CH625829A5 - Stabilised fluid composition usable for metal machining - Google Patents
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Description
La présente invention vise à appliquer cette découverte aux fluides utilisables pour le travail des métaux. La composition selon l'invention est définie dans la revendication 1. On utilise de préférence comme stabilisant les complexes d'un ion de métal et d'un ligand organique polyfonctionnel qui ont été décrits dans la demande précitée de brevet. Les complexes de métal stabilisant se caractérisent par une propriété très inattendue de dissociation, provoquée par des protons en milieu aqueux, et qui cause la libération réglée de l'ion métal dans les dispersions d'huile et d'eau pour conférer aux dispersions de la stabilité lors du travail des métaux. Cette propriété de dissociation est représentée par une courbe en forme sigmoidale (en «S») sur un graphique à coordonnées cartésiennes du logarithme négatif (changé de signe) de la concentration de l'ion métal en fonction du logarithme négatif (ou changé de signe) de l'ion hydrogène, c'est-à-dire un diagramme pM-pH. De façon tout à fait inattendue, il a été découvert que l'on peut stabiliser des fluides d'arrosage pour le travail des métaux en évitant à de tels fluides une attaque et une détérioration dues à différentes causes. Ainsi, on a stabilisé contre une détérioration des fluides d'arrosage pour le travail des métaux, grâce à un additif qui est un stabilisant à buts généraux comportant un complexe de métal. Par exemple, comme décrit dans la demande de brevet précitée, certains complexes de métaux sont efficaces à titre d'agents antimicrobiens dans des émulsions d'arrosage pour le travail des métaux. On a constaté en outre que ces complexes de métaux confèrent d'autres caractéristiques de stabilisation aux fluides pour le travail des métaux et permettent des améliorations et des avantages que l'on ne pouvait obtenir jusqu'à présent dans des fluides d'arrosage pour le travail des métaux. Cette stabilité est non seulement obtenue à l'égard de l'action des bactéries, mais les fluides sont aussi stabilisés contre la dégradation par des causes physiques, chimiques et physicochimiques associées aux conditions impliquées dans le travail des métaux, comme la chaleur, la pression, la composition des particules de la pièce métallique travaillée environnant ces fluides, des ions polyvalents, etc. La stabilité des fluides d'arrosage pour le travail des métaux s'est avérée remarquable selon la présente invention. Par exemple, dans le domaine des compositions industrielles de refroidissement, la durée de service des fluides a été prolongée d'une période qui était par exemple de quelques semaines à une période voisine d'une année ou même une période plus longue, et les résultats actuels indiquent que la durée de service peut même être prolongée indéfiniment. Les complexes de métaux stabilisants sont eux-mêmes très stables à des pH alcalins relativement élevés de l'ordre d'environ 9 ou 10 à environ 12. Cependant, dans un intervalle de pH alcalin supérieur à 7 à environ 9, dans lequel on demande aux fluides d'arrosage pour le travail des métaux de jouer leur rôle, les complexes stabilisants confèrent très avantageusement des effets de stabilisation à ces fluides pour le travail des métaux. Il a été découvert également à cet égard que l'on peut ajouter aux compositions pour le travail des métaux des quantités très mineures du complexe de métal stabilisant, c'est-à-dire des quantités qui peuvent être inférieures aux quantités présentant une activité biocide et que, cependant, de tels fluides d'arrosage pour le travail des métaux peuvent être stabilisés contre une dégradation due à tous les facteurs régnant dans l'environnement de ce travail des métaux. The present invention aims to apply this discovery to fluids usable for metalworking. The composition according to the invention is defined in claim 1. The complexes of a metal ion and a polyfunctional organic ligand which have been described in the aforementioned patent application are preferably used as stabilizers. The stabilizing metal complexes are characterized by a very unexpected property of dissociation, caused by protons in an aqueous medium, which causes the controlled release of the metal ion in the oil and water dispersions to give the dispersions of the stability when working with metals. This dissociation property is represented by a sigmoidal curve (in "S") on a Cartesian coordinate graph of the negative logarithm (changed sign) of the concentration of the metal ion as a function of the negative logarithm (or changed sign ) of the hydrogen ion, i.e. a pM-pH diagram. Quite unexpectedly, it has been discovered that coolants for metalworking can be stabilized by preventing such fluids from attack and deterioration due to various causes. Thus, it has been stabilized against deterioration of the irrigation fluids for metalworking, by means of an additive which is a stabilizer for general purposes comprising a metal complex. For example, as described in the aforementioned patent application, certain metal complexes are effective as antimicrobial agents in spray emulsions for metal working. It has also been found that these metal complexes impart other stabilizing characteristics to metalworking fluids and allow for improvements and advantages which were hitherto unattainable in sprinkler fluids. metalwork. This stability is not only obtained with regard to the action of bacteria, but the fluids are also stabilized against degradation by physical, chemical and physicochemical causes associated with the conditions involved in metalworking, such as heat, pressure. , the composition of the particles of the metal workpiece surrounding these fluids, polyvalent ions, etc. The stability of coolants for metalworking has been found to be remarkable according to the present invention. For example, in the field of industrial cooling compositions, the service life of the fluids has been extended by a period which was for example from a few weeks to a period close to a year or even a longer period, and the results current reports indicate that the service life can even be extended indefinitely. The stabilizing metal complexes are themselves very stable at relatively high alkaline pHs of the order of about 9 or 10 to about 12. However, in an alkaline pH range greater than 7 to about 9, in which one asks to metalworking coolants to play their role, stabilizing complexes very advantageously provide stabilizing effects to these metalworking fluids. It has also been discovered in this regard that very minor amounts of the stabilizing metal complex can be added to the metalworking compositions, i.e. amounts which may be less than the amounts exhibiting biocidal activity and that, however, such metalworking coolants can be stabilized against degradation due to all the factors prevailing in the metalworking environment.
Ainsi, la présente invention vise à conférer de la stabilité à des dispersions d'huile et d'eau pouvant sinon se dégrader parce qu'elles sont sujettes à une détérioration due à un certain nombre de causes. Par exemple, on peut conférer de la biostabilité à des fluides pour le travail des métaux en introduisant des complexes de métaux, même en des quantités inférieures aux quantités biocides. Par ailleurs, on peut obtenir une stabilité générale des émulsions en introduisant certaines quantités du complexe de métal pour stabiliser les émulsions contre une dégradation due à des sources étrangères comme des particules de métal, des ions de métaux polyvalents, etc. En outre, on peut conférer à des fluides pour le travail des métaux des propriétés de résistance aux pressions extrêmes et de résistance à la chaleur en utilisant les stabilisants selon la présente invention. Dans un autre de leurs aspects, les compositions de la présente invention diminuent l'interaction chimique d'autres fragments avec les particules émulsionnées, ce qui tendrait, sinon, à diminuer la stabilité des émulsions. On obtient ces avantages et d'autres encore de l'efficacité d'une action de stabilisation selon les principes de la présente invention, Thus, the present invention aims to impart stability to oil and water dispersions which may otherwise degrade because they are subject to deterioration due to a number of causes. For example, biostability can be imparted to metalworking fluids by introducing metal complexes, even in amounts less than the biocidal amounts. Furthermore, general stability of the emulsions can be obtained by introducing certain amounts of the metal complex to stabilize the emulsions against degradation due to foreign sources such as metal particles, polyvalent metal ions, etc. In addition, metalworking fluids can be given extreme pressure resistance and heat resistance properties using the stabilizers according to the present invention. In another of their aspects, the compositions of the present invention decrease the chemical interaction of other fragments with the emulsified particles, which would otherwise tend to decrease the stability of the emulsions. These and other advantages are obtained from the effectiveness of a stabilization action according to the principles of the present invention,
comme on le comprendra à l'examen de la présente description. as will be understood on examining this description.
Les théories ou les raisons sous-jacentes pour expliquer les activités plutôt inattendues des stabilisants du type complexe de métal selon la présente invention ont été explorées. Bien que la Demanderesse ne souhaite pas se limiter à un raisonnement théorique, elle pense que celui-ci peut être utile pour permettre une meilleure compréhension des caractéristiques et des résultats inattendus que l'on obtient selon la présente invention. On pense actuellement, dans le cas des dispersions d'huile et d'eau (qu'il s'agisse d'une dispersion du type huile-dans-eau ou d'une dispersion du type eau-dans-huile) que de telles dispersions peuvent être biodégradables, chimiquement dégradables en raison d'une espèce chimique présente dans le milieu fluide, et physiquement dégradables par suite de l'action de conditions comme les forces mécaniques, ou par des combinaisons de deux ou plusieurs de ces facteurs. Comme on le sait bien, de telles dispersions d'huile et d'eau contiennent des agents d'émulsionnement et ces agents d'émulsionnement sont de façon caractéristique du type «anionique» et/ou «non ionique». En raison de leurs caractères hydrophiles et hydrophobes, les agents d'émulsionnement permettent la suspension des particules d'une huile au sein d'une phase continue du s The theories or underlying reasons for the rather unexpected activities of the metal complex type stabilizers according to the present invention have been explored. Although the Applicant does not wish to limit itself to a theoretical reasoning, it thinks that this can be useful to allow a better understanding of the characteristics and the unexpected results which are obtained according to the present invention. It is currently believed, in the case of oil and water dispersions (whether it is an oil-in-water type dispersion or a water-in-oil type dispersion) that such dispersions can be biodegradable, chemically degradable due to a chemical species present in the fluid medium, and physically degradable as a result of the action of conditions such as mechanical forces, or by combinations of two or more of these factors. As is well known, such oil and water dispersions contain emulsifiers and these emulsifiers are typically of the "anionic" and / or "nonionic" type. Due to their hydrophilic and hydrophobic characteristics, emulsifiers allow the suspension of oil particles within a continuous phase of the s
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fluide. Des espèces électronégatives, comme par exemple les groupes carboxyle et sulfonate de l'agent d'émulsionnement, confèrent des charges électronégatives superficielles à la gouttelette d'huile. L'électronégativité combinée d'une telle particule émulsionnée est généralement désignée comme étant le potentiel Zêta. En substance, le potentiel Zêta est lié à la force et à la distance à laquelle les particules émulsionnées peuvent se repousser les unes les autres et empêcher ainsi une floculation. Bien entendu, cela constitue une représentation plus que simplifiée des dispersions d'huile et d'eau. Néanmoins, on pourrait s'attendre à ce que l'introduction d'un cation de métal divalent fortement chargé ou d'une espèce semblable des complexes de métaux stabilisants gêne la stabilité de l'émulsion et provoque peut-être une floculation en raison de la neutralisation des gouttelettes fortement électronégatives de l'émulsion. Ainsi, dans un aspect plus large, la présente invention propose un procédé pour stabiliser les dispersions d'huile et d'eau, ainsi que des compositions stabilisées, en leur ajoutant un ion de métal multivalent qui forme une liaison de coordination avec l'agent électronégatif d'émulsionnement. Les effets de stabilisation d'un tel produit de coordination sont obtenus parce qu'il existe encore de l'électronégativité pour empêcher une désémulsification et, en outre, les autres sites sensibles de l'agent d'émulsionnement sont alors bloqués à l'égard d'une dégradation enzymatique, ce qui permet de convoyer l'ion métal, comme lubrifiant limite, vers l'interface outil-pièce à usiner. Cette action est attribuée à la nature fortement électronégative de la gouttelette émulsionnée amorçant la dissociation du complexe de métal ou contribuant à cette dissociation et permettant la coordination du cation de métal avec les entités électronégatives des gouttelettes émulsionnées, par exemple les fragments carboxyle, sulfonate ou hydroxyle alcoolique des agents d'émulsionnement. Ce blocage de ces groupes fonctionnels ou biosensibles empêche une dégradation enzymatique de ces structures, laquelle est courante pour le métabolisme microbien et lui est associée. Cependant, il est tout à fait inattendu que l'introduction des complexes de métaux ou l'introduction de tels ions de métaux ne provoque pas une désémulsification des gouttelettes à charge électronégative de l'émulsion. La raison en est que la quantité des ions à charge positive associés à la surface électronégative de la gouttelette d'huile, si elle est suffisante pour conférer de la biostabilité, n'est pas suffisante pour diminuer l'électronégativité de la particule pour atteindre un point de désémulsification. Par conséquent, la Demanderesse pense que le mécanisme de la formation de structures de coordination avec des agents d'émulsionnement est un nouveau procédé de stabilisation des émulsions. fluid. Electronegative species, such as, for example, the carboxyl and sulfonate groups of the emulsifier, impart surface electronegative charges to the oil droplet. The combined electronegativity of such an emulsified particle is generally referred to as the Zeta potential. In essence, the Zeta potential is related to the strength and distance at which the emulsified particles can repel each other and thereby prevent flocculation. Of course, this is a more than simplified representation of oil and water dispersions. However, one would expect that the introduction of a highly charged divalent metal cation or a similar species of the stabilizing metal complexes would interfere with the stability of the emulsion and possibly cause flocculation due to neutralization of the highly electronegative droplets of the emulsion. Thus, in a broader aspect, the present invention provides a method for stabilizing oil and water dispersions, as well as stabilized compositions, by adding to them a multivalent metal ion which forms a coordination bond with the agent electronegative emulsification. The stabilizing effects of such a coordination product are obtained because there is still electronegativity to prevent demulsification and, in addition, the other sensitive sites of the emulsifying agent are then blocked with respect to of an enzymatic degradation, which makes it possible to convey the metal ion, as limiting lubricant, towards the interface tool-workpiece. This action is attributed to the highly electronegative nature of the emulsified droplet initiating the dissociation of the metal complex or contributing to this dissociation and allowing the coordination of the metal cation with the electronegative entities of the emulsified droplets, for example the carboxyl, sulfonate or hydroxyl fragments. alcoholic emulsifying agents. This blockage of these functional or biosensitive groups prevents an enzymatic degradation of these structures, which is common for microbial metabolism and associated with it. However, it is quite unexpected that the introduction of metal complexes or the introduction of such metal ions does not cause demulsification of the electronegative charged droplets of the emulsion. The reason is that the quantity of positively charged ions associated with the electronegative surface of the oil droplet, if it is sufficient to confer biostability, is not sufficient to decrease the electronegativity of the particle to reach a demulsification point. Consequently, the Applicant believes that the mechanism for the formation of coordination structures with emulsifying agents is a new method for stabilizing emulsions.
II a également été trouvé que l'introduction des stabilisants du type complexe de métal de la présente invention contribue à des propriétés de résistance à la chaleur et à la pression de l'émulsion dans les opérations de travail des métaux. De telles propriétés de résistance à des conditions extrêmes de chaleur et de pression sont conférées par les structures des produits de coordination des ions du métal et des agents d'émulsionnement dans les compositions stabilisées de la présente invention pour le travail des métaux. Ces propriétés sont présentées par le cation de métal ou par le complexe de métal transporté vers, puis associé à, l'espèce d'électronégative des gouttelettes émulsionnées, comme mentionné ci-dessus. Les gouttelettes émulsionnées sont continuellement mises en contact intime avec l'interface outil-pièce à usiner que l'on trouve dans les opérations de travail des métaux. Par exemple, dans les conditions de chaleur et de pression du processus de travail des métaux, le cuivre associé aux gouttelettes émulsionnées à l'interface entre dans un processus d'oxydation et de réduction servant à lubrifier les surfaces du métal, mais sans dégradation de l'émulsion qui lui ferait atteindre un état de non-utilisation possible. En outre, en pratique, et en raison probablement de la formation de cations fortement réactifs à l'interface outil-pièce à usiner dans n'importe quelle opération d'usinage impliquant des substrats métalliques, le fluide d'arrosage pour le travail des métaux devient chargé d'ions métalliques qui, par déplacement, tendent à déplacer les cations contenus dans le complexe de métal et à permettre encore la migration de ces cations et leur association avec des structures électronégatives de la particule émulsionnée, en revêtant en fait cette particule par le cation. It has also been found that the introduction of stabilizers of the complex metal type of the present invention contributes to heat and pressure resistance properties of the emulsion in metal working operations. Such properties of resistance to extreme conditions of heat and pressure are imparted by the structures of the metal ion coordination products and emulsifiers in the stabilized compositions of the present invention for metalworking. These properties are presented by the metal cation or by the metal complex transported to, then associated with, the electronegative species of the emulsified droplets, as mentioned above. The emulsified droplets are continuously brought into intimate contact with the tool-workpiece interface found in metalworking operations. For example, under the heat and pressure conditions of the metalworking process, the copper associated with the emulsified droplets at the interface enters an oxidation and reduction process used to lubricate the metal surfaces, but without degradation of the emulsion which would make it reach a state of possible non-use. In addition, in practice, and probably due to the formation of highly reactive cations at the tool-workpiece interface in any machining operation involving metal substrates, the coolant for metalworking becomes charged with metal ions which, by displacement, tend to displace the cations contained in the metal complex and to still allow the migration of these cations and their association with electronegative structures of the emulsified particle, in fact coating this particle by the cation.
La nature chimique du stabilisant complexe de métal est telle que ce complexe est très soluble dans des milieux aqueux, mais, en raison de sa propriété remarquable de dissociation sous l'influence des protons au pH des conditions de travail des métaux, ce complexe se dissocie facilement de sorte que le cation de métal est transporté de la phase aqueuse vers la phase huileuse de l'émulsion. Ce phénomène surprenant a été montré par l'extraction des deux phases de l'émulsion d'huile et d'eau traitée par le complexe de métal à des concentrations qui sont même bien inférieures à celles considérées comme de nature biocide. Plus particulièrement, on a étudié des émulsions traitées par une quantité de citrate monocuprique diso-dique (monocuivre-citrate disodique) fournissant environ 50 à environ 100 mg de Cu++ par litre d'émulsion, ce qui constitue par exemple le Vio ou le h de la dose biocide dans un milieu particulier. L'examen du mélange de l'agent complexe de métal et des émulsions, par extraction de deux phases en utilisant du chloroforme ou d'autres hydrocarbures chlorés, révèle que le cuivre est présent dans la phase organique. Si le mécanisme exact de cette réaction n'a pas été élucidé de façon spécifique, on a empiriquement observé néanmoins la biostabilité, la stabilité chimique et les stabilités physicochimiques conférées par suite du traitement des émulsions par des complexes de métaux de la présente invention. En outre, la biostabilité conférée par l'addition de quantités de complexes de métaux inférieures aux quantités biocides ou biostatiques est considérée comme remarquable et doit être associée à la réaction de fragments de la phase organique les rendant non sensibles à une attaque bactérienne, par opposition à une réaction directe de cations avec des entités microbiennes associées à la phase aqueuse. The chemical nature of the metal complex stabilizer is such that this complex is very soluble in aqueous media, but, due to its remarkable dissociation property under the influence of protons at the pH of metal working conditions, this complex dissociates easily so that the metal cation is transported from the aqueous phase to the oily phase of the emulsion. This surprising phenomenon has been shown by the extraction of the two phases of the oil and water emulsion treated with the metal complex at concentrations which are even much lower than those considered to be of biocidal nature. More particularly, emulsions have been studied treated with a quantity of disodium monocupric citrate (disodium citrate-copper) providing approximately 50 to approximately 100 mg of Cu ++ per liter of emulsion, which constitutes for example the Vio or the h of the biocidal dose in a particular environment. Examination of the mixture of the metal complex agent and the emulsions, by extraction of two phases using chloroform or other chlorinated hydrocarbons, reveals that copper is present in the organic phase. If the exact mechanism of this reaction has not been elucidated in a specific way, it has nevertheless been empirically observed the biostability, the chemical stability and the physico-chemical stabilities conferred as a result of the treatment of the emulsions with metal complexes of the present invention. In addition, the biostability conferred by the addition of quantities of metal complexes lower than the biocidal or biostatic quantities is considered to be remarkable and must be associated with the reaction of fragments of the organic phase making them not susceptible to bacterial attack, in contrast to a direct reaction of cations with microbial entities associated with the aqueous phase.
Il a été noté auparavant que des cations de métaux polyvalents peuvent être engendrés au cours de l'usinage, comme des cations de fer, d'aluminium, etc. Par ailleurs, d'autres cations de métaux polyvalents comme le calcium et le magnésium, peuvent être présents dans le milieu aqueux utilisé dans des fluides d'arrosage pour le travail des métaux. Ces ions peuvent être désignés, d'une autre façon, comme étant des «ions engendrés», c'est-à-dire ceux produits par les opérations d'usinage, ou étant des «ions natifs», c'est-à-dire ceux qui sont présents de façon inhérente dans le milieu aqueux des compositions de fluide pour le travail des métaux. Ces cations polyvalents gênent normalement les processus de travail des métaux et ils contribuent en outre à l'instabilité des particules émulsionnées. Il a cependant été déterminé empiriquement que les stabilisants de la présente invention rendent stables les émulsions en les protégeant de la gêne due à de tels ions de métaux polyvalents, c'est-à-dire ceux engendrés au cours des opérations de travail des métaux ou ceux qui sont présents de façon inhérente dans les fluides pour le travail des métaux. Ainsi, les constituants à action stabilisante des compositions de la présente invention pour le travail des métaux tendent, après leur dissociation, non seulement à conférer de la stabilité aux particules émulsionnées en raison de leur association avec ces particules (et il en résulte des avantages inhérents), mais aussi à complexer des ions de métaux polyvalents dont la présence est inopportune dans le milieu. It has been noted before that polyvalent metal cations can be generated during machining, such as cations of iron, aluminum, etc. Furthermore, other polyvalent metal cations, such as calcium and magnesium, may be present in the aqueous medium used in coolants for metalworking. These ions can be designated, in another way, as being “generated ions”, that is to say those produced by the machining operations, or being “native ions”, that is to say say those inherently present in the aqueous medium of metalworking fluid compositions. These versatile cations normally interfere with metalworking processes and they also contribute to the instability of emulsified particles. However, it has been empirically determined that the stabilizers of the present invention make emulsions stable by protecting them from discomfort due to such polyvalent metal ions, i.e. those generated during metalworking operations or those inherently present in metalworking fluids. Thus, the stabilizing action constituents of the compositions of the present invention for metalworking tend, after their dissociation, not only to impart stability to the emulsified particles due to their association with these particles (and this results in inherent advantages ), but also to complex polyvalent metal ions whose presence is inappropriate in the medium.
Les complexes de métaux que l'on utilise comme stabilisants dans les compositions et les procédés de la présente invention libèrent de grandes quantités de l'ion métallique de ces struc5 The metal complexes which are used as stabilizers in the compositions and methods of the present invention liberate large amounts of the metal ion from these struc5
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tures de coordination à un pH d'environ 4 à environ 9 et, encore mieux, à un PH d'environ 7 à environ 9 ou 10, c'est-à-dire ceux que l'on rencontre normalement dans des compositions pour le travail des métaux. A la demande, et en raison de leurs propriétés remarquables de dissociation montrées par la forme sigmoidale de la courbe représentative sur un diagramme pM-PH, ces agents offrent une libération réglée des ions métalliques à un pH compatible avec les conditions de travail des métaux. En outre, comme indiqué ci-dessus, par suite de la nature du ligand organique des complexes de métaux, l'activité d'autres cations de métaux polyvalents ou d'autres fragments étrangers présents dans les fluides pour le travail des métaux et qui pourraient, sinon, conférer de l'instabilité ou nuire à la stabilité des émulsions pour le travail des métaux, est inhibée. Donc, les complexes de métaux qui sont des stabilisants de la présente invention doivent être différenciés d'autres complexes de métaux dans lesquels les cations métalliques ont été complexés par des ligands organiques représentés par l'acide éthylènedia-minetétraacétique (EDTA), l'acide diéthylènetriaminepentac-étique (DTPA), d'autres amino-acides, etc., qui ont une stabilité ou une inertie chimique relativement élevée et qui ne rendent pas l'ion de métal disponible en des quantités pouvant se lier par coordination, à un degré important, avec les agents électronégatifs d'émulsionnement et, par conséquent, ces autres complexes ne peuvent conférer de la stabilité à l'émulsion. De même, de tels complexes connus n'offrent pas une propriété de dissociation ou de libération réglée de l'ion métal, propriété représentée par une courbe sigmoidale sur un diagramme pM-pH. Au contraire, en raison de leur stabilité et de leur inertie chimique, de tels complexes connus de métaux tendent à se dissocier à un moindre degré et de façon plutôt linéaire. En outre, la présente invention propose des complexes qui, en raison de leur nature ionique, sont capables de se dissoudre en de grandes concentrations dans un milieu aqueux et qui cependant restent sous forme stable. Cette propriété de la solubilité, en particulier dans des milieux alcalins comme dans le cas présent, permet de produire des concentrés capables de produire à la demande, dans une émulsion, l'ion de métal permettant de conférer de la stabilité à l'émulsion dans les conditions d'utilisation de cette émulsion pour le travail des métaux. Une telle propriété de solubilité est à distinguer du cas des composés de métaux plutôt insolubles del'art antérieur qui utilisent ou comportent des constituants cations de métal et des constituants anioniques et qui sont virtuellement insolubles dans de tels milieux, ou des complexes de métaux qui, bien qu'ils soient solubles, fixent l'ion de métal à un tel état de complexe qu'il n'est que faiblement dissocié et, par conséquent, à peine disponible pour une libération de cet ion de métal et sa coordination avec la particule émulsionnée. coordination tures at a pH of about 4 to about 9 and, even better, at a pH of about 7 to about 9 or 10, i.e. those normally encountered in compositions for metalwork. On demand, and due to their remarkable dissociation properties shown by the sigmoidal shape of the representative curve on a pM-PH diagram, these agents offer a controlled release of metal ions at a pH compatible with the working conditions of metals. In addition, as indicated above, due to the nature of the organic ligand of metal complexes, the activity of other polyvalent metal cations or other foreign fragments present in metalworking fluids and which could , otherwise, imparting instability or impairing the stability of metal working emulsions is inhibited. Therefore, the metal complexes which are stabilizers of the present invention must be differentiated from other metal complexes in which the metal cations have been complexed with organic ligands represented by ethylenedediaminetetraacetic acid (EDTA), the acid diethylenetriaminepentacetique (DTPA), other amino acids, etc., which have relatively high chemical stability or inertness and which do not make the metal ion available in amounts which can be coordinated to a degree important, with electronegative emulsifiers and therefore these other complexes cannot impart stability to the emulsion. Likewise, such known complexes do not offer a controlled dissociation or release property of the metal ion, a property represented by a sigmoidal curve on a pM-pH diagram. On the contrary, due to their stability and chemical inertness, such known metal complexes tend to dissociate to a lesser degree and in a rather linear fashion. Furthermore, the present invention provides complexes which, due to their ionic nature, are capable of dissolving in large concentrations in an aqueous medium and which, however, remain in stable form. This property of solubility, in particular in alkaline media as in the present case, makes it possible to produce concentrates capable of producing on demand, in an emulsion, the metal ion making it possible to confer stability on the emulsion in the conditions of use of this emulsion for metalworking. Such a solubility property is to be distinguished from the case of the rather insoluble metal compounds of the prior art which use or comprise metal cation constituents and anionic constituents and which are virtually insoluble in such media, or metal complexes which, although they are soluble, fix the metal ion in such a complex state that it is only weakly dissociated and, therefore, hardly available for a release of this metal ion and its coordination with the particle emulsified.
Telle qu'elle sert selon la présente description et comme elle est connue en pratique, l'expression «composition de fluide pour le travail des métaux» s'applique aux fluides dont le rôle est de lubrifier, de refroidir, de nettoyer et d'inhiber la décomposition des surfaces de métaux au cours du travail de ces métaux. Ces fluides sont bien connus de ceux qui pratiquent l'art du travail des métaux. Il existe deux domaines fondamentaux dans le travail des métaux, à savoir les opérations mécaniques désignant le façonnage par outil coupant, le découpage, le perçage, le fraisage, le tournage, le travail au tour, l'alésage, le meulage, etc., ainsi que la mise en forme, la courbure ou le pliage, le laminage, l'étirage, etc.; et les opérations non mécaniques désignant le lavage, la trempe après un traitement thermique, etc. On admet en général que, pour des opérations mécaniques, les compositions pour le travail des métaux assurent des rôles de lubrification, de refroidissement, de nettoyage et d'inhibition de la rouille, alors que dans les opérations non mécaniques ces compositions jouent principalement des rôles de nettoyage, d'inhibition de la rouille et de refroidissement. As used in the present description and as it is known in practice, the expression “metalworking fluid composition” applies to fluids whose role is to lubricate, cool, clean and inhibit the decomposition of metal surfaces during the work of these metals. These fluids are well known to those who practice the art of metalworking. There are two fundamental areas in metalworking, namely mechanical operations designating shaping by cutting tool, cutting, drilling, milling, turning, lathe work, boring, grinding, etc., as well as shaping, bending or folding, rolling, stretching, etc .; and non-mechanical operations designating washing, quenching after heat treatment, etc. It is generally accepted that, for mechanical operations, the compositions for working with metals perform the roles of lubrication, cooling, cleaning and inhibiting rust, while in non-mechanical operations these compositions play mainly roles cleaning, rust inhibition and cooling.
Les dispersions d'huile et d'eau constituant les compositions pour le travail des métaux contenant le stabilisant selon les principes de la présente invention peuvent, comme mentionné ci-dessus, être du type huile-dans-eau ou du type eau-dans-huile. Ces dispersions ont surtout été désignées en pratique comme étant des émulsions d'huile ou des compositions d'huile soluble. De telles compositions se caractérisent essentiellement par le fait qu'elles comportent deux phases, à savoir un liquide dans du liquide, et qu'il y a une phase dispersée et une phase continue. Peut-être de façon classique lorsque la dimension des particules de la phase dispersée est d'un ordre de grandeur supérieur à environ 0,1 micron, on les appelle des «émulsions». Lorsque la dimension des particules se situe dans le domaine colloïdal d'environ 1 millimicron à environ 0,1 micron, la dispersion peut être de nature colloïdale. Donc, qu'on souhaite les caractériser comme étant une émulsion grossière ou étant une suspension colloïdale, les compositions de fluides sont essentiellement constituées par une phase organique et une phase aqueuse, c'est-à-dire un système en deux phases consistant en un liquide dans un autre liquide auquel le premier liquide n'est pas miscible. En outre, le terme «huile» sert ici à identifier une grande classe de substances d'origine minérale, végétale, animale, essentielle ou comestible. Cependant, les huiles servant pour le travail des métaux proviennent habituellement de la classe des huiles minérales, dérivant directement du pétrole ou d'un produit dérivé du pétrole et, en particulier, ces huiles appartiennent à la classe des huiles lubrifiantes. Ces dispersions comprennent des agents d'émulsionnement appartenant typiquement au type anionique ou non ionique. Dans le cas des agents anioniques, la portion anionique possède la nature polaire requise pour exercer les effets voulus d'activité en surface (ou les effets surfactifs voulus) et cette portion confère de l'électronégativité aux gouttelettes ou particules de l'huile en suspension. Dans le cas des agents non ioniques, une électronégativité est conférée à la particule de l'huile en raison d'une grande densité d'électronégativité inhérente. Le plus souvent, les agents d'émulsionnement que l'on utilise dans les émulsions pour le travail des métaux sont des surfactifs anioniques et/ou non ioniques. La molécule des surfactifs anioniques contient une portion contenant des ions à charge négative et une portion oléphile ou pouvant se disperser dans de l'huile. Le surfactif peut être (1) du groupe des acides gras saponifiés ou des savons, ou (2) de l'huile de pétrole saponifiée, comme des sels de sodium de sulfonates ou sulfates organiques ou (3) des esters saponifiés, des alcools ou glycols saponifiés, ces derniers étant bien connus sous le nom de surfactifs synthétiques anioniques. Des exemples de ces détergents anioniques comprennent les alkylaryl-sulfonates d'amines et leurs sels, comme des sulfonates de dodécyl-benzène ou des sels de diéthanolamine de l'acide dodécyl-benzène-sulfonique; des sulfates d'alcools primaires linéaires ou d'alcools gras (C6-C24) qui sont des produits du procédé oxo (comme du lauryl-sulfate de sodium). Une huile légère de prétrole saponifiée, comme un résidu sulfoné de distillation du pétrole (par exemple ce que l'on appelle de l'huile d'acajou) est courante. En général, la majorité des surfactifs ou des agents d'émulsionnement du type «anionique» sont des sels alcalins ou d'amine d'acides organiques. Fréquemment, on utilise des acides sulfoniques dont la structure de la portion organique n'est pas bien connue, comme dans le cas des «pétrole-sulfonates» familiers. La plupart de ces sulfonates contiennent de nombreuses espèces chimiques. Le nom général de classe qu'on donne à la plupart de ces sulfonates est «alkylaryl-sulfonate». Cela signifie simplement qu'un hydrocarbure paraffinique est lié à un noyau d'un hydrocarbure aromatique ou benzénique (habituellement le benzène ou le naphtalène) et que la portion aromatique a été sulfonée. Des exemples d'acides gras sulfonés (en C6-C24) sont constitués par les sels de sodium ou de potas5 The oil and water dispersions constituting the metalworking compositions containing the stabilizer according to the principles of the present invention can, as mentioned above, be of the oil-in-water type or of the water-in-type oil. These dispersions have above all been designated in practice as being oil emulsions or soluble oil compositions. Such compositions are essentially characterized in that they comprise two phases, namely a liquid in liquid, and that there is a dispersed phase and a continuous phase. Perhaps conventionally when the particle size of the dispersed phase is of an order of magnitude greater than about 0.1 microns, they are called "emulsions". When the particle size is in the colloidal range of about 1 millimicron to about 0.1 micron, the dispersion can be colloidal in nature. Therefore, whether one wishes to characterize them as a coarse emulsion or as a colloidal suspension, the fluid compositions essentially consist of an organic phase and an aqueous phase, that is to say a two-phase system consisting of a liquid in another liquid in which the first liquid is immiscible. In addition, the term "oil" is used here to identify a large class of substances of mineral, vegetable, animal, essential or edible origin. However, oils used for metalworking usually come from the class of mineral oils, derived directly from petroleum or from a petroleum-derived product, and, in particular, these oils belong to the class of lubricating oils. These dispersions include emulsifiers typically belonging to the anionic or nonionic type. In the case of anionic agents, the anionic portion has the polar nature required to exert the desired surface activity effects (or the desired surface active effects) and this portion confers electronegativity on the droplets or particles of the oil in suspension. . In the case of nonionic agents, electronegativity is imparted to the oil particle due to the inherent high density of electronegativity. Most often, the emulsifying agents which are used in emulsions for working with metals are anionic and / or nonionic surfactants. The molecule of anionic surfactants contains a portion containing negatively charged ions and an olephile or dispersible portion in oil. The surfactant can be (1) from the group of saponified fatty acids or soaps, or (2) saponified petroleum oil, such as sodium salts of sulfonates or organic sulfates or (3) saponified esters, alcohols or saponified glycols, the latter being well known under the name of anionic synthetic surfactants. Examples of such anionic detergents include alkylaryl sulfonates of amines and their salts, such as dodecyl benzene sulfonates or diethanolamine salts of dodecyl benzene sulfonic acid; sulfates of linear primary alcohols or fatty alcohols (C6-C24) which are products of the oxo process (such as sodium lauryl sulfate). A light saponified petroleum oil, such as a sulfonated petroleum distillation residue (such as so-called mahogany oil) is common. In general, the majority of surfactants or emulsifiers of the "anionic" type are alkali or amine salts of organic acids. Frequently, sulfonic acids are used whose structure of the organic portion is not well known, as in the case of the familiar "petroleum-sulfonates". Most of these sulfonates contain many chemical species. The general class name given to most of these sulfonates is "alkylaryl sulfonate". It simply means that a paraffinic hydrocarbon is linked to a nucleus of an aromatic or benzene hydrocarbon (usually benzene or naphthalene) and that the aromatic portion has been sulfonated. Examples of sulfonated fatty acids (C6-C24) consist of sodium or potassium salts5
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6 6
sium des acides myristique, palmitique, stéarique, oléique ou linoléique, ou de leurs mélanges. De même, dans cette classe des surfactifs anioniques, il y a les sels alcalins et alcalino-terreux d'esters neutres de l'acide phosphorique d'alkyl-phé-nols supérieurs oxyalkylés (oxyéthylés) ou de monoalcools aliphatiques oxyalkylés. Des exemples en sont les sels de sodium et de potassium d'esters phosphoriques de produits d'addition de l'oxyde d'éthylène sur de l'alcool isodécylique. Ainsi, des surfactifs anioniques ou des agents d'émulsionnement que l'on désigne ici comprennent des savons ou des surfactifs synthétiques de la classe des sels alcalins, des sels alca-lino-terreux et des sels d'amine de sulfonates, phosphates ou sulfates organiques. sium of myristic, palmitic, stearic, oleic or linoleic acids, or mixtures thereof. Likewise, in this class of anionic surfactants, there are the alkaline and alkaline earth salts of neutral phosphoric acid esters of oxyalkylated (oxyethylated) higher alkyl phenols or of oxyalkylated aliphatic monoalcohols. Examples are the sodium and potassium salts of phosphoric esters of adducts of ethylene oxide on isodecyl alcohol. Thus, anionic surfactants or emulsifying agents which are designated here include soaps or synthetic surfactants from the class of alkaline salts, alkaline earth salts and amine salts of sulfonates, phosphates or sulfates organic.
Les surfactifs non ioniques qui conviennent pour servir ont couramment des portions hydrophiles ou des chaînes latérales appartenant habituellement au type polyoxyalkylène. La partie de la molécule soluble ou dispersable dans les huiles provient d'acides gras, d'alcools, d'amides ou d'amines. Grâce à un choix approprié des matières de départ et au réglage de la longueur de la chaîne polyoxyalkylène, on peut faire varier, comme on le sait bien, les parties surfactives des surfactifs non ioniques. Des exemples convenables de surfactifs non ioniques comprennent des alkylphénoxy-polyoxyéthylène-glycols, par exemple un produit d'addition de l'oxyde d'éthyléne sur de l'octyl-phénol, du nonyl-phénol ou du tridécyl-phénol, etc. On prépare habituellement ces surfactifs non ioniques par la réaction de l'alkyl-phénol avec l'oxyde d'éthylène. D'autres exemples spécifiques de détergents non ioniques comprennent du monooléate de glycérol, de l'oléylmonoisopropanolamide, du dioléate de sorbitol, des alkylolamides que l'on prépare en faisant réagir des alcanolamines comme de la monoisopropa-nolamine, de la diéthanolamine ou de la monobutanolamine, avec des acides gras comme l'acide oléique, pélargonique, laurique et élaïdique. Nonionic surfactants which are suitable for use commonly have hydrophilic portions or side chains usually belonging to the polyoxyalkylene type. The part of the molecule soluble or dispersible in oils comes from fatty acids, alcohols, amides or amines. Thanks to an appropriate choice of starting materials and to the adjustment of the length of the polyoxyalkylene chain, it is possible to vary, as is well known, the surface active parts of nonionic surfactants. Suitable examples of nonionic surfactants include alkylphenoxy polyoxyethylene glycols, for example an adduct of ethylene oxide on octyl phenol, nonyl phenol or tridecyl phenol, etc. These nonionic surfactants are usually prepared by the reaction of the alkylphenol with ethylene oxide. Other specific examples of non-ionic detergents include glycerol monooleate, oleylmonoisopropanolamide, sorbitol dioleate, alkylolamides which are prepared by reacting alkanolamines such as monoisopropanolamine, diethanolamine or monobutanolamine, with fatty acids such as oleic, pelargonic, lauric and elaidic acid.
Comme on le sait bien en pratique, on formule de façon typique les compositions pour le travail des métaux en combinant une huile lubrifiante, comme une huile paraffinique ou naphténique raffinée au solvant, un agent d'émulsionnement du type anionique comme mentionné ci-dessus et des additifs spéciaux comprenant courrament des agents anti-rouille, etc. Couramment, dans l'industrie, on appelle de telles compositions contenant les additifs «de l'huile sans eau» et l'on mélange ensuite la composition de l'huile sans eau avec suffisamment d'eau pour obtenir une émulsion. Le volume de l'eau variera selon les divers facteurs et selon que l'émulsion est une émulsion du type huile dans eau ou eau dans huile. Par exemple, la proportion de la phase huileuse peut varier entre de larges limites allant d'environ 1 à environ 95 % en poids ou même davantage, le reste étant constitué par la phase aqueuse et par d'autres quantités des agents d'émulsionnement et des additifs. Habituellement, la proportion d'un agent d'émulsionnement peut se situer entre environ 5 et environ 50% en poids. Pour obtenir des compositions lubrifiantes et des compositions d'huile de coupe, on mélange la composition d'huile sans eau avec un volume d'eau suffisant pour obtenir une émulsion contenant en volume environ 90 à environ 99% As is well known in practice, metalworking compositions are typically formulated by combining a lubricating oil, such as a solvent-refined paraffinic or naphthenic oil, an anionic emulsifier as mentioned above, and special additives including anti-rust agents, etc. Commonly, in industry, such compositions containing the additives are called "waterless oil" and then the composition of the waterless oil is mixed with enough water to obtain an emulsion. The volume of water will vary depending on the various factors and whether the emulsion is an oil in water or water in oil type emulsion. For example, the proportion of the oily phase can vary between wide limits ranging from approximately 1 to approximately 95% by weight or even more, the remainder consisting of the aqueous phase and other quantities of the emulsifying agents and additives. Usually, the proportion of an emulsifying agent can be between about 5 and about 50% by weight. To obtain lubricating compositions and cutting oil compositions, the oil composition without water is mixed with a volume of water sufficient to obtain an emulsion containing by volume about 90 to about 99%.
d'eau et contenant 10% à 1% en volume d'huile. Les ingrédients de l'huile sans eau sont habituellement constitués par environ 30 à environ 90% d'une huile lubrifiante, environ 10 à environ 25 % d'un émulsionnant, le reste étant peut-être consitué par des additifs du type mentionné ci-dessus. of water and containing 10% to 1% by volume of oil. The ingredients of waterless oil are usually about 30 to about 90% of a lubricating oil, about 10 to about 25% of an emulsifier, the rest may be made up of additives of the type mentioned above. above.
Dans la composition d'huile lubrifiante, l'ion de métal stabilisant est présent en une quantité pouvant efficacement assurer la stabilité du travail des métaux. Cette quantité efficace peut varier selon un certain nombre de facteurs, comprenant le métal particulier que l'on travaille, le pH, les impuretés et les quantités de la phase huileuse et de la phase aqueuse, l'émul-sionnant, les cations du métal que l'on travaille, le complexe de métal particulier, etc. En règle générale, par exemple, dans une émulsion formée à partir de la composition de l'huile sans eau comme mentionné ci-dessus, l'ion de métal stabilisant est habituellement contenu à raison d'environ 10 à environ 500 mg de l'ion de métal par litre de la phase huileuse. Lorsqu'un complexe de métal fournit l'ion de métal, le complexe est ajouté à la phase aqueuse. Après une telle addition, l'ion de métal migre, comme expliqué ci-dessus, pour former des liaisons de coordination avec l'agent d'émulsionnement en établissant un équilibre entre la phase huileuse et la phase aqueuse. Lorsqu'au cours du travail du métal, l'ion de métal s'épuise dans l'une ou l'autre phase, on peut ajouter un supplément de complexe pour maintenir la quantité stabilisante efficace. Plus particulièrement, dans une composition d'huile de coupe ou d'huile lubrifiante pour le travail du fer, formée d'environ 97 % en volume d'eau et 3% en volume d'huile comme mentionné ci-dessus, avec environ 10 à 15 % d'un émulsionnant, et lorsqu'on utilise comme agent stabilisant du citrate monocuivrique disodique, une quantité de 500 mg de cuivre par litre de la phase aqueuse permettra d'obtenir une action toxique contre les bactéries. Cependant comme mentionné ci-dessus, la stabilité du fluide pour le travail du métal peut être conférée à l'émulsion avec aussi peu que 10 à 100 mg du cation cuivre par litre, soit une proportion bien inférieure aux niveaux exerçant une action de toxicité. On peut cependant utiliser des quantités de l'agent de complexation du métal ou de l'ion sortant des ces intervalles. In the lubricating oil composition, the stabilizing metal ion is present in an amount which can effectively ensure the stability of metalworking. This effective amount can vary depending on a number of factors, including the particular metal being worked on, the pH, the impurities and the amounts of the oily phase and the aqueous phase, the emulsifier, the metal cations. that we are working on, the particular metal complex, etc. Typically, for example, in an emulsion formed from the composition of the waterless oil as mentioned above, the stabilizing metal ion is usually contained in an amount of from about 10 to about 500 mg of the metal ion per liter of the oily phase. When a metal complex provides the metal ion, the complex is added to the aqueous phase. After such an addition, the metal ion migrates, as explained above, to form coordination bonds with the emulsifying agent by establishing a balance between the oily phase and the aqueous phase. When during metalworking the metal ion depletes in either phase, additional complex can be added to keep the stabilizing amount effective. More particularly, in a composition of cutting oil or lubricating oil for working iron, formed of approximately 97% by volume of water and 3% by volume of oil as mentioned above, with approximately 10 at 15% of an emulsifier, and when using disodium mono-citrate citrate as a stabilizing agent, an amount of 500 mg of copper per liter of the aqueous phase will make it possible to obtain a toxic action against bacteria. However, as mentioned above, the stability of the metalworking fluid can be imparted to the emulsion with as little as 10 to 100 mg of the copper cation per liter, which is much lower than the levels exerting a toxic action. However, quantities of the metal complexing agent or of the ion leaving these intervals can be used.
On peut fournir à l'émulsion, d'un certain nombre de façons, les agents de stabilisation du travail des métaux de la présente invention. Par exemple, on peut ajouter le complexe du métal stabilisant à la phase aqueuse de l'émulsion avant la préparation et l'on peut ajouter ensuite la composition d'huile sans eau contenant l'huile, l'émulsionnant et les additifs et former ainsi l'émulsion, peut être avec un peu d'agitation. Par ailleurs, on peut tout d'abord former l'émulsion puis ajouter à l'émulsion ainsi formée le complexe de métal stabilisant. L'émulsion est formée de façon à ne pas décomposer l'agent de complexation du métal. En particulier, dans le cas de complexes du type citrate de zinc, de nickel et de cuivre, ces complexes sont relativement stables dans des conditions alcalines jusqu'à un pH d'environ 12, mais ils confèrent encore l'effet voulu de stabilisation à un pH alcalin allant jusqu'à un maximum d'environ 9 à 10 à des émulsions pour le travail des métaux. Ainsi, on ajuste le pH des compositions de fluide du côté alcalin, entre environ 7 et environ 10, afin que le complexe de métal ne soit pas décomposé tout d'abord, et l'on obtient ainsi un pH se situant au milieu de l'intervalle et qui est d'environ 8,5. The metal working stabilizers of the present invention can be supplied to the emulsion in a number of ways. For example, the stabilizing metal complex can be added to the aqueous phase of the emulsion before preparation, and then the waterless oil composition containing the oil, the emulsifier and the additives can be added to thereby form the emulsion, maybe with a little agitation. Furthermore, the emulsion can firstly be formed and then the stabilizing metal complex is added to the emulsion thus formed. The emulsion is formed so as not to decompose the complexing agent of the metal. In particular, in the case of complexes of the zinc, nickel and copper citrate type, these complexes are relatively stable under alkaline conditions up to a pH of approximately 12, but they still confer the desired stabilizing effect on an alkaline pH ranging up to a maximum of about 9 to 10 to metal working emulsions. Thus, the pH of the fluid compositions on the alkaline side is adjusted, between approximately 7 and approximately 10, so that the metal complex is not broken down first, and a pH lying in the middle of 1 is thus obtained. 'interval and that is about 8.5.
Dans une forme actuellement préférée, l'agent le la présente invention comprend un complexe monométallique d'un métal multivalent et d'un ligand organique polyfonctionnel, selon un rapport de 1:1 entre le métal et le ligand, le complexe ayant une propriété de dissociation représentée par une courbe de forme sigmoidale (en S) sur une diagramme ou graphique pM en fonction de pH. Un exemple spécifique du complexe de métal est du monocuivre-(II)-citrate dialcalin représenté par du monocuivre-(II)-citrate disodique, dipotassique ou de dilithium. Ces monocuivre-(II)-citrates dialcalins ont une propriété de dissociation représentée par une courbe en forme de S (sigmoidale), les deux fragments de la courbe se rencontrant en un point se situant dans une gamme de pH comprise entre environ 7 et environ 9. Il a été établi que ces complexes de monocuivre-(II) sont très stables dans des milieux basiques, de l'ordre d'environ 9 à environ 12, c'est-à-dire qui'ils ont une constante de stabilité effective, Ketf, de l'ordre d'environ 1012 à environ 1013. Cependant, à un pH d'environ 7-8, Ketf de ces complexes de type monocuivre-(II)-citrate est de l'ordre d'environ 105 à environ 108. C'est pourquoi, à un pH d'environ 7 In a presently preferred form, the agent of the present invention comprises a monometallic complex of a multivalent metal and a polyfunctional organic ligand, in a 1: 1 ratio between the metal and the ligand, the complex having a property of dissociation represented by a sigmoidal curve (in S) on a pM diagram or graph as a function of pH. A specific example of the metal complex is monocopper- (II) -citrate dialcalin represented by monocopper- (II) -disodium citrate, dipotassium or dilithium. These dialkaline- (II) -citrates have a dissociation property represented by an S-shaped (sigmoidal) curve, the two fragments of the curve meeting at a point lying in a pH range between approximately 7 and approximately 9. It has been established that these monocopper complexes (II) are very stable in basic media, of the order of about 9 to about 12, that is to say that they have a stability constant. effective, Ketf, of the order of about 1012 to about 1013. However, at a pH of about 7-8, Ketf of these single-copper- (II) -citrate complexes is of the order of about 105 at around 108. This is why at a pH of around 7
s s
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
7 7
625 829 625,829
8 ou voisin de ces valeurs, la constante effective de stabilité du complexe monocuivre-(II)-citrate est considérablement inférieure (inférieure d'un millier à plusieurs centaines de milliers de fois), et une concentration importante de Cu+ + libre est disponible pour une activité toxique ou de stabilisation. Par exemple, environ 10% du cuivre présent dans le complexe est à l'état ionisé à un pH égal à 7 ou voisin de cette valeur, cependant qu'environ 0,1% du cuivre est ionisé à un pH égal à 8 or close to these values, the effective stability constant of the single-copper- (II) -citrate complex is considerably lower (less than a thousand to several hundred thousand times), and a large concentration of free Cu ++ is available for toxic or stabilizing activity. For example, approximately 10% of the copper present in the complex is in the ionized state at a pH equal to 7 or close to this value, while approximately 0.1% of the copper is ionized at a pH equal to
9 ou voisin de cette valeur. Cela ne serait pas vrai pour un complexe de EDTA ou d'une polyamine d'un métal multivalent comme le cuivre, puisque sa constante de stabilité (1014 à 1016) ne variera que très légèrement dans la zone du pH normal de 7 à 9. De tels complexes formés avec EDTA présentent bien un effet du pH sur la constante de stabilité, mais cela est reprélenté par une courbe lisse régulière atteignant un effet de limitation par une dissociation provoquée par des protons à des valeurs du pH d'environ 7 à environ 9, en ne donnant qu'environ 0,0001% d'une espèce ionisée à un pH de 7 ou voisin de cette valeur jusqu'à une valeur aussi faible que 0,00001% de l'espèce ionisée à un pH égal à 9 ou voisin de cette valeur. On doit comprendre que les complexes à action de stabilisation ou à action antimicrobienne fonctionneront dans un intervalle du pH compris entre environ 3 et environ 12. Au-dessus de pH 12 environ, les complexes tendront à être détruits par les milieux alcalins, en précipitant des ces milieux sous forme d'oxydes métalliques hydratés. Au-dessous d'une valeur de pH 6 environ, c'est-à-dire à environ 3 à environ 6, l'instabilité du complexe de métal aboutit à une grande concentration du Cu++ libre en solution, ce qui créera de la biostabilité et exercera d'autres rôles de stabilisation comme mentionné ci-dessus. Dans l'intervalle moyen compris entre environ 7 et environ 9, la libération réglée est très efficace. Ainsi, ces complexes assurent une libération réglée de l'ion métal (entre environ 10% et environ 0,1% d'un métal complexé) dans l'intervalle du pH compris entre environ 7 et 9; cet ion de métal est alors disponible pour des rôles de coordination, d'action antimicrobienne et de stabilisation. 9 or close to this value. This would not be true for an EDTA complex or a polyamine of a multivalent metal such as copper, since its stability constant (1014 to 1016) will only vary very slightly in the normal pH range from 7 to 9. Such complexes formed with EDTA do have a pH effect on the stability constant, but this is represented by a smooth smooth curve reaching a limiting effect by dissociation caused by protons at pH values from about 7 to about 9, giving only about 0.0001% of an ionized species at a pH of 7 or close to this value up to a value as low as 0.00001% of the ionized species at a pH equal to 9 or close to this value. It should be understood that complexes with stabilizing or antimicrobial action will function in a pH range of between about 3 and about 12. Above about pH 12, the complexes will tend to be destroyed by alkaline media, by precipitating these media in the form of hydrated metal oxides. Below a pH value of around 6, i.e. around 3 to around 6, the instability of the metal complex results in a high concentration of free Cu ++ in solution, which will create biostability and will exercise other stabilizing roles as mentioned above. In the average range from about 7 to about 9, the set release is very effective. Thus, these complexes provide controlled release of the metal ion (between about 10% and about 0.1% of a complexed metal) in the pH range between about 7 and 9; this metal ion is then available for roles of coordination, antimicrobial action and stabilization.
Selon cette description et la forme de réalisation actuellement préférée, il apparaîtra que d'autres complexes de métaux et de Iigands organiques polyfonctionnels répondent au modèle de la présente invention lorsqu'ils montrent la propriété de dissociation caractérisée par une courbe sigmoidale ou en forme de S dans un diagramme normal pM-pH. Par exemple, en se fondant sur le complexe monométallique d'un ligand organique polyfonctionnel de la présente invention, on peut utiliser d'autres ions de métaux de nature monovalente ou multivalente, en particulier des cations divalents et polyvalents et notamment du zinc, du nickel, du chrome, du bismuth, du mercure, de l'argent, du cobalt, et d'autres cations métalliques ou de métaux lourds semblables. Les complexes de métaux lourds sont considérés comme plus toxiques que ceux des métaux légers. On peut remplacer par d'autres Iigands organiques polyfonctionnels l'acide citrique cité comme exemple spécifique par la forme préférée de réalisation de la présente invention. Parmi d'autres Iigands polyfonctionnels, il y a la classe plus large des acides alpha- ou bêta-hydroxypolycarbo-xyliques dans laquelle l'acide citrique figure. De même, on peut introduire dans le modèle moléculaire des complexes de métal de la présente invention, à la place de l'acide citrique, d'autres acides comportant comme substituants des groupes fonctionnels tels que des groupes alpha-, ou bêta-amino, sulfhydro, phos-phinol, etc., et l'on peut obtenir des résultats semblables. En général, du point de vue de la formule d'un complexe de métal, le complexe monométallique du cuivre et de l'acide citrique correspond à une formule de complexe représentée par l'une ou l'autre des formules développées ou de structure (A) et (B) qui suivent: According to this description and the currently preferred embodiment, it will appear that other complexes of polyfunctional organic metals and ligands respond to the model of the present invention when they show the dissociation property characterized by a sigmoidal or S-shaped curve. in a normal pM-pH diagram. For example, based on the monometallic complex of a polyfunctional organic ligand of the present invention, it is possible to use other metal ions of monovalent or multivalent nature, in particular divalent and polyvalent cations and in particular zinc, nickel , chromium, bismuth, mercury, silver, cobalt, and other metallic cations or similar heavy metals. Heavy metal complexes are considered more toxic than those of light metals. Other polyfunctional organic ligands can be replaced with the citric acid cited as a specific example by the preferred embodiment of the present invention. Among other polyfunctional ligands, there is the broader class of alpha- or beta-hydroxypolycarbo-xylic acids in which citric acid is included. Likewise, it is possible to introduce into the molecular model metal complexes of the present invention, in place of citric acid, of other acids comprising as substituents functional groups such as alpha-, or beta-amino groups, sulfhydro, phos-phinol, etc., and similar results can be obtained. In general, from the point of view of the formula of a metal complex, the monometallic complex of copper and citric acid corresponds to a complex formula represented by one or the other of the structural or structural formulas ( A) and (B) below:
O. O.
Q Q
\ \
—o —O
/ /
10 10
1S 1S
20 20
25 25
(B) (B)
c-cm-c-o-cu c-cm-c-o-cu
O CH2-C-O O CH2-C-O
o o .0 o o .0
20 20
H20 H20
■H20 ■ H20
o_ o_
On pense que la forme (A) est la forme préférée lorsqu'on applique des considérations tenant à l'énergie libre. Un seul proton introduit dans la structure du complexe représenté par la forme (A) ou (B) empêche la formation de noyaux coor-3o donnés stables à cinq ou six chaînons. Avec l'introduction d'un proton, seuls des noyaux à sept chaînons peuvent être formés par la coordination des groupes acétates donneurs d'électrons, et de telles structures de noyaux à sept chaînons (heptagonaux) sont instables. Par conséquent, la molécule du complexe se 35 dissocie et elle présente l'ion métal qui peut exercer ses effets toxiques ou de stabilisation. En comparaison, des complexes de métaux et de l'EDTA ou d'autres polyamines exigent quatre protons ou davantage, et donc une plus grande acidité, pour dissocier le complexe. Cela explique le faible effet du pH 4o sur de tels complexes dans un diagramme pM-pH. Form (A) is believed to be the preferred form when applying free energy considerations. A single proton introduced into the structure of the complex represented by the form (A) or (B) prevents the formation of given coor-3o nuclei which are stable with five or six members. With the introduction of a proton, only seven-membered nuclei can be formed by the coordination of electron-donating acetate groups, and such structures of seven-membered (heptagonal) nuclei are unstable. Consequently, the molecule of the complex dissociates and presents the metal ion which can exert its toxic or stabilizing effects. In comparison, metal complexes and EDTA or other polyamines require four or more protons, and therefore greater acidity, to dissociate the complex. This explains the weak effect of pH 40 on such complexes in a pM-pH diagram.
Les formes (A) et (B) de structure peuvent être plus généralement représentées par les modèles suivants: The forms (A) and (B) of structure can be more generally represented by the following models:
45 MODELE A 45 MODEL A
(R)— (R) -
so so
-Z: -Z:
-X: -X:
M Y M Y
ss MODELE B ss MODEL B
-z, -z,
(R)— (R) -
60 60
-X:M -X: M
(R) (R)
Dans les modèles ci-dessus, les segments formés d'un trait 65 plein représentent une liaison chimique entre des éléments de la structure de la charpente de la molécule; X, Y et Z représentent des donneurs de paires d'électrons; (R) représente n'importe quel élément ou molécule ou groupe, M représente In the above models, the segments formed by a solid line 65 represent a chemical bond between elements of the structure of the structure of the molecule; X, Y and Z represent donors of electron pairs; (R) represents any element or molecule or group, M represents
625 829 625,829
8 8
un métal; l'affinité de X pour des protons est supérieure à celle éë Z, Y ou R. On comprendra donc qu'on peut remplacer par d'autres paires de protons de base de Lewis et par d'autres ions de métaux, l'oxygène, le cuivre divalent ou dans ce cas, les atomes de carbone de ces modèles de structures pour obtenir un modèle moléculaire qui se dissociera de façon semblable lorsqu'on introduit un proton ou une espèce dont le comportement est semblable au comportement représenté par la courbe sigmoidale ou en forme de S sur un diagramme pM-pH. Les modèles moléculaires constituent donc une autre forme d'expression des agents de stabilisation de la présente invention. a metal; the affinity of X for protons is greater than that of Z, Y or R. It will therefore be understood that it can be replaced by other pairs of Lewis base protons and by other metal ions, oxygen , divalent copper or, in this case, the carbon atoms of these structural models to obtain a molecular model which will dissociate in a similar way when we introduce a proton or a species whose behavior is similar to the behavior represented by the sigmoidal curve or S-shaped on a pM-pH diagram. Molecular models therefore constitute another form of expression of the stabilizing agents of the present invention.
L'invention et ses diverses formes de réalisation et avantages se comprendront mieux lorsqu'on se réfère aux exemples suivants, aux descriptions détaillées qui suivent et à la figure illustrant la préparation des complexes et leur activité. The invention and its various embodiments and advantages will be better understood when reference is made to the following examples, to the detailed descriptions which follow and to the figure illustrating the preparation of the complexes and their activity.
PRÉPARATIONS DES COMPLEXES COMPLEX PREPARATIONS
A. Monocuivre-(II)-citrate de dilithium A. Single-copper- (II) -dithithium citrate
On dissout 10 millimoles de citrate de lithium dans 10 ml d'eau. A cette solution, on ajoute progressivement tout an agitant 10 millimoles de chlorure cuivrique (CuCh -2H20). Il se forme une solution bleu foncé. On la neutralise jusqu'à un pH d'environ 7 avec 10 millimoles d'hydroxyde de lithium (LiOH ■ H2O). Lorsqu'on l'évaporé à siccité, cette solution donne un solide semi-cristallin bleu foncé. On broie ce solide pour obtenir une fine poudre et l'on extrait le chlorure de lithium avec 50 ml de méthanol anhydre, cinq fois, à 35°C. On maintient sous vide le solide bleu qui reste comme résidu pour en enlever le méthanol et le sécher. On a essayé de faire cristalliser le sel dans des systèmes eau/solvant organique mais, ce qui semble dû à la nature extrêmement hygroscopique du sel et à la grande charge négative de la molécule ionisée, la solide obtenu a été microcristallin à amorphe. La formule suivante est proposée pour le complexe 1:1 de cuivre et de citrate, en se fondant sur l'élucidation de la structure et les analyses décrites ci-après: 10 millimoles of lithium citrate are dissolved in 10 ml of water. To this solution, 10 millimoles of cupric chloride (CuCh -2H20) are gradually added each year with stirring. A dark blue solution is formed. It is neutralized to a pH of about 7 with 10 millimoles of lithium hydroxide (LiOH ■ H2O). When evaporated to dryness, this solution gives a dark blue semi-crystalline solid. This solid is ground to obtain a fine powder and the lithium chloride is extracted with 50 ml of anhydrous methanol, five times, at 35 ° C. The blue solid, which remains as a residue, is kept under vacuum to remove the methanol and dry it. Attempts have been made to crystallize the salt in water / organic solvent systems but, which seems to be due to the extremely hygroscopic nature of the salt and to the large negative charge of the ionized molecule, the solid obtained was microcrystalline to amorphous. The following formula is proposed for the 1: 1 complex of copper and citrate, based on the elucidation of the structure and the analyzes described below:
LÌ2Q1C6H4O7 • XH2O LÌ2Q1C6H4O7 • XH2O
Selon le degré d'hydratation, on propose les masses moléculaires correspondant à la formule ci-après (M.M.) et les pourcentages correspondants de teneur en cuivre: Depending on the degree of hydration, the molecular weights corresponding to the formula below (M.M.) and the corresponding percentages of copper content are proposed:
LÌ2CUC6H407-XH20 LÌ2CUC6H407-XH20
M.M. : 265,51 pour X=0; % de Cu = 23,93 M.M.: 265.51 for X = 0; % of Cu = 23.93
M.M.: 283,53 pour X= 1 ; % de Cu = 22,41 M.M .: 283.53 for X = 1; % of Cu = 22.41
M.M.: 301,54 pour X= 2; % de Cu =21,07 M.M .: 301.54 for X = 2; % of Cu = 21.07
M.M.: 319,56 pour X= 3; %deCu= 19,88 M.M .: 319.56 for X = 3; % of Cu = 19.88
La teneur en cuivre qu'on observe pour des échantillons diversement séchés du complexe solide se situe entre 20% et 23%. Le composé (complexe solide 1:1) est extrêmement soluble dans l'eau. On peut produire assez facilement une solution aussi concentrée qu'une solution deux molaire. The copper content observed for variously dried samples of the solid complex is between 20% and 23%. The compound (1: 1 solid complex) is extremely soluble in water. A solution as concentrated as a two molar solution can be produced quite easily.
Jusqu'à un pH de 11,5, il n'y a pas d'effet sur la solubilité du composé dans l'eau. Au-delà de ce pH, le complexe se décompose en donant un précipité brun verdâtre, qui est probablement constitué par des oxydes hydratés du cuivre. On peut utiliser le complexe solide 1:1 comme agent de stabilisation avec ou sans l'enlèvement du chlorure de lithium formé au cours de sa préparation. Up to a pH of 11.5, there is no effect on the solubility of the compound in water. Above this pH, the complex decomposes, giving a greenish-brown precipitate, which is probably constituted by hydrated oxides of copper. The solid 1: 1 complex can be used as a stabilizing agent with or without the removal of the lithium chloride formed during its preparation.
B. Monocuivre-(II)-citrate disodique B. Single copper (II) disodium citrate
(1) On ajoute des solutions équimolaires de chlorure du cuivre et de citrate de sodium à de l'eau comme en (A) ci-dessus pour obtenir une solution bleu foncé ayant un pH d'environ 5. On place dans une ampoule à décanter une partie aliquote (50 ml) de cette solution. On ajoute un égal volume d'acétone anhydre et l'on secoue l'ampoule de façon à effectuer un mélange. Après repos, on obtient un système à deux phases. Une phase liquide bleue repose au bas de l'ampoule en un volume réduit d'environ 25 ml, cependant que la couche supérieure (environ 75 ml) est légèrement trouble et incolore alors qu'elle avait la limpidité du cristal avant le processus du mélange par secousses. On enlève de l'ampoule par le robinet le liquide bleu (huileux et visqueux) que l'on collecte dans une seconde ampoule à décanter. On place le liquide surnageant trouble dans un bêcher et on l'évaporé à siccité sur un bain marie bouillant. A la seconde ampoule à décanter, on ajoute 25 ml environ d'acétone anhydre, ce qui provoque la formation presque instantanée d'une masse analogue à de la matière plastique au bas de l'ampoule, par opposition au liquide huileux qui y était présent. On place dans un second bêcher le liquide surnageant de la masse plastique et on l'appelle liquide surnageant 2. L'addition d'eau distillée à la masse analogue à de la matière plastique aboutit à la redissolution immédiate de la matière. On ajuste à 25 ml le volume total de la substance redissoute, ce qui aboutit une fois encore à la formation d'un liquide huileux et visqueux. Après l'évaporation à siccité de la liqueur surnageante 1, l'examen au microscope du résidu sec révèle la présence de fortes quantités bien définies de cristaux de chlorure de sodium. L'évaporation du liquide surnageant 2 donne un résidu pulvérulent très finement divisé qui contient un faible nombre de cristaux distincts de chlorure de sodium. L'analyse, pour déceler la teneur en cuivre, de la solution huileuse bleue ayant subi une double extraction révèle que la solution contient environ 125 mg de cuivre par millilitre, ce qui représente un concentré du complexe de métal qui contenait à l'origine environ 65 mg/ml. La grande diminution de la quantité du chlorure de sodium dans le liquide surnageant 2 indique que la majeure partie du sel, constituant du sous-produit à action d'impureté, a été enlevée. On a laissé s'évaporer une portion du concentré et l'on a noté l'existence d'une matière nettement cristalline. (1) Equimolar solutions of copper chloride and sodium citrate are added to water as in (A) above to obtain a dark blue solution having a pH of about 5. It is placed in a vial. decant an aliquot part (50 ml) of this solution. Add an equal volume of anhydrous acetone and shake the vial to mix. After rest, a two-phase system is obtained. A blue liquid phase rests at the bottom of the bulb in a reduced volume of approximately 25 ml, while the upper layer (approximately 75 ml) is slightly cloudy and colorless while it had the clarity of the crystal before the mixing process. by shaking. The blue liquid (oily and viscous) which is collected in a second separating funnel is removed from the bulb by the tap. The cloudy supernatant is placed in a beaker and evaporated to dryness on a boiling water bath. To the second separating funnel, about 25 ml of anhydrous acetone are added, which causes an almost instant formation of a plastic-like mass at the bottom of the funnel, as opposed to the oily liquid that was present there. . The supernatant liquid of the plastic mass is placed in a second beaker and it is called supernatant liquid 2. The addition of distilled water to the mass analogous to plastic material results in the immediate redissolution of the material. The total volume of the redissolved substance is adjusted to 25 ml, which again leads to the formation of an oily and viscous liquid. After the supernatant liquor 1 has evaporated to dryness, microscopic examination of the dry residue reveals the presence of large, well-defined amounts of sodium chloride crystals. Evaporation of the supernatant liquid 2 gives a very finely divided pulverulent residue which contains a small number of distinct crystals of sodium chloride. Analysis to detect the copper content of the blue oil solution which has been subjected to a double extraction reveals that the solution contains approximately 125 mg of copper per milliliter, which represents a concentrate of the metal complex which originally contained approximately 65 mg / ml. The large decrease in the amount of sodium chloride in the supernatant 2 indicates that most of the salt, a constituent of the impurity by-product, has been removed. A portion of the concentrate was allowed to evaporate and the existence of a clearly crystalline material was noted.
(2) On a répété les modes opératoires du paragraphe précédent (1), sauf que l'on a ajusté le pH de la solution bleue initialement formée à une valeur d'environ 5 à environ 7 avec une solution de KOH pour neutraliser le HCl formé. Après réalisation des opérations d'extraction et d'évaporation, on a obtenu un concentré du complexe de métal qui, après évapora-tion, a donné de la matière nettement cristalline. (2) The procedures of the preceding paragraph were repeated (1), except that the pH of the blue solution initially formed was adjusted to a value of approximately 5 to approximately 7 with a KOH solution to neutralize the HCl form. After carrying out the extraction and evaporation operations, a concentrate of the metal complex was obtained which, after evaporation, gave clearly crystalline material.
(3) On a combiné des parties aliquotes équimolaires de sulfate de cuivre et de citrate de sodium comme au paragraphe (1) puis l'on a ajusté avec NaOH le pH à environ 7. Des opérations d'extraction et d'évaporation de la solution bleue résultante, comme décrit ci-dessus, ont donné une poudre amorphe ne possédant pas de structure critalline discernable à la vue. (3) Equimolar aliquots of copper sulphate and sodium citrate were combined as in paragraph (1) and then the pH was adjusted with NaOH to approximately 7. Extraction and evaporation operations of the resulting blue solution, as described above, gave an amorphous powder having no visible crystalline structure.
La formule suivante est proposée pour le monocuivre-(II)-citrate disodique préparé aux paragraphes (1) à (3) ci-dessus, en se fondant sur l'élucidation de la structure et sur les analyses décrites ci-après: The following formula is proposed for the single copper- (II) -disodium citrate prepared in paragraphs (1) to (3) above, based on the elucidation of the structure and on the analyzes described below:
Na2CuCsH207-XH20 Na2CuCsH207-XH20
C. Monozinc-citrate disodique C. Disodium monozinc-citrate
En utilisant les ingrédients suivants, on a préparé un complexe de zinc qui est un stabilisant analogue au complexe de cuivre de (B) ci-dessus: Using the following ingredients, a zinc complex was prepared which is a stabilizer analogous to the copper complex of (B) above:
50 ml d'eau froide 50 ml cold water
29,4 g de citrate trisodique dihydraté 29.4 g of trisodium citrate dihydrate
13,6 g de chlorure de zinc (ZnCk) 13.6 g zinc chloride (ZnCk)
HCl concentré Concentrated HCl
pastilles de NaOH NaOH lozenges
s s
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
9 9
625 829 625,829
On a broyé le ZnCk en de fines particules avec un mortier (et un pilon) puis l'on a dissous dans de l'eau. On a ajusté le pH à une valeur comprise entre 0,5 et 1,0 avec HCl. On a ajouté lentement du citrate de sodium en ajoutant HCl afin de maintenir le pH à une valeur inférieure à 1,0. Lorsque toute la matière a été dissoute, on a lentement neutralisé la solution avec des pastilles de NaOH. On a décanté la matière restant eir solution à pH 7,2, on en a ajusté le pH à une valeur de 8,5-9,0 puis l'on a effectué une extraction avec un double volume d'une solution 50:50 d'éthanol-acétone. On a collecté la matière sur un entronnoir de Büchner en utilisant du papier filtre Whatman n° 42. En variante, on peut sécher la solution sous vide à 70°C. The ZnCk was ground into fine particles with a mortar (and pestle) and then dissolved in water. The pH was adjusted to between 0.5 and 1.0 with HCl. Sodium citrate was added slowly, adding HCl to keep the pH below 1.0. When all of the material had dissolved, the solution was slowly neutralized with NaOH pellets. The remaining material and solution were decanted at pH 7.2, the pH was adjusted to a value of 8.5-9.0 and then extracted with a double volume of a 50:50 solution. ethanol-acetone. The material was collected on a Büchner funnel using Whatman No. 42 filter paper. Alternatively, the solution can be dried in vacuo at 70 ° C.
D. Monoickel-citrate disodique D. Disodium mono-citrate
On prépare un complexe de nickel stabilisant en utilisant les ingrédients suivants: A stabilizing nickel complex is prepared using the following ingredients:
40 ml d'eau froide 40 ml cold water
38.4 g d'acide citrique anhydre 38.4 g anhydrous citric acid
47.5 g de chlorure de nickel (NiCh), finement broyé, 47.5 g of nickel chloride (NiCh), finely ground,
et des paillettes de NaOH and NaOH flakes
On dissout l'acide citrique dans l'eau. On ajoute lentement le sel de nickel en suivant constamment le pH. Lorsque toute la matière est en solution, on ajoute des paillettes de NaOH lentement (pour réduire à son minimum le dégagement de chaleur) afin d'ajuster le pH à une valeur comprise entre 4,0 et 5,0. On obtient environ 100 ml contenant environ 117 mg de Ni++ par millilitre. Citric acid is dissolved in water. The nickel salt is added slowly, constantly following the pH. When all of the material is in solution, NaOH flakes are added slowly (to minimize heat generation) to adjust the pH to a value between 4.0 and 5.0. Approximately 100 ml are obtained containing approximately 117 mg of Ni ++ per milliliter.
E. Monomercure-citrate disodique E. Disodium citrate-citrate
On prépare un complexe de mercure stabilisant en utilisant les ingrédients suivants: A stabilizing mercury complex is prepared using the following ingredients:
40 ml d'eau 2,2 g d'oxyde mercurique (HgO) 40 ml water 2.2 g mercuric oxide (HgO)
1,9 g d'acide citrique anhydre et des pastilles de NaOH 1.9 g anhydrous citric acid and NaOH tablets
On dissout l'acide citrique dans l'eau et l'on réchauffe la solution jusqu'à une température non supérieure à 50°C. On ajoute lentement HgO, en agitant vigoureusement, et on laisse réagir jusqu'à ce que la solution soit limpide. On ajuste avec des pastilles de NaOH le pH à 8,5-9,0 en s'assurant que la température n'excède pas 50°C. On peut faire cristalliser la matière par l'une ou l'autre des méthodes décrites dans le cas du complexe de zinc en (C) ci-dessus. The citric acid is dissolved in water and the solution is heated to a temperature not higher than 50 ° C. HgO is added slowly, with vigorous stirring, and allowed to react until the solution is clear. The pH is adjusted with NaOH pellets to 8.5-9.0, making sure that the temperature does not exceed 50 ° C. The material can be crystallized by either of the methods described in the case of the zinc complex in (C) above.
DÉTERMINATION DE LA DISSOCIATION DU COMPLEXE DE MÉTAL On a déterminé sur un intervalle du pH compris entre 3 et 12 unités, en utilisant une électrode spécifique pour l'ion cuivre-(II) [(Orion Copper II) Specific Electrode]), la propriété de dissociation du complexe 1:1 de cuivre et de citrate préparé par les techniques ci-dessus. On a ajusté le pH d'échantillons de 50 ml de la solution 1:1 de citrate et de cuivre (0,0068 molaire) à des valeurs de 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11 et 12, en déterminant par la suite, à l'aide de l'électrode spécifique pour l'ion cuivre, la concentration de l'ion cuivre libre. On a obtenu les valeurs suivantes pour la concentration de l'ion cuivre libre au pH indiqué, et l'on a déterminé les logarithmes négatifs de la concentration de l'ion cuivre. DETERMINATION OF THE DISSOCIATION OF THE METAL COMPLEX It was determined over a range of pH between 3 and 12 units, using a specific electrode for the copper ion- (II) [(Orion Copper II) Specific Electrode]), the property dissociation of the 1: 1 complex of copper and citrate prepared by the above techniques. The pH of 50 ml samples of the 1: 1 solution of citrate and copper (0.0068 molar) was adjusted to values of 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.11 and 12, by subsequently determining, using the specific electrode for the copper ion, the concentration of the free copper ion. The following values were obtained for the concentration of free copper ion at the indicated pH, and the negative logarithms of the concentration of copper ion were determined.
Tableau pH PH table
Cu++ Cu ++
pM pM
3 3
3,2X10-3 3.2X10-3
2,495 2,495
4 4
9,0 X10"4 9.0 X10 "4
3,096 3.096
5 5
2,5 X10-4 2.5 X10-4
3,602 3.602
6 6
5,3 X 10-s 5.3 X 10-s
4,276 4.276
7 7
1,0 X10-5 1.0 X10-5
5,000 5,000
8 8
8,0 X10-8 8.0 X10-8
7,097 7.097
9 9
8,8 X10-12 8.8 X10-12
11,055 11,055
10 10
9,6 X10"13 9.6 X10 "13
12,018 12,018
11 11
3,3 XlO-13 3.3 XlO-13
12,482 12,482
12 12
1,34 X10-13 1.34 X10-13
12,873 12,873
A partir de ces données, on a construit une courbe pM-pH pour indiquer la relation entre la concentration de l'ion Cu+ + libre et le pH, comme illustré à la figure unique annexée. Cette figure est un graphique en coordonnées cartésiennes (ligne noire pleine) du logarithme négatif (c'est-à-dire changer de signe) de la concentration de l'ion du metal (pM) en fonction du logarithme négatif (c'est-à-dire changé de signe) de la concentration en ion hydrogène (pH) aux points indiqués dans le tableau ci-dessus. Ce graphique est une courbe en forme de S (en forme sigmoidale) représentant la propriété de dissociation (provoquée par des protons) du complexe du métal. Dans l'intervalle du pH compris entre environ 9 et 12, le complexe est très stable et la concentration de Cu++ libre est basse. A un pH d'environ 7, le complexe est relativement instable et la dissociation en Cu++ libre est importante, ce qui permet le rôle de stabilisant. Dans l'intervalle compris entre environ 7 et environ 9, le Cu++ est disponible pour une libération réglée: il se produit environ 10% à environ 0,1% de dissociation de Cu++ du complexe. Ce comportement inattendu d'une dissociation en fonction du pH rend les complexes extrêmement efficaces comme agents antimicrobiens ou de stabilisation pour des compositions pour le travail des métaux. From these data, a pM-pH curve was constructed to indicate the relationship between the concentration of the free Cu + + ion and the pH, as illustrated in the attached single figure. This figure is a graph in Cartesian coordinates (solid black line) of the negative logarithm (i.e. change sign) of the concentration of the metal ion (pM) as a function of the negative logarithm (i.e. i.e. changed sign) of the hydrogen ion concentration (pH) at the points indicated in the table above. This graph is an S-shaped (sigmoidal) curve representing the dissociation property (caused by protons) of the metal complex. In the pH range between about 9 and 12, the complex is very stable and the concentration of free Cu ++ is low. At a pH of around 7, the complex is relatively unstable and the dissociation into free Cu ++ is high, which allows the role of stabilizer. In the range of about 7 to about 9, Cu ++ is available for controlled release: about 10% to about 0.1% dissociation of Cu ++ from the complex occurs. This unexpected behavior of pH dissociation makes the complexes extremely effective as antimicrobial or stabilizing agents for metalworking compositions.
En comparaison, une courbe concernant le complexe de cuivre de EDTA est représentée à la figure annexée par la ligne brisée, selon les indications de A. Ringbom, «Complexation in Analytical Chemistry», J. Wiley & Sons, N.Y., 1963, page 360. Comme illustré, l'effet du pH sur le complexe de cuivre de EDTA est représenté par une courbe lisse et régulière atteignant un effet de limitation par dissociation provoquée par un proton à environ pH 7-9, ce qui ne donne, par exemple, qu'environ 0,001% à 0,00001% du produit ionisé. In comparison, a curve concerning the copper complex of EDTA is represented in the appended figure by the broken line, according to the indications of A. Ringbom, “Complexation in Analytical Chemistry”, J. Wiley & Sons, NY, 1963, page 360 As illustrated, the effect of pH on the copper complex of EDTA is represented by a smooth and regular curve reaching a limiting effect by dissociation caused by a proton at about pH 7-9, which does not give, for example, only about 0.001% to 0.00001% of the ionized product.
L'existence dans des solutions diluées de complexes présentant le rapport de un métal pour un citrate a peut être été suggérée dans la publication de M. Bobtelsky et J. Jordan, J. Amer. Chem. Soc., volume 67 (1945), page 1824. Cependant personne n'a cité les remarquables activités antimicrobiennes ou de stabilisation d'une émulsion caractérisant ces dérivés ni leurs capacités à former les structures de coordination avec des gouttelettes émulsifiées. En outre, la Demanderesse a également découvert d'autres propriétés remarquables de ces complexes dans des fluides pour le travail des métaux, comme décrit ici en détail. The existence in dilute solutions of complexes exhibiting the ratio of a metal to a citrate has been suggested in the publication by M. Bobtelsky and J. Jordan, J. Amer. Chem. Soc., Volume 67 (1945), page 1824. However, no one has cited the remarkable antimicrobial or stabilization activities of an emulsion characterizing these derivatives nor their capacities to form coordination structures with emulsified droplets. In addition, the Applicant has also discovered other remarkable properties of these complexes in metalworking fluids, as described here in detail.
En outre, la Demanderesse a préparé des complexes de métaux solides du type des mono-cuivre-(II)-citrates dialcalins, et de telles formes solides sont de façon surprenante inattendues. La Demanderesse a pu également produire de fortes concentrations en solution de ces complexes de métaux. La nature de ces complexes a été nettement établie par l'utilisation de critères analytiques, à savoir: (1) la méthode du rapport entre les moles, qui a été introduite par Yoe et Jones (J.H. Yoe et A.L. Jones: Ind. Eng. Chem. Anal. Edition, 16; 111,1944); (2) la méthode de variation continue attribuée à Job et modifiée par Vosburgh and Cooper (W.C. Vosburg et s In addition, the Applicant has prepared solid metal complexes of the mono-copper- (II) dialkaline citrate type, and such solid forms are surprisingly unexpected. The Applicant has also been able to produce high concentrations in solution of these metal complexes. The nature of these complexes has been clearly established by the use of analytical criteria, namely: (1) the method of the ratio between the moles, which was introduced by Yoe and Jones (JH Yoe and AL Jones: Ind. Eng. Chem. Anal. Edition, 16; 111,1944); (2) the method of continuous variation attributed to Job and modified by Vosburgh and Cooper (W.C. Vosburg et s
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
625 829 625,829
10 10
G.R.Cooper: J. Am. Chem. Soc., 63; 437,1941); (3) la dépendance de la formation du complexe à l'égard du pH; et (4) la détermination de la constante de stabilité apparente du complexe. Des études de spectrophotométrie, comprenant la spectroscopie dans le spectre visible et dans l'ultraviolet, des déterminations de pH, ainsi que des mesures de spectroscopie dans l'infrarouge ont servi de moyens supplémentaires de confirmation des découvertes faites par la Demanderesse sur la formation et la composition moléculaire du complexe 1:1 de cuivre-(II) et de citrate. G.R. Cooper: J. Am. Chem. Soc., 63; 437.1941); (3) the dependence of the formation of the complex on the pH; and (4) determining the apparent stability constant of the complex. Spectrophotometry studies, including visible spectrum and ultraviolet spectroscopy, pH determinations, as well as infrared spectroscopy measurements served as additional means of confirming the discoveries made by the Applicant on training and the molecular composition of the 1: 1 complex of copper- (II) and citrate.
(1) Cu+2 + -OOC (1) Cu + 2 + -OOC
\(CH2COO-)2 v ^ HO \ (CH2COO-) 2 v ^ HO
Les complexes 1:1 de cuivre que l'on utilise ici comme agents antimicrobiens ou agents stabilisants sont très fortement solubles, ce qui indique la nature ionique de ces complexes. Cela est encore confirmé par l'observation de la migration vers s l'anode (électrode positive) de la bande colorée de solution du complexe dans des expériences d'électrophorèse. Les spectres dans le visible et dans l'ultraviolet montrent la formation d'un composé 1:1. La réaction globale de formation du complexe de la forme de structure (B) semble être: The 1: 1 copper complexes used here as antimicrobial or stabilizing agents are very highly soluble, which indicates the ionic nature of these complexes. This is further confirmed by the observation of the migration towards the anode (positive electrode) of the colored band of solution of the complex in electrophoresis experiments. The visible and ultraviolet spectra show the formation of a 1: 1 compound. The overall reaction for the formation of the structure form complex (B) seems to be:
SV/^C(CH2COO-)2 SV / ^ C (CH2COO-) 2
+ H+ + H +
(2) H+ + OH" HzO (2) H + + OH "HzO
(base) (based)
(Cu-Citrate-2) (H+) (Cu+2) (Citrate-3) (Cu-Citrate-2) (H +) (Cu + 2) (Citrate-3)
(Cu-Citrate-2) Keff ~~ (Cu+2) (Citrate"3) (Cu-Citrate-2) Keff ~~ (Cu + 2) (Citrate "3)
Ainsi, au lieu de complexer les groupes -COO- seulement, le groupe hydroxyle — OH alcoolique s'ionise et il est impliqué dans la coordination. Cela forme un noyau stable à cinq chaînons et probablement un noyau à six chaînons. Ainsi, la réaction est déplacée vers la droite (stabilisée) par OH" (base) lorsque le H+ produit est enlevé à mesure que la réaction se poursuit. Cela aboutit à la valeur très élevée de la constante de stabilité effective, Keff. Pour une telle réaction, la constante Keff dépend du pH mais elle est liée à la constante de stabilité absolue, Kabs, par les relations: Thus, instead of complexing the -COO- groups only, the alcoholic hydroxyl group - OH ionizes and is involved in coordination. This forms a stable five-membered nucleus and probably a six-membered nucleus. Thus, the reaction is shifted to the right (stabilized) by OH "(base) when the H + product is removed as the reaction continues. This results in the very high value of the effective stability constant, Keff. such reaction, the constant Keff depends on the pH but it is linked to the absolute stability constant, Kabs, by the relations:
(Cu-Citrate= ) (Cu-Citrate =)
Keff = " Keff = "
(Cu++) (Citrate-3) (Cu ++) (Citrate-3)
_ (Cu-Citrate= ) (H+) _ (Cu-Citrate =) (H +)
(Cu++) (Citrate-3) (Cu ++) (Citrate-3)
Ka* = Keff (H+) Ka * = Keff (H +)
La Demanderesse a trouvé que Kabs présente, pour le complexe 1:1, une valeur constante d'environ 1013 (complexe fort) dans l'intervalle du pH d'environ 9 à 12. La valeur apparente de Kabs chute fortement à pH 7 à 9 et, à des valeurs du pH inférieures à 7 environ, Il y a une diminution supplémentaire indiquant que le complexe existe en des concentrations finies même à un pH de 3 à 7. Applicants have found that Kabs has, for the 1: 1 complex, a constant value of about 1013 (strong complex) in the pH range of about 9 to 12. The apparent value of Kabs drops sharply at pH 7 to 9 and, at pH values below about 7, there is a further decrease indicating that the complex exists in finite concentrations even at a pH of 3 to 7.
On pense qu'une autre caractéristique importante des complexes de la présente invention peut fonctionner en leur permettant de jouer le rôle de bactéricides très efficaces. On peut prendre par exemple le cas où des bactéries se développent dans un milieu ayant un pH d'environ 9 à environ 11 par exemple et où l'on introduit un complexe de monocuivre(II)-citrate dialcalin. Comme indiqué ci-dessus, un environnement à pH alcalin rend le complexe de monocuivre(II)-citrate .très stable. On suppose qu'en raison de sa fixation immédiate à la surface d'une cellule, on ne doit pas s'attendre à ce que l'ion cuivreux libre traverse du tout la membrane d'une cellule ou, au mieux, il ne la traversera pas aussi facilement que la forme complexe. Par ailleurs, le complexe traverse facilement la membrane d'une cellule, peut être parce que (1) sa nature organique lui permettrait de servir de substrat métabolique dont dépendrait la croissance ou la prolifération des bactéries, ou (2) la faible densité de charge dianonique du complexe en augmenterait la perméabilité pour la traversée de la paroi de la cellule microbienne. Après la traversée de la membrane de la cellule, on s'attend à ce que le complexe soit soumis à un environnement dont le pH est de l'ordre de 7 environ. Donc, après cette traversée ou ce transport, le complexe particulier est très instable et labile; l'ion cuivre est donc abondamment et rapidement libéré pour la dénaturation des protéines cellulaires ou pour gêner autrement les réactions biochimiques du métabolisme intracellulaire de façon à provoquer la mort de la cellule. Au contraire, lorsque d'autres complexes connus peuvent subir ce transport ou ce passage dans de telles circonstances, ces complexes connus sont assez stables et cinétique-ment inertes, et ils ne seront pas efficaces, car le cuivre est trop étroitement lié, même au pH intracellulaire d'environ 7, pour qu'il soit excessivement toxique. It is believed that another important feature of the complexes of the present invention can function by allowing them to play the role of very effective bactericides. We can take for example the case where bacteria develop in a medium having a pH of about 9 to about 11 for example and where a complex of monocopper (II) -citrate dialkaline is introduced. As indicated above, an environment with an alkaline pH makes the copper (II) -citrate complex very stable. It is assumed that due to its immediate attachment to the surface of a cell, one should not expect that the free cuprous ion will cross the membrane of a cell at all or, at best, will not not cross as easily as the complex form. Furthermore, the complex easily crosses the membrane of a cell, perhaps because (1) its organic nature would allow it to serve as a metabolic substrate on which the growth or proliferation of bacteria would depend, or (2) the low charge density. dianonic of the complex would increase its permeability for crossing the wall of the microbial cell. After crossing the cell membrane, it is expected that the complex will be subjected to an environment with a pH of about 7. So, after this crossing or this transport, the particular complex is very unstable and labile; the copper ion is therefore abundantly and rapidly released for the denaturation of cellular proteins or to otherwise interfere with the biochemical reactions of intracellular metabolism so as to cause cell death. On the contrary, when other known complexes can undergo this transport or this passage under such circumstances, these known complexes are quite stable and kinetically inert, and they will not be effective, because copper is too closely linked, even with intracellular pH of around 7, so that it is excessively toxic.
Les complexes de métaux de la présente invention ont des propriétés antimicrobiennes très remarquables en comparaison des composés de l'art antérieur. Par exemple, la formation de sels de métaux lourds d'acides carboxyliques est assez courante. Cependant, à l'exception des sels d'acides à faible masse moléculaire, ils sont habituellement insolubles dans l'eau. Cela est montré par le citrate dicuivrique (II) cité dans la littérature (citrate de Cm)2 ■ 5H2O. On forme ce composé en chauffant 50 une solution fortement basique de citrate de sodium avec Cu+ + . Le citrate dicuivrique (présentant un rapport de 2 . atomes de cuivre pour un ion citrate) précipite de la solution. Ce citrate dicuivrique a les propriétés suivantes: (1) de l'insolubilité dans de l'eau (avec une charge nette globale du com-55 posé qui est nulle:2Cu++ et l'ion citrate"4); la réaction est: The metal complexes of the present invention have very remarkable antimicrobial properties in comparison with the compounds of the prior art. For example, the formation of heavy metal salts of carboxylic acids is quite common. However, with the exception of low molecular weight acid salts, they are usually insoluble in water. This is shown by the dicuivric citrate (II) cited in the literature (Cm citrate) 2 ■ 5H2O. This compound is formed by heating a strongly basic solution of sodium citrate with Cu + +. Dicuivic citrate (having a ratio of 2. copper atoms to a citrate ion) precipitates from the solution. This dicuivric citrate has the following properties: (1) insolubility in water (with an overall net charge of the com-55 posed which is zero: 2Cu ++ and the citrate ion "4); the reaction is:
2Cu++ + Citrate = < Cu2citrate 1 + H+ 2Cu ++ + Citrate = <Cu2citrate 1 + H +
6« et elle est poussée vers son achèvement par la réaction de H + du produit avec OH" en milieu basique; (2) une couleur vert clair sous forme solide; et (3) l'analyse élémentaire confirme le rapport de 2Cu pour un citrate. L'insolubilité du citrate dicuivrique a également limité l'efficacité de ce composé comme 65 bactéricide et, s'il a été proposé jusqu'à présent dans des applications pharmaceutiques, son utilisation a été limitée. 6 "and it is pushed towards its completion by the reaction of H + of the product with OH" in basic medium; (2) a light green color in solid form; and (3) the elementary analysis confirms the ratio of 2Cu for a The insolubility of dicuivric citrate has also limited the effectiveness of this compound as a bactericide and, while it has been proposed so far in pharmaceutical applications, its use has been limited.
Comme expliqué ci-dessus, les compositions de fluides pour le travail des métaux peuvent être formulées à partir de nom25 As explained above, the compositions of metalworking fluids can be formulated from nom25
30 30
35 35
40 40
11 11
625 829 625,829
breux types différents d'ingrédients spécifiques. Voir, par exemple, les brevets précités et «American Society of Tool Engineers - Tool Engineer's Handbook» (Manuel de l'ingénieur d'outillage), première édition, 1953, pages 357 et suivantes, auxquels on pourra se référer. many different types of specific ingredients. See, for example, the aforementioned patents and "American Society of Tool Engineers - Tool Engineer's Handbook", first edition, 1953, pages 357 et seq., To which reference may be made.
Les exemples spécifiques (et non limitatifs) suivants servent à illustrer des fluides pour le travail des métaux et à montrer la mise en œuvre des principes de la présente invention. The following specific (and non-limiting) examples serve to illustrate metalworking fluids and to show the implementation of the principles of the present invention.
Exemple 1 Example 1
On prépare une composition de fluide de coupe en mélangeant (sur base volumétrique) les ingrédients suivants: A cutting fluid composition is prepared by mixing (on a volumetric basis) the following ingredients:
1 % de xylène-sulfonate de sodium 1% sodium xylene sulfonate
9% d'un naphtalène-sulfonate 9% of a naphthalene sulfonate
90 % d'une huile minérale 90% of a mineral oil
On utilise ce mélange pour préparer, par mélange avec de l'eau, une émulsion à 3 % en volume et l'on en ajuste le pH à environ 8,5-8,9 par l'addition de HCl. On ajoute le citrate monocuivrique disodique (mono-cuivre-citrate disodique), comme préparé ci-dessus, à l'émulsion pour obtenir dans la phase aqueuse 100 mg de Cu++ par litre. Lorsqu'on utilise un tel fluide dans des opérations de façonnage de métal par enlèvement, il a été trouvé que l'on peut obtenir tous les avantages étudiés ici. This mixture is used to prepare, by mixing with water, an emulsion at 3% by volume and the pH is adjusted to about 8.5-8.9 by the addition of HCl. The disodium monocultivate citrate (mono-copper-disodium citrate), as prepared above, is added to the emulsion to obtain in the aqueous phase 100 mg of Cu ++ per liter. When such a fluid is used in metal shaping operations by removal, it has been found that all of the advantages discussed herein can be obtained.
Exemple 2 Example 2
On prépare une composition de fluide de meulage ou de rectification, en utilisant les mêmes stades qu'à l'exemple 1 avec des résultats semblables, sauf qu'on utilise, comme ingrédients de l'émulsion, 50% de naphtalène-sulfonate, 15% d'une huile minérale et 35 % de tall-oil. A grinding or grinding fluid composition is prepared, using the same stages as in Example 1 with similar results, except that 50% naphthalene sulfonate is used as the ingredients of the emulsion. % of a mineral oil and 35% of tall oil.
Pour montrer la coordination des ions de métal avec les gouttelettes émulsionnées pour l'obtention d'activités de stabilisation selon la présente invention, on a effectué les expériences suivantes. To show the coordination of the metal ions with the emulsified droplets for obtaining stabilization activities according to the present invention, the following experiments were carried out.
Expérience 1 Experiment 1
Relation entre la concentration du cuivre dans la phase de l'huile et la phase de l'eau, d'une part, et le pourcentage d'huile dans l'émulsion et la concentration initiale du complexe de métal, d'autre part. Relation between the concentration of copper in the oil phase and the water phase, on the one hand, and the percentage of oil in the emulsion and the initial concentration of the metal complex, on the other hand.
Méthodes Methods
On prépare des émulsions de façon que celles-ci contiennent 2,5 %, 5,0% et 10,0% d'huile dans de l'eau. On introduit à la pipette 10 ml de chaque émulsion dans le tube à essai de 16 X100 mm. On retire des échantillons d'1 ml de chaque émulsion. On ajoute à chacun de ces tubes du citrate monocuivrique disodique (monocuivre-citrate disodique; que l'on appelle ci-après le complexe de métal) de façon à atteindre des concentrations finales en Cu++ de 50 ppm, 100 ppm, et 150 ppm. On prélève des échantillons d'1 ml immédiatement après le mélange du complexe de métal et des émulsions. On prélève à nouveau des échantillons au bout d'1 heure au cours de laquelle on a parfois opéré du malaxage. Emulsions are prepared so that they contain 2.5%, 5.0% and 10.0% oil in water. 10 ml of each emulsion are pipetted into the 16 X 100 mm test tube. 1 ml samples are removed from each emulsion. To each of these tubes is added disodium monocuivic citrate (disodium citrate-copper; which is hereinafter called the metal complex) so as to reach final Cu ++ concentrations of 50 ppm, 100 ppm, and 150 ppm. 1 ml samples are taken immediately after mixing the metal complex and emulsions. Samples are taken again after 1 hour, during which mixing has sometimes been carried out.
On extrait les échantillons d'huile en ajoutant un volume égal de dichloréthane et une goutte de KCl saturé, en mélangeant et en faisant tourner durant 5 minutes à la vitesse maximale sur une centrifugeuse. On retire de différents tubes à essai 0,5 ml de la couche organique (inférieure) et 0,1 ml de la couche aqueuse, et l'on ajoute 4,9 ml d'eau à l'échantillon aqueux. On ajoute à chaque tube, tout en mélangeant, 0,2 ml de réactif de cuivre n° 1 puis l'on ajoute 0,2 ml de réactif n° 2. On mélange bien tous les tubes et l'on ajoute 5,0 ml d'eau aux tubes contenant l'extrait organique. On agite à nouveau les tubes contenant la phase organique et on laisse la matière organique se déposer vers le fond. On lit à 700 nm la densité optique des tubes par rapport à des essais à blanc appropriés (extrait organique ou aqueux d'émulsions auxquelles on n'a pas ajouté de complexe de métal). The oil samples are extracted by adding an equal volume of dichloroethane and a drop of saturated KCl, mixing and rotating for 5 minutes at maximum speed on a centrifuge. 0.5 ml of the organic layer (lower) and 0.1 ml of the aqueous layer are removed from different test tubes, and 4.9 ml of water is added to the aqueous sample. 0.2 ml of copper reagent # 1 is added to each tube, while mixing, then 0.2 ml of reagent # 2 is added. All the tubes are mixed well and 5.0 are added. ml of water to the tubes containing the organic extract. The tubes containing the organic phase are again agitated and the organic material is left to settle towards the bottom. The optical density of the tubes is read at 700 nm relative to appropriate blank tests (organic or aqueous extract of emulsions to which no metal complex has been added).
Résultats et conclusions Les résultats expérimentaux sont présentés dans le tableau I ci-après. On a déterminé dans chaque phase le pourcentage de cuivre en corrigeant l'absorption A700 pour tenir compte des différences de volume entre l'extrait organique et l'extrait aqueux et en ajoutant les valeurs de A700 pour chaque phase. On a supposé que le pourcentage total de A700 pour chaque phase est directement lié au pourcentage de cuivre total présent dans chaque phase: Results and conclusions The experimental results are presented in Table I below. The percentage of copper was determined in each phase by correcting the absorption A700 to take account of the volume differences between the organic extract and the aqueous extract and adding the values of A700 for each phase. It has been assumed that the total percentage of A700 for each phase is directly related to the percentage of total copper present in each phase:
Tableau I Table I
Pourcentage de cuivre total dans chaque phase en fonction du temps (T), du pourcentage d'huile et de la concentration en cuivre. Percentage of total copper in each phase as a function of time (T), percentage of oil and copper concentration.
50 ppm de complexe de métal en Cu++ Pourcentage total de Cu++ 50 ppm metal complex in Cu ++ Total percentage of Cu ++
% d'huile % oil
Phase organique To T60 Organic phase To T60
Phase aqueuse To To aqueous phase
Tfio Tfio
2,5 2.5
0,9 0.9
0,0 0.0
99,1 99.1
100,0 100.0
5,0 5.0
13,0 13.0
22,7 22.7
87,0 87.0
77,3 77.3
10,0 10.0
19,2 19.2
25,9 25.9
80,8 80.8
74,1 74.1
100 ppm de complexe de métal en Cu++ Pourcentage de Cu++ total 100 ppm metal complex in Cu ++ Percentage of total Cu ++
% d'huile % oil
Phase organique To T6O Organic phase To T6O
Phase aqueuse To To aqueous phase
T„o T „o
2,5 2.5
0,8 0.8
3,6 3.6
99,2 99.2
96,4 96.4
5,0 5.0
10,6 10.6
12,2 12.2
89,4 89.4
87,8 87.8
10,0 10.0
12,7 12.7
13,6 13.6
87,3 87.3
86,4 86.4
150 ppm du complexe de métal en Cu++ Pourcentage total de Cu++ 150 ppm of metal complex in Cu ++ Total percentage of Cu ++
% d'huile % oil
Phase organique Tq T6O Organic phase Tq T6O
Phase aqueuse To To aqueous phase
T.,o T., o
2,5 2.5
1,0 1.0
1,0 1.0
99,0 99.0
99,0 99.0
5,0 5.0
8,4 8.4
11,7 11.7
91,6 91.6
88,3 88.3
10,0 10.0
11,9 11.9
12,6 12.6
88,1 88.1
87,4 87.4
Les résultats obtenus montrent clairement que pour une concentration quelconque du complexe de métal, le pourcentage total de cuivre présent dans la phase organique augmente lentement avec le temps. Cet effet a été le plus marqué dans les échantillons contenant 5,0% d'huile dans l'émulsion. L'absorption de Cu++ dans la couche d'huile semble être, en terminologie enzymologique, du premier ordre par rapport à la concentration de l'huile et du complexe de métal, la concentration du cuivre dans l'huile se stabilisant au point de saturation de l'huile. Comme étudié ci-après, on s'attend à obtenir pour la vitesse de transfert de Cu+ + dans la phase huileuse une courbe du type Michaelis-Menten. The results obtained clearly show that for any concentration of the metal complex, the total percentage of copper present in the organic phase increases slowly over time. This effect was most marked in samples containing 5.0% oil in the emulsion. The absorption of Cu ++ in the oil layer seems to be, in enzymological terminology, of the first order compared to the concentration of the oil and of the metal complex, the concentration of copper in the oil stabilizing at the saturation point. oil. As studied below, we expect to obtain for the transfer speed of Cu + + in the oily phase a curve of the Michaelis-Menten type.
A un moment donné et à une concentration donnée du complexe de métal, le pourcentage de cuivre total dans la phase organique est directement lié au pourcentage d'huile dans l'émulsion. La corrélation a été surtout évidente dans le cas des échantillons comportant 50 ppm du complexe de métal. La quantité de cuivre dans la phase organique dépend de la s At a given time and at a given concentration of the metal complex, the percentage of total copper in the organic phase is directly linked to the percentage of oil in the emulsion. The correlation was especially evident in the case of samples containing 50 ppm of the metal complex. The amount of copper in the organic phase depends on the s
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
625829 625829
12 12
concentration de l'huile dans l'échantillon, ce qui indique que le cuivre se fixe ou se lie directement par coordination à la surface des particules de l'huile. concentration of oil in the sample, which indicates that copper binds or binds directly by coordination to the surface of the oil particles.
Lorsque l'on a augmenté la concentration du complexe de métal, on n'a pas vu une augmentation équivalente du pour- s centage de Cu++ dans la phase organique. Ce phénomène suggère plusieurs mécanismes différents de transfert de Cu+ + pour son passage dans l'huile. La dimension des particules d'huile de l'émulsion n'est certainement pas uniforme. Donc, la surface de contact de la totalité des particules d'huile pré- 10 sentes dans une émulsion à 10,0% d'huile n'est pas quatre fois où X + + + est n'importe quel cation simple ou complexe por- 20 tant trois charges positives; ki est déterminé par la constante de dissociation du complexe de métal à pH 9, et k3 par la vitesse d'absorption du cuivre dans la phase huileuse et l'affinité du gragment citrate et des cations divalents et trivalents les uns pour les autres. Bien évidemment, ki>k2 et k3>k4, 2s puisqu'avec une période de temps et un cisaillement grandement accrus, on a trouvé virtuellement tout le cuivre dans la phase organique. Les notions d'une relation d'équilibre et de dépendance de l'absorption par rapport au temps présentent une bonne corrélation avec des courbes du type Michaelis- 30 Menten. When the concentration of the metal complex was increased, an equivalent increase in the percentage of Cu ++ in the organic phase was not seen. This phenomenon suggests several different transfer mechanisms of Cu ++ for its passage through the oil. The size of the emulsion oil particles is certainly not uniform. Therefore, the contact area of all of the oil particles present in a 10.0% oil emulsion is not four times where X +++ is any simple or complex cation for - 20 both three positive charges; ki is determined by the dissociation constant of the metal complex at pH 9, and k3 by the rate of absorption of copper in the oily phase and the affinity of the citrate gragment and of the divalent and trivalent cations for each other. Obviously, ki> k2 and k3> k4, 2s since with a greatly increased time period and shear, virtually all of the copper was found in the organic phase. The notions of a relation of equilibrium and dependence of absorption with respect to time have a good correlation with curves of the Michaelis-Menten type.
Expérience 2 Experiment 2
Relation entre la concentration du cuivre dans la phase huileuse et dans la phase aqueuse, d'une part, et le cisaillement 3s des particules d'huile, d'autre part. Relationship between the concentration of copper in the oily phase and in the aqueous phase, on the one hand, and the 3s shear of the oil particles, on the other hand.
Méthodes Methods
On cisaille un concentré à 50% d'huile en le faisant passer trois fois à travers un homogénéisateur à 56 X106 Pa. On 40 trouve que les particules d'huile ont moins de 0,1 micron de diamètre. On trouve que le même concentré, s'il n'est pas homogénéisé, présente un large intervalle de la dimension des particules d'huile (0,8 à 3 microns), le diamètre moyen étant d'environ 1,5 micron. « A 50% oil concentrate is sheared by passing it three times through a 56 X 106 Pa homogenizer. The oil particles are found to be less than 0.1 micron in diameter. It is found that the same concentrate, if not homogenized, has a large particle size range (0.8 to 3 microns), the average diameter being about 1.5 microns. "
On mélange les deux concentrés avec de l'eau du robinet pour obtenir des émulsions à 10% d'huile dans de l'eau, The two concentrates are mixed with tap water to obtain emulsions with 10% oil in water,
puisque l'expérience précédente a montré qu'une émulsion contenant ce pourcentage d'huile donne la plus grande vitesse de passage de Cu+ + par adsorption dans la phase huileuse. so On prélève un échantillon (2 ml) de chaque émulsion qu'on centrifuge pour enlever la matière particulaire grossière éventuellement présente. On ajoute à chaque émulsion du complexe de métal pour obtenir 100 ppm en Cu++ et l'on prélève des échantillons de 2 ml qu'on centrifuge immédiatement. On ss extrait des parties aliquotes de liquide surnageant (1 ml) et l'on en effectue le dosage comme décrit dans l'expérience 1. On secoue doucement les émulsions durant 1 heure puis l'on prélève des échantillons (2 ml) qu'on traite comme décrit ci-dessus au bout de 10 minutes, 30 minutes et 60 minutes. «o since previous experience has shown that an emulsion containing this percentage of oil gives the greatest speed of passage of Cu + + by adsorption in the oily phase. n / a A sample (2 ml) of each emulsion is taken and centrifuged to remove any coarse particulate matter present. Metal complex is added to each emulsion to obtain 100 ppm of Cu ++ and samples of 2 ml are taken which are immediately centrifuged. Aliquots of supernatant liquid (1 ml) are extracted and assayed as described in experiment 1. The emulsions are gently shaken for 1 hour then samples (2 ml) are taken which treated as described above after 10 minutes, 30 minutes and 60 minutes. "O
Résultats obtenus Le tableau II ci-après montre les résultats expérimentaux 65 obtenus. On a déterminé comme décrit dans l'expérience 1 le pourcentage de cuivre dans chaque phase. Results obtained Table II below shows the experimental results 65 obtained. The percentage of copper in each phase was determined as described in experiment 1.
aussi grande que celle obtenue dans le cas d'une émulsion à 2,5 % d'huile. La variation de la dimension des particules influe sur la quantité de cuivre pouvant être transférée dans la couche organique. Un équilibre peut exister entre le cuivre présent dans la phase huileuse et celui présent dans la phase aqueuse. On peut déterminer les «constantes d'équilibre» pour le transfert dans les deux sens par les concentrations du complexe de métal dans la phase aqueuse, c'est-à-dire la concentration du corps mis en réaction, et les concentrations de sels organiques de cuivre et de citrate. Le transfert du complexe de métal peut se décrire comme suit: as large as that obtained in the case of a 2.5% oil emulsion. The variation in particle size affects the amount of copper that can be transferred to the organic layer. A balance may exist between the copper present in the oily phase and that present in the aqueous phase. The “equilibrium constants” for the two-way transfer can be determined by the concentrations of the metal complex in the aqueous phase, ie the concentration of the reacted body, and the concentrations of organic salts. of copper and citrate. The transfer of the metal complex can be described as follows:
Cu++ • huile = + X+++ • Citrate = Cu ++ • oil = + X +++ • Citrate =
11 11 11 11
Cu++ + huile = X+++ + Citrate s Tableau 11 Cu ++ + oil = X +++ + Citrate s Table 11
Pourcentage total de cuivre dans chaque phase en fonction du temps et de l'homogénéisation. Total percentage of copper in each phase as a function of time and homogenization.
Pourcentage total de Cu++ (100 ppm de complexe de métal ajouté) Total percentage of Cu ++ (100 ppm of metal complex added)
Temps Time
Phase organique Organic phase
Phase aqueuse Aqueous phase
(min) (min)
Homogénéisée Homogenized
Non homogen. Not homogeneous.
Homogénéisée Homogenized
Non homogén. Not homogeneous.
0 0
13,5 13.5
11,3 11.3
86,5 86.5
88,7 88.7
10 10
18,3 18.3
20,3 20.3
81,7 81.7
79,7 79.7
30 30
25,3 25.3
14,9 14.9
74,7 74.7
85,1 85.1
60 60
27,0 27.0
18,1 18.1
73,0 73.0
81,9 81.9
Une comparaison de ces résultats avec ceux provenant de l'expérience 1 montre qu'une quantité considérablement plus grande de cuivre est passée par adsorption dans la phase organique de la matière homogénéisée et un peu plus dans la phase organique de la matière non homogénéisée. Si l'on avait augmenté la concentration du complexe de métal ajouté à ces échantillons, en particulier à la matière homogénéisée, on s'attendrait à trouver une plus forte proportion de cuivre dans la couche organique. Dans un fluide de refroidissement qu'on fait circuler pour le travail de métaux et qui présente de grandes concentrations en des cations divalents, comme Mg+ + et Ca++ présents pour entrer en compétition pour une réaction avec le fragment citrate, la vitesse de la réaction d'ad-sorption du cuivre (ki et k3) devrait être plus grande. A comparison of these results with those from Experiment 1 shows that a considerably greater amount of copper has passed by adsorption in the organic phase of the homogenized material and a little more in the organic phase of the non-homogenized material. If the concentration of the metal complex added to these samples, particularly to the homogenized material, had been increased, one would expect to find a higher proportion of copper in the organic layer. In a cooling fluid which is circulated for metalworking and which has large concentrations of divalent cations, such as Mg ++ and Ca ++ present to compete for a reaction with the citrate moiety, the speed of the reaction d copper adsorption (ki and k3) should be greater.
Les résultats de cette expérience montrent tout à fait bien la validité d'une analyse de Michaelis-Menten de la vitesse d'ad-sorption du cuivre. La plus grande vitesse d'adsorption du cuivre dans la phase organique de l'échantillon homogénéisée se produit au cours des dix premières minutes qui suivent l'ad-diton du complexe de métal au fluide de refroidissement. The results of this experiment clearly show the validity of a Michaelis-Menten analysis of the adsorption rate of copper. The greatest speed of adsorption of copper in the organic phase of the homogenized sample occurs during the first ten minutes following the addition of the metal complex to the coolant.
Entre 10 et 60 minutes, on note une vitesse plus lente d'adsorption du cuivre. Une plus grande quantité de cuivre a été adsorbée par les particules d'huile homogénéisée que par les particules d'huile non homogénéisée. On voit une bien plus grande vitesse initiale d'adsorption du cuivre dans le cas de l'échantillon d'huile homogénéisée, ce qui est dû à l'énorme surface spécifique de contact des particules de l'huile. Ces effets vérifient le fait que l'adsorption du cuivre dans l'huile est aussi un phénomène de surface, c'est-à-dire que le cuivre se fixe à la surface des particules d'huile plutôt que de s'incorporer à ces particules. Between 10 and 60 minutes, there is a slower rate of copper adsorption. More copper was adsorbed by the homogenized oil particles than by the non-homogenized oil particles. We see a much higher initial copper adsorption speed in the case of the homogenized oil sample, which is due to the huge specific contact surface of the oil particles. These effects verify the fact that the adsorption of copper in oil is also a surface phenomenon, that is to say that copper attaches to the surface of oil particles rather than incorporating them. particles.
Il va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre illus-tratif, mais non limitatif, et qu'elle est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans son cadre et dans son esprit. It goes without saying that the invention has been described only by way of illustration, but not limitation, and that it is capable of receiving various variants coming within its scope and its spirit.
ki ~ k3 ki ~ k3
Complexe de *■ Cu++ + Citrate k4 * ■ Cu ++ + Citrate k4 complex
métal de Na Na metal
B B
1 feuille dessins 1 sheet of drawings
Claims (24)
Applications Claiming Priority (1)
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US05/719,813 US4129509A (en) | 1975-07-21 | 1976-09-01 | Metalworking fluid compositions and methods of stabilizing same |
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Publication Number | Publication Date |
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CH625829A5 true CH625829A5 (en) | 1981-10-15 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CH993577A CH625829A5 (en) | 1976-09-01 | 1977-08-12 | Stabilised fluid composition usable for metal machining |
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