JP2551448B2

JP2551448B2 - 固体潤滑剤および固体潤滑層を有する金属薄板

Info

Publication number: JP2551448B2
Application number: JP63032528A
Authority: JP
Inventors: 亮介和気; 和哉江連; 輝男吉田; 武史山田; 富雄川内
Original assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Current assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date: 1988-02-15
Filing date: 1988-02-15
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JPH01207397A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、プレス成形用等の固体潤滑剤およびこの固
体潤滑層を有する表面処理金属薄板に関し、薄鋼板、薄
アルミニウム板等に適用してプレス成形時に良好な潤滑
性を与えると共に、プレス前後の耐錆性が優れており、
且つ潤滑膜が水溶性又は水分散性であることから、自動
車、家庭電気製品製造などの化成処理ラインの前処理工
程で完全溶解する性質を備えた固体潤滑剤および固体潤
滑層を有する金属薄板である。

〔従来の技術〕

薄板類、中でも鋼板は深絞りその他プレス成形を行う
に当たって、従来から鉱油を基油とした潤滑油をプレス
直前に塗油する方法が一般的に採用されている。この塗
油工程は、プレス能率向上に対し著しく障害となってお
り、且つ後処理工程での脱脂負荷やプレス工程の作業環
境の劣化や組み立て工程での溶接作業におけるトラブル
の原因の一つとなっている。また最近では高速連続プレ
スの導入に伴い、プレスダイス、ポンチの温度上昇が著
しく、焼付現象が起因となるプレス割れが頻発し、さら
に自動車、家庭電気製品製造のモデルチェンジ競争によ
る小部品化、難成形化へと厳しい方向にすすんでいる。

このような事態に対し、例えば特公昭44−2017号、44
−16774号、58−65793号等の公報にて、潤滑性のよい防
錆性に優れた常温で固形化したワックス状物質（常温で
半固形のものも含む）をあらかじめ鋼板製造者側で鋼板
表面に塗布しておくと、最高の潤滑条件を満足するのみ
ならず、プレス直前の塗付手間がはぶけるため、鋼板製
造者側及びプレス施工者側共に生産性向上、人員削減等
の効果が大であると提唱されているが、これらの技術に
おいては耐錆性やプレス性および脱脂性などが充分に満
足されていない。つまり、最近の省エネや省コストの技
術的指向は急速であり、従来の品質では満足されず、脱
脂性を例にとると脱脂浴の低温化、低濃度下、短時間化
により従来より約３倍の脱脂性の向上が必要になってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者はこの観点より、特願昭61−258160号におい
て鋼板表面に水溶性直鎖型高分子重合体（特にポリエチ
レンオキサイド）と水溶性防錆剤から構成される皮膜を
形成する手法を発明し、優れたプレス成形性、脱脂性を
持つ潤滑鋼板開発に成功した。しかしこの手法では次の
ような問題点があった。

まず第１点は該潤滑鋼板の皮膜が軟かく、鋼板上に皮
膜を塗布し乾燥させる製造ライン等で特定温度の鋼板表
面がロール等に接触すると、皮膜が一部剥離したりロー
ル表面に付着したりする問題を発生し易いことであり、
第２点はポリエチレンオキサイドが吸水性が強いため、
水溶性防錆剤を添加しかつ皮膜表面に防錆油膜層を形成
しても耐錆性が低いことである。

本発明はこれら諸点を改善し、より優れた高潤滑性固
体潤滑剤及び固体潤滑層を有する金属薄板を提供するも
のであり、水溶性又は水分散性皮膜形成成分（以下水溶
性皮膜剤という）、として特にポリエチレングリコール
とカルボン酸基を有する有機高分子化合物を用いること
でプレス成形性、脱脂性を優れたレベルに保ちつつ、前
述の欠点を解消するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨とするところは、水溶性防錆剤0.5〜40w
t％を含有し、残部が水溶性皮膜剤から成る固体潤滑剤
及びこの固体潤滑層の皮膜を片面当り0.5〜5g/m²形成さ
せた金属薄板に於いて、水溶性皮膜剤として分子量が10
00以上のポリエチレングリコールを主体に、分子量1000
以上且つカルボン酸当り分子量が50〜4000である、カル
ボン酸基を有する高分子化合物を使用した特定組成のも
のとしたことであり、その詳細は以下の通りである。

即ち水溶性防錆剤0.5〜40wt％，残部が分子量が1000
以上のポリエチレングリコール（Ａ）と分子量1000以上
且つカルボン酸当り分子量が50〜4000である、カルボン
酸基を有する有機高分子化合物及び／又はその塩（Ｂ）
とからなる水溶性又は水分散性の皮膜形成成分であるこ
とを特徴とする固体潤滑剤剤であり、また水溶性又は水
分散性の皮膜形成成分がポリエチレングリコール（Ａ）
100重量部に対し有機高分子化合物及び／又はその塩
（Ｂ）が0.5〜100重量部とからなり、また有機高分子化
合物が不飽和カルボン酸の重合体及び／又は共重合体で
あり、また共重合体が不飽和カルボン酸とエチレン及び
／又は不飽和カルボン酸エステルとからなり、また不飽
和カルボン酸がアクリル酸及び／又はメタクリル酸であ
り、また共重合体がアクリル酸及び／又はメタクリル酸
とエチレンとの共重合体であり、また塩がアルカリ金属
塩，アンモニウム塩及び有機アミン塩からなる群より選
ばれる少なくとも１種であるものである。

さらに水溶性防錆剤0.5〜40wt％，残部が分子量1000
以上のポリエチレングリコール（Ａ）と分子量1000以上
且つカルボン酸当り分子量が50〜4000である、カルボン
酸基を有する有機高分子化合物および／又はその塩
（Ｂ）からなる水溶性又は水分散性の皮膜形成成分であ
る固体潤滑層を片面当り0.5〜5g/m²とした固体潤滑層を
有する金属薄板であり、また水溶性又は水分散性の皮膜
形成成分がポリエチレングリコール（Ａ）100重量部に
対し有機高分子化合物および／又はその塩（Ｂ）が0.5
〜100重量部とからなり、また有機高分子化合物および
／又はその塩（Ｂ）が不飽和カルボン酸の重合体又及び
／又は共重合体としたものである。

本発明に於いて薄板とは、鋼板としては冷延鋼板,Zn
等のメッキ鋼板，制振鋼板，ラミネート鋼板等の樹脂複
合鋼板、あるいはこれらに化成処理、塗装等を施こした
ものを指し、同様なアルミニウム等非鉄金属の薄板もそ
の範囲に含むものである。

また水溶性防錆剤は、１−ヒドロキシベンゾトリアゾ
ール化合物を主成分とし、脂肪酸ジカルボン酸の１〜２
種を加えpH7〜８の水溶液で必要に応じて界面活性剤を
添加したもの（特公昭59−22793号公報にて開示）や、
他の公知の水溶液防錆剤、例えば亜硫酸ナトリウム、硝
酸ナトリウム、芳香族カルボン酸類、イミダゾール類、
アミノ酸類、界面活性剤等の組み合わせをさすものであ
る。

次に本発明に於いて特定したポリエチレングリコール
を主体とした水溶性皮膜剤の詳細について述べる。

本発明において分子量が1000以上のポリエチレングリ
コール（Ａ）の分子量は通常1000〜40000又はそれ以上
であり、好ましくは2000〜30000である。又（Ａ）は変
性されていても良く、変性としては他のアルキレンオキ
サイド（炭素数３〜４）との共重合（エチレンオキサイ
ドの割合は80重量％以上）及び、末端水酸基のアルキル
（炭素数１〜４）エーテル化、アルキル（炭素数１〜1
2）エステル化等があげられる。

カルボニ酸基を有する有機高分子化合物としては、通
常カルボン酸基を有する重合可能な単量体の（共）重合
体，カルボン酸基を有する重合可能な単量体と他の重合
可能な単量体の共重合体，加水分解または酸化などの変
性によりカルボン酸基を導入した有機高分子化合物等を
用いることができる。（共）重合体の製造方法として
は、通常ラジカル重合，イオン重合，縮合などの方法を
用いることができる。

（Ｂ）の分子量は通常1000〜1000000又はそれ以上であ
り、好ましくは2000〜500000である。又カルボン酸当り
の分子量は通常50〜4000であり、好ましくは60〜2000で
ある。

不飽和カルボン酸としては、不飽和モノカルボン酸た
とえば（メタ）アクリル酸［（メタ）アクリル酸とはア
クリル酸及び／またはメタアクリル酸をいう。以下同様
の記載を用いる］及びクロトン酸；不飽和ポリカルボン
酸たとえばマレイン酸があげられる。好ましくは不飽和
モノカルボン酸であり、とくに好ましいのは（メタ）ア
クリル酸である。

不飽和カルボン酸エステルとしては、不飽和モノカル
ボン酸のアルキル（アルキル基の炭素数は１〜18）エス
テル（上記不飽和モノカルボン酸のメチル，エチル，ブ
チル,2−エチルヘキシル，オクチルエステルなど），不
飽和モノカルボン酸のヒドロキシアルキル（アルキル基
の炭素数は通常２〜４）エステル［ヒドロキシエチル
（メタ）アクリレートなど］などがあげられる。好まし
くは（メタ）アクリル酸の炭素数１〜４のアルキルエス
テルである。

共重合体は、不飽和カルボン酸，エチレン，不飽和カ
ルボン酸エステルの他に他のビニル単量体を有していて
もよく、他のビニル単量体としては、たとえば脂肪族ビ
ニル炭化水素単量体（プロピレン，ブテンなど），芳香
族ビニル炭化水素単量体（スチレン，α−メチルスチレ
ンなど），カルボン酸ビニルエステル（酢酸ビニルな
ど）でどおよびこれらの二種以上があげられる。

共重合体の例としては下記があげられる。

アクリル酸（20）−エチレン（72）−アクリル酸エチル
（８）共重合体アクリル酸（20）−エチレン（80）共重合体アクリル酸（７）−メタ・クリル酸メチル（55）−アク
リル酸ブチル（38）共重合体メタクリル酸（15）−メタクリル酸メチル（40）−アク
リル酸ブチル（30）−スチレン（15）共重合体アクリル酸（60）−メタクリル酸メチル（20）−アクリ
ル酸エチル（20）共重合体（註）上記括弧内の数字は共重合体の重量に基づいた％
を示す。

不飽和モノカルボン酸の（共）重合体の製造は、通常
のラジカル重合法である溶液重合法，非溶液重合法，エ
マルジョン重合法などにより得られる。

アルカリ金属としては、Li,Na,Kなどがあげられる。

有機アミンとしては、アルキル（アルキル基の炭素数
は通常１〜10）アミン（エチルアミン，ブチルアミン，
シクロヘキシルアミンなど），アルカノールアミン（モ
ノ．ジ．トリエタノールアミン，モノイソプロパノール
アミン，ジエタノールシクロヘキシルアミンなど）その
他ジメチルエタノールアミン，モルホリンなどがあげら
れる。

アルカリ金属塩，アンモニウム塩，有機アミン塩のう
ち好ましいのはアルカリ金属塩である。特に好ましいの
はNa,Kである。

本発明に於ける固体潤滑剤の詳細は以下の通りである
が、次に水溶性防錆剤の必要性等についてさらに説明す
る。

本発明ではポリエチレングリコールを主体とした水溶
性皮膜剤を有する固体潤滑剤を金属薄板表面に塗布する
ことを既に説明したが、これら水溶性皮膜剤の成分であ
るポリエチレングリコールは、分子量の低減と共に吸湿
性が増加し、金属薄板表面に塗布した際、吸湿すると当
然の事ながら耐錆性は低下する。そこで水溶性皮膜剤を
水溶解する際に水溶性防錆剤を使用することにより防錆
性を付与することができた。又水溶性防錆剤の添加割合
を水溶性皮膜剤の0.5％〜40％に限定したのは、0.5％未
満では防錆性が低下し、40％を越えると潤滑性が低下す
る難点が生じるためである。

又ポリエチレングリコールの分子量は1000未満ではプ
レス成形性が不十分であるため、通常は1000〜40000又
はそれ以上である。又分子量が増加すると、溶解度，脱
脂性が低下する傾向にあり、好ましくは2000〜30000で
ある。

又（Ｂ）の分子量は1000未満では皮膜密着性が不十分
であるため、通常は1000〜1000000又はそれ以上であ
る。又分子量が増加すると溶解度，脱脂性が低下する傾
向にあり、好ましくは2000〜500000である。

またカルボン酸当りの分子量は、4000をこえると溶解
度，脱脂性が不十分であるため、通常は50〜4000、又50
未満では防錆性が不十分であり60〜2000の間が好まし
い。

固体潤滑剤は常温で固形化しており、金属薄板上に薄
膜形成するには、水に0.5％〜12％濃度（乾燥膜厚によ
って濃度は変わる）溶解し、スプレー法又は溝付きロー
ルによってロールコーターで塗布することができ、塗布
後ただちに100℃以上の熱風で乾燥することが望まし
い。乾燥膜厚は、防錆性の確保やプレス成形性の効果の
確保から0.5g/m²を下限とし、また5.0g/m²を越えると溶
接性、ブロッキング性、スベリ性、脱脂性などを劣化さ
せるのでこれを上限とする。

そして本発明皮膜は薄板両面に皮膜厚を等厚、又は差
厚にて塗布することが出来、さらに薄板片面のみに施こ
し、反対面は皮膜を形成しない無処理としても良い。

又本発明に於いては、その目的用途に応じて最表面に
通常使用される防錆油膜層を形成しても良く、特に高度
な耐錆性を要求される場合には有効である。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について説明する。

〔実施例.1〕第１表No.1〜No.10に示す、ポリエチレングリコール
を主体とした水溶性皮膜剤を固形分として５〜15wt％，
又水溶性防錆剤（前記特公昭59−22793号にて開示され
たもの）を0.5〜10wt％含有し、残部が水から成るpH4〜
８の水溶液を厚さ1.2mmの低炭素冷延鋼板両面にロール
コーターを用いて塗布後、誘導加熱法、又は熱風循環式
加熱炉を用いて乾燥し、片面当り1.5〜2g/m²の固体潤滑
皮膜を形成した。そして引き続き通常の鉱物油系防錆油
を鋼板両面に片面当り１〜1.5g/m²塗油し、次に示す
（Ａ）〜（Ｅ）の評価テストを実施した。

（Ａ）プレス成形性（実験室評価）この鋼板からブランク径250mm x25mmの試片を切り出
し、シワ押え圧5t/cm²で100mmの角筒絞りで25mmの深さ
に絞り、ワレ発生の有無を調査後、ワレ無のものについ
てシワ押え圧10t/cm²に上昇させて、90mm深さまで絞っ
た。評価は絞り深さ（mm）とコーナー部ネッキング状態
とダイス接触面の表面疵を目視観察することで行った。

なおプレス油は全く塗油しない条件でテストした。

（Ｂ）プレス成形性（オイルパンプレス成形性）この鋼板の一部は、実際の車のエンジン部品であるオ
イルパンへ加工するテストを行った。オイルパンとして
は、小型車（1500cc）及び大型車（3000cc）用２種類を
選択し実施した。評価は（Ａ）項と同様に実施し、総合
評価として◎、○、△、×の４段階で表示した。

（Ｃ）耐錆性鋼板から70×150mmの試片を切り出し、温度50℃、相
対湿度95％の環境中に７日間放置した後、表面の発錆状
況を目視で評価した。評価基準は◎：全く発錆無、○：
面積率として0.1％以下の発錆、△：面積率として0.1〜
１％の発錆、×：面積率として１％以上の発錆の４段階
とした。

（Ｄ）脱脂、化成処理性（Ｃ）項と同様のサンプルを市販の脱脂剤を用いて表
面脱脂を行ったのち表面活性化処理を行い、市販の浸漬
型化成処理皮膜を形成させ、表面の化成処理皮膜の状況
を目視で評価した。評価は厚さ1.2mmの低炭素冷延鋼板
に実施例１に示した防錆油を塗布した鋼板を基準の◎と
し、◎、○、△、×の４段階で実施した。

（Ｅ）皮膜密着性テスト鋼板から300×500mmの試片を切り出し、この試片を通
常の５段式ロールレベラーに通した。その後鋼板表面の
皮膜状態を目視で次の４段階に評価した。◎：皮膜剥離
皆無、○：皮膜剥離微少、△：皮膜剥離５〜20％（全表
面に対する面積率）、×：皮膜剥離20％以上〔実施例.2〕実施例１において、被処理鋼板を板厚0.6mmの低炭素
冷延鋼板２枚の間にポリイソブチレン系樹脂をはさんで
制振鋼板とし、その他の項目は実施例.1と同じとする。

ただし使用した樹脂は実施例.1のNo.9、10のみとし、
又評価試験は実施例１の（Ｂ）項のみとした。

〔実施例.3〕実施例１に於いて、固体潤滑皮膜を鋼板の片側面のみ
とし、その他の項目は実施例.1と同じとする。

ただし使用した樹脂は実施例.1のNo.9.No.10のみとし
た。さらに評価試験は実施例１の（Ｂ）項のみとし、又
この際固体潤滑皮膜形成面はプレス加工時のダイス側
（しわ押え側）とした。

〔従来例.1〕分子量20000のポリエチレングリコールを固形分とし
て10wt％水溶性防錆剤を3wt％含有し、残部が水から成
るpH7〜９の水溶液を、実施例.1と同一の鋼板両面に、
同一方法にて、同一量塗布して固体潤滑皮膜を形成し
た。引き続き、実施例１と同一の防錆油を同様に塗油し
た。

〔従来例.2〕実施例１と同一の冷延鋼板を用いて、（１）無処理、
（２）防錆油のみを実施例.1と同様に両面に塗油、
（３）ミルボンド（日本油脂株式会社製）、（４）ルブ
コート（日本工作油株式会社製）の４種を作製し評価し
た。なお試片（３）、（４）は薬剤製造メーカーの標準
仕様通りに作製し、実施例１の（Ａ）項のみ評価した。
試片（１）、（２）は実施例１の（Ａ）〜（Ｄ）項全て
について評価した。

以上本発明実施例および比較例の評価試験結果を第２
表に示す。本発明実施例は全ての項目に於いて優れた特
性を示し、又プレス成形の条件によっては、固体循環皮
膜を鋼板片側面のみに形成した方が有利な場合もあるこ
とが判る。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明による固体潤滑剤は、金属薄
板に対して優れた高潤滑性、防錆性ならびに水溶性を発
揮し、またこれら固体潤滑層を有する金属薄板は、プレ
ス，オイルパン等の成形性に優れるとともに、耐錆性，
脱脂・化成処理性、皮膜密着性にも優れており、加工に
際しては事前処理などの手数を省き得るとともに、加工
品の小部品化、難成形品にも対応でき、生産性の向上を
図り得るものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｍ 145:14）Ｃ１０Ｎ 30:06 30:12 40:24 50:02 (72)発明者山田武史京都府京都市東山区一橋野本町11番地の１三洋化成工業株式会社内 (72)発明者川内富雄京都府京都市東山区一橋野本町11番地の１三洋化成工業株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水溶性防錆剤0.5〜40wt％，残部が分子量
が1000以上のポリエチレングリコール（Ａ）と分子量が
1000以上且つカルボン酸当り分子量が50〜4000である、
カルボン酸基を有する有機高分子化合物及び／又はその
塩（Ｂ）とからなる水溶性又は水分散性の皮膜形成成分
であることを特徴とする固体潤滑剤。
【請求項２】水溶性又は水分散性の皮膜形成成分がポリ
エチレングリコール（Ａ）100重量部に対し有機高分子
化合物及び／又はその塩（Ｂ）が0.5〜100重量部とから
なる請求項１記載の固体潤滑剤。
【請求項３】有機高分子化合物が不飽和カルボン酸の重
合体及び／又は共重合体である請求項１又は２記載の固
体潤滑剤。
【請求項４】共重合体が不飽和カルボン酸とエチレン及
び／又は不飽和カルボン酸エステルとからなる請求項３
記載の固体潤滑剤。
【請求項５】不飽和カルボン酸がアクリル酸及び／又は
メタクリル酸である請求項３又は４記載の固体潤滑剤。
【請求項６】共重合体がアクリル酸及び／又はメタクリ
ル酸とエチレンとの共重合体である請求項３又は４記載
の固体潤滑剤。
【請求項７】塩がアルカリ金属塩、アンモニウム塩及び
有機アミン塩からなる群より選ばれる少なくとも１種で
ある請求項１ないし６のいずれかに記載の固体潤滑剤。
【請求項８】水溶性防錆剤0.5〜40wt％，残部が分子量1
000以上のポリエチレングリコール（Ａ）と分子量1000
以上且つカルボン酸当り分子量が50〜4000である、カル
ボン酸基を有する有機高分子化合物および／又はその塩
（Ｂ）とからなる水溶性又は水分散性の皮膜形成成分で
ある固体潤滑層を片面当り0.5〜5g/m²とした固体潤滑層
を有する金属薄板。
【請求項９】水溶性又は水分散性の皮膜形成成分がポリ
エチレングリコール（Ａ）100重量部に対し有機高分子
化合物および／又はその塩（Ｂ）が0.5〜100重量部とか
らなる請求項８記載の固体潤滑層を有する金属薄板。
【請求項１０】有機高分子化合物および／又はその塩
（Ｂ）が不飽和カルボン酸の重合体及び／又は共重合体
である請求項８又は９記載の固体潤滑層を有する金属薄
板。