AT215581B

AT215581B - Lösliches Öl

Info

Publication number: AT215581B
Application number: AT73660A
Authority: AT
Original assignee: Socony Mobil Oil Co Inc
Priority date: 1960-02-01
Filing date: 1960-02-01
Publication date: 1961-06-12

Description

Lösliches Öl
Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Schmiermasse und insbesondere auf eine Zusammensetzung, die besonders zum Schmieren von Metallen bei Bearbeitungsvorgängen, wie Schneiden, einschliesslich Räumen, Drehen, Gewindeschneiden, Bohren, Stossen bzw. Anstechen und Fräsen, und bei Arbeitsvorgängen, wie Schleifen, Ziehen, Walzen od. dgl., geeignet ist. Gemäss der in der Technik üblichen Bezeichnung fallen die Schmiermittelzusammensetzungen, auf welche sich die Erfindung bezieht, in die Klasse, welche gewöhnlich als "lösliche Öle" bezeichnet wird.

Es ist bekannt, dass diese ein Schmiermittel umfassen, welches ein emulgierendes Material gelöst oder dispergiert enthält, das dem Öl eine Fähigkeit für wesentliche, wässerige Verdünnung unter Bildung einer stabilen Öl-in-WasserEmulsion erteilt.

Die auf diese Weise gebildete Emulsion wird durch Überfliessen in einem stetigen Strom über das Werkzeug und das Werkstück angewendet und sie wirkt dahingehend, dass sie die Wärme sowohl von dem Werkzeug als auch von dem Werkstück abführt, die Lebensdauer des Werkzeuges verbessert, die Qualität der erzeugten Oberfläche verbessert, die Oberflächen in Berührung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück schmiert, die Späne fortwäscht, die Werkzeugabnutzung herabsetzt, die Reibung zwischen Span und Werkzeug vermindert und eine Schmierung zwischen dem Span und dem Werkzeug schafft, so dass auf diese Weise die Wirkung des hohen Druckes des Spanes auf das Werkzeug herabgesetzt wird. Ölin-Wasser-Emulsionen werden normalerweise angewendet, wo rauhschleifende Schnitte hergestellt wer" den.

Bei rauhschleifenden Schnitten besteht der primäre Zweck darin, das Material zu entfernen, und die Qualität der erzeugten Oberfläche ist als sekundär angesehen worden. Da jedoch bei dem nachfolgenden Endbearbeitungsschnitt lediglich ein sehr kleiner Anteil an Material entfernt wird, soll der vorausgehende, rauhe Schnitt das Werkstück nicht in einem derartigen Zustand hinterlassen, dass durch den Endbearbeitungsschnitt die von dem rauhen Schnitt zurückgelassenen Unebenheiten nicht entfernt werden.

Daher soll die Beschaffenheit des Schneidöles, welches während des rauhschleifenden Schnittes angewendet wird, derart sein, dass die Qualität der bearbeiteten bzw. zu bearbeitenden Oberfläche verbessert wird. Es wird gewöhnlich ein ausserordentlich grosser Druck zwischen der Schneidkante des Werkzeuges und dem zu bearbeitenden Metall ausgeübt ; ferner werden infolge der innewohnenden Federung des Metalles schwere Drücke zwischen dem Werkstück und der Oberfläche des Werkzeuges gerade unter der Schneidkante und zwischen den Spänen und der Oberfläche des Werkzeuges gerade hinter der Schneidkante aufrechterhalten. Daher ist es erforderlich, dass ein Schmiermittel geschaffen wird, welches in der Lage ist, Reibung zu vermindern und einen eine hohe Belastung aufnehmenden Schmierfilm zwischen dem Schneidwerkzeug, dem Span und dem Werkstück, das bearbeitet wird, zu liefern.

Es ist bisher eine Vielzahl von Zusatzstoffen zur Anwendung gebracht worden, um lösliche Öle zu verstärken. Materialien, welche aktiven Schwefel enthalten, sind für derartige Zusatzstoffe kennzeichnend. Obwohl sie in gewisser Hinsicht vorteilhaft sind, neigen hohe Konzentrationen an aktivem Schwefel dazu, Korrosion und bzw. oder Fleckenbildung auf gewissen Metallen, wenn sie sich hiemit in BerUhrung befinden, bei relativ niedrigen Temperaturen hervorzurufen. Ferner sind halogenhaltige Zusatzstoffe und insbesondere chlorierte Materialien zur Anwendung gebracht worden. Die letzteren können jedoch unter feuchten Bedingungen ebenfalls Fleckenbildung hervorrufen, und häufig geben sie beim Gebrauch Halogen, z. B. Chlor, ab. Phosphorhaltige Materialien sind zur Anwendung gebracht worden ; es haben sich jedoch auch hiebei Nachteile herausgestellt.

Viele phosphorhaltige Zusatzstoffe, beispielsweise Säureester des Phosphors, verbinden sich während des Gebrauches (insbesondere bei Schleifvorgängen) mit Eisenfeilspänen und bilden Eisenseifen, welche eine übermässige Schaumbildung fördern können.

Es ist daher ein Zweck der Erfindung, eine verbesserte Zusammensetzung zu schaffen, welche bei Metallbearbeitungsvorgängen zum Schmieren geeignet und frei von den vorstehend erwähnten Nachteilen ist.

Ein weiterer Zweck besteht darin, ein verbessertes Metallbearbeitungsschmiermittel und insbesondere ein lösliches Öl zu schaffen, welches während des Gebrauches hohen Drücken widersteht.

Ein anderer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Metallbearbeitungsschmiermittels, welches durch einen hohen Grad an Bearbeitungswirksamkeit gekennzeichnet ist.

Andere Zwecke sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Die vorstehend genannten Zwecke werden mit einem löslichen Öl verwirklicht, welches gewisse öllösliche, phosphor-, schwefel- und metallhaltige Reaktionsprodukte und ein oder mehrere geeignete Emulgiermittel enthält. Die Reaktionsprodukte werden auf die folgende Weise hergestellt :
1. Bildung einer Mischung aus einem Kohlenwasserstoffmaterial, beispielsweise einem Erdöl (Petroleumöl) und einem Metallhydroxyd ;
2. In-Berührung-Bringen der Mischung mit einem oxydierenden Gas bei einer Temperatur von etwa 125 bis 325oC, so dass ein metallhaltiges, oxydiertes Kohlenwasserstoffprodukt geschaffen wird ;
3. Reaktion des metallhaltigen, oxydierten Kohlenwasserstoffproduktes mit einem Phorphorsulfid, so dass ein metall-, phosphor- und schwefelhaltiges, oxydiertes Kohlenwasserstoffprodukt geschaffen wird ;
4.

Bildung einer Mischung des gemäss 3. hergestellten Produktes mit Wasser und einem Metallhydroxyd bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunktes von Wasser ;
5. im wesentlichen vollständige Dehydratisierung der gemäss 4. gebildeten Mischung und
6. Filtrieren der gemäss 5. gebildeten, dehydratisierten Mischung, um daraus die unlöslichen Stoffe zu entfernen.

Ein typisches und bevorzugtes Reaktionsprodukt wird durch das nachstehende Beispiel 1 veranschaulicht.

Beispiel 1 : 2000 g eines perkolierten, lösungsmittelraffinierten, hellen Midkontinentöles (durchschnittliches Molekulargewicht etwa 800) und 200 g (9, l Gew.-%) hydratisierter Kalk (erhältliches Calciumoxyd, minimal 70ci) wurden gemischt und danach in eine elektrisch beheizte Glaskolonne (Länge etwa 18,3 m, Durchmesser etwa 76 mm) eingebracht. Die Kolonne enthielt eine im Boden befestigte, gefrittete Glasscheibe zur Luftdispergierung. Der Inhalt der Kolonne wurde schnell auf etwa 2180C erhitzt. Durch die Glasfritte wurde Luft mit einer Geschwindigkeit von 3 1 je Stunde je 100 g Öl etwa 21 Stunden lang eingeleitet. Das auf diese Weise hergestellte Produkt wurde filtriert. Das Filtrat wies einen Calciumgehalt von etwa 1, 5 bis 1, 7 Gew.-% auf.

Das filtrierte, oxydierte Öl wird in einen Glaskolben eingebracht, welcher mit einem Rührer, Thermometer und einem Stickstoffeinlassrohr versehen ist. Das Öl wurde mit gleichem Gewicht eines VerdUn- nungsöles verdünnt ; es handelt sich hiebei um ein paraffinisches Öl mit einer A. P. I. -Dichte von 27,5, einer SUS-Viskosität bei etwa 38 C von 100 bis 110, einem Flammpunkt (COC, C) von minimal 176 und einsr Fälbung (nach ASTM) von maximal 2. Etwa 10 Gew.''% P. S, bezogen auf die helle Einsatzcharge, werden zu dem verdünnten, oxydierten Öl hinzugegeben und die sich ergebende Mischung wurde bei etwa 1490C 2 Stunden lang in einer Stickstoffatmosphäre zur Reaktion gebracht.

Darauffolgend wurde die Reaktionsmischung auf etwa 77 - 820C abgekühlt und mit 10 Gew.-% Wasser und danach mit 10 Gew.-% hydratisiertem Kalk behandelt ; die Mengen an Wasser und Kalk sind auf die helle Einsatzcharge bezogen. Die auf diese Weise gebildete Mischung wurde beim Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 1490C dehydratisiert ; sie wurde eine Stunde lang auf etwa 1490C gehalten. Es wurden 5 Gew.-% einer Filterhilfe ("Hyflo") hinzugegeben, und das Produkt wurde heiss durch einen mit Filterhilfe überzogenen, elektrisch beheizten Trichter filtriert."Hyflo"ist eine Filterhilfe des inaktiven Typus und besteht aus Diatomeenerde.

Das Filtrat, welches das erwünschte Reaktionsprodukt in dem VerdUnnungsöl (1 Verdünnung) darstellte, ergab bei der Analyse die folgenden Werte :
EMI2.1

<tb>
<tb> Calcium <SEP> 1, <SEP> 5-2, <SEP> 8% <SEP>
<tb> Phosphor <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 1. <SEP> 40/0 <SEP>
<tb> Schwefel <SEP> 1, <SEP> 5-3, <SEP> 0% <SEP>
<tb>

Ein auf diese Weise hergestelltes Reaktionsprodukt wird in verschiedenen, nachstehend beschriebenen Prüfungen näher veranschaulicht und als "Reaktionsprodukt A" bezeichnet.

Es ist ferner gefunden worden, dass das dehydratisierte Produkt bei den Schneidölen gemäss der Erfindung verwendet werden kann, so dass man die Filtrierstufe fortlassen kann.

Die Konzentration des Reaktionsproduktes in der löslichen Ölzusammensetzung ist derart, dass ihre Wirksamkeit beim Einsatz verbessert und gemäss dem Verarbeitungszweck, für den sie eingesetzt wird, in

grossem Umfang abgeändert werden kann. Wenn die Emulsion als Kuhlmittel angewendet wird, ferner als Schmiermittel, und wenn sie durch eine Umlaufpumpe od. dgl. zur Anwendung gebracht wird, soll das Reaktionsprodukt gewöhnlich in einer Konzentration von etwa 0, 1 bis 3,0 Gew.-% vorhanden sein. Üblicherweise wird ein lösliches Öl derart in den Handel gebracht, dass es zur Anwendung in der erforderlichen Weise verdünnt wird. In einem derartigen löslichen Öl ist das Reaktionsprodukt üblicherweise in einer Konzentration von etwa 5 bis 301a vorhanden.

Danach ist bei den Zusammensetzungen gemäss der Erfindung in Anwesenheit der Reaktionsprodukte in löslichen Schneidölen in weit variierenden Mengen in Betracht gezogen.

Obwohl ein weiter Bereich von Mineralschmierölen als Basis für die löslichen Schneidöle gemäss der Erfindung Verwendung finden kann, umfasst im allgemeinen das Basis- oder Grundöl ein solches Öl mit einer Saybolt-Universal-Viskosität bei etwa 38 C im Bereich von etwa 40 bis 1000 Sekunden und einer A. P. I.-Dichte von 19 bis 360. Es ist jedoch bei der Herstellung der Zusammensetzungen gemäss der Erfindung vorzuziehen, ein helles Öl als Basis zur Anwendung zu bringen, d. h. ein solches mit einer Dichte im Bereich von 20 bis 360 A. P. I. und einer Viskosität bei etwa 380e von 80 bis 120 Sekunden.

Wie vorstehend ausgeführt, enthalten die Zusammensetzungen gemäss der Erfindung ein oder mehrere Emulgiermittel in Verbindung mit den vorstehend genannten Reaktionsprodukten und Ölen. Die hiebei anwendbaren Emulgiermittel umfassen wasserlösliche Seifen, Sulfonate, kationische und nicht-ionische Mittel, die sämtlich in der Technik bekannt sind.

Kennzeichnend für derartige Materialien sind die folgenden : Natrium-und Kaliumsalze von tierischen und pflanzlichen Fetten und Fettsäuren, beispielsweise Ölsäure, Stearinsäure od. dgl. ; Mineralölsulfonate, welche aus einer Vielzahl von Mineralölfraktionen hergestellt sind ; Glyoxalidine, beispielsweise 1-0xyäthyl-2-heptadecenylglyoxalidin, sechswertige Alkoholpartialester von Fettsäuren mit hohem Molekulargewicht und deren Anhydride, beispielsweise Sor- bitanmonooleat ;

Polyoxyäthylenderivate der vorstehend genannten, sechswertigen Alkoholpartialester ; alkylierte Acrylpolyätheralkohole, beispielsweise solche, wie sie durch Kondensation eines Phenols oder Phenolderivates mit Äthylenoxyd erhalten werden, zu deren Veranschaulichung ein Polyoxyäthylenoctylphenol dient. Diese Emulgiermittel können als die Bildung von Öl-in-Wasser-Emulsionen fördernd bezeichnet werden, wie dies in der USA-Patentschrift Nr. 2,811, 489 angegeben ist. Sie sind in den Zusammensetzungen gemäss der Erfindung in Konzentrationen in etwa 5 - 30 Gew. -0/0, vorzugsweise von etwa 10 bis 20 Gew. -0/0. vorhanden.

Die Zusammensetzungen gemäss der Erfindung umfassen demgemäss die Kombination der vorstehend genannten Komponenten in den folgenden Anteilen :
EMI3.1

<tb>
<tb> Breiter <SEP> Bereich <SEP> Bevorzugter <SEP> Bereich
<tb> Gew.-% <SEP> Gew.-'o <SEP>
<tb> Mineralschmieröl <SEP> 90-40 <SEP> 80-60
<tb> Reaktionsprodukt <SEP> 5-30 <SEP> 10-20 <SEP>
<tb> Emulgiermittel <SEP> 5-30 <SEP> 10-20 <SEP>
<tb>

Ausser den vorstehend genannten Komponenten können die hier in Betracht gezogenen, löslichen Öle ferner ein Hochdruckmittel sowohl von korrodierender als auch nicht-korrodierender Beschaffenheit enthalten. Ein korrodierendes Mittel ist durch "lose gebundenen" Schwefel gekennzeichnet und stellt ein solches dar, welches mehr als eine leichte Verfärbung bei dem Kupferstreifentest verursacht.

Dieser Test umfasst das Eintauchen eines Kupferstreifens in das Testmaterial während 3 Stunden bei 1000C. Ein nichtkorrodierendes Mittel ist ein solches, welches nicht mehr als eine leichte Verfärbung eines Kupferstreifens unter derartigen Testbedingungen verursacht.

Es ist zu beachten, dass zusätzlich zu dem Gehalt an "lose gebundenem" Schwefel die korrodierenden Hochdruckmittel eines oder mehrere andere kennzeichnende Elemente enthalten können, beispielsweise Brom, Chlor, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphor.

Beispiele von korrodierenden, schwefelhaltigen, organischen Zusammensetzungen, bei denen Schwefel "lose gebunden" ist, sind die folgenden : sulfurierte, tierische, seetierische und pflanzliche Öle mit
EMI3.2

Schwefel ; sulfuriertepene, organische Polysulfide und Mercaptane. Von diesen Mitteln wird insbesondere sulfuriertes Schmalz- öl mit einem Gehalt von etwa 15 Gew.-% Schwefel bevorzugt.

Nicht-korrodierende Hochdruckmittel, welche gemäss der Erfindung zur Anwendung gelangen können. sind durch "fest gebundenen" Schwefel, Phosphor und bzw. oder Halogen, beispielsweise Chlor und Brom, gekennzeichnet. Kennzeichnend für derartige Mittel sind : sulfurierte, tierische, seetierische und pflanzliche Öle mit einem Gehalt von bis zu 10 Gew.-% Schwefel ; Dibenzyldisulfid ; Chlornaphthaxanthat, chlorierte Fettstoffe, beispielsweise chlorierte Stearinsäuren, chlorierte Wachse ; organische Phosphorverbindungen, beispielsweise Thiophosphate, usw. Unter solchen Mitteln wird sulfuriertes Schmalzöl mit einem Gehalt von bis zu 10 Gel.-% Schwefel bevorzugt.

Die korrodierenden oder nicht-korrodierenden Hochdruckmittel können in den Zusammensetzungen gemäss der Erfindung in Konzentrationen von etwa 5 bis 20 Gew. -0/0, vorzugsweise zwischen etwa 10 und 15%, angewendet werden.

Die Zusammensetzungen gemäss der Erfindung haben sich in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft erwiesen, wie durch die nachfolgenden Prüfungsergebnisse veranschaulicht wird.

Gewindebohrwirksamkeit.

Beim Messen der Gewindebohrwirksamkeit eines Öles wird eine Reihe von Löchern in ein Versuchsmetall, nämlich SAE 1020-heiss-gewalzten Stahl, genau gebohrt. In diese Löcher werden danach mit einer Reihe von Gewindebohrern in einer Bohrpresse, die mit einem Tisch ausgestattet ist, der sich frei um die Mitte drehen kann und auf Kugellagern angeordnet ist, Gewinde geschnitten. Ein drehmomentaufnehmender Arm ist an diesem "schwimmenden" Tisch befestigt, und dieser Arm wiederum betätigt eine Federskala, so dass das tatsächliche Drehmoment während des Gewindebohrens mit dem zu untersuchenden Öl unmittelbar gemessen wird. Die gleichen Gewindebohrer, die bei der Bewertung des Prüf- öles benutzt werden, werden zum Gewindebohren mit einem Standardbezugöl verwendet, dem willkürlich eine Wirksamkeit von 100% zugeschrieben worden ist.

Das mittlere Drehmoment für das Prüföl wird mit demjenigen des Standardöles verglichen, und es wird eine relative Wirksamkeit auf prozentualer Basis berechnet, z. B.
EMI4.1

Drehmoment <SEP> bei <SEP> Standardbezugsöl <SEP> 19, <SEP> 3
<tb> Drehmoment <SEP> bei <SEP> Prüföl <SEP> 19,8
<tb> Relative <SEP> Wirksamkeit <SEP> des <SEP> Prüföles <SEP> 19,3 <SEP> x <SEP> 100 <SEP> = <SEP> 97,4%
<tb> 1, <SEP> 8 <SEP>
<tb>

Dieser Test ist von C. D. Flemming und der Patentinhaberin in "Lubrication Engineering". Band 12, Nr. 3. Mai-Juni 1956, S. 199-203, beschrieben.

Die bei diesem Test erhaltenen Werte stehen mit den Feldbedingungen in guter Wechselbeziehung.

Die Ergebnisse des vorstehend beschriebenen Testes bei der Bewertung von Schmiermitteln gemäss
EMI4.2

EMI4.3

Die Gewindebohrtestergebnisse veranschaulichen die Bearbeitungswirksamkeit der neuen Zusammensetzungen. Ferner zeigen die Ergebnisse, dass ein"Light Duty"-lösliches Öl, welches das Reaktionsprodukt A enthält, sich in der Leistung den "Heavy Duty"-löslichen Ölen nähert. Das zur Anwendung ge-
EMI4.4

fettsäuren, 7 Gew.-*7c Natriummineralölsulfonate (Molekulargewicht der Sulfonsäuren etwa 400), 1, 5 Gew.-% Athylenglykol und 1 Gew.-% Wasser.

Falex-Snap-Test.

Eines der neuen, löslichen Öle wurde dem Falex-Snap-Test unterworfen, welcher im Bulletin Nr. 3 der Faville Le Vally Corporation, Chicago, Illinois, beschrieben ist. Es wurde ein Vergleich mit dem "Light Duty"-löslichen Öl, welches vorstehend beschrieben wurde, in Verbindung mit dem Gewindebohrtest angestellt. Die Testergebnisse sind nachstehend veranschaulicht :
EMI5.1

EMI5.2

Claims

<Desc/Clms Page number 6>

4. Lösliches Öl nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass das korrodierende Hochdruckmittel aus einem sulfurierten Schmalzöl mit etwa 15 Gew.-% Schwefel besteht.

5. Lösliches Öl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sowohl ein Emulgiermittel als auch ein korrodierendes Hochdruckmittel enthält.

6. Lösliches Öl nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-korrodierende Hochdruckmittel aus einem sulfurierten Schmalzöl mit etwa 10 Gel.-% Schwefel besteht.

7. Lösliches Öl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dehydratisierte Mischung zur daraus erfolgenden Entfernung unlöslicher Stoffe einer Filtration unterworfen wird.

8. Öl-in-Wasser-Emulsion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 Vol. -Teil der Zusammensetzung gemäss einem der Anspruche 1 bis 3 oder 6 in Verdünnung mit etwa 10 - 50 Vol. -Teilen Wasser enthält.