DE1644875A1 - Waessrige Schmiermittel fuer die Metallbearbeitung - Google Patents

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER MORF

Patentanwälte

8 München 27, Pienzenauerstraße 28 Telefon 483225 und 486415 Telegramme: Chemindus München

8. Dezember 1967

PTS 710-35

TEE CIHCIMAiDI MILIIUG IMCHIHE COMPAHY, 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio, V.St.A.

Wäßrige Schmiermittel für die Metallbearbeitung

Die Erfindung betrifft Schmiermittelausammensetzungen, die bei üer Bearbeitung von sowohl eisenhaltigen als auch nicht· eisenhaltigen Metallen mittels Arbeitsweisen wie Vlalzen, Scbüaiöden und Ziehen brauchbar sind«, Die Erfindung betrifft

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weiterhin Kühlflüssigkeiten, die bei der spanabhebenden Bearbeitung von eisenhaltigem Material verwendbar sind» Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung wäßrige SchmiermittelzuBammensetzungen» die besonders wertvoll sind beim Walzen von nicht-eisenhaltigen Metallen.

ist jedem Fachmann bekannt* daß nicht-lösliche öle, wie reine Mineralöle, oder ihre Emulsionen beim Walzen von nicht-eisenhaltigen Metallen, wie insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierungen, nicht völlig zufriedenstellend sind, wenn sis auch für diesen Zweck mangels besserer Zusammensetzungen in weitem Maß Anwendung finden« Heine mineralische, pflanzliche oder tierische Öle haben nicht die erforderlichen Kühleigenschaften, die beispielsweise beim Heißwalzen von Aluminium erforderlich sind, und lassen unerwünschte Rückstände auf der gewalzten Platte oder Folie zurück. Walzflüssigkeiten auf der Basis von Petrolätherfraktionen neigen dazu, sich zu entzünden, wenn sie bei den erwünschten hohen Geschwindigkeiten beim Kaltwalzen von Aluminium angewendet werden, ölemulsionen, häufig auch als "lösliche öle" bezeichnet, haben zwar die Kühlfähigkeit, weisen jedoch die unerwünschte Eigenschaft auf, daß bei ihrer Verwendung Aluminiumoxyd von den Aluminiumfolien auf die Walzen und dann zurück auf die Folien übertragen wird.

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'!>■}.AZ i'iUirv dajäw, daß auf den Aluminiumfolien, die gewalzt ··-IiK? cw j Sρυj?en zruruokbleiben und diese ein stumpf eres Aussehen haben, was häufig als fleckig bezeichnet wird. Ausserdem kann Metall an den Walzen ankleben, sieb, anhäufen und eine Deformation verursachen, die so schwerwiegend werden kann, daß ein Nachschleifen der Walzen erforderlich iJircl« Dieses Phänomen wird allgemein als "Anwachsen" bessiahnet. Beim Kaltwalzen von nicht-eisenhaltigen Metallen f sind derartige Bcnilaionen häufig von unzureichender Schmieri'sliigi.iiit, um das Vtelzen mit hohen Geschwindigkeiten oder wirb hoher Dickenverringerung zu erlauben. Andere verwandt© Probleme treten bei der Kaltbearbeitung von eisenhaltigen Metallen, wie Stahl und derglo auf.

:Se- is*ü deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, verbosr-orte wäßrige Schmieriuittel für die Bearbeitung von Me- -';ε-Ί1?-ϊ· 5ϊυ schaffen.

Fan €».y*deres Ziel der Erfindung ist die Schaffung von WaIzflüsaigkeiten für nicht-eisenhaltige Metalle«

Sin weiteres Ziel ist die Schaffung von Sehneidflüssigkei-

Ziel aar vorliegenden Erfindung ist auch die Schaffung von

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wäßrigen Schmiermitteln mit verbesserter Schmierfähigkeit, verminderter Flockenbildung, vermindertem Anwachsen und verbesserter Stabilität bei erhöhten Temperaturen«,

Ein weiteres Ziel ist schließlich noch die Schaffung von Schneidflüssigkeiten, die bei hohen Geschwindigkeiten angewendet werden können.

Andere Ziele werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen deutlich.

Die erfindungsgemäßen wäßrigen Schmiermittel enthalten im wesentlichen wäßrige lösungen mit 0,1 bis 20 G-ew.-# der wäßrigen Phase eines Polyoxyalkylenglykolpolyesters einer dimeren Fettsäure, wobei das Polyoxyalkylenglykol einen durchschnittlichen Polyinerisationagrad von mindestens 4 und vorzugsweise von 4 bis etwa 200 aufweist und die Alkylengruppe 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthält» Der hier verwendete Ausdruck ''Lösung" ist dabei so gemeint, daß er nicht nur wahre Lösungen sondern auch den mit hydrophilen Stoffen erhaltenen Typ makromolekularer Dispersionen einschließt. Der Ausdruck "Polyester" soll Verbindungen definieren, die ta Durchschnitt mehr als eine Estergruppe pro Molekül enthalten.

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Sa sowohl die dimer© Säure als auch dass Polyoxyalkylenglykol bifunktionell &:lvid, führt die Veresterung der Säurö mit dam polymeren Cflykol im allgemeinen zu einer komplexe« Mischung von Verbindungen, die den Partialester des Glykol xrad der Säure, den zyklischen Diester und den linearen Polyester enthält, der seinerseits im Polymerisationsgrad stark variieren kann. Die in den vorliegenden wäßrigen λ

Scbraiarsaittelisusammensetaungen verwendbaren Polyester sind alle flüssigen Ester von Polyoxyalkylsnglykolen und vorsragsweise Polyät3iylenglyi:olen und dimer en Fettsäuren, die sich iti Ifasa&r ivßtor BiXämtj τοη stabiler "Lösungen" lösen Folyaster der tliu^reti IVttgaure \mü den Polyoxy&lliylenglykola a>it sxtrsLi 'nah. δ Mololmlar^e^iolits. die oft als "Superjjölyeater" "osaeioLiust werden_t sind Feststoffe und lösen sich, in V/asssr iilaitt leiofet auf xmi sind deshalb niolit bevorzugt. Hie Lc'dliohkeit des Polyesters unter Bil~ dung einer stabilen liö&tmg bei laumtemperatur bei der Anwendung in den Koftsentv^-tionen, die obeli als brauchbar zur Herstellung der erfindungßgemäßen wäßrigen Schmiermittel angegeben sind, wird leicht experimentell festgestellt Die brauchbaren Polyester, die in den erfindungsgemäßen wässrigen Sohmionaitteln Anwendung finden, können ausserdem durch ihr Herstellungsverfahren definiert werden. So werden geeignete Polyester von dimeren Fettsäuren und

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Polyoxyalkylenglykol durch eine Kondensationsreaktion bei Molverhältnissen von Glykol zu Säure im Bereich von 0,8 bis 2,0 und vorzugsweise von 1,0 bis 1,5 bei erhöhten Temperaturen hergestellt. Die Veresterung wird fortgesetzt, bis 50 bis 90 i> des theoretisch anfallenden Wassers, das sich als Ergebnis der vollständigen Reaktion aller zur Verfügung stehenden Hydroxylgruppen mit allen zur Verfugung stehenden Säuregruppen bildet, und vorzugsweise bis 70 bis 85 $ des theoretisch anfallenden Wassers aus der ■Reaktionsmischung herausdestilliert sind.

Wenn auch die in den erfindungsgemäßen wäßrigen Schmiermitteln, verwendeten Polyester stabile "Lösungen" mit den erforderlichen Konsentrationen bilden, die als solche als wäßrige Schmiermittel beim Walzen von nicht-eisenhaltigen Metallen oder als Schneidflüssigkeiten bei der spanabhebenden Bearbeitung von eisenhaltigen Metallen verwendet v/erden können, so ist doch im allgemeinen bevorzugt, die Polyester in Kombination mit einem grenzflächenaktiven Mittel anzuwenden. Eine Zugabe von anderen Bestandteilen, wie anorganischen Salzen und dergl., die normalerweise in Schneid- oder WalzflUssigkeiten verwendet v/erden, führt zu einer Abnahme der Stabilität der lösung. Ausserdem beeinflussen auch die angewendeten hohen Drucke und Scherwir-

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krnigen die Stabilität» Die Konzentration des grenzflächenaktiven Mittels kann von 1 bis 25 G-ew.-$ der Mischung von Polyäthylenglykolpolyester und grenzflächenaktivem Mittel variieren. Yfenn auch sowohl kationische Detergentien, wie quaternäre Ammoniumverbindungen, Aminsalze und andere stickstoffhaltige Basen, als auch anionische Detergentien, wie sekundäre Alkylsulfate und Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsulfonate_sverwendet werden können, so sind doch die bevorzugten grenzflächenaktiven Mittel nichtionische Detergentien. Besonders geeignete nicht-ionische Detergentien basieren auf Polyoxyalkylenes und es gehören dazu Polyoxyäthylendioleat, Polyoxyäthylenstearat, PoIyoxyäthylenmonobutyrat, Polyoxyäthylenmonobutyläther,. Polyoxyäthylen-dinonylphenoläther, Polyoxyäthylensorbitanmonooleat, Polyoxyäthylen-t-octylphenolätber und andere, die in der Literatur bereits beschrieben sind.

Die bei der Herstellung der in den erfindungsgeaäßen Schmiermitteln verwendeten Polyester angewendeten dimeren Säuren werden durch Polymerisation von ungesättigten !Fettsäuren mit 16 bis 26 Kohlenstoffatomen oder ihren Esterderivaten erhalten. Die Polymerisation der Fettsäuren unter Bildung der dimeren Fettsäuren ist in der Idteratur .

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bereits ausführlich beschrieben und es muß deshalb hier nicht weiter darauf eingegangen werden· Die bei der Herstellung des Polyesters bevorzugt angewendeten dinieren Säuren haben 36 Kohlenstoffatome, wie das Dimere von Iiinolsäure und Eläostearinsäure. Andere diniere Säuren mit 32 bis 54 Kohlenstoffatomen können gleichenaassen verwendet werdene Die dimeren Säuren müssen nicht in reiner 3?orm angewendet werden und können als Mischungen Anwendung finden, worin-'der .Hauptbestandteil, d.h„ mehr als 50 $, die dimere Säure ist und der Best aus unpolymerisierter Säure oder höher polymerisierter Säure, wie trimerer und tetramerer Säure, besteht. Torzugsweise ist der Gehalt an dimerer Säure größer als 75 $. Derartige Mischungen sind im Handel unter den Handelsnamen «linpol" und "Eextilana" erhältlich.

Die mit den dimeren Säuren veresterten Polyoxyalkylenglykole sind Poiyoxyalkylendiole mit einem Polymerisationsgrad von 4 bis etwa 200» worin die Alkyleagruppe 2 bis 4 Kohlenstoff atome enthält. Zu geeigneten Polyoxyalkylenglykolen gehören Polyäthylenglykole, Polypropylenglykole, Polybutylenglykole, Poly(äthylenprogylen)-glykole und Pbly-(äthylenbütylen)-glykole* Die Polyoxyalkylenglykole sind in Handel erhältlich und können mit verschiedenen

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Polyinerisationsgraden erhalten werden« Die bevorzugten Polyoxyalkylenglykole sind Polyäthylenglykole. Es soll gehölten werdenj, dass eier bei der Definition des PoIyo&yalkylenglykols verweiidets Poljaaerisationsgrad ein durchschnittlicher Polymerisationagrad ist und daß ein PoIyoxyalkylenglykol mit einem durchschnittlichen Polymerisatismsgrad von 10 Polyäthylenglyköle enthalten kann, -die in Ihrem Polyaerisatioas^ad von 3 bis 20 variieren* !rotadein gibt öex' durchsehnittliclie Polymerisationsgrad die Bigenschaften des PolyoxyalkyleDglyköls am besten wieder. Vom Staücli/unkt der Herstellung- eines SöhraierBiitteis arit-dejm gQM'ut'iBöh-tevi G-rad an Sej-isxerfikiglcait xmä !löslichkeit ist es kritisch j Polyoxyallryleßgly&olö mit einem Poly/aerisa-tioi'isgraä vorx asinöestens 4 sa Yerweisäexi. Teresterungsprodukts von diiaersu 3?ettsäxiren τιηά beispielsweise Ith-ylenglykol oder Biäthylenglykol fiXhren, wenn sie in Vfasser dispergiert v/erden ₉ nicht au aiisammensetsungen, die bezüglich Schmier- -. fähigkeit vxl& 3iös.liclifc>it die Eigenschaften der erfindungsgeüiässen Zusaffiffiensetsungen aufweisen» So dispergieren Polyester des Biäthylenglykols und der dirnere Ester nicht in Wasser bei der Zugabe in Konaentrationen von 5 V0I.-5S "and sind deshalb als Metallschmlermittel in wäßrigen Medien ■ungeeignet„ Bei der Anwendung in Mischungen von wäßrigen

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und nicht-wäßrigen Ölschiaiex'initteln neigen diese Ester dazu, in die Ölpiiase au wandern und dadurch die gewünschten S chiaier eigenschaft en aus der wäßrigen Phase zu entfernen. Auch die Zugabe eines grenzflächenaktiven Mittels führt nicht zu SchmieriDittelatiBaiEffiensetziangen^ die die überraschende Kombination von Eigenschaften zeigen,ι die die erfindungsgeinäßen neuen Xusananensetzungen besitzen· Poly-oxyalkylenglykole,. die Polyinerisationsgrade über 200 aufweisen, werden im allgemeinen nicht angewendet, rla das Molekulargewicht des sich ergebenden Polyesters die Auflösung des Esters schwierig macht. In hohes Maß -bevorzugt⁼ sind Polyoxyalkylenglykole und insbesondere Polyäthylen-glykole rait einem Polyaierisationsgrad von 4 bis 30»

Die Veresterung der diKserea Säure "mit üem Polyqxyalkylen-glykol wird ausgeführt₃ indem gerührte Mischungen der dimer en Säure und des Polyät'Jierglykols "bei -T-eisperatüren yon 100 bis 300°.C unter Entfernung des aufgrund der Yereaterung gebildeten Wassers erhitzt werdem,, (Gegebenenfalls kann die Reaktion In" Gegenwart "von i/zerten Verdü^mmgsxaitteln, vorzugsweise solcheny die mit Wasser Aaeotr-ope bilden, durch'-geführt werdenο Bevorzugte Reaktionstemperaturen liegen bei 200 bis 250⁰G. Das Polyätherglykol und die dimere-Säurs. v/erden, wie oben bereits angegeben, in einen MolverMItnis

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von Glykol zu Säure von etwa 0,8 bis 2,0 und vorzugsweise 1,0 bis 1,5 verwendet. Obwohl es nicht wesentlich ist, wird die Reaktion vorzugsweise in Gegenwart eines sauren Katalysators, wie Schwefelsäure, Alkylsulfonsäuren, Aryl sulfonsäuren oder verschiedenen Phosphorsäuren, durchgeführt. Bevorzugte Katalysatoren sind Arylsulfonsäuren,-wie p-Toluolsulfonsäure.

Das aus der Reaktionsmischung herausdestillierte Wasser wird kondensiert und dient als Mittel zur Kontrolle des Ausmaßes der Veresterung in der Reaktionsniisohung. So kann auf der Basis der zugeführten Reaktionsteilnehmer die durch die Reaktion gebildete theoretische Wassermenge, wenn alle Hydroxylgruppen oder alle Carboxylgruppen verestert sind, berechnet werdenο Durch Vergleich des tatsächlich aus der Reaktionsniischung herauskondensierten Wassers mit der theoretischen Wassermenge kann der Grad der Vollständigkeit der Reaktion berechnet werden. Wie oben angegeben, wird die Reaktion fortgesetzt, bis mindestens 50 ?» und vorzugsweise 70 bis 85 ^CA der. theoretischen Wassermenge herausdestilliert worden sind. Im allgemeinen wird die Reaktion nicht Über die 90# Marke hinaus fortgesetzt. Der sich ergebende Polyester kann durch seine Säurezahl und seine Hydröxylzahl weiter charakterisiert werden* deren

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Bestimmung dem Fachmann geläufig ist.

Es soll klar sein, daß die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyester dimerer Säuren direkt in Form einer wäßrigen Lösung mit oder ohne einem grenzflächenaktiven Mittel als Schmiermittel angewendet werden können, oder daß diese Zusammensetzungen durch die Zugabe anderer Komponenten weiter modifiziert werden können, um die Brauchbarkeit des erfindungsgemäßen wäßrigen »Schmiermittels für spezielle Anwendungsswecke zu erhöhen. Die Zugabe solcher Modifizierungsmittel führt im allgemeinen zu einer Verbesserung bezüglich eines Anwendungsgebietes der erfindungsgemäßen wäßrigen Schmiermittel und kann demzufolge die Anwendung der. modifizierten Zusammensetzungen auf anderen Verwendungsgebieten beeinträchtigen. Es ist deshalb nicht überraschend, daß speziell als Walzflüssigkeiteu formulierte Zusammensetzungen als Sohneidflüssigkeiten nicht ebenso befriedigend sind. Zu Zusätzen» die zur Modifizierung der erfindungsgemäßen wäßrigen Schmiermittel verwendet werden können, gehören Korrosionsinhibitoren, einschließlieh Alkylolaminen, wie Mono-, Di- oder a?riäthanolamin, und Alkaiimetall&itriten offer—chroiaaten, wie Batrium- oder Ealiuronitrit und BSaliumchromate, Zu geeigneten Korrosionsinhibitoren gehören die, die nicht nur bezüglich des Ar-

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beitsstüolsess sondern auch, bezüglich der Vierkzeugmäsehine schützend wirken. Derartige"Korrosionsinhibitoren werden im allgemeinen in einer Konzentration von 0,01 bis. 20 (*ew. der G-esamtzusammensetsting angewendet» Ein anderer Zusatztyp, der" häufig in Wals- und Soßneidfliissigkeiten angewendet wird, ist ein Bakterizid, wie o-Phenylphenol. Die Polyester dimerer Fettsäuren_s die die Basis der erfindungsgemäßen wäßrigen Schmiermittel bilden, können weiterhin mit anderen Schraierinitteln kombiniert werden, die zur Anwendläng bei der Metallbearbeitung geeignet sind". So sind Phosphatester, wie Srikresylphosphat, brauchbare Zusätze für V/alzüle, da sie den Biß der Walzen erhöhen, ohne die Schmierfähigkeit der Zusanmjensetsiing zu vermindern. Phosphatester werden im allgemeinen in einem Bereich von 0,01 bis 10· Gew*-^ der GesamtsusaBmiensetzüng angewendet· Atisserdem können Mineral- oder lettöle, wie sie bisher in wäßrigen S chmierißitt el angewendet worden sind, mit den dimeren Estern kombiniert werden« Der hier verwendete Ausdruck "Fettöle" soll so breit interpretiert werden, daß er natürliche, pflanzliche und tierische, öle sowie synthetische Ester, Alkohole, Amine und Nitrile von 3?ettverbindungen mit 8 bis 26 Kohlenstoffatoraen einschließt» Derartige Öle können bis zu 75 1* des wasserfreien Konzentrats des Schmiermittels ausmachen» Da derartige Öle in Wasser un-

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löslich sind, wird im allgemeinen ein Emulgiermittel in Kombination mit solchen Ölen angexirendet, wenn diese in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Anwendung finden, wenn dies auch nicht wesentlich ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die beschriebenen dimeren Ester in wäßrigen Walzflüssigkeiten für das Kaltwalzen von nicht-eisenhaltigen Metallen verwendet. In konzentrierter Form (d*h. ohne Wasser) enthält die Walzflüssigkeit 20 bis 75 Gew»-$, bezogen auf das Konzentrat, des Polyesters aus. Polyätherglykol und dimerer Säure, 20 bis 75 ί> eines Fettöles und 5 bis 25 i* eines aromatischen Phosphatesters. Dae oben, genannte lettöl. kann ein Ester einer Fettsäure mit 3 bis Kohlenstoffatomen oder kann ein Alkohol, Ainin oder Hitril sein, das sich von einer derartigen Säure ableitet» Die bevorzugten Ester sind die niedrigen (Cj bis C^) Alkyl- oder Alkylolmonoester von Fettsäuren, wie Methyloleat, Ithylstearat, Glycerylmonostearat, Methyllaurat und dergleichen. Die bei der Herstellung der Walzöle brauchbaren Phosphatester sind Phosphate3ter, die einen aromatischen Rest im Esterrest und vorzugsweise einen Benzol- oder einen substituierten Benzolrest in dem Esterrest enthalten. Aromatische Phosphatester sind dem Fachmann bekannt und im

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Handel erhältlich« Besonders bevorzugt sind die Phosphatteilester. Sei der Verwendung der Phosphatteilester ist. es. im allgemeinen bevorzugt, diese in Kombination mit einer schwachen. Base, wie Dialkanolamin oder Irialkanolamin, anzuwenden, die nicht nur die Acidität in dem Phosphatester durch Salzbildung neutralisiert, sondern ausserdem einen Korrosionsinhibitor darstellt. Das beschriebene Konzentrat wird bei der Anwendung als Walzöl mit Wasser auf Konzentrationen im Bereich von 0,1 bis 20 Gew«-$ verdünnt.In derart verdünnter Form zeigen die beschriebenen Walzöle auf der Basis des Polyätherglykolpolyesters dimererfettsäuren überlegene Stabilität bei erhöhten Temperaturen (60 bis 66⁰G(140 bis 15O⁰I)). DieVerdünnte Flüssigkeit kann durch ein 2 ^ϊ-Grlasfaserfilter geleitet werden, ohne dass das Filter verstopft oder die Stabilität der Flüssigkeit berührt wird. Durch derartiges Filtrieren wird kein Bestandteil entfernt. (

Die erfindungsgemäßen wäßrigen Schmiermittelzusammensetzufigen stellen gegenüber bekannten wäßrigen Schmiermittelzusammensetzungen, die als Walzöle oder Schneidflüssigkeiten verwendet werden, einen bedeutenden Fortschritt 4är. Obwohl sie im allgemeinen als flüssige Konsseiitrate gehandhabt und■ _r gelagert werden, werden sie leicht auf die gewünschte Kon-

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zenträtion, d.h. 0,1 bis 20 O-e\*,-jt> der wäßrigen Phase, verdünnt. In solch verdünnter Form sinä die Susaramensetzungen homogen und zeigen überlegene Schmierfähigkeit. Sie sind bei erhöhten -iejjraera türen stabil und zersetzen sich, nicht, wenn sie bei hohen Geschwindigkeiten des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs verwendet werden. Die Messung der Schmierfähigkeit und die Zuordnung einer solchen Messung zur tatsächlichen Leistung bei der Endanwendung sind nicht immer erfolgreich, wenn auch ein qualitativer Vergleich durchgefuhrt werden kann. Eine der Methoden zur Messung der Schmierfähigkeit besteht in der Messung der ■Filmfestigkeit, bei der eine rotierende Oberfläche bei zunehmenden Drucken gegen eine stationäre Oberfläche gepreßt wird, wobei die rotierende Oberfläche während eines Seils ihres Umlaufes mit einem Torrat des zu testenden Schmiermittels in Berührung steht. Der Druck, bei dem die Oberflächen sich, fressen» wird, ausgedrückt in kg/cm -(psl), als lilmstärke des untersuchten Schmiermittels betrachtet» Die sur Messung der nachfolgend diskutierten Werte verwendete Apparatur ist ein Älpha-Molykote-Üfester, der mit einer tiafangsgeschwindigkeit von 101,8 m (334 ft) pro Minute arbeitet, wenn nichts anderes angegeben» Bei einem Stahl- blöok mi* einer Sockwell G Härte von 57 bis 60 führt die \ ?erwendüng einer 1 gew.-^igen lösung des dimeren Esters

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au Filinfestigkeiten von 1 51 & bia 2 366 kg/cm² (21 600 Ms 33 600 psi). Hit Konzentrationen von 0,5 und 0,25 · #. durchgaführiie Versuche führen st» 3?ilrnfestigfceitenvon 2 210 bzw. 1 970 kg/cm² (51 500 te¥. 28 000 pai). Die Verwendung von Wasser allein führt zn fast unmittelbarem Pressen* Bei einem Aliiffiin±uiablöa3r anstelle üs® Stahlbloolcs lief ert'eine 1 ^ige IJöaimg des dinieren Estera eine Filmfestigkeit von.etwa 984 Icgy/ciu (14 000 psi)_? während eine 0,25 $ige Lösung zu einer filmfestigkeit von etv?a 886 kg/om führt. Öleiaulsionen, wie sie bisher beim \

¥al»en von Alusiinittts verwendet \-?oräen sind, die etv/a 5 ^ Öl enthalten, ergeben lilmfestigkeiten von 352 bis 562 kg/cm² (5 000 bis S 000 pdi). Die Zugabe von 1 ?ä des PaIyesteri3 von Polyäthylenglykol und dimerer Säure erhötit die Filinfestiglceit auf etwa 1 480 kg/cm² (21 000 psi).

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Die erfindungGgeiDäßen wäßrigen Schmierinittel ergeben, insbesondere wenn sie als Vfalsflü3sigkeiten für Aluminium formuliert werden, gewalzte Produkte, die weniger Male, ein blankeres Auesehen und weniger blecken aufweisen als mit biaher verwendeten ölemulsianen erhaltene Produkte.

Die Herstellung und die Eigenschaften der erfindungsgeinäß-

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sen wäßrigen Schmiermittelzusaminensetzungen werden durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht, worin, wenn nichts anderes angegeben, alle Mengenangaben gewichts· bezogen sind»

Beispiel 1

In einen Dreihals-Hundkolben, der in einem elektrischen Mantel befestigt trad mit Rührer, Thermometer, Kühler -und , Dean-Stark-3?alle ausgerüstet ist, werden 3 Mol einer dinieren Fettsäure> die im Handel als "Ernpol" 1014 erhältlich ist, die 95 ^cß> dirnere CVg-Säure enthält^ und 2 Mol eines Polyäthylenglykols mit einem Polymerisationsgrad von 10, das im Handel als "Carbowax" 400 erhältlich ist, eingebracht» Die Heaktionsmischung wird unter konstantem Eühren auf 235+5⁰C erhitzt. Die Reaktion wird fortgesetzt, bis sich 80 $ der theoretischen Wassermenge in der Dean-Stark-Palle angesammelt haben. Die Säurezahl des sich ergebenden Polyäthylenglykolpolyesters der dimeren Fettsäure ist 51, die Hydroxylzahl beträgt 3.

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B e i- S₁ ρ ie 1 2

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird wiederholt/wobei äquimoiare Mengen der diineren Säure und des Polyäthylen-glykols und 1 Gew.-$ der Reaktionsmischung p~!Eolüol-sulfonsäure verwendet werden« Der sich ergebende Poly<äthylenglykolpoly ester hat eine Sätirezahl von 50 und eine Hydroxylzahl von 5,5.

B e i s ρ i e 1 5

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird wiederholt» wobei äquimolare Konzentrationen des Glykole und einer dimeren Säure verwendet werden, die als "Empol" 302Qfi'erhält lieh ist und die 73 # dimere C,g-Säure und 22 ^ trimere Cc.«-.-Säure enthält. Der sieh ergebende Polyester hat eine Säurezahl von 32,5 und eine Hydroxylzahl von 23,3*

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird wie^erhx>ity wobei äquimolare Konzentrationen des Slykols und einer dimeren Säure verwendet werden, die im Handel als^ «Itopol·» 1Ö16 erhältlich ist und die 87 ^ dimere Ö^^Sänre und 13 ^

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trimere Ce*-Säure enthält. Der sieh ergebende Polyester . hat eine Säurezahl von 25?7 "und eine Hydroxylzahl von 21,8,

Bei s ρ ie I 5

Es wird eine wäßrige Schmiermittelzusammensetzung herge- . stellt, die die folgenden Bestandteile enthält:

Polyester von Beispiel 1 5, 44 #

Iriäthanölamin ' . 3, 02 ^

ffatriuBräitrit . 3, 62 f»

läatriumsalz des o-Phenylphenols 0, 78 fa

Mclit-ionieches grenaflächenaktives Mittel,

Xthylenoxydkondensat des t-Oetylphenols_f

im Handel erhältlich als «Iriton« Σ-102 1, 81 ji Partieller Phosphatester des Addukte von

3 Wo 10 Mol ithylenoxyd und 1 Mol Mnonyl-

phenol, im Hand el erhältlich als "Gafac" BM-510 0, 6 fo'

Wasser 84, 73 $

100, 00 $ "Dieses wäßrige Schmiermittel wird dann weiter verdünnt und

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in Konzentrationen von 4 Vol.-^ als Aluminiumwalzflüssigkeit auf einer Dyo-Walzanlage untersucht* die mit einer Um-' fangsgeschwindigkeit von 27,4 m (90 ft) pro Minute rotiert· 3)ie Walsanlage wird-wit eineiv kommerziellen Emils ion in . Wasser zum Heißwalzen auf 50 # Mekenverminderting eingestellt. Ea werden Dickenvermindertragen von 52,5 $ über den Bereioh der Eonzentratiönen erhalten» Die sich ergebende gewalzte J'olie zeigt sehr geringes Anwachsen und hohen GlanaV

B e i s pi e 1 _ 6

Ein wäßriges Schmiermittelkonzentrat wird aus. den folgenden Komponenten hergestellts

Mineralöl, Saybolt-Viskositat 48 43,35 Teile

Pflanzliches Öl, eine Mischung von Oleat-

eötern 27»4 !Belle

Kationisches grenzflächenaktivesMittel, "Aerosol" C-61, ein äthanolierter AlkylguanidinarainkoiBplex 3,375 Seile

liicht-ionische grenzflächenaktive Mittel,

Ithylenoxydkondensate von alkyl-

substituierten Phenolen 15,40 !Eeile

^^ Cm.. I ■ ^^' . ■- ■

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PTS 710-35 _ΛΑ

Korrosionsinhibitor, Diäthanolamin 0,47 Teile

Bakterizid: t-Butylbenzoesäure 0,74 Teile

o-Phenylphenol 0,74 Teile

Polyester von Beispiel 3 5,00 Teile

Phosphatester, "Gafae" BM-510 3,375 Teile

Das Konzentrat wird, wie nachfolgend angegeben, mit Wasser verdünnt und bei einem Walzen von Aluminium auf einer Stanat-Duo-Walzanlage verwendet, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 27,4 m (90 ft) pro Minute rotiert. Das Walzwerk ist mit Mineralöl auf 50 # Dickenverminderung eingestellt. Die bei verschiedenen Konzentrationen erhaltene Dickeverminderung ist nachfolgend angegeben»

Konzentration	Dickevermind erun«
5 $	52 1*
2,5 *	52 $>
1,6 *	52 55

Beispiel 7

Ein wäßriges Schmiermittelkonzentrat wird hergestellt, indem 87 $> des Polyesters von Beispiel 4 mit 13 i» eines

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..PIS 710-35 λ*

lthylenoxydkondensats von t-Octylphenöl, einem im Handel als "!üriton" X-165 ernältliohen nloht-ionisc&en grenzflächenaktiven -Mittel, gemisent werden« Das Konzentrat wird mit Wasser -verdünnt xrad beim Waisen von Aluminium verwendet* wie in Beispiel .5 angegebene Es werden bei den angegebenen Konsentrationen die folgenden Bickeverininäerungen erbalten:

Konsentration	DielceTerininS erung
10 ^	13 S
5 $δ	■ 64 $ /
2*5 *■

Beispiels

Ein Polyester ans ä^uiffiolaren Mengen dimerer Säure einem Polyätnylenglykol mit einem Polyaierisationsgraä von 25 wird nach, der Arbeitsweise von Beispiel 1 hergesijelltd Der Polyester wird in einer Eonzentration von 1 fo in ¥as~ ser aufgelöst und als Schneidflüssigkeit verwendet« Ein 4340-Stahlrohr j Hockwell G 30V wird mit WolfraBiearbidwerkzeugen, die Z oder 6 $> Kobalt entlialteni geareßt«, Das ■ Werkstück rotiert Bit einer Bmfangsgescliwindigkeit von

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121,9" 31 (400 ft) pro Minute* Der WerkseugVorschufe beträgt 0,1 ram pro Fmdrehung (0,004 ipr) und die Seaarotscliiieidselt macht 80 Sekunden aus. Bei dem Schneidwerkzeug mit 6 $ Kobalt ist die Saankenabnutzung 0_P25 aim (0,0098 inch) und die Gesamtabnutzung durch Bildung einer Aushöhlung 0,735 mm (0,0289 inch)_? verglichall mit 0.32 ram bzw. 0,81 mm (0,0319 inch) für Yfasser allein. Bei dem Werfcseug mit 2 $ Kobalt ist die Gesamtflankenabnütsung 0,29 mm (0,0114 inch) und die Gesanitabiiütaung durch Kraterbildung beträgt 0,653^vm^ (0,0257 inch), verglichen mit 0,292 mm (0,0115 inch) bw« 0,785 mm (0,0509 inch) für Wasser allein.

Der Älpha-Molykote-Sester wird zur Messung der W Abnutzung des sich drehenaen le.iiss {Büchsenabimtsung) und der Blockabnutzung sines 2 g;-Stand&rdblocks aus glühbehandeltem Aluminium 5086 bei verschiedenen Geschwindigkeiten und einer ITorinar-belastung von etwa 272 kg (600 lbs) verx^endet, wobei ein ±ji Handel erhältliches M:T.nera.löl (50 SÜS) verwendet wird, das etwa 10 $ eines Pettöles ^enthält* Es werden folgende Er@ebnisse erhaltens

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Pi¹S 710-35 '

Buchsenumfangsge- Büchsen- Blockabnutsung schwindigkeit abnutzung

102,1 m/Min. 0,0055 g 0,0011 g (335 afm)

307,24 ffi/Min* . 0,0235 S Ö,Ö271 g (1008 sfm)

Die folgenden V/alsflüssiglteiten werden hergestellt:

Flüssigkeit A: Walzflüssigkeit von Beispiel 6 mit einer

Eonaentration von 20 $ in Wasser ♦

Plüssiglceit B: Walzflüssigkelt von Beispiel 6 mit einer

Konzentration von 10 $ in Wasser.

Flüssigkeit C: Diese !Flüssigkeit wird d-urch Mischen der

folgenden Bestandteile hergestellts

4,90 Seile Methyloleat

3,80 Teile Ester einer dimeren Säure, hergegastellt laach der Arbeitsweise von Beispiel 4» mit einer Säurezahl von 37,8

1,00 Teile "Gafe^o" Wi Phosphatester 0,30 Teile Diäthanolaaain
90 Teile Vfeaser .

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PiOS 710-35 OL

Diese Flüssigkeiten werden in dem Mölykote-iüester wie" oben getestet und es werden folgende Ergebnisse erhalten:

Buchsenumfängs- geschwindigkeit	Flüssigkeit	Büohsenab- nutsung	S	Blockabnutsuiig	,0088	β
307,24 m/Min. (1008 afm)	A	0,0000	S	0	,0077	&■
I!	B	^O»0010	g	0	,0130
Il	C	0,0003	0

Die vorstellenden Ergebnisse zeigen die bedeutende Verringerung der Abnutzung sowohl des Maschinenwerkaeugs als auch des Werkstückes, die mit den Susanmensetisungen erreicht wird, die die Polyätherglvkolpolyeater von dimeren Säuren enthalten.

Die vorstehenden Beispiele haben die Herstellung ä&r Polyester aus dimerer Säure und Pqlyätliylenglykol und dio Yerwendung dieser Polyester bei der Herstellung der erfindungsgemäßen wäßrigen Schmiermittel veranschaulicht. Wie aus den vorstehenden Beispielen hervorgeht, ergeben sich beträchtliche Leistungsgewinne bei der Endanwendung, wenn die erfindungsgemäßen^ Polyester in wäßrige?¹- Schinisrmittelη angewendet werden, entweder ala solche, modifisiert

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für eine spezielle Anwendung oder in Kombination mit einer ■Ölenralsion· Hr den Fachmann liegen Verschiedene Änderungen und Modifikationen auf der Hand, insbesonderehinsichtlich der IParmulierung von für spezielle Anwendiangsjsweqke bestiiDmten speziellen Sohmieritöitteln durch. Zugabe von Modifizierungsmitteln. Es soll klar sein, dass die vorstehende Beschreibung von speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diese nicht beschränken soll. Gegenstand der Erfindung ist vielmehr allgemein die Anwendung von Polyestern von PölyUthylenglykol und dimeren Fettsäuren in ΙΌηη einer wäßrigen !lösung als Schiniermittel bei der Bearbeitung von Metallen,

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Claims (18)

644875 PiDS-710-35 8· Dezember 1967 9? P a t e η t a η s ρ r Ü ο h e t

1. Wäßriges Schmiermittel für die Metallbearbeitung, gekennzeichnet durch eine lösung, die 0,1 bis 20 Gew.-56 der wäßrigen Phase eines flüssigen oder dispergierbaren Polyesters eine« Polyoityalkylenglyiols mit einem Polymerisationsgrad von 4 bie 200. wobei die AUcylengrappen 2 bis 4 Kohlenetöffatoiae aufweisen» imd des Dimer en einer Pettsäure mit 16 "bis 26 Kohlenstoffatomen enthält. -

2. Schmienaittel nach Anepruch 1, dadurch gekean se lehnet, daß die Alkylengruppe die Äthylengruppe ist.

3. Schmiermittel nach Anspruch 2_t dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester in Kombination mit einem grenzflächenaktiven Mittel verwendet wird, wobei das grenzflächenaktiv ve Mittel 1 bis 25 Gew.-^ der Mischung von grenzflächeaaktivem Mittel und Polyester ausmacht.

4· SohMetfJ^el nach Anspruch 2, dadurch net,, daäe-di»^ Polyester durch Kondensation des Poly-Äthylenglykols mit der dimeren Fettsäure bei Mölverhält

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nlssen Polyäthylenglykpl zu Satire von 0,8 bis, 2,0 hergestellt worden ist, wobei dieKondensationfortgeführt worden ist» bis 50 bis 90 S^ der theoretischen Waaseriaeage entfernt waren· .

5. Schmiermittel nach Ansprach 4» äadurch gekennizeich-· net, dass die dimere Säure eine dimere C~g-Säure ist«

6. Schmiermittel nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass das grenzflächenaktive Mittel ein nichts ionisches grenzflächenaktives Mittel ist·

7. Schmiermittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das grenzflächenaktive Mittel ein Äthylenoxydkondensat ist. - .

ύ_φ Schmiermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Korrosionsinhibitor enthält.

9· 'Schmiermittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsinhibitor ein Alkylolamin ist.

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10* Schiaiertaittel hacli Anspruch>r8* dadurcli gekennseieiiuet, daß dei? Korrosipiiöiahifel^Qr^ ein Aikalliaefcallnltrit

11. ScbBiermi btel nach Aaspruöh 8, dadurch gt-keimae j ebnet, daß der Korros ions inhibitor eine Kombiiia tion von Alkylolamin und Alkaliiaetallnitrit ist.

12. Schmiermittel nach. Anspruch J_r dadurch gekennzeichnet, dass es ein Schmieröl enthält, ausgewählt unter mineralischen, pflanzlichen und tierlachen Ölen.

13. W&ßriges Schmiermittel zur Metallbearbeitung, dadurch gekennzeiphnet, dass es 0*1 bis- 20 Gev?*-$ dsr \/äßrigen Phase eines Schmiermittelkbnzenbrats enthält, üe.t

20 bis fö uew.-^f bezogen auf das Konzentrat, eines w Polyesters eines-Polyäthylanglykols mit einem durchschnittlichen .Pülymerisationsgrad. von 4 b3s etva 30 vn& einer dimeren CUg-Saure, wobei der Polyester durch densation des G-lykqls' mit der Säure in einem Eclv nis von 1^0 bis 1,5 bis zur Entfernung von 70 bis 90 # der theoretischen V/assermange hergestellt werden ist, 20 bis 75 Gew.-#,~ bezogen auf das Konzentrat, eines jfvbt-

-ι

V *

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öles und 5 bis 25 Gew.-#, bezogen' auf das Konzentrat, eines aromatischen Phosphatestera enthält*

14. Schmiermittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pettöl ein Ester einer Fettsäure mit 8 bis, 26 Kohlenstoffatomen ist. .

15. Konzentrat eines, wäßrigen Schmiermittels aurMetall- bearbeitung, dadurch gekennzeichnet» daß es eine Mischung von 20 bis 75 Gew.-^, bezogen auf die Mischung, eines Polyesters eines Polyäthylenglykola mit einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad von4 biß etwa 30 und einer dinieren O^g-Säure, wobei der Polyester durch . V Kondensation des Glykole mit der Säure in einem Molver- :

hältnis von 1,0 bis 1*5 bis zur Entfernung von 70 bis 90 iS der theoretischen Viassenaenge hergestellt worden ist, 20 bis 75 Gew.-5$, bezogen auf die Mischung, eines Esters ( einer Fettsäure mit 8 bis 26 Kohlenstoffatomen und 5 bis 25 ffew. -i* der neutralen Mischung des Alkylolaminealzes eines aromatischen Phosphatteilesters enthält.

16. Wäßriges Schmiermittel zur Metallbearbeitung, da- i durch gekennzeichnet, daß es 1 bis 20 Öew·-^ beapgea auf

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. das Schmiermittel, des Polyesters eines PoIyäthylenglylcols mit einem durchschnittlichen Polymeri3a~ tionsgrad von 4 bis etwa 30 und einer dimeren Cvg wobei der Polyester-durch Kondensation des G-lykols der Säure in einem Molverhältnis von 1,0 bis 1,5 bis zw? !Entfernung, von 70 bis 90 $ der theoretischen vfassermenge hergestellt worden ist, 1 bis 20 Gew."-5s_r besogen awf das Schmiermittel, eines Älkaliiaetalliiitrita trad 5 bis 20 GrW«-^, besogen auf das Sehisienoittely eines ■ Al&ylclamias enthält.

17. Verfahren zum Waisen von-g seichuöti dass als Schraieraiittel i'ür dsa ÄltüBihiiixs ä-~.t: Schmiermittel τοπ Anspruöh 1 vsirvretjcet" wird«

18. Yerfahrsn sitai felseia von Aluminium» dc-rarcii zeichnet_r äB.2 als Sciiasierxaittöl für,das- Alt>isii3^iüsu öas Schmiermittel 'von Ansprach 13 ves??oiidet wird»-

19· Spanabhebende Eearbeit«ng"von eisenhaltifren Metallen, 'dadurch 'gsiceiinseichnet, οε,δ öle g^r-ss^Cii/j-t^iio ^/0T" ^-^K" sprues 1 als Schneidfliissigfeavi vcrwesäet vrirö*

209815/122Ί badoriginal

20ο Spanabhebende Bearbeitung von eisenhaltigen Metallen, dadurch- gekennzeiolinet, daß die Zusanmensetzung von Anspruch 16 Anwendung findet«

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