(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化１又は化２で表されるアクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ金属塩、同エステル及び同アミドの少なくとも1種と、アクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ土類金属塩、亜鉛塩及びアルミニウム塩の少なくとも１種との共重合物を含有することを特徴とする水溶性金属塑性加工用潤滑剤。
【化１】
0003774874.tif 000007
【化２】
0003774874.tif 000008
【請求項２】
アクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ金属塩、同エステル及び同アミドの少なくとも1種と、アクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ土類金属塩、亜鉛塩及びアルミニウム塩の少なくとも1種との重合モル比が１：１〜２０：１で、平均分子量が１０００〜１００００００の共重合物である請求項１記載の潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は金属、非鉄金属加工（鍛造・プレス・引き抜き・切削・研削等）時の工具と被加工材との接触部に作用し、工具や金型の摩耗防止、工具への被加工材の焼き付き防止可能な水溶性金属塑性加工用潤滑剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に熱間塑性加工用潤滑剤は、加工時の工具と材料間、材料と金型間の摩擦係数の低減を図り、加工を円滑にならしめる目的から使用されている。これらの潤滑剤は種々知られているが、通常油溶性のものと水溶性のものに大別される。
【０００３】
前者は鉱物油に脂肪酸、動植物油脂、エステル、油溶性ポリマー、極圧添加剤を添加し、必要に応じて黒鉛を分散させたものである。
【０００４】
後者は、水を主体として、脂肪酸（一塩基酸、二塩基酸、又は多塩基酸）のアルカリ金属塩又はアミン塩、芳香族酸のアルカリ金属塩又はアミン塩、水溶性高分子、極圧添加剤を添加したもの、又は必要に応じて無機塩や黒鉛を水中に分散させたものがある。
【０００５】
しかし、近年になって油溶性タイプの潤滑剤は火災の危険性が高く、また作業環境の汚染がひどく、水溶性タイプに移行しつつあるが、熱間加工では、被加工材は７５０〜１２５０℃（合金鋼等）や４５０〜７５０℃（非鉄合金）に加熱されているため、高温域での付着性、潤滑性に優れることが望まれている。
【０００６】
しかし、現在ではまだ満足なものは供給されていない。これらを補うために無機物や黒鉛を水に分散させたものが供給されているが、製品安定性が悪く（分離等）、作業環境汚染や粉塵公害をもたらしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記現状に鑑み、温・熱間加工時の高温域において付着性に優れ、工具・金型と材料間の摩擦係数を低減し、工具・金型の摩耗防止を図り、作業環境改善に大幅に寄与する潤滑剤を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本研究者らは鋭意研究の結果、（１）下記化１又は化２で表されるアクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ金属塩、同エステル及び同アミドの少なくとも１種と、（２）アクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ土類金属塩、亜鉛塩及びアルミニウム塩の少なくとも１種との共重合物を、水に０．１〜５０重量％溶解させて使用することによって、上記課題を解決する優れた熱間塑性加工用潤滑剤が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【化１】
0003774874.tif 000002
【化２】
0003774874.tif 000003
【０００９】
【発明の実施形態】
本発明における共重合物、即ち（１）と（２）との共重合物は、水に任意の割合で溶解し、単独又は他の水溶性ポリマー、脂肪酸塩、極圧剤等と併用しても効果を発揮する。アクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ金属塩のホモポリマーも効果があると提唱されているが、溶解度や添加による増粘作用が大き過ぎ、使用にあたり制約を受け、実使用でも効果は低く、充分ではない。
【００１０】
またアクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ土類金属塩のホモポリマーは、水、油に不溶で、この種金属塑性加工には適用されていない。
【００１１】
またアルカリ土類金属石鹸が効果があることは良く知られたことであるが、水に対する溶解度が極めて低く、高分子化合物や分散剤を用いて、水に分散させて使用したり、粉末状で使用されているのが現状であり、作業環境の悪化、人体への悪影響、製品安定性、マシンへの供給安定性不良等多くの問題を抱えている。
【００１２】
これに対し本発明重合物は、完全水溶性で、このような問題はなく、従来の粉末状や固体潤滑剤にない性質を有している。
【００１３】
カルシウムを例にとると、Ｃａは融点８５０℃，沸点１４４０℃と比較的高温であるため、熱間加工時又は加工時に工具・材料間が加工熱により高温になる場合、固体微粒子として作用したり、溶融状態で作用したりして、金属同志の直接接触を防止し、工具摩耗防止、製品表面疵防止剤として効果的に働くことは充分推定出来る。
【００１４】
本発明重合物はそのような作用点にスムーズに安定供給出来、付着性、潤滑性、作業性にも優れ、粉塵公害もない低公害性という極めて優れた特性を有する。
【００１５】
本発明で使用されるアクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウムであり、好ましいものとしてはナトリウム、カリウムである。
【００１６】
アクリル酸又はメタクリル酸のエステルとしては、ジメチルアミノエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタアクリレート等が挙げられ、好ましいものとして、ジメチルアミノエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレートが挙げられる。
【００１７】
又、アクリル酸又はメタクリル酸のアミドとしては、アクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドを例示出来る。
【００１８】
アクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ土類金属塩のアルカリ土類金属としては、カルシウム、マグネシウム、バリウムであり、好ましいものとしてはカルシウム、マグネシウムであり、それらのジアクリレート又はジメタクリレートが好ましい。又、ジンクジアクリレートやアルミニウムジアクリレートも好ましい。
【００１９】
アクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ金属とアクリル酸又はメタクリル酸のアルカリ土類金属塩との重合モル比は１：１〜２０：１で、好ましくは１：１〜１０：１である。重合モル比でアルカリ土類金属のジアクリレートのモル分率が高くなると、親水性に乏しくなり、また極端に低くなると本目的の性質・性能を充分発揮出来なくなり好ましくない。
【００２０】
本発明で使用される上記重合物は、その製法は何等限定されないが、アクリル酸カリウムとカルシウムジアクリレートとをその代表例として説明すれば、例えば次のような方法で製造される。
【００２１】
即ち、アクリル酸カリウム４モルとカルシウムジアクリレート１モルを水に溶解させ、反応開始剤として過硫酸アンモニウム、過硫酸カリ、亜硫酸ナトリウム等を用い、３０〜１００℃で溶液重合させて得ることが出来る。
【００２２】
上記本発明特定高分子化合物を水中に含有させるべき量は、０．１〜５０重量％であり、０．１％に満たない量では潤滑性に劣り、摩耗防止としての効果はなく、５０％以上加えてもそれ以上の効果は期待されず、経済的に不利益である。
【００２３】
本発明に於いては、公知の添加剤、例えば脂肪酸、アミン、無機塩、極圧剤、防腐剤等を必要に応じ適宜併用出来る。
【００２４】
本発明金属塑性加工用潤滑剤は、広く金属加工の分野に使用され、特に金属加工時の工具と被加工材との接触部に於いて好ましく使用される。更に詳しくは熱間鍛造時における工具・金型摩耗防止、製品表面荒れ防止剤として有効に使用される。
【００２５】
【実施例】
本発明を理解し易くするために具体的な実施例に基づき、更に詳しく説明する。
【００２６】
【実施例１〜８及び比較例１〜３】
表１に示す本発明例１〜８、比較例１〜３の潤滑剤組成物について各種物性を下記の方法で測定した。
【００２７】
【表１】
0003774874.tif 000004
【００２８】
但し表１のＡ〜Ｋは以下のものである。
Ａ：アクリル酸カリウム−カルシウムジアクリレート（４：１モル比）共重合物
（平均分子量＝４５０００）
Ｂ：アクリル酸ナトリウム−カルシウムジアクリレート（２：１モル比）共重合物
（平均分子量＝９５０００）
Ｃ：アクリル酸カリウム−マグネシウムジアクリレート（４：１モル比）共重合物
（平均分子量＝６５０００）
Ｄ：アクリル酸ナトリウム−ジンクジアクリレート（４：１モル比）共重合物
（平均分子量＝７５０００）
Ｅ：アクリル酸カリウム−アルミニウムジアクリレート（１０：１モル比）共重合物  （平均分子量＝１６５０００）
Ｆ：メタクリル酸ナトリウム−ジンクジアクリレート（８：１モル比）共重合物
（平均分子量＝１２５０００）
Ｇ：ジメチルアミノエチルアクリレート−カルシウムジアクリレート（４：１モル比）共重合物（平均分子量＝２３５０００）
Ｈ：アクリルアミド−マグネシウムジアクリレート（６：１モル比）共重合物
（平均分子量＝３７００００）
Ｉ：ポリビニルアルコール
（平均分子量＝１１５０００）
Ｊ：セバシン酸のナトリウム塩
Ｋ：黒鉛  （鱗状黒鉛  平均粒径１０μ）
【００２９】
＜高温付着性試験＞
試  験  片：ＳＳ−４１  （５０×５０×８ｍｍ）
試験片温度：１００〜５００℃
塗布時間  ：３ｓｅｃ
塗布方法  ：エアーインジェクション
試料濃度  ：上記実施例、比較例の組成物を、水に２０％希釈する。
評    価  ：１００，２００，３００，４００，５００℃に加熱した各々の試験片に希釈試料液をエアーインジェクションにて３ｓｅｃ塗布し、そのときの付着量を測定した。その結果を図１に示す。図１から明らかなように本発明品は、各温度における付着量は比較品に比べ多く付着しており、工具や金型の摩耗防止に寄与することが容易に推定出来る。
但し、図１中の記号は以下の通りである。
○：実施例１
●：実施例２
△：実施例３
▲：実施例５
□：比較例１
■：比較例２
【００３０】
＜潤滑性試験（熱間リング圧縮試験＞
ａ．試験方法
ダイスに油剤を塗布し、加熱試験片（リング）を圧縮させた場合の各油の潤滑性（摩擦係数）を測定した。
ｂ．試験条件
ダイス        ：ＳＫＤ−６１  ＨＲｃ＝４５  （１５０℃）
試験片材質形状：ＳＵＳ−３０４，Ｓ−４５Ｃ，２０φ×１０φ×７ｍｍ
試験片加熱温度：１１００℃×２ｍｉｎ
荷重          ：１００Ｋｇ
落下高さ      ：８００ｍｍ
圧縮率        ：４０〜５０％
試料濃度      ：２０％希釈液
試料塗布方法  ：エアーインジェクション  ２ｓｅｃ  塗布
ｃ．試験装置      ：図２
ｄ．結    果
内径変化率、圧縮率より各材質における摩擦係数を測定した結果を表２及び表３に示す。但し、図２中（１）は落下荷重、（２）は各々ダイスを、（３）はリングを示し、ｈは高さ（ｍｍ）を示し、また矢印Ａは荷重が落下する方向を示す。リングの寸法は図３の通りであり、Ｂ＝２０ｍｍ、Ｃ＝１０ｍｍ、Ｄ＝７ｍｍである。
表２の結果からも明らかなように、本発明品は比較品より低い摩擦係数を示し、潤滑性が良いことを表している。
【００３１】
【表２】
0003774874.tif 000005
【００３２】
【表３】
0003774874.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は各種金属塑性加工用潤滑剤の特性を測定した結果を示すグラフである。
【図２】  図２は潤滑性試験時に使用した測定装置の説明図である。
【図３】  図３は上記測定装置において使用したリングの寸法を示す説明図である。
【符号の説明】
１：落下荷重
２：ダイス
３：リング
【図１】
0003774874.tif 000009
【図２】
0003774874.tif 000010
【図３】
0003774874.tif 000011