界面活性剤の特性を調製することにより、工業用流体に何らかの発泡防止化合物又は消泡化合物を添加する必要がなくなる。発泡防止化合物及び消泡化合物は、消泡すること（工業用流体によって発生されたいずれの泡も相殺すること）がその主要な作用である物質であり、様々な形態のものが入手可能である。潤滑剤又は金属加工流体と共に一般的に用いられる種類の化合物は、ケイ素成分を有する化合物である。これらの化合物はまた、共通して、工業用流体の形成又は工業用流体の希釈に用いられる流体に不溶性であり、一般的には、水に不溶性である。したがって、それらは、工業用流体の使用時の発泡を低減するのに有用であるが、成分自体は、最終エマルジョンにおける不溶性の問題を発生させ得る。上記の記述は、水中油型エマルジョンに基づいているが、逆の油中水型エマルジョンの状況にも同じ考えが当てはまる。いずれの場合においても、油性成分は、単一の成分、一群の成分、又は完全に調製された流体を含んでよい。
【００１４】
したがって、ミセル表面上での界面活性剤の効率的な充填による利点は、界面活性剤の分子層の数に関わらず、流体中の界面活性剤の実質的にすべてがミセル構造内で結合した工業用流体を実現可能であることである。工業用流体におけるミセル構造の使用及びそのいくつかの有益性について、以下でより詳細に記載する。
【００１５】
工業用流体は、一般的には、油性成分、すなわち、本質的に油状、油系、又は油含有である物質を含む。潤滑流体の例を挙げると、これらの油性成分は、潤滑組成物と称され得る。潤滑組成物は、完全に調製された潤滑剤であってよく、又は少なくとも１つが潤滑特性を有する成分のブレンドであってもよい。完全に調製された潤滑剤は、一般的には、潤滑基油ストックをベースとしている。合成油、天然油、又は両者の混合物を含む多くの異なる潤滑基油が公知であり、これらは、精製状態又は未精製状態の両方で用いられてよい（少なくとも１つの精製工程あり又はなし）。天然油としては、その採取源の性質に応じて、パラフィン系、ナフテン系、又は混合パラフィン−ナフテン系の性質の鉱油が挙げられる。合成油としては、炭化水素油（例えばポリブチレン及びポリプロピレンなどのオレフィン）及びポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）が挙げられる。基油ストックのカテゴリーは、すべての潤滑剤基油に対するガイドライン一式を提供している米国石油協会（ＡＰＩ刊行物１５０９）によって定義されている。これらは、表１に示される。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
水素化分解及び水素化処理基油などのグループＩＩ及び／又はグループＩＩＩの基油、さらにはポリアルファオレフィン、アルキル芳香族、及び合成エステルなどの合成油は、公知の基油である。グループＩＩＩの基油ストックは、９０％超の飽和度、１２５超の粘度指数、低い芳香族含有量（３％未満）、及び少なくとも１１８のアニリン点を有する高パラフィン系の傾向にある。合成油としては、ポリブチレン、ポリプロピレン、プロピレンイソブチレンコポリマー、及びエチレンアルファオレフィンコポリマーといった重合及び相互重合オレフィンなどの炭化水素油が挙げられる。ＰＡＯ（ポリアルファオレフィン）は、一般的には、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２、Ｃ１４、及びＣ１６オレフィン又はその混合物から誘導される。そのようなＰＡＯは、典型的には、１３５よりも大きい粘度指数を有する。ＰＡＯは、直鎖状α−オレフィン（これ以外には、ＬＡＯとも称される）モノマーの触媒オリゴマー化（低分子量生成物への重合）によって製造することができる。これは、２種類の物質、ＰＡＯ及びＨＶＩ−ＰＡＯ（高粘度指数ＰＡＯ）の存在に繋がり、ＰＡＯは、ＡｌＣｌ３又はＢＦ３などの触媒の存在下で形成され、ＨＶＩ−ＰＡＯは、フリーデル−クラフツ触媒又は還元クロム触媒を用いて形成される。
【００１８】
合成エステルを含むエステルも、特に炭化水素源から誘導されるものが、ＧＴＬ（gas to liquid）物質と同様に、有用な基油ストックを形成する。例えば、モノアルコールと二塩基酸とのエステル、又はモノカルボン酸のポリオールエステルが有用であり得る。そのようなエステルは、一般的には、ＡＳＴＭ  Ｄ５２９３に従って、−３５℃で１００００ｃＳｔ未満の粘度を有するべきである。しかし、適切な潤滑組成物の実際の選択は、工業用流体の最終用途に依存することになる。例えば、いくつかの金属加工用途では、鉱油及び／又はエステルの組み合わせがベースとされ、いくつかの自動車用途では、グループＩＩＩ、ＩＶ、又はＶの油がベースとされる。本発明の実施形態に従う工業用流体は、乳化された成分を有しない合成潤滑剤への添加剤としても用いられ得る。これは、混合アミン及びカルボン酸の塩、並びにエチレン／プロピレンオキシドブロックコポリマーを含む合成潤滑剤製品の成分が、水溶性であるからである。これらの例としては、Ｃａｓｔｒｏｌ  ＬＩｍｉｔｅｄから入手可能であるＳｙｎｔｉｌｏ  ９９１３及びＳｙｎｔｉｌｏ  ８１ＢＦが挙げられる。
【００１９】
工業用流体に用いるためのミセル構造を形成する適切な方法は、せん断力及び層流の下で油性物質及び水性物質を混合して水中油型又は油中水型流体のいずれかを作製するための装置に関する米国特許出願公開第２０１３／０２０１７８５号に記載されている。この方法の基本は、以下の通りであり：界面活性剤の水溶液を含む第一の流体及び油性化合物を含む第二の流体が、せん断力下で混合されて、中間流体が生成される。この中間流体は、コロイドエマルジョンの形態であり、第一又は第二の流体のいずれかよりも大きい粘度を有し、易流動性もしくはゲル状であり得る。この中間流体は、水性エマルジョン中の油性流体のミセル、又は油性エマルジョン中の水性流体のミセルのいずれかを含む。第一の流体及び第二の流体の両方がチャンバーに添加され、そこで、スターラーが用いられ、１２００〜１６００ｒｐｍの回転速度で回転することによって、せん断力下でこれら２つの流体が一緒に混合される。チャンバーの形状及びスターラーのサイズは、チャンバーの壁部周辺の領域に確実に乱流が存在しないように選択される。したがって、油性分子がせん断下にある一方で、界面活性剤の水性懸濁液は、チャンバーのこの領域を周りながら流れることができ、層流を発生させる。層流下の中間流体に第三の流体を添加することも可能であり、例えば、得られる工業用流体の粘度を低下させるために、水性流体の水含有量が増加される。
【００２０】
理論に束縛されるものではないが、上記で述べたように、せん断混合の結果として、界面活性剤の実質的にすべてがミセル構造内で結合された状態となることが現在では理解されている。すなわち、界面活性剤分子の実質的にすべてが、所要に応じて水性又は油性にすることができるミセルのコアの表面全体に少なくとも１つの層を形成するということである。工業用流体中には、未結合の界面活性剤は実質的に存在せず、ここで、未結合の界面活性剤とは、油性／水性又は水性／油性ミセルの一部となることなく、単独で検出可能である工業用流体中の遊離界面活性剤分子として特徴付けられる。実際には、界面活性剤の実質的にすべてがミセル構造内で結合されていることにより、流体が過剰の界面活性剤を公称上含まない結果となる。言い換えると、使用時、流体は、実質的に泡を含まず、好ましくは、使用時、流体は、発泡を起こさない。これはまた、工業用流体が消泡剤又は発泡防止化合物を実質的に含まないという結果にもなり、それは、これらが、油性／水性エマルジョンのいかなる発泡をも相殺するのにもはや必要ではないからである。工業用流体が過剰の界面活性剤を公称上含まなくなるポイントは、エマルジョンの表面張力を測定することによって特定することができる。臨界ミセル濃度に到達し、表面層中にそれ以上の界面活性剤分子が含まれなくなると、エマルジョンの表面張力は、不連続性を示す。これは、当業者に公知である表面張力測定技術によって検出することができる。このポイントを特定するための他の技術としては、ＮＭＲ（核磁気共鳴）技術及び光学散乱技術が挙げられる。これらとしては、MA Jones-Smith et al, Journal of Colloid and Interface Science 310 (2007) 590-598に見出されるものが挙げられる。これらの試験の他に、流体使用時における泡の量の特定だけでなく、単純な撹拌試験によっても、流体が発泡するかどうかが示される。流体が保持されている容器を振動しても、流体が実質的に泡を含まないように、実質的に泡が発生するべきではない。
【００２１】
工業用流体の性能を改善するための他の添加剤又は工業用流体の他の成分は、このポイントで添加されてもよい。工業用流体の１つのカテゴリーには、潤滑流体があり、又はその例示的な形態である金属加工流体がある。これについて、以下でより詳細に考察する。
【００２２】
ある実施形態では、本発明は、上記で述べた方法を用いて工業用流体を作製する方法、及びそのプロセスを用いて作製された工業用流体を提供する。以下の例は、金属加工プロセスに用いられる工業用流体に関連しているが、これに限定されるものではない。
【００２３】
金属加工流体は、破壊的な金属加工プロセス（ミリングなどの小片が生成されるプロセス）又は変形金属加工プロセス（例えばスチール圧延などの小片が生成されないように材料が変形又は成形されるプロセス）で用いられる潤滑剤である。金属加工流体は、それが用いられる対象である特定の種類の金属（スチールなど）用、及びそれが用いられるプロセス（ワイヤ延伸など）用のいずれのためにも調製される。破壊的プロセス（ミリング）に適する一般的な金属加工流体組成は、以下の例示的組成：
１０〜５０重量％の潤滑組成物；
３．０〜８．０重量％の界面活性剤；
５．０〜１０重量％の腐食防止剤；
０〜１．０重量％の黄色金属；
０〜８．０重量％のエステル；及び
残量の水、
によって特徴付けられる
【００２４】
この例では、本発明の実施形態に従う工業用流体は、水以外の上記要素のすべてを含んで、使用時に希釈するための水を必要とするエマルジョンが作製されてよく、又は工業用流体は、最終エマルジョンとして作製されて、未希釈の形態で用いられてもよい。適切な界面活性剤としては、エトキシル化範囲が０〜９モルであるＣ１６−Ｃ１８脂肪アルコールエトキシレート（脂肪アルコールポリグリコールエーテル）；Ｃ１６−Ｃ１８脂肪アルコールエトキシレート及びプロポキシレート；エトキシル化範囲が２〜９モルであるＣ６／Ｃ８／Ｃ１６−１８アルキルポリオキシエチレンエーテルカルボン酸；アルキル鎖Ｃ１８でエトキシル化範囲が２〜５モルであるアルキルエーテルエトキシレートモノリン酸エステル；エトキシル化範囲が６／９モルであるエトキシル化オレイン；並びにＣ１６−Ｃ１８脂肪酸のポリエチレングリコールエステルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記で述べたように、様々な界面活性剤の組み合わせが特に有利であり得る。
【００２５】
適切な腐食防止剤としては、短鎖モノカルボン酸、ジカルボン酸、及びトリカルボン酸のアミン／アルカリ塩、アルコキシル化エステルを含む短鎖酸性リン酸エステル、セミコハク酸ハーフエステル、アミド−カルボン酸塩、脂肪アミド、並びにアミン及びアルカリスルホン酸塩、又はこれらの誘導体が挙げられるが、それに限定されるものではない。黄色金属としては、ベンゾトリアゾール又はその誘導体、及びトルトリアゾール又はその誘導体が挙げられる。適切なエステルとしては、Ｃ８−Ｃ１８脂肪酸のＴＭＰ（トリメチロールプロパン）モノ、ジ、及びトリエステル、主としてオレイル脂肪酸のグリコールエステル、主としてオレイル脂肪酸のメチル若しくはイソプロピルエステル又はトリグリセリド、ナタネ油などの天然トリグリセリド、及び吹込ナタネ油などの改質天然油が挙げられるが、それに限定されるものではない。殺生物剤（典型的にはアミン化合物）も、所要の場合は含まれてよい。これらとしては、オルソ−ホルマールを含むホルムアルデヒド放出剤、ヘキサヒドラトリアジン（hexahydratriazine）及び誘導体、メチレンビスモルホレン（methylene bis morpholene）、オキサゾラジン（oxazoladine）及び誘導体、イソチアゾリノン及び誘導体、並びにヨードプロピルブチルカルバメート殺菌剤が挙げられるが、それに限定されるものではない。
【００２６】
他の潤滑剤系に用いられる他の添加剤、及び上記で挙げた物質の他の適切な例は、当業者に明らかであろう。
【００２７】
本発明において、Ｃｌａｒｉａｎｔ  ＡＧから「ＮａｎｏＣｏｎ」の名称で入手可能である米国特許出願公開第２０１３／０２０１７８５号に開示される方法及び装置が、工業用流体の分野に適用された場合に従来の乳化法と比較して多くの利点を提供することが認識された。これは特に、金属加工に用いられるものなどの水混和性流体の場合に当てはまる。
【実施例】
【００２８】
界面活性剤の実質的にすべてがミセル構造内で結合されていることを確保することが、実際に工業用流体の発泡を低減するかどうかを試験する目的で、市販のサブミクロンエマルジョンであるＮａｎｏＧｅｌ  ＣＣＴ（Ｃｌａｒｉａｎｔ  Ｐｒｏｄｕｋｔｅ（ドイツ）ＧｍｂＨより入手可能）のサンプルを調べた。ＮａｎｏＧｅｌ  ＣＣＴは、カプリル酸／カプリン酸トリグリセリド、水、グリセリン、Ｌａｕｒｅｔｈ−２３、ジココイルエチレンジアミンＰＥＧ−１５硫酸ナトリウム、ラウロイル乳酸ナトリウム、ベへニルアルコール、ステアリン酸グリセリル、及びステアリン酸クエン酸グリセリルを含む。油性成分は、エマルジョン中の界面活性剤の実質的にすべてを占める界面活性剤の３つの表面層を各々が有するミセル内に含まれている。サンプル１は、１０重量％のＮａｎｏＧｅｌ  ＣＣＴ及び９０重量％の水を含んでおり、サンプル２は、５重量％のＮａｎｏＧｅｌ  ＣＣＴ及び９５重量％の水を含んでいた。これらを、１０重量％のＡｌｕｓｏｌ  ４１ＢＦ金属加工潤滑剤（Ｃａｓｔｒｏｌ  Ｌｉｍｉｔｅｄから入手可能）及び９０重量％の水を含むコントロールサンプル１に対して評価した。
【００２９】
サンプル１及びサンプル２の初期検査から、ＮａｎｏＧｅｌ  ＣＣＴを水と混合した際に、発泡が実質的に観察されないことが分かった。次に、これらのサンプルをいくつかの試験に掛け、その工業用流体での使用に対する全体としての適切性を特定した。
【００３０】
タッピングトルク
ＡＳＴＭ  ５６１９−００（２０１１）によるタッピングトルク試験を実施し、サンプル１、サンプル２、及びコントロールサンプル１を比較した。この試験は、アルミニウム合金（ＡｌＺｎＭｇＣｕ０．５）に予めドリル加工した穴にねじ山を形成するのに要するトルクの量を特定するものである。結果は表２の通りであり、コントロールサンプル１の性能を性能指数１００としている。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
分かるように、水に５重量％のＮａｎｏＧｅｌ  ＣＣＴを含めることにより、コントロールサンプルと比較して、トルクが少し減少している。しかし、水に１０重量％を含めると、コントロールサンプルと比較して、トルクが大きく減少している。
【００３３】
腐食防止
サンプル１が腐食を防止する能力も、エマルジョンのｐＨをおよそｐＨ５（僅かに酸性）であると測定した後に調べた。標準的な腐食防止試験（鋳鉄小片をサンプル２に浸漬し、次にＤＩＮ  ５１３６０（パート２）に従って鋳鉄小片によるろ紙上への染みを評価）を実施した。浸漬すると、鋳鉄小片は腐食を開始したが、およそ１５分後、腐食プロセスは非常に遅くなり、一定の腐食防止が得られた。これが、ＮａｎｏＧｅｌ  ＣＣＴ中での化学的（組成物）プロセス又は物理的（ミセル）プロセスであるかどうかを特定するために、ＮａｎｏＧｅｌ  ＣＣＴの構成成分をコントロールサンプル２として混合し、試験を繰り返した。興味深いことに、腐食プロセスは、鋳鉄小片の浸漬の間中通常通りに継続し、このことは、ＮａｎｏＧｅｌ  ＣＣＴのミセル構造が、エマルジョン中で物理的ミセル構造を用いない場合と比較して、改善された腐食防止を付与したことを示唆している。
【００３４】
上記の例は、順ミセルの使用を含み、すなわち、界面活性剤分子の親水性ヘッドが外側に向いた表面層を界面活性剤が形成して、水中油型混合物を形成している（油性成分が水性成分中に乳化している）。しかし、油中水型混合物を形成する（水性成分が油性成分中に乳化している）逆ミセル構造を用いることが望ましい場合もある。
【００３５】
上記で概説したように、工業用流体中にミセル構造を用いる１つのさらなる利点は、精密な範囲のミセルサイズを実現可能であることである。ミセルの平均径の分布は、平均をμ、標準偏差をσとするガウス分布に従う。標準偏差σを０．２μ以下としたときに特に有利である。例えば、０．３μｍの平均ミセル径の場合、平均ミセル径の標準偏差は、０．０６μｍ以下である。平均ミセル径は、ミセルに対して得られた様々な径測定値の平均であり、これは、球形状ミセルの場合、ミセルの直径におよそ等しい（どこで測定が行われたかに関わらず、径の変動はほとんど又はまったくないからである）。好ましくは、平均ミセル径は、≦０．３μｍである。平均ミセル径及び平均ミセル径分布の両方を特定するための適切な測定技術としては、光学測定技術、例えば、Ｂｅｃｋｍａｎ  Ｃｏｕｌｔｅｒレーザー回折ＰＳ分析装置（ＬＳ  １３  ３２０）を用いたレーザー粒子サイズ分析、及びフローサイトメトリー技術が挙げられるが、それに限定されるものではない。平均ミセル径の範囲が狭いことの利点は、工業用流体が表面を完全に覆うことができることにある。平均ミセル径の範囲が広い流体の場合、表面全体の流体の被覆が不定となる。これは、等しい表面積上に異なる体積の流体を有している領域に起因するものである。しかし、平均ミセル径が狭い範囲内である場合、表面被覆ははるかにより効率的及び広範であり、それは、等しい表面積の領域が、およそ等しい体積の流体をその上に有することになるからである。このことは、より均一な摩耗、及び改善された表面／界面保護に繋がる。
【００３６】
様々な基油ストックの粘度指数（ＶＩ）が上記の表１に示されている。しかし、基油ストックの動粘度も、油を乳化して水性エマルジョンを作製することができるかどうかに対して影響を及ぼす。通常、上記で述べた工業用流体での使用に適する油は、４０℃で２０ｃｓｔ以下の動粘度を有する。しかし、これよりも高い動粘度、例えば４０℃で１００ｃｓｔまでの動粘度を有する油が用いられてもよい。
【００３７】
油性及び水性エマルジョンにミセルを用いて潤滑工業用流体を形成することは、多くの用途での利用が見出される。例えば、上記で述べた金属加工流体に加えて、そのような流体は、自動車用途（エンジン又はギアボックス／ドライブトレインの潤滑を含むが、それに限定されるものではない）、工業プロセス（ギア潤滑、切断用途、発電及び機械の潤滑を含むが、それに限定されるものではない）、又は海上若しくは海底プロセス（掘削及び切断ツールの潤滑）に用いられ得る。上記の例は工業用流体の特定のカテゴリーを例証するものであるが、他のカテゴリーが、上記で述べたエマルジョン／コロイド系に基づいていてもよい。工業用流体としては、潤滑流体、エネルギー散逸流体、エネルギー生成流体、又はエネルギー伝達流体、及びこれらの添加剤が挙げられる。エネルギー散逸流体としては、冷却流体（海底及び陸地での用途に用いられる掘削流体及び工業用冷却剤など）を挙げることができ、エネルギー生成流体としては、ガソリン、ディーゼル、及び灯油などの燃料を挙げることができるが、それに限定されるものではない。エネルギー伝達流体としては、油圧流体及び変圧器流体が挙げられる。さらに、工業用流体はまた、これらの流体のいずれに対する添加剤としても、添加剤が自動車用潤滑剤及び燃料に含まれるのと同様に用いることができる。そのような添加剤は、そのような流体の性能、寿命、又は作用を改善する。
【００３８】
工業用流体の様々な実施形態及び他の例は、添付の請求項に基づいて、当業者には明らかであろう。
【国際調査報告】
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