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DE112008002081T5 - Zusammensetzung für Metallbearbeitungsfluid aus einem isomerisierten Basisöl mit besserem Luftabscheideverhalten und ihre Herstellung - Google Patents

Zusammensetzung für Metallbearbeitungsfluid aus einem isomerisierten Basisöl mit besserem Luftabscheideverhalten und ihre Herstellung Download PDF

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DE112008002081T5
DE112008002081T5 DE112008002081T DE112008002081T DE112008002081T5 DE 112008002081 T5 DE112008002081 T5 DE 112008002081T5 DE 112008002081 T DE112008002081 T DE 112008002081T DE 112008002081 T DE112008002081 T DE 112008002081T DE 112008002081 T5 DE112008002081 T5 DE 112008002081T5
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DE112008002081T
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English (en)
Inventor
Alan G. Albany Hee
Alex Hercules Munoz
Katrina Richmond Pass
Emerson Manteca Castro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chevron USA Inc
Original Assignee
Chevron USA Inc
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Publication date
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Abstract

Metallbearbeitungsfluid, umfassend:
ein Schmiermittelbasisöl mit fortlaufender Zahl von Kohlenstoffatomen und weniger als 10 Gewichtsprozent naphthenischem Kohlenstoff gemäß n-d-M; und
0,10 bis 10 Gewichtsprozent von mindestens einem Additiv, ausgewählt aus der Gruppe Metallbearbeitungsfluid-Additivpackung; Metalldesaktivatoren; Korrosionsschutzmittel; Mikrobizide; Antikorrosionsmittel; Extremdruckmittel; Reibungshemmer; Rostschutzmittel; polymere Substanzen; Brandschutzmittel; Bakterizide; Antiseptika; Antioxidantien; Chelatbildner wie Edetinsäuresalze und dergleichen; pH-Wert-Regulatoren; Verschleißhemmer; und Gemische davon,
wobei das Metallbearbeitungsfluid weniger als 0,6 min Luftabscheidung nach ASTM D 3427-03 bei 50°C und weniger als 50 ml Sequenz II Schaumneigung nach ASTM D 892-03 aufweist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft allgemein Zusammensetzungen für die Metallbearbeitung, die ein besseres Antinebelverhalten, eine geringe Neigung zur Schaumbildung sowie ein hervorragendes Luftabscheideverhalten aufweisen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei gewerbliche Metallschneideverfahren wie dem Schneiden von Siliciumwafern in der Halbleiterindustrie werden Arbeits- bzw. Metallbearbeitungsfluide zur Unterstützung und Verbesserung der Schneidvorgänge eingesetzt. Metallbearbeitungsfluide gibt es als Schneidöle, Walzöle, Ziehöle, Pressöle, Schmiedeöle, Schleifbearbeitungsöle für Aluminiumscheiben, Schleiföle für Siliciumwafer und Kühlmittel. Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, die ein rasches Fluidaufbringen und eine rasche Rezirkulation erfordern, wird gelegentlich Schaum und Luft mitgerissen, was zu unerwünschten Ergebnissen führt. Die Schaumbildung ist ungewünscht, als sie die Kühlung an der Kontaktzone zwischen Werkstück und Werkzeug oder zwischen Chip und Werkzeug beeinträchtigt und Probleme beim Transport des Behälters und der Kontrolle aufwirft. Es wurden verschiedene Verfahren oder Strategien vorgeschlagen, mit denen die Schaumbildung eliminiert oder gemindert werden kann, wie unter Anderem die Zugabe von ein oder mehreren Antischaummitteln bei der Herstellung des Produkts oder wenn das Fluid in Gebrauch ist. Die Verwendung ein oder mehrerer gewisser Antischaummittel wie Schauminhibitoren auf Siliciumbasis führt aber zu Rückständen auf den bearbeiteten Teilen und erschwert die nachfolgende Lackierung der Teile. Einige Antischaummittel verschlechtern zudem das Luftabscheideverhalten des Metallbearbeitungsfluids.
  • Das Luftabscheideverhalten eines Fluids kann auch wichtig für die Arbeitsleistung sein, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsverfahren. In einigen Fällen kann die Verwendung eines Fluids mit einem schlechten Luftabscheideverhalten zu Problemen wegen der mitgerissenen Luft und der Hohlraumbildung bei den Werkteilen führen.
  • Neben der Schaumbildung und Luftabscheidung ist ein weiteres allgemeines Anwendungsproblem, das beim Einsatz von Metallbearbeitungsfluiden auftritt, die Bildung eines Nebels oder Dunsts. Während des Schneidvorgangs wird eine geringe Menge Schneidöl als mikrogroße Tröpfchen in die umgebende Luft geschleudert, was man als Nebel bezeichnet. Arbeiter in der Nähe sind dem Nebel ausgesetzt und es kann ein Teil des Nebels in deren Lungen gelangen, sofern sie keine Atemschutzvorrichtung tragen. Im Stand der Technik sind Metallschneidefluide zwar essentiell für die Bearbeitung, jedoch werden sie derzeit immer stärker untersucht, da die Arbeiter möglicherweise Gefahrstoffen ausgesetzt sind.
  • Im Stand der Technik wird mit verschiedenen Additiven versucht, die Bildung von Nebel herabzusetzen, wobei unter Anderem geringe Mengen von mindestens einer der folgenden Substanzen eingesetzt werden: Polyisobuten, Poly-n-buten und deren Gemische mit einem viskositätsgemittelten Molekulargewicht von 0,3 bis 10 Millionen. Ramsan-Gummi, hydrophobe und hydrophile Monomere, Styrol oder hydrophobe Kohlenwasserstoff-substituierte Styrolmonomere und hydrophile Monomere gehören unter Anderem zu den Additiven, die zur Verminderung der Nebelbildung vorgeschlagen werden. Einige Metallschneidefluide im Stand der Technik führen wegen der verschiedenen Additive bei der Entsorgung zu Umweltproblemen. Es besteht allgemein ein Bedarf für sichere und umweltfreundlichere Metallbearbeitungsfluid.
  • Die jüngsten Reformierungsverfahren haben eine neue Ölklasse hervorgebracht, beispielsweise Fischer-Tropsch-Basisöl (FTBO), wobei das Öl, die Fraktion oder die Beschickung aus einer Stufe des Fischer-Tropsch-Verfahrens ist oder dort produziert wird. Die Beschickung für ein Fischer-Tropsch-Verfahren kann aus einer Vielzahl von Kohlenwasserstoffquellen stammen, beispielsweise aus Biomasse, Naturgas, Kohle, Schieferöl, Rohöl, Gemeindeabfällen, Derivaten von diesen und Kombinationen davon. Ein im Fischer-Tropsch-Verfahren gewonnenes Rohprodukt kann zu Produkten raffiniert werden wie Dieselöl, Naphtha, Wachs und andere Flüssigpetroleum- oder Spezialprodukte. Die Patentveröffentlichungen und -Anmeldungen US 2006/0289337, US2006/0201851, US2006/0016721, US2006/-0016724, US2006/0076267, US2006/020185, US2006/013210, US2005/0241990, US2005/0077208, US2005/0139513, US2005/0139514, US2005/0133409, US2005/-0133407, US2005/0261147, US2005/0261146, US2005/0261145, US2004/0159582, US7018525, US7083713, US SN11/400570, 11/535165 und 11/613936 werden hiermit eingeführt. Sie offenbaren ein isomerisiertes Basisöl aus einem Verfahren, in dem die Beschickung eine wachshaltige Beschickung aus einer Fischer-Tropsch-Synthese ist. Das Verfahren umfasst eine vollständige oder partielle Entwachsung durch Hydroisomerisierung mit einem bifunktionellen Katalysator bzw. einem Katalysator, der Paraffine selektiv isomerisieren kann. Die Entwachsung durch Hydroisomerisierung erfolgt durch Zusammenbringen der wachshaltigen Beschickung mit einem Hydroisomerisierungskatalysator in einer Isomerisierungszone unter Hydroisomerisierungsbedingungen.
  • Es besteht Bedarf an einem besseren Metallbearbeitungsfluid mit geringer Neigung zur Nebel- und Schaumbildung sowie hervorragendem Luftabscheideverhalten gegenüber Zusammensetzungen des Standes der Technik. Es besteht zudem ein Bedarf an einem umweltfreundlichen Metallbearbeitungsfluid.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einer Ausführungsform wird ein Metallbearbeitungsfluid bereitgestellt, umfassend ein Schmiermittelbasisöl mit fortlaufender Zahl von Kohlenstoffatomen und weniger als 10 Gewichtsprozent naphthenischem Kohlenstoff gemäß n-d-M; und 0,10 bis 10 Gewichtsprozent von mindestens einem Additiv, ausgewählt aus der Gruppe Metallbearbeitungsfluid-Additivpackungen; Metalldesaktivatoren; Korrosionsschutzmittel; Mikrobizide; Antikorrosionsmittel; Extremdruckmittel; Reibungshemmer; Rostschutzmittel; polymere Substanzen; Brandschutzmittel; Bakterizide; Antiseptika; Antioxidantien; Chelatbildner wie Edetinsäuresalze, und dergleichen; pH-Wert-Regulatoren; Verschleißhemmer; und deren Gemische; und wobei das Metallbearbeitungsfluid weniger als 0,6 min Luftabscheidung nach ASTM D 3427-03 bei 50°C besitzt und weniger als 50 ml Sequenz II-Schaumbildungsneigung nach ASTM D 892-03.
  • Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Schaumbildungs- und des Luftabscheideverhaltens eines Metallbearbeitungsfluids, wobei das Verfahren umfasst: Mischen einer Zusammensetzung, die ein Schmiermittelbasisöl mit fortlaufender Zahl von Kohlenstoffatomen und weniger als 10 Gewichtsprozent naphthenischen Kohlenstoff gemäß n-d-M umfasst; und 0,10 bis 10 Gewichtsprozent von mindestens einem Additiv, ausgewählt aus der Gruppe Metallbearbeitungsfluid-Additivpackungen; Metalldesaktivatoren; Korrosionsschutzmittel; Mikrobizide; Antikorrosionsmittel; Extremdruckmittel; Reibungshemmer; Rostschutzmittel; polymere Substanzen; Brandschutzmittel: Bakterizide; Antiseptika; Antioxidantien; Chelatbildner wie Edetinsäuresalze; und dergleichen; pH-Wert-Regulatoren; Verschleißhemmer; und deren Gemische.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 bis 3 Kurven der Nebelbildungsraten in den Beispiele 7 bis 13 in einem Aerosol-Nebelbildungstest.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG
  • Folgende Ausdrücke werden in der Beschreibung verwendet und haben, wenn nicht anders angegeben, die folgenden Bedeutungen.
  • Der Begriff ”Metallbearbeitungsfluid”, wie er hier verwendet wird, kann austauschbar verwendet werden mit den Begriffen ”Metallbearbeitungs-Zusammensetzung”, ”Metallentfernungsfluid”, ”Schneidefluid”, Verarbeitungsfluid”, und steht für eine Zusammensetzung, die bei industriellen Metallschneide-, Metallformungs-, Metallschleifvorgängen oder in der Halbleiterindustrie verwendet werden kann, wobei die Form des fertigen Gegenstandes, beispielsweise Silicium-Wafer oder Maschinenteil, mit oder ohne allmähliche Entfernung von Metall oder Silicium erhalten werden kann. Metallbearbeitungsfluide werden neben anderen Funktionen zum Kühlen und Schmieren verwendet.
  • ”Aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren stammend” bedeutet, dass das Produkt, die Fraktion oder die Beschickung aus einer Stufe des Fischer-Tropsch-Verfahrens stammt oder dort hergestellt wird. Wie hier verwendet, kann ”Fischer-Tropsch-Basisöl” austauschbar verwendet werden mit ”FT Basisöl”, ”FTBO”, ”GTL Basisöl” (GTL: gas-to-liquid), oder ”aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren stammendes Basisöl”.
  • Wie hier verwendet steht ”isomerisiertes Basisöl für ein Basisöl, das durch Isomerisation einer wachsartigen Beschickung erhalten wird.
  • Wie hier verwendet umfasst eine ”wachsartige Beschickung” mindestens 40 Gewichtsprozent n-Paraffine. Bei einer Ausführungsform umfasst die wachsartige Beschickung mehr als 50 Gewichtsprozent n-Paraffine. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die wachsartige Beschickung mehr als 75 Gewichtsprozent n-Paraffine. Bei einer Ausführungsform enthält die wachsartige Beschickung auch sehr niedrige Mengen Stickstoff und Schwefel, beispielsweise weniger als insgesamt 25 ppm Stickstoff und Schwefel zusammen, oder in anderen Ausführungsformen weniger als 20 ppm. Beispiele für wachsartige Beschickungen umfassen Paraffingatsche, entölte Paraffingatsche, raffinierte Nachlauföle, Wachs-Schmiermittel raffinate, n-Paraffin-Wachse, NAO-Wachse, Wachse, hergestellt in Chemiefabrikverfahren, Wachse, die von entöltem Petroleum hergeleitet sind, mikrokristalline Wachse, Fischer-Tropsch-Wachse, und Gemische davon. In einer Ausführungsform haben die wachsartigen Beschickungen einen Gießpunkt größer 50°C. In einer anderen Ausführungsform ist er größer 60°C.
  • ”Kinematische Viskosität” ist eine Messung des Strömungswiderstandes eines Fluids unter Schwerkraft in mm2/s, bestimmt durch ASTM D445-06.
  • ”Viskositätsindex” (VI) ist eine empirische, einheitslose Zahl, die die Auswirkung der Temperaturänderung auf die kinematische Viskosität des Öls angibt. Je höher der VI eines Öls ist, desto niedriger ist sein Bestreben, die Viskosität mit der Temperatur zu ändern. Der Viskositätsindex wird gemäß ASTM D 2270-04 gemessen.
  • Der Simulator für die apparente Kaltstartviskosität (CCS VIS) ist eine Messung in Millipascalsekunden, mPa·s, womit die viskosimetrischen Eigenschaften von Schmiermittelbasisölen unter niedriger Temperatur und hoher Scherung gemessen werden. CCS VIS wird mittels ASTM D 5293-04 bestimmt.
  • Die Siedebereichsverteilung von Basisöl in Gewichtsprozent wird durch simulierte Destillation (SIMDIS) gemäß ASTM D 6352-04, "Boiling Range Distribution of Petroleum Distillates in Boiling Range from 174 to 700°C by Gas Chromatography" bestimmt.
  • ”Noack-Flüchtigkeit” ist definiert als diejenige Masse Öl, ausgedrückt in Gewichtsprozent, die verloren geht, wenn das Öl bei 250°C mit einem dadurch strömenden konstanten Luftstrom für 60 min erwärmt wird, was gemäß ASTM D5800-05, Verfahren B gemessen wird.
  • Mit der Brookfieldt-Viskosität wird die interne Fluidreibung eines Schmiermittels bei Kaltstartbetrieb bestimmt, die mittels ASTM D 2983-04 gemessen werden kann.
  • ”Gießpunkt” ist eine Temperaturmessung, bei der eine Basisöl-Probe unter bestimmten sorgfältig gesteuerten Bedingungen zu fließen beginnt, was gemäß ASTM D 5950-02 bestimmt werden kann.
  • ”Selbstentzündungstemperatur” ist diejenige Temperatur, bei der sich ein Fluid spontan bei Kontakt mit Luft selbst entzündet, was gemäß ASTM 659-78 bestimmt werden kann.
  • ”Ln” steht für den natürlichen Logarithmus zur Basis ”e.”
  • ”Traktionskoeffizient” ist ein Indikator für intrinsische Schmiermitteleigenschaften, ausgedrückt als das dimensionslose Verhältnis der Reibungskraft F und der Normalkraft N, wobei die Reibung die mechanische Kraft ist, die sich einer Bewegung widersetzt, oder eine Bewegung zwischen gleitenden oder rollenden Oberflächen behindert. Der Traktionskoeffizient lässt sich mit einem MTM Traktions-Messsystem von PCS Instruments, Ltd. messen, das mit einer polierten Kugel mit 19 mm Durchmesser (SAE AISI 52100 Stahl) konfiguriert ist, die bei 220 angewinkelt ist, zu einer polierten flachen Scheibe mit 46 mm Durchmesser (SAE AISI 52100 Stahl) messen. Stahlkugel und Scheibe werden unabhängig mit 3 m/s mittlerer Rollgeschwindigkeit, 40% Gleit-Rollverhältnis und 20 Newton Last gemessen. Das Rollverhältnis ist definiert als die Differenz der Gleitgeschwindigkeit zwischen Kugel und Scheibe, dividiert durch die mittlere Geschwindigkeit von Kugel und Scheibe, d. h. Rollverhältnis = (Geschw.1 – Geschw.2)/((Geschw.1 + Geschw.2) – /2).
  • ”Fortlaufende Anzahlen Kohlenstoffatome”, wie es hier verwendet wird, bedeutet, dass das Basisöl Kohlenwasserstoff-Moleküle enthält, deren Anzahl Kohlenstoffatome über einen Bereich verteilt ist, der auch jede Zahl von Kohlenstoffatom-Anzahlen zwischen den angegebenen Grenzen aufweist. Das Basisöl kann beispielsweise Kohlenwasserstoff-Moleküle im Bereich von C22 bis C36 oder C30 bis C60 mit jeder Anzahl Kohlenstoffatome dazwischen aufweisen. Die Kohlenwasserstoff-Moleküle des Basisöls unterscheiden sich voneinander durch die fortlaufenden Anzahlen Kohlenstoffatome, da die wachsartige Beschickung ebenfalls fortlaufende Anzahlen Kohlenstoffatome aufweist. In der Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoff-Synthesereaktion ist die Quelle für Kohlenstoffatome beispielsweise CO, und die Kohlenwasserstoff-Moleküle werden jeweils ein Kohlenstoffatom nach dem anderen aufgebaut. Von Rohöl hergeleitete wachsartige Beschickungen haben fortlaufende Anzahlen Kohlenstoffatome. Im Gegensatz zu einem Öl auf Polyalphaolefin (”PAO”)-Basis, haben die Moleküle eines isomerisierten Basisöls eine linearere Struktur und umfassen ein relativ langes Gerüst mit kurzen Verzweigungen. Die klassische Lehrbuchbeschreibung eines PAO ist ein sternenförmiges Molekül, und insbesondere Tridecan ist als drei Decanmoleküle dargestellt, die an einem Zentralpunkt miteinander verbunden sind. Ein sternenförmiges Molekül ist zwar theoretisch, aber trotzdem haben die PAO-Moleküle weniger und längere Verzweigungen als die Kohlenwasserstoff-Moleküle, die das hier offenbarte Basisöl ausmachen.
  • ”Moleküle mit Cycloparaffin-Funktionalität” steht für jedes Molekül, das eine monocyclische oder kondensierte multizyklische gesättigte Kohlenwasserstoff-Gruppe ist oder als einen oder mehrere Substituenten enthält.
  • ”Moleküle mit Monocycloparaffin-Funktionalität” steht für jedes Molekül, das eine monocyclische gesättigte Kohlenwasserstoff-Gruppe mit 3 bis 7 Ring-Kohlenstoffatomen ist oder für ein Molekül, das mit einer einzelnen monocyclischen gesättigten Kohlenwasserstoff-Gruppe mit 3 bis 7 Ring-Kohlenstoffatomen substituiert ist.
  • ”Moleküle mit Multicycloparaffin-Funktionalität” steht für jedes Molekül, das eine kondensierte multicyclische gesättigte Kohlenwasserstoff-Ringgruppe mit zwei oder mehreren kondensierten Ringen ist, jedes Molekül, das mit einem oder mehreren kondensierten multicyclischen gesättigten Kohlenwasserstoff-Ringgruppen von zwei oder mehreren kondensierten Ringen kondensiert ist, oder jedes Molekül, das mit mehr als einer monocyklischen gesättigten Kohlenwasserstoff-Gruppe mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen substituiert ist.
  • Moleküle mit Cycloparaffin-Funktionalität, Moleküle mit Monocycloparaffin-Funktionalität und Moleküle mit Multicycloparaffin-Funktionalität sind beschrieben als Gewichtsprozent und werden bestimmt durch eine Kombination von Feldionisations-Massenspektroskopie (FIMS), HPLC-UV für Aromaten, und Protonen-NMR für Olefine, was weiter vollständig hier beschrieben ist.
  • Oxidator BN misst die Reaktion eines Schmieröls in einer simulierten Anwendung. Hohe Werte oder lange Zeiten zur Adsorption von einem Liter Sauerstoff zeigen eine gute Stabilität. Oxidator BN kann gemessen werden mit einer Sauerstoffabsorptionsvorrichtung nach Dornte (R. W. Dornte "Oxidation of White Oils," Industrial und Engineering Chemistry, Vol. 28, Seite 26, 1936), unter 1 Atmosphäre reinem Sauerstoff bei 340°F, die Zeit zur Absorption von 1000 ml O2 durch 100 g Öl ist beschrieben. In dem Oxidator BN-Test wird 0,8 ml Katalysator pro 100 g Öl verwendet. Der Katalysator ist ein Gemisch aus löslichen Metallnaphthenaten, das die Durchschnittsmetallanalyse von gebrauchtem Motorgehäuseöl simuliert. Die Additiv-Packung ist 80 mMol Zinkbispolypropylenphenyldithiophosphat pro 100 g Öl.
  • Molekulare Charakterisierungen lassen sich durchführen mit Verfahren des Standes der Technik, einschließlich Feldionisations-Massen-Spektroskopie (FIMS) und n-d-M Analyse (ASTM D 3238-95 (2005 erneut zugelassen)). In FIMS wird das Basisöl charakterisiert als Alkane und Moleküle mit unterschiedlichen Zahlen Ungesättigtheiten. Die Moleküle mit verschiedenen Anzahlen Ungesättigtheiten umfassen beispielsweise Cycloparaffine, Olefine und Aromaten. Sind Aromaten in signifikanter Menge zugegen, lassen sie sich als 4-Ungesättigtheiten identifizieren. Sind Olefine in signifikanten Mengen zugegen, lassen sie sich als 1-Ungesättigtheiten identifizieren. Die Summe von 1-Ungesättigtheiten, 2-Ungesättigtheiten, 3-Ungesät tigtheiten, 4-Ungesättigtheiten, 5-Ungesättigtheiten und 6-Ungesättigtheiten aus der FIMS-Analyse abzüglich der Gewichtsprozent Olefine gemäß Protonen-NMR und abzüglich der Gewichtsprozent Aromaten gemäß HPLC-UV ergibt die Gesamt-Gewichtsprozent der Moleküle mit Cycloparaffin-Funktionalität. Wurde der Aromatengehalt nicht gemessen, war er wahrscheinlich kleiner als 0,1 Gewichtsprozent und wurde nicht in die Berechnung auf die Gesamt-Gewichtsprozent der Moleküle mit Cycloparaffin-Funktionalität aufgenommen. Die Gesamt-Gewichtsprozent der Moleküle mit Cycloparaffin-Funktionalität ist die Summe der Gewichtsprozent an Molekülen mit Monocycloparaffin-Funktionalität und der Gewichtsprozent der Moleküle mit Multicycloparaffin-Funktionalität.
  • Die Molekulargewichte werden gemäß ASTM D2503-92 (2002 erneut zugelassen) bestimmt. Das Verfahren verwendet die thermoelektrische Messung des Dampfdrucks (VPO). Bei unzureichendem Probenvolumen lässt sich ein alternatives Verfahren von ASTM D2502-04 verwenden; und wenn dieses verwendet wurde, ist dies angegeben.
  • Die Dichte wird gemäß ASTM D4052-96 (2002 erneut zugelassen) bestimmt. Die Probe wird in ein oszillierendes Probenrohr eingelassen, und die Änderung der Oszillationsfrequenz, die durch die Veränderung der Masse des Rohrs verursacht wird, wird zusammen mit den Kalibrierungsdaten zur Bestimmung der Dichte der Probe verwendet.
  • Die Gewichtsprozent Olefine können bestimmt werden durch Protonen-NMR gemäß den hier angegebenen Schritten. In den meisten Tests sind die Olefine herkömmliche Olefine, d. h. ein verteiltes Gemisch aus solchen Olefin-Typen, bei denen Wasserstoffatome an die Kohlenstoffatome der Doppelbindung gebunden sind, wie: alpha-Vinyliden, cis, trans, und tri-substituiert, mit einem nachweisbaren Allyl- zu Olefin-Integral-Verhältnis zwischen 1 und 2,5. Steigt dieses Verhältnis über 3, zeigt es einen höheren Prozentsatz an vorhandenen tri- oder tetra-substituierten Olefinen an, so dass andere Annahmen auf dem Gebiet der Analyse vorgenommen werden können, um die Anzahl der Doppelbindungen in der Probe zu berechnen. Die Schritte sind wie folgt: A) Herstellen einer Lösung von 5–10% Test-Kohlenwasserstoff in Deuterochloroform. B) Aufnehmen eines normalen Protonenspektrums von mindestens 12 ppm Spektralbreite und genaues Verzeichnen der Achse der chemischen Verschiebung (ppm), wobei das Gerät einen so großen gain range besitzt, dass ein Signal erhalten wird, ohne dass der Empfänger/ADC überlastet wird, beispielsweise wenn ein 30°-Impuls angelegt wird, hat das Gerät einen dynamischen Mindest-Signaldigitalisierungsbereich von 65000. In einer Ausführungsform hat das Gerät einen dynamischen Bereich von mindestens 260000. C) Messen der Integralintensi täten zwischen: 6,0–4,5 ppm (Olefin); 2,2–1,9 ppm (Allyl); und 1,9–0,5 ppm (gesättigt). D) Verwenden des Molekulargewichts der Testsubstanz, bestimmt gemäß ASTM D 2503-92 (2002 erneut zugelassen), Berechnen: 1. der mittleren Molekülformel der gesättigten Kohlenwasserstoffe; 2. der mittleren Molekülformel der Olefine; 3. der Gesamt-Integralintensität (= Summe sämtlicher Integralintensitäten); 4. der Integralintensität je Proben-Wasserstoff (= Gesamtintegral/Anzahl der Wasserstoffatome in der Formel); 5. der Anzahl der Olefin-Wasserstoffatome (= Olefinintegral/Integral je Wasserstoff); 6. der Anzahl der Doppelbindungen (= Olefin-Wasserstoff × Wasserstoffe in der Olefin-Formel/2); und 7. der Gewichtsprozent Olefine durch Protonen-NMR = 100 × Anzahl der Doppelbindungen × Anzahl der Wasserstoffatome in einem üblichen Olefin-Molekül, dividiert durch die Anzahl der Wasserstoffatome in einem üblichen Testsubstanzmolekül. In diesem Test arbeiten die Gewichtsprozent Olefine gemäß Protonen-NMR Berechnungsverfahren D besonders gut, wenn das Ergebnis der % Olefine niedrig ist, d. h. kleiner als 15 Gewichtsprozent.
  • Die Gewichtsprozent Aromaten in einer Ausführungsform kann durch HPLC-UV gemessen werden. In einer Ausführungsform wird der Test durchgeführt mit einem Hewlett Packard 1050 Series Quaternary Gradient-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie(HPLC)-System, gekoppelt mit einem HP 1050 Dioden-Array UV-Vis Detektor, der an eine HP Chem-Station angeschlossen ist. Die Identifikation der einzelnen Aromatenklassen in dem hochgesättigten Basisöl kann auf der Basis des UV-Spektralmusters und der Elutionszeit vorgenommen werden. Die Aminosäule, die für diese Analyse verwendet wird, unterscheidet aromatische Moleküle vorwiegend auf der Basis ihrer Ringzahl (oder Doppelbindungs-Zahl). Somit eluieren die Moleküle mit einem Einzelring-Aromaten zuerst, gefolgt von den polycyclischen Aromaten, und zwar in der Reihenfolge der steigenden Anzahl Doppelbindungen pro Molekül. Für Aromaten mit ähnlichem Doppelbindungs-Charakter eluieren solche, die nur eine Alkylsubstitution am Ring aufweisen, früher als solche mit einer naphthenischen Substitution. Eine eindeutige Identifikation der verschiedenen aromatischen Basisöl-Kohlenwasserstoffe aus ihren UV-Absorptionsspektren kann bewerkstelligt werden, wobei man erkennt, dass ihre maximalen Elektronenübergänge alle nach Rot verschoben sind, im Vergleich zu den reinen Modell-Verbindungs-Analoga, und zwar in einem Ausmaß, das von der Menge der Alkyl- oder Naphthen-Substitution am Ringsystem abhängt. Die Quantifizierung der eluierenden aromatischen Verbindungen kann durch Integrieren von Chromatogrammen vorgenommen werden, die aus Wellenlängen erstellt werden, die für jede generelle Klasse von Verbindungen über das geeignete Retentionszeitfenster für diesen Aromaten optimiert werden. Die Grenzen des Retentionszeitfenster für jede Aromatenklasse kann bestimmt werden, indem die einzelnen Absorptionsspektren der eluierenden Verbindungen zu verschiedenen Zeiten manuell bewertet werden und sie auf der Basis ihrer qualitativen Ähnlichkeit zu Modellverbindungs-Absorptionsspektren der geeigneten Aromatenklasse zugeordnet werden.
  • HPLC-UV Kalibrierung. In einer Ausführungsform kann HPLC-UV zur Identifikation von Klassen von aromatischen Verbindungen sogar bei sehr niedrigen Mengen verwendet werden, beispielsweise absorbieren Multiring-Aromaten gewöhnlich 10 bis 200 mal stärker als Einzelring-Aromaten. Die Alkylsubstitution beeinträchtigt die Absorption um 20%. Die Integrationsgrenzen für die gemeinsam eluierenden 1-Ring und 2-Ring Aromaten bei 272 nm können durch das Perpendicular Drop-Verfahren erstellt werden. Wellenlängenabhängige Reaktionsfaktoren für jede allgemeine Aromatenklasse können zuerst bestimmt werden durch Erstellen von Plots nach dem Beer'schen Gesetz aus reinen Modell-Verbindungs-Gemischen, auf der Basis der nächsten Spektral-Peak-Absorptionen zu den substituierten Aromaten-Analoga. Gewichtsprozent-Konzentrationen von Aromaten können berechnet werden, indem man annimmt, dass das mittlere Molekulargewicht für jede Aromatenklasse ungefähr gleich dem mittleren Molekulargewicht für die ganze Ölprobe ist.
  • NMR-Analyse. In einer Ausführungsform können die Gewichtsprozente sämtlicher Moleküle mit mindestens einer aromatischen Funktion in dem gereinigten monoaromatischen Standard durch Langzeit-Kohlenstoff-13 NMR-Analyse bestätigt werden. Die NMR-Ergebnisse können aus den % aromatischem Kohlenstoff zu den % aromatischen Molekülen (die mit HPLC-UV und D 2007 übereinstimmen müssen) hergeleitet werden, und zwar vor dem Hintergrund, dass 95–99% der Aromaten in hochgesättigten Basisölen Einzelringaromaten sind. In einem weiteren Test zur genauen Messung niedriger Mengen sämtlicher Moleküle mit mindestens einer Aromatenfunktion durch NMR kann das Standard D 5292-99 (2004 erneut zugelassene)-Verfahren derart modifiziert werden, dass eine Kohlenstoff-Mindestempfindlichkeit von 500:1 (gemäß ASTM Standardpraxis E 386) mit einem 15-Std. dauernden Lauf auf einem 400–500 MHz NMR mit einer 10–12 mm Nalorac-Sonde erhalten wird. Acorn PC Integrations-Software kann zur Definition der Form der Basislinie und einheitlichen Integration verwendet werden.
  • Das Ausmaß der Verzweigung betrifft die Anzahl von Alkylverzweigungen in Kohlenwasserstoffen. Die Verzweigung und die Verzweigungsposition kann mittels Kohlenstoff-13 (13C) NMR gemäß dem folgenden Neunstufenverfahren bestimmt werden: 1) Identifizieren der CH-Verzweigungszentren und CH3 Verzweigungsterminationspunkte mit der DEPT Impuls-Sequenz (Doddrell, D. T.; D. T. Pegg; M. R. Bendall, Journal of Magnetic Resonance 1982, 48, 323ff). 2) Verifizieren des Fehlens von Kohlenstoffatomen, die mehrfache Verzweigungen initialisieren (quaternäre Kohlenstoffatome), mit der APT Impulssequenz (Patt, S. L.; J. N. Shoolery, Journal of Magnetic Resonance 1982, 46, 535ff.). 3) Zuordnen der verschiedenen Verzweigungs-Kohlenstoff-Resonanzen zu spezifischen Verzweigungspositionen und Längen mittels tabellarisierter und berechneter Werte des Standes der Technik (Lindeman, L. P., Journal of Qualitative Analytical Chemistry 43, 1971 1245ff; Netzel, D. A., et al., Fuel, 60, 1981, 307ff). 4) Schätzen der relativen Verzweigungsdichte an verschiedenen Kohlenstoffpositionen durch Vergleich der integrierten Intensität des spezifischen Kohlenstoffs der Methyl-/Alkyl-Gruppe mit der Intensität eines einzelnen Kohlenstoffatoms (gleich des/der Gesamtintegrals/Anzahl der Kohlenstoffatome pro Molekül in dem Gemisch). Für die 2-Methyl-Verzweigung wo sowohl das terminale als auch das Verzweigungs-Methyl an der gleichen Resonanzposition vorkommen, wird die Intensität durch 2 dividiert, bevor die Verzweigungsdichte abgeschätzt wird. Wird die 4-Methyl-Verzweigungsfraktion berechnet und tabellarisiert, wird ihr Beitrag zu den 4 + Methylen subtrahiert, so dass eine doppelte Zählung umgangen wird, 5) Berechnen der mittleren Kohlenstoffzahl. Die mittlere Kohlenstoffzahl wird bestimmt durch Dividieren des Molekulargewichts der Probe durch 14 (dem Formelgewicht von CH2). 6) Die Anzahl der Verzweigungen pro Molekül ist die Summe der in Schritt 4 ermittelten Summe der Verzweigungen. 7) Die Anzahl der Alkylverzweigungen pro 100 Kohlenstoffatome wird berechnet aus der Anzahl der Verzweigungen pro Molekül (Schritt 6) × 100/mittlere Kohlenstoffzahl. 8) Abschätzen der Verzweigungszahl (BI) durch 1H NMR Analyse, welche veranschaulicht wird als Prozentsatz des Methyl-Wasserstoffs (Bereich der chemischen Verschiebung 0,6–1,05 ppm) vom Gesamt-Wasserstoff, wie es durch NMR in der flüssigen Kohlenwasserstoff-Zusammensetzung abgeschätzt wird. 9) Abschätzen der Verzweigungs-Nachbarschaft (BP) durch 13C NMR, welches veranschaulicht wird als Prozentsatz wiederkehrender Methylen-Kohlenstoffatome – die sich 4 oder mehr Kohlenstoffatome von der Endgruppe oder einer Verzweigung entfernt befinden (veranschaulicht durch ein NMR-Signal bei 29,9 ppm) von den Gesamt-Kohlenstoffatomen, wie es durch NMR in der flüssigen Kohlenwasserstoff-Zusammensetzung bestimmt wird. Die Messungen können mit jedwedem Fourier-Transformations-NMR-Spektrometer erfolgen, das beispielsweise einen Magnet mit 7,0 T oder mehr aufweist. Nach der Verifikation durch Massen-Spektrometrie-, UV- oder einer NMR-Untersuchung, dass aromatische Kohlenstoffatome fehlen, kann die Spektralbreite für die 13C NMR Studien auf den Bereich des gesättigten Kohlenstoffs, 0–80 ppm vs. TMS (Tetramethylsilan) eingeschränkt werden. Lösungen von 25–50 Gewichtsprozent in Chloroform-d1 werden durch 30°-Impulse angeregt, gefolgt von einer 1,3 Sekunden (sec.) dauernden Aufnahmezeit. Zur Minimierung nicht-einheitlicher Intensitätsdaten wird die Breitband-Protonen-Umkehrgat ter-Entkopplung während einer 6 sec. Verzögerung vor dem Anregungsimpuls und während der Aufnahme verwendet. Die Proben werden mit 0,03 bis 0,05 M Cr(acac)3 (tris(acetylacetonato)-chrom(III)) als Entspannungsmittel dotiert, so dass auf jeden Fall vollständige Intensitäten beobachtet werden. Die DEPT- und APT-Sequenzen können nach Beschreibungen in der Literatur mit geringfügigen Abwandlungen durchgeführt werden, die in den Varian- oder Bruker-Handbüchern beschrieben sind. DEPT ist Distortionless Enhancement by Polarization Transfer (Verformungslose Steigerung durch Polarisationstransfer). Die DEPT 45-Sequenz ergibt ein Signal sämtlicher Kohlenstoffatome, die an Protonen gebunden sind. DEPT 90 zeigt nur CH-Kohlenstoffatome. DEPT 135 zeigt CH und CH3 aufsteigend und CH2 180° phasenverschoben (absteigend). APT ist der Test auf gebundene Protonen, der im Stand der Technik bekannt ist. Dieser ermöglicht, dass man sämtliche Kohlenstoffatome sehen kann, jedoch bei aufsteigendem CH und CH3 sind quaternäre Kohlenstoffatome und CH2 absteigend. Die Verzweigungseigenschaften der Probe können durch 13C NMR bestimmt werden, wenn man in den Berechnungen annimmt, dass die ganze Probe isoparaffinisch ist. Der Gehalt an Ungesättigtheiten kann durch Feldionisationsmassenspektroskopie (FIMS) gemessen werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Metallbearbeitungsfluid eine Anzahl an Komponenten, beispielsweise wahlfreie Komponenten in einer Basisöl-Matrix.
  • Basisöl-Matrixkomponente: In einer Ausführungsform umfasst das Basisöl oder die Gemische davon, die die Matrix bilden, mindestes ein isomerisiertes Basisöl, wobei das Produkt selbst, seine Fraktion oder Beschickung aus einer Stufe durch Isomerisation einer wachsartigen Beschickung aus einem Fischer-Tropsch-Verfahren (”aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren stammende Basisöle”) stammt oder in dieser produziert wird. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Basisöl mindestens ein isomerisiertes Basisöl, das aus einer im Wesentlichen paraffinischen Wachsbeschickung (”wachsartigen Beschickung”) hergestellt wird. In einer dritten Ausführungsform besteht das Basisöl im Wesentlichen aus mindestens einem isomerisierten Basisöl.
  • Aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren stammende Basisöle sind in einer Reihe von Patentveröffentlichungen offenbart, wie beispielsweise U.S. Pat. Nr. 6080301 , 6090989 und 6165949 , und US Patentveröffentlichung Nr. US2004/0079678A1 , US20050133409 , US20060289337 . Das Fischer-Tropsch-Verfahren ist eine katalysierte chemische Reaktion, in der Kohlenmonoxid und Wasserstoff in flüssige Kohlenwasserstoffe verschiedener Formen umgewandelt werden, einschließlich eines leichten Produktes und eines wachsartigen Reaktionsproduktes, die jeweils im Wesentlichen paraffinisch sind.
  • In einer Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl aufeinanderfolgende Anzahlen von Kohlenstoffatomen und weniger als 10 Gewichtsprozent naphthenischen Kohlenstoff gemäß n-d-M. In einer weiteren Ausführungsform hat das aus einer wachsartigen Beschickung hergestellte isomerisierte Basisöl eine kinematische Viskosität bei 100°C zwischen 1,5 und 3,5 mm2/s.
  • In einer Ausführungsform wird das isomerisierte Basisöl durch ein Verfahren hergestellt, bei dem die Hydroisomerisierungsentwachsung bei solchen Bedingungen durchgeführt wird, dass ein Basisöl folgendes aufweist: a) Gewichtsprozent sämtlicher Moleküle mit mindestens einer aromatischen Funktionalität kleiner 0,30; b) Gewichtsprozent sämtlicher Moleküle mit mindestens einer Cycloparaffinfunktionalität größer 10; c) ein Verhältnis der Gewichtsprozent an Molekülen mit Monocycloparaffin-Funktionalität zu den Gewichtsprozent der Moleküle mit Multicycloparaffin-Funktionalität größer 20 und d) einen Viskositätsindex größer 28 × Ln (kinematische Viskosität bei 100°C.) + 80.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das isomerisierte Basisöl aus einem Verfahren hergestellt, in dem das stark paraffinische Wachs mit einem formselektiven Molekularsieb mit mittlerer Porengröße, der eine Edelmetallhydrierungskomponente aufweist, und unter Bedingungen von 600–750°F (315–399°C) hydroisomerisiert wird. In dem Verfahren werden die Hydroisomerisierungsbedingungen derart kontrolliert, dass in der Wachsbeschickung die Umwandlung der Verbindungen, die über 700°F (371°C) sieden, zu Verbindungen, die unter 700°F (371°C) sieden, zwischen 10 Gewichtsprozent und 50 Gewichtsprozent gehalten wird. Ein erhaltenes isomerisiertes Basisöl hat zwischen 1,0 und 3,5 mm2/s kinematische Viskosität bei 100°C und weniger als 50 Gewichtsprozent Noack-Flüchtigkeit. Das Basisöl umfasst mehr als 3 Gewichtsprozent Moleküle mit Cycloparaffinfunktionalität und weniger als 0,30 Gewichtsprozent Aromaten.
  • In einer Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl eine Noack-Flüchtigkeit, die niedriger ist als der Betrag, der sich aus folgender Gleichung ergibt: 1000 × (kinematische Viskosität bei 100°C)–2,7. In einer weiteren Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl eine Noack-Flüchtigkeit, die niedriger ist als der Betrag, der sich aus folgender Gleichung ergibt: 900 × (kinematische Viskosität bei 100°C1)–2,8. In einer dritten Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl eine kinematische Viskosität bei 100°C von > 1,808 mm2/s und a Noack-Flüchtigkeit, die niedriger ist als der Betrag, der sich aus folgender Gleichung ergibt: 1,286 + 20 (kv100)–1,5 + 551,8 e–kv100 wobei kv100 die kinematische Viskosität bei 100°C ist. In einer vierten Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl weniger als 4,0 mm2/s kinematische Viskosität bei 100°C, und zwischen 0 und 100 Gewichtsprozent Noack-Flüchtigkeit. In einer fünften Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl zwischen 1,5 und 4,0 mm2/s kinematische Viskosität und eine Noack-Flüchtigkeit, die kleiner ist als die Noack Flüchtigkeit, die durch die folgende Gleichung berechnet wird: 160 – 40(kinematische Viskosität bei 100°C).
  • In einer Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl eine kinematische Viskosität bei 100°C im Bereich von 2,4 und 3,8 mm2/s und eine Noack-Flüchtigkeit, die kleiner ist als der Betrag, der durch folgende Gleichung definiert wird: 900 × (kinematische Viskosität bei 100°C.)–2,8 – 15). Für kinematische Viskositäten im Bereich von 2,4 und 3,8 mm2/s liefert die Gleichung: 900 × (Kinematische Viskosität bei 100°C)–2,8 – 15) eine niedrigere Noack-Flüchtigkeit als die Gleichung: 160–40 (kinematische Viskosität bei 100°C.)
  • In einer Ausführungsform wird das isomerisierte Basisöl aus einem Verfahren hergestellt, in dem das hochparaffine Wachs unter solchen Bedingungen hydroisomerisiert wird, dass das Basisöl eine kinematische Viskosität bei 100°C von 3,6 bis 4,2 mm2/s, einen Viskositätsindex größer 130, weniger als 12 Gewichtsprozent Noack-Flüchtigkeit, und einen Gießpunkt kleiner –9°C hat.
  • In einer Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl eine Selbstentzündungstemperatur (AIT), die größer ist als die AIT, die durch die folgende Gleichung definiert ist: AIT in °C = 1,6 × (kinematische Viskosität bei 40°C, in mm2/s) + 300. In einer zweiten Ausführungsform hat das Basisöl eine AIT größer 329°C und einen Viskositätsindex größer 28 × Ln (kinematische Viskosität bei 100°C, in mm2/s) + 100.
  • In einer Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl einen relativ niedrigen Traktionskoeffizient, sein Traktionskoeffizient ist spezifisch kleiner als diejenige Menge, die durch die folgende Gleichung berechnet wird: Traktionskoeffizient = 0,009 × Ln (kinematische Viskosität in mm2/s) – 0,001, wobei die kinematische Viskosität in der Gleichung die kinematische Viskosität während der Traktionskoeffizient-Messung ist und die zwischen 2 und 50 mm2/s liegt. In einer Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl einen Traktionskoeffizient kleiner 0,023 (oder kleiner 0,021) wenn er bei einer kinematischen Viskosität von 15 mm2/s und einem Gleit-Roll-Verhältnis von 40% gemessen wird. In einer weiteren Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl einen Traktionskoeffizient kleiner 0,017, wenn es bei einer kinematischen Viskosität von 15 mm2/s und einem Gleit-Roll-Verhältnis von 40% gemessen wird. In einer weiteren Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl einen Viskositätsindex größer 150 und einen Traktionskoeffizient kleiner 0,015, wenn es bei einer kinematischen Viskosität von 15 mm2/s und einem Gleit-Roll-Verhältnis von 40% gemessen wird.
  • In einigen Ausführungsformen zeigt das isomerisierte Basisöl mit niedrigen Traktionskoeffizienten auch eine höhere kinematische Viskosität und höhere Siedepunkte. In einer Ausführungsform hat das Basisöl einen Traktionskoeffizient kleiner 0,015, und einen 50 Gewichtsprozent-Siedepunkt größer 565°C (1050°F). In einer weiteren Ausführungsform hat das Basisöl einen Traktionskoeffizient kleiner 0,011 und einen 50 Gewichtsprozent-Siedepunkt gemäß ASTM D 6352-04 größer 582°C (1080°F).
  • In einigen Ausführungsformen zeigt das isomerisierte Basisöl mit niedrigen Traktionskoeffizienten auch einzigartige Verzweigungseigenschaften gemäß NMR, wie einen Verzweigungsindex kleiner gleich 23,4, eine Verzweigungsnachbarschaft größer gleich 22,0, und einen Freier-Kohlenstoffindex zwischen 9 und 30. In einer Ausführungsform hat das Basisöl mindestens 4 Gewichtsprozent naphthenischen Kohlenstoff, in einer weiteren Ausführungsform mindestens 5 Gewichtsprozent naphthenischen Kohlenstoff gemäß n-d-M Analyse nach ASTM D 3238-95 (2005 erneut zugelassen).
  • In einer Ausführungsform wird das isomerisierte Basisöl in einem Verfahren hergestellt, wobei das Zwischenölisomerat paraffinische Kohlenwasserstoff-Komponenten umfasst, und wobei das Ausmaß der Verzweigung kleiner als 7 Alkylverzweigungen pro 100 Kohlenstoffatome ist und wobei das Basisöl paraffinische Kohlenwasserstoff-Komponenten umfasst, bei denen das Ausmaß der Verzweigung kleiner als 8 Alkylverzweigungen pro 100 Kohlenstoffatome ist und weniger als 20 Gewichtsprozent an der 2-Position vorliegen. In einer Ausführungsform hat das FT Basisöl einen Gießpunkt kleiner –8°C; mindestens 3,2 mm2/s kinematische Viskosität bei 100°C; und einen Viskositätsindex, der größer ist als der Viskositätsindex, der durch die folgende Gleichung berechnet wird: –22 × Ln (kinematische Viskosität bei 100°C.) + 132.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Basisöl mehr als 10 Gewichtsprozent und weniger als 70 Gewichtsprozent Gesamtmoleküle mit Cycloparaffin-Funktionalität und ein Verhältnis der Gewichtsprozent Moleküle mit Monocycloparaffin-Funktionalität zu den Gewichtsprozent der Moleküle mit Multicycloparaffin-Funktionalität größer 15.
  • In einer Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl ein mittleres Molekulargewicht zwischen 600 und 1100, und einen durchschnittlichen Grad an Verzweigung in den Molekülen zwischen 6,5 und 10 Alkylverzweigungen pro 100 Kohlenstoffatome. In einer weiteren Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl eine kinematische Viskosität zwischen etwa 8 und etwa 25 mm2/s und einen durchschnittlichen Grad an Verzweigung in den Molekülen zwischen 6,5 und 10 Alkylverzweigungen pro 100 Kohlenstoffatome.
  • In einer Ausführungsform wird das isomerisierte Basisöl aus einem Verfahren erhalten, in dem das hochparaffine Wachs bei einem Wasserstoff-Beschickungs-Verhältnis von 712,4 bis 3562 Liter H2/Liter Öl hydroisomerisiert wird, damit das Basisöl eine Gesamt-Gewichtsprozent von Molekülen mit Cycloparaffin-Funktionalität größer 10, und ein Verhältnis der Gewichtsprozent Moleküle mit Monocycloparaffin-Funktionalität zu den Gewichtsprozent Molekülen mit Multicycloparaffin-Funktionalität größer 15 erhält. In einer weiteren Ausführungsform hat das Basisöl einen Viskositätsindex, der größer ist als der Betrag, der durch die folgende Gleichung definiert ist: 28 × Ln (kinematische Viskosität bei 100°C.) + 95. In einer dritten Ausführungsform umfasst das Basisöl weniger als 0,30 Gewichtsprozent Aromaten; mehr als 10 Gewichtsprozent Moleküle mit Cycloparaffin-Funktionalität; ein Verhältnis der Gewichtsprozent Moleküle mit Monocycloparaffin-Funktionalität zu den Gewichtsprozent Molekülen mit Multicycloparaffin-Funktionalität größer 20; und einen Viskositätsindex größer 28 × Ln (kinematische Viskosität bei 100°C) + 110. In einer vierten Ausführungsform hat das Basisöl zudem eine kinematische Viskosität bei 100°C größer 6 mm2/s. In einer fünften Ausführungsform hat das Basisöl weniger als 0,05 Gewichtsprozent Aromaten und einen Viskositätsindex größer 28 × Ln (kinematische Viskosität bei 100°C) + 95. In einer sechsten Ausführungsform hat das Basisöl weniger als 0,30 Gewichtsprozent Aromaten, Gewichtsprozent Moleküle mit einer Cycloparaffin-Funktionalität größer als die kinematische Viskosität bei 100°C, in mm2/s, multipliziert mit 3, und ein Verhältnis der Moleküle mit Monocycloparaffin-Funktionalität zu Molekülen mit Multicycloparaffin-Funktionalität größer 15.
  • In einer Ausführungsform enthält das isomerisierte Basisöl zwischen 2 und 10% naphthenischen Kohlenstoff, gemessen gemäß n-d-M. In einer Ausführungsform hat das Basisöl 1,5–3,0 mm2/s kinematische Viskosität bei 100°C und 2–3% naphthenischen Kohlenstoff. In einer weiteren Ausführungsform 1,8–3,5 mm2/s kinematische Viskosität bei 100°C und 2,5–4% naphthenischen Kohlenstoff. In einer dritten Ausführungsform 3–6 mm2/s kinematische Viskosität bei 100°C und 2,7–5% naphthenischen Kohlenstoff. In einer vierten Ausführungsform 10–30 mm2/s kinematische Viskosität von bei 100°C und mehr als 5,2% naphthenischen Kohlenstoff.
  • In einer Ausführungsform hat das isomerisierte Basisöl ein mittleres Molekulargewicht größer 475; einen Viskositätsindex größer 140, und weniger als 10 Gewichtsprozent Olefine. Das Basisöl verbessert die Luftabscheidungs- und die niedrigen Schaumbildungseigenschaften des Gemischs, wenn es in das Metallbearbeitungsfluid eingefügt wird.
  • In einer Ausführungsform ist das isomerisierte Basisöl ein FT Basisöl mit 2 mm2/s bis 6 mm2/s kinematischer Viskosität bei 100°C; 7 mm2/s bis 20 mm2/s kinematischer Viskosität bei 40°C; CCS Viskosität kleiner 2300 mPa·s bei –35°C; Gießpunkt im Bereich von –20 und –40°C; Molekulargewicht von 300–500; Dichte im Bereich von 0,800 bis 0,820; paraffinischen Kohlenstoff im Bereich von 93–97%; naphthenischen Kohlenstoff im Bereich von 3–7%; Oxidator BN von 30 bis 60 Std; und 8 bis 20 Gewichtsprozent Noack-Flüchtigkeit, gemessen nach ASTM D5800-05 Verfahren B.
  • In einer weiteren Ausführungsform für Antinebelleistung ist das isomerisierte Basisöl ein FT-Basisöl mit Viskosität im ”light” Bereich und 2 mm2/s bis 3 mm2/s kinematischer Viskosität bei 100°C; 7 mm2/s bis 25 mm2/s kinematischer Viskosität bei 40°C; einem Viskositätsindex von 120–150; einem Gießpunkt im Bereich von –20 und –50°C; einem Molekulargewicht von 300–500; einer Dichte im Bereich von 0,800 bis 0,820; paraffinischem Kohlenstoff im Bereich von 92–97%; naphthenischem Kohlenstoff im Bereich von 3–7%; Oxidator BN von 30 bis 60 Std.; und 8 bis 60 Gewichtsprozent Noack-Flüchtigkeit, gemessen nach ASTM D5800-05 Verfahren B. In einer weiteren Ausführungsform ist das isomerisierte Basisöl ein FT-Basisöl mit einer Viskosität im ”medium” Bereich, 5 mm2/s bis 7 mm2/s kinematischer Viskosität bei 100°C; 25 mm2/s bis 50 mm2/s kinematischer Viskosität bei 40°C; einem Viskositätsindex von 140–160; einem Gießpunkt im Bereich von –15 und –25°C; Molekulargewicht von 450–550; einer Dichte im Bereich von 0,820 bis 0,830; paraffinischem Kohlenstoff im Bereich von 90–95%. In einer dritten Ausführungsform umfasst das Basisöl ein Gemisch aus FT Basisölen mit Viskositäten im ”light” und ”medium” Bereich.
  • In einer Ausführungsform setzt das Metallbearbeitungsfluid mindestens eines der vorstehend beschriebenen isomerisierten Basisöle ein. In einer weiteren Ausführungsform besteht die Zusammensetzung im Wesentlichen aus einem Fischer-Tropsch-Basisöl. In einer weiteren Ausführungsform setzt das Metallbearbeitungsfluid mindestens ein isomerisiertes Basisöl als Basisölmatrix und gegebenenfalls 5 bis 95 Gewichtsprozent von mindestens einem weiteren Öltyp ein, beispielsweise Schmiermittelbasisöle, ausgewählt aus Schmiermittelbasisölen der Gruppe I, II, III, IV, und V, wie definiert in den API Interchange-Guidelines, und Gemische davon. In einer vierten Ausführungsform setzt das Metallbearbeitungsfluid ein isomerisiertes Basisöl und 5 bis 20 Gewichtsprozent von mindestens einem weiteren Öltyp ein. Beispiele umfassen je nach der Anwendung herkömmlich verwendete Mineralöle, synthetische Kohlenwasserstoff-Öle oder Syntheseesteröle oder Gemische davon. Mineralschmieröl-Basismaterialien können beispielsweise beliebige herkömmlich raffinierte Ausgangsmaterialien sein, die von paraffinischen, naphthenischen und gemischten Basisrohstoffen hergeleitet sind. Synthetische Schmieröle, die sich verwenden lassen, umfassen Ester von Glycolen und komplexe Ester. Andere Synthetiköle, die sich verwenden lassen, umfassen synthetische Kohlenwasserstoffe, wie Polyalphaolefine; Alkylbenzole, beispielsweise Alkylat-Nachlauffraktionen aus der Alkylierung von Benzol mit Tetrapropylen, oder die Copolymere von Ethylen und Propylen; Silikonöle, beispielsweise Ethylphenylpolysiloxane, Methylpolysiloxane, usw., Polyglycolöle, beispielsweise solche, die erhalten werden durch Kondensation von Butylalkohol mit Propylenoxid; usw. Andere geeignete Synthetiköle umfassen die Polyphenylether, beispielsweise solche mit 3 bis 7 Etherbindungen und 4 bis 8 Phenylgruppen. Andere geeignete Synthetiköle umfassen Polyisobutene und alkylierte Aromaten, wie alkylierte Naphthalene.
  • Weitere Komponenten: Das Metallbearbeitungsfluid in einer Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine reduzierte Nebelbildung, niedrigere Schaumbildungsneigung und bessere Luftabscheideeigenschaften im Vergleich zu Zusammensetzungen des Standes der Technik aufweist. Je nach den Anwendungen, beispielsweise Blankölen (Reinölen) oder löslichen Ölen, kann das Metallbearbeitungsfluid geeignete Additive, die im Stand der Technik die Eigenschaften der Zusammensetzung bekanntlich verbessern, in Mengen im Bereich von 0,10 to 40 Gewichtsprozent verwenden. Diese Additive umfassen Metalldesaktivatoren; Korrosionsschutzmittel; Mikrobizide; Antikorrosionsmittel; Emulgatoren; Kopplungsmittel; Extremdruckmittel; Reibungshemmer; Rostschutzmittel; polymere Substanzen; Brandschutzmittel: Bakterizide; Antiseptika; Antioxidantien; Chelatbildner, wie Edetinsäuresalze; und dergleichen; pH-Wert-Regulatoren; Verschleißhemmer, wie verschleißhemmende Aktiv-Schwefel-Additiv-Packungen und dergleichen; eine Metallbearbeitungsfluid-Additivpackung, die mindestens eine der vorstehend genannten Additive enthält.
  • In verschiedenen Ausführungsformen braucht man im Stand der Technik einem Metallbearbeitungsfluid weder Antinebel-Additive (Nebelbekämpfungsmittel oder Antinebelmittel) noch Schaumbildungshemmer hinzuzufügen, das im Wesentlichen aus der Basisölmatrix besteht, umfassend das isomerisierte Basisöl und mindestens ein anderes Additiv als ein Antinebelmittel/Schaumbildungshemmer. In ande ren Ausführungsformen und je nach den Endgebrauchsanwendungen können gegebenenfalls kleine Mengen Additive, wie Antinebelmittel in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 5,0 Volumenprozent in einer Ausführungsform und weniger als 1 Gewichtsprozent in anderen Ausführungsformen zugegeben werden. Nicht-einschränkende Beispiele umfassen Ramsangummi, hydrophobe und hydrophile Monomere, Styrol oder Kohlenwasserstoff-substituierte hydrophobe Styrolmonomere und hydrophile Monomere, öllösliche organische Polymere, deren Molekulargewicht (Viskositäts-gemitteltes Molekulargewicht) von etwa 0,3 bis über 4 Millionen reicht, wie Isobutylen, Styrol, Alkylmethacrylat, Ethylen, Propylen, n-Butylenvinylacetat, usw. In einer Ausführungsform wird Polymethylmethacrylat oder Polyethylen, propylen, butylen oder isobutylen) im Molekulargewichtsbereich von 1 bis 3 Millionen verwendet.
  • In einigen Ausführungsformen und für bestimmte Anwendungen kann im Stand der Technik auch eine geringe Menge Schaumbildungshemmer zu der Zusammensetzung in einer Menge von 0,05 bis 15,0 Gewichtsprozent zugegeben werden. Nicht-einschränkende Beispiele umfassen Polydimethylsiloxane, die oft einen Trimethylsilylterminus aufweisen, Alkylpolymethacrylate, Polymethylsiloxane, eine N-Acylaminosäure mit einer langkettigen Acylgruppe und/oder ein Salz davon, eine N-Alkylaminosäure mit einer langkettigen Alkygruppe und/oder ein Salz davon, das zusammen verwendet wird mit einem Alkylalkylenoxid und/oder einem Acylalkylenoxid, Acetylendiolen und ethoxylierten Acetylendiolen, Silikonen, hydrophoben Materialien (beispielsweise Silica), Fettamiden, Fettsäuren, Fettsäureestern, und/oder organischen Polymeren, modifizierten Siloxanen, Polyglycolen, veresterten oder modifizierten Polyglycolen, Polyacrylaten, Fettsäuren, Fettsäureestern, Fettalkoholen, Fettalkoholestern, Oxoalkoholen, Fluor-Oberflächenmitteln, Wachsen, wie Ethylenbistereamidwachs, Polyethylenwachs, Polypropylenwachs, Ethylenbisstereamidwachs, und Paraffinwachs, Ureum. Die Schaumbildungsbekämpfungsmittel können mit geeigneten Dispersionsmitteln und Emulgatoren verwendet werden. Weitere aktive Schaumbildungsbekämpfungsmittel sind beschrieben in "Foam Control Agents", von Henry T. Kerner (Noyes Data Corporation, 1976), Seite 125–162.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Metallbearbeitungsfluid zudem Anti-Reibungsmittel, wie überbasische Sulfonate, sulfurierte Olefine, chlorierte Paraffine und Olefine, sulfurierte Esterolefine, Polyglycole mit Aminterminus und Natriumdioctylphosphat-Salze. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung zudem Korrosionsschutzmittel, wie unter Anderem Carbonsäure/Borsäure-Diaminsalze, Carbonsäureamin-Salze, Alkanolamine, Alkanolaminborate und dergleichen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Metallbearbeitungsfluid zudem öllösliche Metalldesaktivatoren in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Volumenprozent (auf der Basis des Volumens des fertigen Öls). Nichteinschränkende Beispiele umfassen Triazole oder Thiadiazole, spezifisch Aryltriazole, wie Benzotriazol und Tolyltriazol, Alkylderivate dieser Triazole und Benzothiadiazole wie R(C6H3)N2S wobei R H oder C1- bis C10-Alkyl ist. Geeignete Materialien sind erhältlich von Ciba Geigy unter den Handelsnamen Irgamet und Reomet oder von der Vanderbilt Chemical Corporation unter dem Handelsnamen Vanlube.
  • In einer Ausführungsform, beispielsweise wenn die Zusammensetzung den doppelten Zweck als Schneidfluid und Maschinenschmieröl erfüllt, kann eine kleine Menge von mindestens einem Antioxidationsmittel im Bereich von 0,01 bis 1,0 Gewichtsprozent zugegeben werden. Nicht-einschränkende Beispiele umfassen Antioxidantien des Amin- oder Phenoltyps oder Gemische davon, beispielsweise butyliertes Hydroxytoluol (BHT), Bis-2,6-di-t-butylphenol-Derivate, schwefelhaltige gehinderte Phenole und schwefelhaltige gehindertes Eisphenol.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Metallbearbeitungsfluid zudem 0,1 bis 20 Gewichtsprozent von mindestens einem Extremdruckmittel. Nichteinschränkende Beispiele für Extremdruckmittel umfassen Zinkdithiophosphat, Molybdänoxysulfiddithiophosphat, Molybdänoxysulfidthithiocarbamat, Molybdänamin-Verbindungen, sulfurierte Öle und Fette, sulfurierte Fettsäuren, sulfurierte Ester, sulfurierte Olefine, Dihydrocarbylpolysulfide, Thiocarbamate, Thioterpene, Dialkylthiodipropionate und dergleichen.
  • Neben den vorstehenden Additiven können verschiedene andere herkömmliche Additive zugegeben werden, und zwar in dem Maße, dass sie die Effekte des Metallbearbeitungsfluids nicht hemmen. Beispiele umfassen Fettsäuren und deren Salze; mehrwertige Alkohole wie, Propylenglycol, Glycerin, Butylenglycerol, und dergleichen; oberflächenaktive Mittel, wie anionische oberflächenaktive Mittel, amphotere oberflächenaktive Mittel, nichtionische oberflächenaktive Mittel, und dergleichen; und Bornitrid, das in einem Dispersionsmittel, wie einem oberflächenaktiven Mittel dispergiert ist.
  • Herstellungsverfahren: Die wahlfreien Additive, die zur Formulierung der Metallbearbeitungsfluid-Zusammensetzung verwendet werden, können einzeln oder in verschiedenen Subkombinationen in die Basisölmatrix gemischt werden. In einer Ausführungsform werden alle Komponenten gleichzeitig mit einem Additivkonzentrat gemischt (d. h. Additive und ein Verdünnungsmittel, wie ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel). Die Verwendung eines Additivkonzentrats profitiert von der gegensei tigen Kompatibilität, die durch die Kombination der Inhaltsstoffe erzielt wird, wenn es sich in der Form eines Additivkonzentrats befindet.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Metallbearbeitungsfluid zur Verwendung als Blanköl-Schneidfluid hergestellt durch Mischen der Basisölmatrix mit den wahlfreien Additiven und/oder Additivpackung(en) bei einer geeigneten Temperatur, wie etwa 60°C, bis zur Homogenität. In einer weiteren Ausführungsform können die Emulgatoren zu dem Metallbearbeitungsfluid gegeben werden, so dass man eine Öl-in-Wasser-Emulsion erhält.
  • Eigenschaften: In einer Ausführungsform ist die Metallbearbeitungsfluid-Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass sie verringerte Nebelbildung, niedrige Schaumbildungsneigung und hervorragende Luftabscheideeigenschaften aufweist. Die Schaumbildungsneigung des Metallbearbeitungsfluids kann mit dem ASTM D892-95 Schaumtest gemessen werden. In einer Ausführungsform zeigt das Metallbearbeitungsfluid bei Bewertung mit dem ASTM D892-06 Verfahren weniger als 50 ml Schaumhöhe bei der Sequenz II Schaumbildungsneigung. in einer weiteren Ausführungsform zeigt das Metallbearbeitungsfluid weniger als 40 ml Sequenz II Schaumhöhe. In einer dritten Ausführungsform zeigt es weniger als 30 ml Sequenz II Schaumhöhe. In einer fünften Ausführungsform ist die Sequenz II Schaumhöhe kleiner als 20 ml. In einer sechsten Ausführungsform lässt sich keine Schaumhöhe messen (0 ml).
  • In einer Ausführungsform zeigt das Metallbearbeitungsfluid weniger als 100 ml Sequenz I Schaumbildungsneigung nach ASTM D 892-03. In einer weiteren Ausführungsform hat das Fluid weniger als 50 ml Sequenz I Schaumbildungsneigung. In einer dritten Ausführungsform hat es weniger als 30 ml Sequenz I Schaumbildungsneigung.
  • In einer Ausführungsform hat das Metallbearbeitungsfluid eine Anzahl von Minuten zu 3 ml Emulsion bei 54°C gemäß ASTM D 1401-02 kleiner gleich 30. In einer weiteren Ausführungsform hat das Fluid eine Anzahl von Minuten zu 3 ml Emulsion bei 82°C nach ASTM D 1401-02 kleiner gleich 60.
  • Das Luftabscheideverhalten können mit dem ASTM D 3427 (2003) Verfahren auf Gasblasentrennzeit von Petroleumöl untersucht werden, wodurch man misst wie stark das Fluid mitgerissenes Gas absondern kann. In einer Ausführungsform hat das Metallbearbeitungsfluid weniger als 0,60 Minuten Luftabscheidezeit bei 50°C, wie gemessen gemäß ASTM D 3427 (2003). In einer zweiten Ausführungsform hat es weniger als ½ Minute Luftabscheidezeit.
  • In einer Ausführungsform weist das Metallbearbeitungsfluid eine verringerte Nebelbildungseigenschaft auf und verleiht dem Fluid Aerosol-Kontrolle oder Teilchen-Kontrolle, beispielsweise mit 5 bis 50% Nebelreduktion im Vergleich zu Metallbearbeitungsfluids des Standes der Technik, die Basisöl der Gruppe I enthalten. Nebelreduktionsexperimente können ähnlich wie bei dem Aerosol(Nebel)Bildungstest, wie beschrieben in "Polymer Additives as Mist Suppressants in Metal Cutting Fluids," von Marano et al., Journal of the Society of Tribologists und Lubrication Engineers, Oct. 1995, S. 25–35, gemessen werden. In einer Ausführungsform hat das Metallbearbeitungsfluid ohne jegliche Zugabe von Antinebeladditiven eine mittlere Nebelanreicherungsrate kleiner 300 mg/mm3 in den ersten 30 sec (nach dem Beginn) des Aerosol-Nebelbildungstests. In einer weiteren Ausführungsform hat das Metallbearbeitungsfluid ohne jegliches Nebeladditiv eine mittlere Nebelanreicherungsrate kleiner 250 mg/mm3 in den ersten 30 sec des Aerosol-Nebelbildungstests. In einer dritten Ausführungsform ist die mittlere Nebelanreicherungsrate kleiner 200 mg/mm3 in den ersten 30 sec des Tests. In einer vierten Ausführungsform ist die mittlere Nebelanreicherungsrate kleiner 150 mg/mm3 in den ersten 60 sec des Tests.
  • In einer Ausführungsform ist die Metallbearbeitungsfluid-Zusammensetzung leicht biologisch abbaubar, wobei das Basisöl 30 bis 95% OECD 301 D Level hat. In einer Ausführungsform hat das Metallbearbeitungsfluid 10–14 mm2/s kinematische Viskosität bei 40°C und >= 60% biologische Abbaubarkeit nach OECD 301 D. In einer zweiten Ausführungsform hat die Zusammensetzung eine kinematische Viskosität bei 40°C kleiner 10 mm2/s und >= 80% biologische Abbaubarkeit nach OECD 301 D. In einer dritten Ausführungsform hat die Zusammensetzung eine kinematische Viskosität bei 40°C kleiner 8 mm2/s und >= 90% biologische Abbaubarkeit nach OECD 301 D. In einer fünften Ausführungsform hat das Metallbearbeitungsfluid mindestens 30% biologische Abbaubarkeit, wenn es nach OECD 301 D gemessen wird.
  • Metallbearbeitungsfluide können dadurch charakterisiert werden, dass sie für Extremdruckanwendungen geeignet oder ungeeignet sind. Ein Fluid, das für Extremdruck als geeignet angesehen wird, verhindert, dass sich gleitende Metalloberflächen unter Extremdruckbedingungen festfressen. Das Festfressen von Metalloberflächen beruht auf der Reibung zwischen gegenüberliegenden Unebenheiten. Unebenheiten sind mikroskopische Vorsprünge auf Metalloberflächen, die bei Metallbearbeitungsvorgängen entstehen. Eine Technik zum Messen der Extremdruck-Eigenschaften eines Fluids ist das Messen einer Lastkraft zwischen gleitenden Oberflächen, die mit Hilfe eines Schmiermittels überwunden werden kann, ohne dass es zum Festfressen der gleitenden Oberflächen kommt. Eine solche Technik ist als Falex-Lasttest beschrieben, bei dem es sich um einen ASTM Standardtest für Fluid Schmiermittel (ASTM D-3233 (2003)) handelt. In einer Ausführungsform ist das Metallbearbeitungsfluid dadurch gekennzeichnet, dass es einen Falex-Referenzverschleiß von weniger als 10 Zähnen aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist das Metallbearbeitungsfluid dadurch gekennzeichnet, dass es eine Falex-Referenzlast von mehr als 4500 Pfund-Kraft aufweist.
  • In einer Ausführungsform ist das Metallbearbeitungsfluid dadurch gekennzeichnet, dass es hervorragende Schmiereigenschaft, insbesondere zum Schmieren von Oberflächen in Gleitkontakten, aufweist, wie gemessen in einem Vierkugel-Abriebtest nach ASTM D4172-94(2004)e1. In einer Ausführungsform hat das Metallbearbeitungsfluid einen Vier-Kugel-Abrieb-Kerbdurchmesser von weniger als etwa 0,07 mm.
  • In einigen Anwendungen und bei Verwendung von isomerisierten Basisölen mit einer niedrigen kinematischen Viskosität ist das Metallbearbeitungsfluid dadurch gekennzeichnet, dass es eine ruhige Flüssigkeitsströmung für eine hervorragende Zirkulation in einer Pumpe aufweist. Außerdem hat das Metallbearbeitungsfluid eine hervorragende, so dass keine Reibungswärme zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück entstehen kann, und so die effektive Lebensdauer des Werkzeugs erhöht werden kann.
  • Anwendungen: In einer Ausführungsform wird das Metallbearbeitungsfluid bei der Herstellung von Halbleitern, Betriebsausrüstung und Autoteilen usw. verwendet, wobei die Form des fertigen Gegenstandes, beispielsweise Siliciumwafer oder Maschinenteil, mit oder ohne anschließende Entfernung von Metall oder Silicium erhalten wird. Nicht-einschränkende Beispiele für diese Arbeitsgänge umfassen Schneiden, Bohren (Drilling), Bohren (Boring), Ziehschleifen, Räumen, Schleifen, Formen, Stanzen, Gießen, Schmieden, Walzen, Lochen, Prägen, Ziehen, Pressformen, Entgraten, Mahlen, Auskehlen, Gewindeschneiden, Anfasen, Räumen, Aufreiben, Honen, Lappen, Richten und Ziehen.
  • In einer Ausführungsform eines Metallbearbeitungsschrittes wird das Metallbearbeitungsfluid auf die Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück aufgebracht. Das Fluid kann durch eine Reihe von Verfahren aufgebracht werden, wie unter Anderem Eintauchen der Kontaktzone in dem Fluid, Sprühen des Fluids in die Kontaktzone, Fluten der Kontaktzone mit Fluid, Pumpen eines Fluidstroms in die Kontaktzone, periodisches Benetzen des Werkzeugs oder des Werkstücks mit Schmierfluid, oder eine beliebige Maßnahme zum durchgehenden oder zeitweiligen Aufbringen des Schmiermittels auf die Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück.
  • BEISPIELE. Wenn nicht anders angegeben, werden die Zusammensetzungen hergestellt durch Mischen der Komponenten in den in den Beispielen/Tabellen angegebenen Mengen. Die in den Beispielen verwendeten Komponenten sind nachstehend aufgeführt.
  • EP-Mittel ist ein kommerziell erhältlicher polymerisierter Ester, 10% Inaktivschwefel-Extremdruckmittel.
    • HYNAPTM N100HTS hydrobehandeltes, naphthenisches Öl (Gruppe V) stammt von San Joaquin Refining Oil, Inc., Bakersfield, CA.
    • AshlandTM 100SN Gruppe 1 Öl stammt von Ashland Inc.
    • ChevronTM 100R Gruppe 2 Öl, ChevronTM 100R Gruppe 3 Öl, und Chevron Synfluid 4 cSt PAO Öl stammen jeweils von Chevron Corporation, San Ramon, CA.
  • Additiv 2 ist ein sulfurierter Pflanzenfettsäureester. Der Entschäumer ist ein Acrylat-Oligomer-Antischaum/Entschäumer. Additiv CAS ist ein im Handel erhältliches überbasisches Calciumsulphonat PEP Metallbearbeitungsadditiv, das carbonisiertes Alkylbenzolsulfonat enthält. Additiv SO ist ein sulfuriertes Olefin.
  • Mineraldichtöl (MSO) mit 3,39 mm2/sec Viskosität bei 40°C und Basestock-Öle SN 100 (Dichte 0,864 und Viskosität 20,6 mm2/sec bei 40°C), SN 150 und SN 600 (API Gruppe I) sind von einer Reihe von Quellen kommerziell erhältlich.
  • GTL aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren stammende Basisöle GST0449, FTBO L, FTBO XL, FTBO XXL, und FTBO M stammen von Chevron Corp. Die Eigenschaften der aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren stammenden Basisöle, die in den Beispielen verwendet wurden, sind in der Tabelle 3 gezeigt.
  • Anti-Nebelmittel 1 ist ein Methacrylat-Copolymer. Anti-Nebelmittel 2 ist ein kommerziell erhältlicher hochmolekularer öllöslicher Polymer-Klebrigmacher.
  • Beispiele 1–6: Eine Reihe von Metallbearbeitungsfluid-Zusammensetzungen mit den in der Tabelle 1 aufgeführten Komponenten wurden formuliert, und ihre Eigenschaften wurden mit verschiedenen Standard-Testverfahren gemessen: ASTM D 1401-02 für Wasser-Trennbarkeit von Petroleumölen und Synthetik-Fluids; ASTM D 3427 (2003) Standard-Testverfahren für Luftabscheideeigenschaften von Petroleumölen; und ASTM D892-95 Schaumstabilitätssequenztest. Wie aus der Tabelle hervorgeht, zeigt das Beispiel, das das isomerisierte Basisöl beinhaltet, eine niedrige Schaumbildungsneigung (Schaumhöhe Null) und ein Luftabscheideverhalten, das vergleichbar ist mit, wenn nicht gar besser ist, als beim Öl des Standes der Technik (hinsichtlich der Testwiederholbarkeit von 1 min.). TABELLE 1
    Proben-ID Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6
    Gruppe V Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 PAO GTL BST
    Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
    SJR Hynap N100HTS – Gruppe V 95 - - - - -
    Ashland 100 SN – Gruppe 1 - 95 - - - -
    Chevron 100 R – Gruppe 2 - - 95 - - -
    Chevron UCBO 4R – Gruppe 3 - - - 95 - -
    Chevron Synfluid. 4 cSt – PAO - - - - 95 -
    GTL GST0449 isomerisiertes Basisöl - - - - - 95
    EP-Mittel 5 5 5 5 5 5
    Kinem. Viskosität @ 40°C, cSt 19.91 20.51 20.70 18.30 17.78 18.80
    Luftabsch. @ 50C, D3427. min 0.72 0.88 0.5 0.42 <0.42 <0.42
    Schaumsequenz I-III, D892
    Seq. I, 24C, Neigung ml Schaum 220 70 80 30 0 0
    Seq. I, Stabilität, ml nach 10 min. 0 0 0 0 0 0
    Seq. II, 93.5C, Neigung, ml Schaum 30 30 25 20 0 0
    Seq. II, Stabilität, ml, nach 10 min. 0 0 0 0 0 0
    Seq. III, 24C, Neigung, ml Schaum 140 100 80 40 0 0
    Seq. III, Stabilität, ml, nach 10 min. 0 0 0 0 0 0
    Wassertrennbarkeit, D1401 @ 54C
    o-w-e, ml 2/0/78 2/0/78 2/0/78 2/0/78 2/0/78 2/2/76
    Zeit, min 30 30 30 30 30 30
    Wassertrennbarkeit, D1401 @ 82C
    o-w-e, ml 6/0/74 6/0/74 5/0/75 9/0/71 7/0/73 6/0/74
    Zeit, min 60 60 60 60 80 60
  • Beispiele 7–13: Eine Reihe von Metallbearbeitungsfluid-Zusammensetzungen mit den in der Tabelle 2 aufgeführten Komponenten wurde formuliert, und ihre Eigenschaften wurden gemessen bzw. aufgezeichnet. Die Beispiele 11–13 vergleichen die Zusammensetzungen jeweils mit 0,25 Gewichtsprozent eines zugefügten Antinebelmittels (bei dem es sich um einen hochmolekularen öllöslichen Polymer-Klebrigmacher handelt).
  • Die Proben wurden einem ähnlichen Aerosol(Nebel)-Bildungsexperiment unterworfen, wie in "Polymer Additives as Mist Suppressants in Metal Cutting Fluids," von Marano et al. 5 Journal of the Society of Tribologists und Lubrication Engineers, Oct. 1995, S. 25–35 beschrieben. In dem Test wurde grundsätzlich Metallbearbeitungsfluid (in 100 ml Probe) durch ein Rohr (beispielsweise ID 0,0011 m) über eine Spritzenpumpe bei konstanten Fließgeschwindigkeiten bis zu 0,0084 Liter/min zu einer koaxialen Zerstäuberspitze geleitet. Pressluft wurde durch den Ring zwischen den äußeren und inneren Rohren (ID 0,0021 m bzw. OD 0,0013 m,) bei Fließgeschwindigkeiten bis zu 35 Liter/min geleitet. Der von dem Zerstäuber erzeugte Nebel wurde zu einem langen breiten Plexiglaskanal mit quadratischem Querschnitt oder einer Kammer (beispielsweise einer 12'' mal 12'' mal 18'' Kammer) geleitet. Die als Funktion der Zeit erzeugte Menge Nebel (als mg/mm3 über eine Zeitspanne von 5 min) wurde von einem Datenlogger erfasst und aufgezeichnet. In den Experimenten wurde ein tragbarer Echtzeit-Aerosolmonitor DataRAM® [MIE Instruments Inc., Redford Mass.] als Datenlogger verwendet, um die entstandenen Mengen an Nebel kontinuierlich zu quantifizieren. DataRAM ist ein nephelometrischer Monitor, der zum Messen der in der Luft vorhandenen Teilchenkonzentration verwendet wird, indem die Menge an Licht erfasst wird, die durch die Ansammlung von Teilchen gestreut wird, die durch ein Probenvolumen gelangen.
  • Ein Großteil des Nebels wurde bei allen Proben zu Beginn des Tests erzeugt. Nach dem Zerstäuben setzte sich der Nebel am Boden des Behälters ab und zeigte dadurch einen Abfall der Menge des aufgefangenen Nebels an.
  • Die Messungen aus den Aerosol (Nebel) Bildungsexperimenten wurden in den 1–3 als Funktion der Zeit aufgetragen. Die Ergebnisse zeigen, dass im Allgemeinen die Metallbearbeitungsfluid-Zusammensetzungen, die aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren stammende Basisöle enthalten, erheblich weniger Nebel bilden, als die Basisöle des Standes der Technik, und zwar mit einer Reduktion der Nebelbildung von mindestens 10% und in einigen Beispielen bis zu 75% oder mehr in den ersten 30 sec des Aerosol-Nebelbidlungstests. Beispiel 10 mit dem isomerisierten Basisöl schneidet besser ab (mit reduzierter Nebelbildung) als Beispiel 9 mit einem Mineral-Basisöl der Gruppe I und sogar mit 2 Gewichtsprozent Antinebeladditiv. In 3 zeigen sämtliche Beispiele (#11–13) bei Zugabe eines hochmolekularen öllöslichen Polymer-Klebrigmachers als leistungsfähiges (und teures) Antinebeladditiv vergleichbare Leistung. TABELLE 2
    Komponenten Gew.-% Bsp. 7 ZX12A Bsp. 8 ZX12B Bsp.9 ZX46A Bsp. 10 ZX46B Bsp. 11 ZK12A Anti-Nebel Bsp. 12 ZX12B Anti-Nebel Bsp. 13 ZX12C Anti-Nebel
    SN 100 51.98 - - 51.98 - -
    SN 150 - - 70.98 - - - -
    SN 600 - - 15 - - - -
    MSO 36 - - - 36 - -
    FTBO M - - - 87.98 - - -
    FTBO L - - - - - - -
    FTBO XL - 16.21 - - - - 16.21
    FTBO XXL - 71.77 - - - 87.98 71.77
    Antinebelmittel 1 - - 2 - - - -
    Antinebelmittel 2 - - - - 0.25 0.25 0.25
    CAS Alkylbenzol 4 4 4 4 4 4 4
    sulfuriertes Olefin 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
    Additiv 2 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5
    Entschäumer 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
    Visk. @ 40°C m2/sec 10.4 9.89 48.12 45.19 10.7 9.61 9.89
    Dichte @ 15°C .8626 .8264 - - .8626 .826 .826
    Visk. @ 100°C m2/sec 2.84 2.8 - - - - -
    VI 122 141 - - - - -
    Flashpunkt °C 148 178 - - - - -
    Farbe L3.5 L3.5 - - - - -
    Tabelle 3
    Eigenschaften FTBO-XXL FTBO-XL FTBO-L FTBO-M GTL BST
    Kinem. Viskosität @ 40°C, cSt 7.658 11.16 17.07 34.13 17.74
    Kinem. Viskosität 100 °C, cSt 2.333 2.988 4.028 6.134 4.12
    Viskositätsindex 124 125 139 156 138
    Kaltstartviskosität @ –40°C, cP 1,525
    Kaitstartviskosität @ –35°C, cP 578 1,524 6048 1,596
    Kaltstartviskosität @ –30 °C, cP 361 866 3200 941
    Pourpunkt, °C –46 –36 –28 –18 –26
    n-d-m
    Molekulargewicht, gm/mol (VPO) 314 375 436 508 431
    Dichte, gm/ml 0.8026 0.8059 0.8122 0.824 0.8128
    Brechungsindex 1.4485 1.4507 1.454 1.4596 1.4541
    Paraffin. Kohlenstoff, % 93.13 96.97 95.82 92.84 95.99
    Naphthen. Kohlenstoff, % 6.87 3.03 4.18 7.16 4.01
    Arom. Kohlenstoff, % 0.00 0.00 0.00 0 0
    Oxidator BN, Std. 35.9 56.27 39.97 41.02
    ANTEK SCHWEFEL <2 <1 <1 <2
    NIEDR. STICKSTOFF-SPIEGEL <0.1 <1 <0.1 <0.1
    Noack, Gew.-% 60.69 26.8 10.72 3.15 10.22
    Saybolt Farbe +33.6
    Gesamt-Aromaten 0.00261 0 0.00082
    COC Flashpunkt, °C 192 206 226 264 232
    SIMDIST TBP(Gew.-%), F
    TBP @ 0.5 583 679 726 799 732
    TBP @ 5 622 701 754 831 758
    TBP @ 10 636 709 766 846 770
    TBP @ 20 654 720 780 885 784
    TBP @ 30 867 728 791 880 795
    TBP @ 40 678 735 800 894 805
    TBP @ 50 688 741 809 906 813
    TBP @ 60 697 748 818 920 822
    TBP @ 70 706 756 828 935 832
    TBP @ 80 715 764 839 952 843
    TBP @ 90 727 774 853 976 857
    TBP @ 95 735 782 864 994 867
    TBP @ 99.5 753 802 884 1034 887
    FIMS
    Gesättigte 72.7 75.3 75 75.3
    1-Ungesättigtheit 19.3 23.2 24 23.6
    2-Ungesättigtheit 3.9 1.1 0.8 0.9
    3-Ungesättigtheit 2 0.2 0.1 0.1
    4-Ungesättigtheit 1.7 0 0 0
    5-Ungesättigtheit 0.5 0 0 0
    6-Ungesättigtheit 0 0.2 0.1 0.1
    Verzweigungsindex 30.21 28.85 26.95 27.25
    Verzweigungs-Nachbarschaft 14.05 12.77 14.43 14.83
    Alkyl-Verzw. pro Molekül 2.17 2.63 2.57 2.9
    Methyl-Verzw. pro Molekül 1.90 2.07 2 2.26
    FCI 3.15 3.42 4.5 4.56
    FCI/END Methyl-Verhältnis 2.50 2.33 3.66 3.1
    Alkyl-Verzw. pro 100 Kohlenstoffatome 9.87 9.83 8.25 9.42
    Methyl-Verzw. pro 100 Kohlenstoffatome 8.48 7.74 6.41 7.35
    %Olefine nach Protonen-NMR 0.00 0.12 0.23 0.32
    Monocycloparaffin (FIMS 1-unges.-NMR-Olefine) 23.88
    Multicycloparaffin (FIMS 2-Unges.-6-Unges. – HPLC-UV Aromaten) 0.99739
    Mono/Multi-Verhältnis 23.94
  • Sofern nicht anders angegeben, sind alle Angaben in Zahlen, Mengen, Prozenten oder Verhältnissen in der Beschreibung und in den Ansprüchen ungefähre Angaben. Auch sind numerische Parameter Näherungen, die je nach den gewünschten Eigenschaften, die man mit der vorliegenden Erfindung erzielen möchte, variieren können. Einzahlformen wie ”ein”, ”eine”, ”einer” und ”der”, ”die”, ”das”, sofern nicht auf einen Gegenstand beschränkt, beschreiben Gegenstände in der Gattung und der Pluralform. Der Begriff ”umfassen” und seine grammatikalischen Varianten sind nicht ausschließlich zu verstehen, so dass Listen auch andere ähnliche Gegenstände, die anstelle der aufgeführten Gegenstände oder zusätzlich zu diesen verwendet werden können, eingeschlossen sind.
  • Diese Beschreibung offenbart die Erfindung an Beispielen, einschließlich der besten Art und Weise, so dass der Fachmann die Erfindung ausführen und verwenden kann. Der Erfindungsgegenstand wird von den Ansprüchen beschreiben und kann Beispiele umfassen, die dem Fachmann geläufig sind. Solche weiteren Beispiele sind mit umfasst, wenn sie Merkmale enthalten, welche vom Wortlaut der Ansprüche betroffen sind oder der Fachmann sie als davon betroffen erkennt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Zusammensetzungen für ein Metallbearbeitungsfluid, das ein isomerisiertes Basisöl mit fortlaufender Zahl von Kohlenstoffatomen und weniger als 10 Gewichtsprozent naphthenischem Kohlenstoff gemäß n-d-M umfasst. Das Metallbearbeitungsfluid besitzt eine verminderte Nebelbildung, eine geringe Neigung zur Schaumbildung und ein hervorragendes Luftabscheideverhalten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (15)

  1. Metallbearbeitungsfluid, umfassend: ein Schmiermittelbasisöl mit fortlaufender Zahl von Kohlenstoffatomen und weniger als 10 Gewichtsprozent naphthenischem Kohlenstoff gemäß n-d-M; und 0,10 bis 10 Gewichtsprozent von mindestens einem Additiv, ausgewählt aus der Gruppe Metallbearbeitungsfluid-Additivpackung; Metalldesaktivatoren; Korrosionsschutzmittel; Mikrobizide; Antikorrosionsmittel; Extremdruckmittel; Reibungshemmer; Rostschutzmittel; polymere Substanzen; Brandschutzmittel; Bakterizide; Antiseptika; Antioxidantien; Chelatbildner wie Edetinsäuresalze und dergleichen; pH-Wert-Regulatoren; Verschleißhemmer; und Gemische davon, wobei das Metallbearbeitungsfluid weniger als 0,6 min Luftabscheidung nach ASTM D 3427-03 bei 50°C und weniger als 50 ml Sequenz II Schaumneigung nach ASTM D 892-03 aufweist.
  2. Metallbearbeitungsfluid nach Anspruch 1, wobei die Luftabscheidung bei 50°C kleiner 0,5 min ist.
  3. Metallbearbeitungsfluid nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sequenz II-Schaumneigung nach ASTM D 892-03 kleiner 40 ml ist.
  4. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sequenz-II-Schaumneigung nach ASTM D 892-03 kleiner 20 ml ist.
  5. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das mindestens 30% biologische Abbaubarkeit hat, gemessen nach OECD 301 D.
  6. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das zudem eine Sequenz-II-Schaumneigung nach ASTM D 892-03 kleiner 50 ml aufweist.
  7. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das weniger als 30 Minuten zu 3 ml Emulsion bei 54°C nach ASTM D 1401-02 aufweist.
  8. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Schmiermittel-Basisöl ein Basisöl ist aus der wachshaltigen Beschickung in einem Fischer-Tropsch-Verfahren.
  9. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren stammende Basisöl bei 100°C eine kinematische Viskosität zwischen 2 mm2/s und 6 mm2/s besitzt; bei 40°C eine kinematische Viskosität zwischen 7 mm2/s und 20 mm2/s; weniger als 2300 mPa·s CCS-Viskosität bei –35°C; einen Gießpunkt im Bereich von –20 und –40°C; ein Molekulargewicht von 300–500; eine Dichte im Bereich von 0,800 bis 0,820; paraffinischen Kohlenstoff im Bereich von 93–97%; naphthenischen Kohlenstoff im Bereich von 3–7%; einen Oxidator-BN von 30 bis 60 Std.; und 8 bis 20 Gewichtsprozent Noack-Flüchtigkeit, gemessen nach ASTM D5800-05 Verfahren B.
  10. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Schmiermittelbasisöl ein isomerisiertes Basisöl und 5 bis 20 Gewichtsprozent von mindestens einer Verbindung umfasst aus Mineralölen, synthetischen Kohlenwasserstoffölen oder synthetischen Esterölen sowie Gemischen davon.
  11. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Schmiermittelbasisöl ein mittleres Molekulargewicht zwischen 600 und 1100 und einen mittleren Verzweigungsgrad in den Molekülen zwischen 6,5 und 10 Alkylverzweigungen pro 100 Kohlenstoffatome hat.
  12. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Schmiermittelbasisöl zwischen 0 und 100 Gewichtsprozent Noack-Flüchtigkeit und eine Selbstentzündungstemperatur (AIT) hat, die größer ist als der Betrag, der definiert ist durch: 1,6 × (kinematische Viskosität bei 40°C, in mm2/s) + 300.
  13. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Schmiermittelbasisöl einen Viskositätsindex aufweist, der größer ist als 28 × Ln (kinematische Viskosität bei 100°C, in mm2/s) + 300.
  14. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Schmiermittelbasisöl ein Verhältnis von Gewichtsprozent Moleküle mit Monocycloparaffin-Funktionalität zu Gewichtsprozent Moleküle mit Multicycloparaffin-Funktionalität größer 15 hat.
  15. Metallbearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Schmiermittelbasisöl insgesamt mehr als 10 Gewichtsprozent und weniger als 70 Gewichtsprozent Moleküle mit Cycloparaffinfunktionalität aufweist und einen Traktionskoeffizienten kleiner 0,023, gemessen bei einer kinematischen Viskosität von 15 mm2/s und 40% Gleit-Roll-Verhältnis.
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