Verfahren zur Herstellung von Emulsionen des Typs Öl in Wasser, insbesondere zur Verwendung als Kühl- und Schmiermittel bei Werkzeugmaschinen. Es ist bekannt, dass mit Wasser verdünn bare Emulsionen vom Typ 01 in Wasser, wie sie unter anderem als Schneideflüssigkeit, das heisst als Schmierkühlmittel, bei der Be arbeitung von Metallen mit schneidenden Werkzeugen, verwendet werden, durch Ver- seifung von Produkten,
wie beispielsweise Tallöl oder Tallölsäuren (Tallölfettsäuren) oder auch von tierimhen und pflanzlichen ölen, wie Tran und Rüböl, hergestellt wer den können. Die dabei erhaltenen Emulsionen sind aber in bezug auf ihre Standfestigkeit oft nicht so gut wie zu wünschen wäre, und insbesondere sind sie empfindlich gegen gälte, so dass die Emulsionen brechen, wenn sie starker gälte ausgesetzt werden.
Über raschenderweise hat es sich nun nach vorlie gender Erfindung gezeigt, dass äusserst sta bile, mit Wasser verdünnbare Emulsionen des Typs 01 in Wasser durch Zufügung von Alkali und Wasser zu einer freie Säure ent haltenden öligen- Flüssigkeit dadurch her gestellt werden können, dass man zu einer öligen Flüssigkeit mit einer Säurezahl von wenigstens<B>7,0</B> bei einer Temperatur von 100 bis 120 C wässeriges Alkali,
hierauf höch stens wenig Alkali enthaltendes Wasser und schliesslich bei einer Temperatur von 45 bis 60 C nochmals wässeriges Alkali hinzufügt, wobei die gesamte Alkalimenge so gross ist, dass das Enderzeugnis einen zwischen 8 und 9 liegenden p$-Wert erhält. Es hat sich ge zeigt, dass bei der Herstellung der Emulsion in dieser Weise der Dispersionsgrad der dis persen Phase der Emulsion äusserst hoch wird, in gewissen Fällen sogar so hoch, dass die Emulsion klar und durchsichtig wird.
In folge dieses hohen Dispersionsgrades wird die Emulsion überaus stabil, so dass sie :sogar Gefrierung in feste Form und Wiederauf- tauung sowie auch ziemlich hohe Erwärmung verträgt, ohne Schaden zu erleiden, was für die Lagerung., den Versand und die Verwen dung der Emulsion als Schneideflüssigkeit von nicht geringer praktischer Bedeutung ist.
Es hat sich erwiesen, dass bei der Herstel lung von Emulsionen aus Tallöl oder Tall- ölsäuren (Tallölfettsäuren) durch Verseifung der Nachteil eintritt, dass die gewonnene Emulsion trocknend und somit pechend wird. Dieser Nachteil kann durch Krackdestillation des Tallöls oder der Tällölsäuren vermieden werden.
Durch die Krackdestillation wird die Säurezahl herabgesetzt; aber es hat sich ge zeigt, dass die Krackdestillation zwecks Er reichung des mit derselben beabsichtigten Effektes nicht weiter betrieben zu werden braucht, als dass das Destillat noch eine Säurezahl von wenigstens 70 aufweist.
In dieser Weise behandeltes T'allöl bezw. Tall- ölsäuren (Tallölfettsäuren) mit einer Säure zahl von wenigstens 70 eignet sich besonders als Ausgangsstoff für das erfindungsgemässe Verfahren, wobei eine klare, stabile und gleichzeitig nicht trocknende oder pechende Emulsion erhalten wird.
Ausser Tallöl oder Tallölsäuren (Tallöl- fettsäuren) kommen für das Verfahren nach der Erfindung auch tierische Öle (beispiels weise Tran) sowie pflanzliche Öle (beispiels weise Rüböl) in Frage, die von solcher Art oder so vorbehandelt worden sind, dass ihre Säurezahl wenigstens 70 beträgt. Eine solche Vorbehandlung kann zum Beispiel im Falle des Rüböls in einer weit betriebenen Erhit zung bestehen, wodurch das Rüböl umgewan delt und die ,Säurezahl erhöht wird.
Mineral öle und Teeröle sowie tierische oder pflanz liche Öle mit zu niedriger Säurezahl werden für das Verfahren brauchbar, wenn sie mit tierischen oder pflanzlichen Ölen. mit hoher Säurezahl oder mit Fettsäuren, zum Beispiel Olein oder Tallölfettsäuren, oder mit andern geeigneten Säuren vermischt werden, derart, dass die Mischung eine Säurezahl von wenig stens 70 aufweist.
Verschmierseifung, das heisst Verseifung mit galiumhydroxyd, ist der Verseifung mit Natriumhydroxyd vorzuziehen. Bei Verwen dung von Natriumhydroxyd werden nämlich bei Zimmertemperatur unlösliche oder aus flockende Seifen gebildet. Bei der Ausschei dung von diesen erhält man aber ein auch bei Zimmertemperatur klares Erzeugnis, das jedoch dünner ist als das, welches man bei der Verwendung von Kaliumhydroxyd erhält.
Auch flüchtiges Alkali (Ammoniak) kann verwendet werden, aber infolge der Flüchtig keit des Ammoniaks wird das Erzeugnis labil bei Aufbewahrung oder Verwendung unter solchen Umständen, dass das Ammoniak Ge legenheit zur Verflüchtigung bekommt. Für die meisten praktischen Zwecke kommt des halb flüchtiges Alkali nicht in Frage.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, ausser dem Alkali kleine Mengen von Salzen hinzu zusetzen, besonders Phosphate, zum Beispiel Natriumdiphosphat, was, wie es sich gezeigt hat, eine Verbesserung des Erzeugnisses hin sichtlich dessen Eigenschaften als Schneide flüssigkeit bewirkt.
<I>Beispiel 1:</I> Das Ausgangsmaterial (das Tallöl, die Tallölsäuren [Tallölfettsäuren], das -Öl oder die Ölmischung) wird vorsichtig bis auf 100 bis 110 C erwärmt. Auf dieselbe Temperatur wird eine für die Verseifung nur eines Teils, zum Beispiel 60 %, der in dem Ausgangs material vorkommenden freien Säuren berech nete Menge in Wasser gelösten Alkalis er wärmt, die unter kräftigem Umrühren nach und nach hinzugesetzt wird.
Wenn die Re aktion abgeschlossen ist, wird unter kräftigem Umrühren eine zweckmässig bemessene Menge bis auf etwa 80 C erwärmten, vorzugsweise enthärteten Wassers allmählich hinzugesetzt. In dem Masse, wie das Wasser hinzugefügt; wird, nimmt die Masse eine immer dickere Konsistenz und ein sahnenartiges Aussehen an. <B>Es</B> wird nun eine kleine Menge Natrium- diphosphat oder ein anderes entsprechend wirkendes Salz in Wasser gelöst hinzugesetzt. Nachdem auch diese Lösung in der Masse gut vermischt worden ist, wird diese auf zwischen 50 und 55 C abgekühlt.
Zu dieser Masse, die das Wasser als disperse Phase enthält und deshalb nicht wasserlöslich ist, wird unter starkem Umrühren eine so bemessene Menge in Wasser gelösten Alkalis von Zimmer temperatur gefügt, dass diese zur vollständi gen Verseifung des Restes der freien Säuren und zur Erzielung eines:.pH-Wertes von 8-9 im Enderz*s-4usxeicht. Der letztgenannte Alkalizüsatz muss vorsichtig vor sich gehen:
Wenn ein Teil der fraglichen Alkalimenge hinzugesetzt worden ist, ändert die Masse wie der ihre physikalische Struktur, indem sie halbdurchsichtig und blank wird. Bei wei terem Alkalizusatz geht die Masse in eine sehr dicke und plastische, zähe, aber durch scheinende Form über, die sich noch immer nicht in Wasser löst. Bei Zusatz von mehr Alkali geht die Masse in eine relativ dünn flüssige, etwas milchartige Flüssigkeit über, die das<B>01</B> als disperse Phase enthält und sich deshalb in Wasser löst.
Bei weiterem Alkalizusatz wird die Flüssigkeit vollkom men klar und durchsichtig oder nur schwach opalisierend. Während des ganzen allmäh lichen Zusatzes der letzten Alkalimenge muss für jeden kleinen Zusatz von Alkali genau darauf geachtet werden, dass die Masse voll kommen homogen ist, bevor der nächste kleine Alkalizusatz hinzugefügt wird.
Der Zusatz von Natriumdiphosphat be einträchtigt den Verseifungsvorgang nicht, aber selbstverständlich muss auf die Alkalität des :Salzes bei der Berechnung derjenigen Menge Alkali, die verwendet werden soll, Rücksicht genommen werden. Es ist nämlich für die Erreichung des Hauptergebnisses von Wichtigkeit, dass der Herstellungsvorgang derart ausgeführt wird, dass das Enderzeug nis einen zwischen 8 und 9, vorzugsweise bei 8,5 oder in der Nähe davon, liegenden p11-Wert erhält.
<I>Beispiel 2:</I> 4 Gewichtsteile eines durch Krackdestilla- tion von Tallöl oder Tallölsäuren (Tallölfett- säuren) gewonnenen Destillates mit einer Säurezahl von 96,6, gegebenenfalls mit Zu satz einer kleineren Menge eines geeigneten geruchverdrängenden Parfüms werden bei einer Temperatur von 100-107 C mit 0,
4 Gewichtsteilen auf ungefähr dieselbe Tem peratur erwärmter 47prozentiger Kalilauge portionenweise und unter starkem Um rühren versetzt, und danach werden eben falls unterstarkem Umrühren 5 Ge wichtsteile auf etwa 80 C erwärmten, ent- härteten Wassers zugesetzt. Hierbei wird eine dicke sahnenartige Masse gebildet.
Nach oder gleichzeitig mit dem Wasserzusatz wird 0,1 Gewichtsteil in Wasser (dem Wasser) ge lösten Natriumphosphates zugefügrt. Nach Temperaturherabsetzung auf etwa 50 C wird eine zur vollständigen Verseifung des Restes der freien Säuren und zur Erreichung eines pH-Wertes von 8-9 in dem Enderzeugnis er forderliche Menge Alkali, und zwar etwa 0,3 Gewichtsteil 47prozentiger Kalilauge von Zimmertemperatur vorsichtig und unter Um rühren hinzugesetzt.
Die sahneähnliche Masse geht hierbei schliesslich in eine klare und durchsichtige Flüssigkeit über, welche bei Verwendung als Schneideflüssigkeit unter Beibehaltung von ausreichenden schmieren den und kühlenden sowie dem Rosten ent gegenwirkenden Eigenschaften in ziemlich hohem Verhältnis mit Wasser verdünnt wer den kann.
<I>Beispiel<B>3:</B></I> <I>'</I> Ein Gemisch von 2,50 kg Spindelöl oder* eines andern Mineralöls und 1,50 kg Olein werden bei einer Temperatur von etwa 100 C portionenweise und unter kräftigem Umrüh ren mit 0,30, kg auf ungefähr dieselbe Tem peratur erwärmter 47prozentiger Kalilauge versetzt.
Danach wird, ebenfalls unter kräf tigem Umrühren, 5,46 kg erwärmten, vorteil haft weichen Wassers zugesetzt, und gleich zeitig mit oder nach dem Wasserzusatz 0,10 kg Natriumdiphosphat hinzugefügt. Nach Temperaturherabsetzung auf etwa 50 ' C wird 0,14 kg 47prozentiger Kalilauge vor sichtig und unter Umrühren zugesetzt.
Die sich ergebende Emulsion wird klar und äusserst stabil. Eine Parfümierung des Er zeugnisses ist in diesem Ausführungsbeispiel für die meisten Verwendungszwecke nicht er forderlich.
Dagegen kann sich ein kleiner Zu satz von zum Beispiel Natriumbenzoat oder einem andern Konservierungsmittel als rat sam erweisen mit Rücksicht auf die Neigung der Schmierseifen der Ölsäure zum Schim- meln. Die gewonnene Emulsion ist in einem höheren Grade verdünnbar als die nach Bei spiel e.
<I>Beispiel</I> Ein Gemisch von 2,4 kg Mineralöl und 1;6 kg Tallölfettsäure wird bei einer Tempe ratur von ungefähr 100 C portionenweise und unter kräftigem Umrühren mit 0,3 kg auf ungefähr dieselbe Temperatur erwärmter 47prozentiger Kalilauge versetzt. Danach wird, ebenfalls unter kräftigem Umrühren, 5,6 kg erwärmten Wassers zugesetzt, und gleichzeitig mit oder nach dem Wasserzusatz wird 0,1 kg Natriumdiphosphat hinzugefügt.
Nach Herabsetzen der Temperatur bis auf etwa 50 C wird 0,17 kg 47prozentiger gäli- lauge vorsichtig und unter Rühren zugesetzt. ssei einer passenden Gelegenheit während,des Laufes der Herstellung oder gegebenenfalls erst in dem fertigen Erzeugnis wird 0,001 kg irgendeines geeigneten Parfüms zugesetzt.
Process for the production of emulsions of the oil-in-water type, in particular for use as coolants and lubricants in machine tools. It is known that emulsions of type 01 which can be diluted with water in water, such as are used, among other things, as a cutting fluid, i.e. as a lubricating coolant, when processing metals with cutting tools, by saponifying products,
such as tall oil or tall oil acids (tall oil fatty acids) or animal and vegetable oils such as oil and rapeseed oil, who can be produced. However, the emulsions obtained in this way are often not as good as would be desired with regard to their stability, and in particular they are sensitive to cold, so that the emulsions break if they are exposed to strong exposure.
Surprisingly, it has now been shown according to the present invention that extremely stable, water-thinnable emulsions of type 01 in water by adding alkali and water to an oily liquid containing free acid can be produced by adding an oily liquid with an acid number of at least <B> 7.0 </B> at a temperature of 100 to 120 C aqueous alkali,
then water containing very little alkali and finally aqueous alkali again at a temperature of 45 to 60 ° C., the total amount of alkali being so large that the end product has a p $ value between 8 and 9. It has been shown that when the emulsion is produced in this way, the degree of dispersion of the disperse phase of the emulsion becomes extremely high, in certain cases even so high that the emulsion becomes clear and transparent.
As a result of this high degree of dispersion, the emulsion becomes extremely stable, so that it can even tolerate freezing in solid form and thawing, as well as quite high heating, without suffering damage, which affects storage, shipping and use of the emulsion as a cutting fluid is of no less practical importance.
It has been shown that in the production of emulsions from tall oil or tall oil acids (tall oil fatty acids) by saponification, the disadvantage arises that the emulsion obtained becomes drying and thus pitching. This disadvantage can be avoided by cracking the tall oil or the tall oil acids.
The acid number is reduced by the cracking distillation; However, it has been shown that the cracking distillation does not need to be operated further than that the distillate still has an acid number of at least 70 in order to achieve the effect intended with the same.
T'all oil treated in this way respectively. Tall oil acids (tall oil fatty acids) with an acid number of at least 70 are particularly suitable as starting material for the process according to the invention, a clear, stable and at the same time non-drying or pitching emulsion being obtained.
In addition to tall oil or tall oil acids (tall oil fatty acids), animal oils (for example oil) and vegetable oils (for example rapeseed oil) which have been pretreated in such a way that their acid number is at least 70 are also suitable for the method according to the invention amounts. In the case of rapeseed oil, for example, such a pretreatment can consist of a widely operated heating system, which converts the rapeseed oil and increases the acid number.
Mineral oils and tar oils as well as animal or vegetable oils with an acid number that is too low can be used for the process if they are mixed with animal or vegetable oils. with a high acid number or with fatty acids, for example olein or tall oil fatty acids, or with other suitable acids, in such a way that the mixture has an acid number of at least 70.
Smeared saponification, i.e. saponification with galium hydroxide, is preferable to saponification with sodium hydroxide. When using sodium hydroxide, insoluble or flaky soaps are formed at room temperature. With the elimination of these, however, a product that is clear even at room temperature is obtained, but which is thinner than that which is obtained when using potassium hydroxide.
Volatile alkali (ammonia) can also be used, but the volatility of ammonia makes the product unstable if stored or used in such circumstances that the ammonia has the opportunity to volatilize. For most practical purposes, the semi-volatile alkali is out of the question.
It has proven advantageous to add small amounts of salts in addition to the alkali, especially phosphates, for example sodium diphosphate, which, as it has been shown, improves the product in terms of its properties as a cutting fluid.
<I> Example 1: </I> The starting material (the tall oil, the tall oil acids [tall oil fatty acids], the oil or the oil mixture) is carefully heated to 100 to 110.degree. At the same temperature, an amount of alkali dissolved in water calculated for the saponification of only a part, for example 60%, of the free acids occurring in the starting material is warmed, which is added gradually with vigorous stirring.
When the reaction is complete, a suitable amount of water, heated to about 80 ° C., preferably softened water, is gradually added with vigorous stirring. As the water is added; the mass takes on an increasingly thick consistency and a creamy appearance. <B> It </B> is now added a small amount of sodium diphosphate or another salt that works accordingly, dissolved in water. After this solution has also been well mixed in the mass, it is cooled to between 50 and 55 ° C.
To this mass, which contains the water as a disperse phase and is therefore not water-soluble, an amount of alkali dissolved in water at room temperature is added with vigorous stirring so that it is used for complete saponification of the rest of the free acids and to achieve: pH value of 8-9 in the end ore * s-4usxeicht. The latter alkali addition must be done carefully:
When some of the alkali in question has been added, the mass changes its physical structure like that, becoming semi-transparent and shiny. With further addition of alkali, the mass changes into a very thick and plastic, viscous, but seemingly form that still does not dissolve in water. If more alkali is added, the mass turns into a relatively thin, somewhat milky liquid that contains the 01 as a disperse phase and therefore dissolves in water.
If more alkali is added, the liquid becomes completely clear and transparent or only slightly opalescent. During the entire gradual addition of the last amount of alkali, for every small addition of alkali, care must be taken to ensure that the mass is completely homogeneous before the next small amount of alkali is added.
The addition of sodium diphosphate does not impair the saponification process, but of course the alkalinity of the salt must be taken into account when calculating the amount of alkali to be used. In order to achieve the main result, it is important that the manufacturing process is carried out in such a way that the end product receives a p11 value between 8 and 9, preferably at 8.5 or in the vicinity thereof.
<I> Example 2: </I> 4 parts by weight of a distillate obtained by cracking tall oil or tall oil acids (tall oil fatty acids) with an acid number of 96.6, optionally with the addition of a smaller amount of a suitable odor-suppressing perfume, are used in a Temperature from 100-107 C with 0,
4 parts by weight of 47 percent potassium hydroxide solution heated to approximately the same temperature are added in portions and with vigorous stirring, and then 5 parts by weight of softened water heated to approximately 80 C are added. This creates a thick cream-like mass.
After or simultaneously with the addition of water, 0.1 part by weight of sodium phosphate dissolved in water (the water) is added. After lowering the temperature to about 50 C, an amount of alkali required for complete saponification of the remainder of the free acids and to achieve a pH of 8-9 in the end product, namely about 0.3 part by weight of 47 percent potassium hydroxide solution at room temperature, is carefully and at ambient temperature stir added.
The cream-like mass finally turns into a clear and transparent liquid which, when used as a cutting liquid, can be diluted with water in a fairly high ratio while maintaining sufficient lubricating and cooling properties as well as rusting counteracting properties.
<I>Example<B>3:</B> </I> <I> '</I> A mixture of 2.50 kg spindle oil or * another mineral oil and 1.50 kg olein are at a temperature of about 100 C in portions and while stirring vigorously with 0.30 kg of 47 percent potassium hydroxide solution heated to approximately the same temperature.
Then, also with vigorous stirring, 5.46 kg of heated, advantageously soft water is added, and at the same time with or after the addition of water 0.10 kg of sodium diphosphate is added. After the temperature has been reduced to about 50 ° C., 0.14 kg of 47 percent potassium hydroxide solution is carefully added while stirring.
The resulting emulsion becomes clear and extremely stable. A perfuming of the product is not required in this embodiment for most purposes.
On the other hand, a small addition of, for example, sodium benzoate or another preservative may prove advisable, given the tendency of oleic acid soaps to mold. The emulsion obtained can be diluted to a higher degree than that according to example e.
<I> Example </I> A mixture of 2.4 kg of mineral oil and 1.6 kg of tall oil fatty acid is added in portions at a temperature of around 100 ° C and with vigorous stirring with 0.3 kg of 47% potassium hydroxide solution heated to around the same temperature. Then, also with vigorous stirring, add 5.6 kg of heated water, and simultaneously with or after the addition of water 0.1 kg of sodium diphosphate is added.
After the temperature has been reduced to about 50 ° C., 0.17 kg of 47 percent gaelic lye is carefully added while stirring. On a convenient occasion during, in the course of manufacture or, if necessary, in the finished product, 0.001 kg of any suitable perfume is added.