CS228120B2

CS228120B2 - Concentrate of oils emulsificated in water for machining of metals

Info

Publication number: CS228120B2
Application number: CS796924A
Authority: CS
Inventors: Rainer Helwerth; Horst Lorke
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1978-10-11
Filing date: 1979-10-11
Publication date: 1984-05-14
Also published as: DE2844272A1

Description

(54) Ve vodě emulgovatelné . koncentráty olejů na opracování kovů

Vynález se týká ve vodě emulgovatelných koncentrátů olejů na opracování · kovů.

Jak známo, při zpracování kovů je třeba velkých · množství s vodou mísitelných chladiv s mazacím účinkem. Tato s vodou mísitelná chladivá s mazacím účinkem obsahují v podstatě uhlovodíky minerálních olejů, emulgátory, inhibitory koroze, stabilizátory, pomocné rozpouštěcí látky, vysokotlaké přísady, prostředky proti pěnění, mikrobiocidy a komplexotvOTné látky. Pro nejdůležitější složky přicházejí v úvahu · · obecně tyto látky:

Uhlovodíky minerálních olejů:

směsi aromatických, parafini-ckých a naftenických uhlovodíků, kromě toho í syntetické uhlovodíky, syntetické estery a mastné oleje.

Emulgátory:

aniontové emulgátory·, jako jsou soli mastných kyselin (mýdla), naftenová mýdla, sulfatované mastné alkoholy a mastné oleje, jakož i sulfonáty, například alkylarylsulfonáty a alkylsulfonáty, a neiontové emulgátory, jako ethoxylované alkylfenoly; ' ethoxylované mastné alkoholy, ethoxylované estery sorbitanu a ethoxylované amidy mastných kyselin.

Inhibitory koroze:

soli karboxylových kyselin, sulfonáty, aminy, amidy, deriváty kyseliny benzoové, estery kyseliny fosforečné, organické sloučeniny boru, dusitany alkalických kovů, uhličitany alkalických kovů, boritany alkalických kovů nebo dusičnany alkalických kovů.

Vysokotlaké přísady:

chlorparafiny, chlorované mastné oleje, sulfochlorované mastné oleje, estery kyseliny fosforečné, zinkalkyldithiofosfáty.

Prostředky proti pěnění:

silikony.

Nyní bylo zjištěno, že se dosáhne zlepšeného mazacího účinku při současné ochraně proti korozi speciálním výběrem a kombinací dále uvedených složek.

Podstatou vynálezu jsou proto ve vodě emulgovatelné koncentráty olejů na opracování kovů, které se skládají ze směsi, ja228120 kožto složky A, v hmotnostním množství 30 až 50 %, která se skládá z reakčních produktů připravených reakcí sulfochloridů alkylaromatických, cykloalifatických, alkylcykloalifatlckých nebo výhodně alifatických uhlovodíků celkem asi o 12 až 24 atomech uhlíku buď s amoniakem, nebo s primárními nižšími alifatickými aminy za vzniku příslušných alkylsulfonamidů a pak s halogenkarboxylovými kyselinami o 2 až 11 atomech uhlíku v přítomnosti alkálil, nebo reakcí výše uvedených sulfochloridů v přítomnosti alkálií s aminokarboxylovými kyselinami o 2 až 11 atomech uhlíku, v hmotnostním množství až 50 %, a z výše uvedených nezreagovaných uhlovodíků v hmotnostním množství až 50 %, z minerálního oleje, jakožto složky B, v hmotnostním množství 20 až 40 %, s výhodou 25 až 35 °/o, o viskozitě v rozmezí 3 až 5⁰ E/20 °C, přičemž obsah parafinů v tomto minerálním oleji může být v rozmezí 50 až 70 %, obsah naftenů v rozmezí 25 až 30 % a obsah aromátů v rozmezí 0 až 25 °/o, z chlorparafinu, jakožto složky C, v hmotnostním množství 5 až 20 %, o délce řetězce od 10 do 18 atomů uhlíku a s obsahem chloru v rozmezí 50 až 70 °/o, z povrchově aktivní sloučeniny obecného vzorce

R(CH2CH2O)_nH kde znamená n číslo od 3 do 12 a

R alkanoyloxyskupinu nebo alkenoyloxyskupinu s 10 až 22 atomy uhlíku, alkoxyskupinu nebo alkenoxyskupinu s 8 až 22 atomy uhlíku, alkylfenylovou skupinu se 6 až 16 atomy uhlíku v alkylové části, alkylnaftylovou skupinu se 6 až 16 atomy uhlíku v alkylové části nebo mono-, di- nebo trialkyl nebo -alkenylaminoskupinu s 8 až 22 atomy uhlíku v alkylové nebo alkenylové části, jakožto složky D, v hmotnostním množství 5 až 20 %, a ze sírou zesítěného produktu, jakožto složky E, v hmotnostním množství 5 až 20 °/o, získaného reakcí triglyceridů mastných kyselin s estery nenasycených mastných kyselin o 12 až 30 atomech uhlíku, přičemž celkový obsah síry je v rozmezí 5 až 30 °/o.

Koncentráty olejů na opracování kovů podle vynálezu mohou popřípadě zahrnovat takovou složku A), u níž byly reakční produkty dodatečně převedeny v mono-, di- nebo trialkanolaminové soli, morfolinové nebo cyklohexylaminové soli.

U složky A) jde v podstatě o sloučeniny obecného vzorce I,

R2 Ri

R—SO2—N—(CH2h—CH—COOY (I) kde znamená

R alkylaromatický, cykloalifatický, alkylcykloalifatický nebo< výhodně alifatický zbytek, vždy celkem s 12 až 24 atomy uhlíku,

Ri vodík nebo methylový zbytek,

R2 vodík nebo alkylový nebo oxyalkylový zbytek až se 3 atomy uhlíku nebo zbytek obecného vzorce

-(CH2)n-CH-COOY

Ri x číslo od 0 do 9,

Y vodík ,nebo> jeden ekvivalent kationtu alkalického kovu, kovu alkalických zemin, zinku, alkanolaminu nebo morfolinu, a n má výše uvedený význam.

Tyto reakční sloučeniny se mohou získat například postupem podle německého patentového spisu 767 071, přičemž se vychází z produktů sulfochlorace alifatických uhlovodíků. Jako alkylarylsulfochloridy s 12 až 24 atomy uhlíku, jak jích lze použít к výrobě reakčních produktů A), přicházejí v úvahu zejména takové, které se odvozují od benzenu nebo naftalenu, jako například dodecylbenzensulfochlorid, oktylbenzensulfochlorid, isopropylnaftalensulfochlorid nebo nonylnaftalensulfochlorld.

U složky (B) jde o minerální olej obsahující parafiny, nafteny a aromáty, o viskozitě v rozmezí od 2 do 5⁰ E/20 °C, zejména 3 ⁰ E/20 °C. Podíl parafinů může být v rozmezí od 50 do 70 °/o, zejména od 55 do 65 procent, podíl naftenů v rozmezí od 20 do 30 % a podíl aromátů od 0 do· 20 %.

Podstatou chlorparafinu uvedeného v odstavci Cj je parafin o 10 až 18 atomech uhlíku, zejména 14 až 16 atomech uhlíku, s obsahem chloru v rozmezí od 50 do 60 °/o, zejména přibližně 55 °/o. Tento chlorparafin má viskozitu přibližně 1,2 Pa. s při teplotě 20 °C.

Jako složka D) přicházejí v úvahu takové neionogenní povrchově aktivní sloučeniny, které obsahují v 1 molekule přibližně 3 až 12 ethylenoxidových jednotek a hydrofobní uhlovodíkový zbytek. Vhodnými neionogenními sloučeninami tohoto typu jsou například adukty přibližně 6 až 10, zejména 8 až 9 molů ethylenoxidu na 1 mol nasycené nebo nenasycené mastné kyseliny asi s 10 až 12 atomy uhlíku, zejména nenasycené mastné kyseliny se 16 až 18 atomy uhlíku, adukty přibližně 4 až 10, s výhodou 5 až 6 molů ethylenoxidu na 1 mol nasyceného nebo nenasyceného mastného alkoholu asi s 8 až 20 atomy uhlíku, zejména nenasyceného mastného alkoholu se 16 až 18 atomy uhlíku, adukty přibližně 4 až 12, zejména 6 až 8 molů ethylenoxidu na 1 mol alkylfenolu nebo alkylnaftolu, přičemž alkylové zbytky mohou obsahovat asi 6 až 16, s výhodou 8 až 12 atomů uhlíku a mohou mít přímý ne bo rozvětvený řetězec, jakožto i reakční produkty přibližně 3 až 10, . s výhodou 5 až 7 molů ethylenoxidu s 1 molem primárního, sekundárního nebo terciárního nasyceného nebo nenasyceného alkylaminu s 8 až 22, s výhodou 14 až 17 atomy uhlíku v alkylovém zbytku. Podíl složky D) v koncentrátu činí s výhodou 8 až 14 hmotnostních %.

Sírou zesítěné reakční produkty E) se získají reakcí triglyceridů živočišných a rostlinných mastných kyselin (mastných olejů) s estery — především methylestery — nenasycených mastných kyselin, přičemž délka uhlíkového řetězce použitých mastných kyselin může být v rozmezí od 12 do 30 atomů uhlíku, s výhodou od 15 do 20 atomů uhlíku. Celkový obsah síry takovýchto kondenzačních produktů je v rozmezí od 5 do 30 °/o, s výhodou od 15 do ^: 20 °/o, přičemž obsah aktivní síry (určený podle ASTM — D-1662) má být v rozmezí od 4 do 8 %, s výhodou 5

K^inr^e^intrát oleje na opracování kovů podle vynálezu může kromě složek A) až E) obsahovat v malé míře ještě další pomocné látky a přísady, které slouží především k tomu, aby zabraňovaly pěnění emulze a aby ji chránily před napadením bakteriemi. Takovými protipěnovými činidly jsou například emulze silikonového oleje, fluorové tensidy a/nebo mastné kyseliny, které vytvářejí vápenná mýdla, působící proti pěnění. Podíl jednotlivých složek A) až E) může kolísat . v uvedených mezích. Optimální množství těchto složek v jednotlivých případech může odborník snadno zjistit předběžnými orientočními pokusy.

K použití se tyto koncentráty emulgují ve vodě, přičemž vodná emulze obsahuje 1 ož 5, s výhodou 2 ož 3 % těchto koncentrátů. Takovýchto emulzí typu oleje ve vodě na bázi koncentrátů podle vynálezu se používá jako chladiv o současně jako maziv při .opracování železných kovů (ocelové a litinové materiály), ale též i neželezných kovů (těžké o lehké kovy), například při řezání, řezání a vrtání závitů, broušení, frézování opod.

Obzvláštní význam má použití emulzí z olejových koncentrátů podle vynálezu při broušení velikou rychlostí, tj. při broušení brousicími rychlostmi nad 60 m/s. Tento pracovní postup má z technologických o ekonomických důvodů stále větší význom. Dosavadní chladivá o moziva nesplňují přitom kladené zvýšené požadavky, zejména co se týká mazacího účinku.

Výhodný vysoký mazací účinek při současném vynikajícím » protikorozním účinku vyplývá z níže popsaného porovnání s oleji na opracování kovů běžně používanými v praxi. U procentních údajů jde o · hmotností procenta.

Olej 1 na opracování kovů (srovnávací produkt):

% minerálního oleje, složeného přibližně z 50% parafinů, 25% aromátů a 25.% naftenů, o. viskozitě přibližně 3 ° E/20 °C % sodné/triethaaiio^aHnoniové soli alkylsulfonamidooctové kyseliny, . % aduktu 6 molů ethylenoxidu na 1 mol nonylfenolu

Olej 2 na opracování kovů (srovnávací produkt):

% minerálního oleje jato v příkladě 1 o viskozitě přibližně 3 ° E/20 °C, % sodné/triethanolamoniové soli olkylsulfonamidooctové kyseliny, % chlorovaného parafinu o· 10 až 18 atomech uhlíku s přibližně 55 % chloru.

Olej 3 na opracování kovů (podle vynálezu], skládající se z

a) 40 % reakčního· produktu, vyrobeného, jak dále uvedeno. Frakce alifatických uhlovodíků o destilačním rozmezí 250 ož 330 °C, která neobsahuje aromatické podíly, se známým způsobem sulfochtoruje tak dlouho, až přibližně polovina uhlovodíků . je přeměněna v podstatě na monosulfochlorid. No reakční produkt se působí čpavkem, čímž se získá směs, která se skládá z 50 % uhlovodíků o asi 47 až 53 % alkylsulfonamidů. Tento produkt se nechá reagovat s kyselinou chloroctovou, zneutralizuje louhem sodným o upraví na obsah přibližně 5 % vody. Získá se směs skládající se z přibližně 35 % sodné soli alkylsulfamidoctové kyseliny, 14 % alkylsulfamidů o alkylsulfimidů, 44 % uhlovodíků o 5 % vody;

b) 30 % minerálního oleje, obsahujícího přibližně 50 % parafinů a stejné podíly naftenů o aromátů o viskozitě přibližně 3 0 E/ /20 °C;

c) 1C % chlorparafinu o 14 až 16 atomech uhlíku přibližně s 55 % chloru;

d) 10 % produktu reakce 1 molu nonylfenolu se 6 moly ethylenoxidu;

e) 10 % sírou zesíleného reakčního· produktu z mastného oleje o 18 atomech uhlíku o methylesteru nenasycené mastné kyseliny o 18 atomech uhlíku, s obsahem síry přibližně 15 %.

Olej 4 no opracování kovů (podle vynálezu), skládající se ze složek

a) ož d) jako u oleje 3 na opracování kovů;

e) 10% sírou zesítěného produktu z mastného oleje o 18 atomech uhlíku o methylesteru nenasycené mastné kyseliny o 18 atomech uhlíku, s obsahem síry přibližně 28 %.

Olej 5 na opracování kovů (podle vynálezu), skládající se ze složek

a) až d) jako u oleje 3 na ' opracování kovů;

e) ' 10% sírou zesítěného reakčního produktu z mastného, oleje o 18 atomech uhlíku a methylesteru nenasycené mastné kyseliny o 18 atomech uhlíku, s obsahem síry 16 . %.

Ke zjištění mazacího účinku se připraví 3% vodné emulze z koncentrátů určených k vyzkoušení a Reichertovými váhami pro stanovení opotřebení třením, se měří měrný plošný tlak v barech, jakožto' 'míra mazacího účinku; výsledky jsou uvedeny v tabulce

I.

& .

Tabulka I produkt číslo zatížení 20 kg zatížení 30 kg

110 barů (11 MPa)

225 barů (22,5 MPa)

375 barů (37,5 MPa)

425 barů (42,5 MPa)

305 barů (30,5 MPa) barů ( 8,5 MPa)

145 barů (14,5 MPa)

205 ' barů ' (20,5 MPa)

260 barů (26,0 MPa)

185 barů (18,5 MPa)

Dobrý mazací účinek koncentrátů podle vynálezu vyplývá ze švárného, zatížení N (tj. zatížení, při němž dojde ,ke svaření kuliček], měřeného s uvedenými 3% vodnými emulzemi ve čtyřkuličkovém přístroji; výsledky jsou uvedeny v tabulce II.

Tabulka II produkt č.

švárné zatížení (měřeno v čtyř.kuličkovém .přístroji)

10.5N

24,0 N

29.5N

24.5N

Z uvedených výsledků zřetelně vyplývá výhodný mazací účinek těchto emulzí.

Olej 6 na opracování kovů (podle vynálezu), skládající se ze , složek

a) jako u oleje 3 na opracování kovů, avšak neutralizováno louhem sodným a upraveno na obsah vody 5 %;

b) 30 % minerálního' oleje, obsahujícího 60 °/o parafinů, 20 % aromátů a 20 '% naftenů, o viskozitě 3°E/20°C;

c) 10 % chlorparafinu o· 14 až 16 atomech uhlíku přibližně s 55 % chloru;

d) 10 % produktu reakce 1 molu oleylalkoholu s 5 moly ethylenoxidu;

e) jako u oleje 3 na opracování kovů.

Olej 7 na ·opracování kovů · (podle vynálezu).

a) jako u oleje . 3 na opracování kovů, avšak zneutralizováno triethanolaminem a upraveno na obsah vody přibližně 5 %;

b) 30 % 'minerálního' oleje, obsahujícího 60 % parafinů, 30 % naftenů a 10 % aromátů;

c) 10 % chlorparafinu o 14 až 16 atomech uhlíku přibližně s 65 % chloru;

d) 10 % produktu reakce 1 molu kyseliny olejové se 6 moly ethylenoxidu;

e) jako u oleje 3 na opracování kovů.

Olej 8 na opracování kovů (podle vynálezu), skládající se ze složek

a) jako u oleje 3 na ' opracování kovů, avšak zneutralizováno morfolinem a upraveno na obsah vody 5 %;

b) jako' u oleje 3 na zpracování kovů;

c) 10 % .chlorparafinu o 14 až 16 atomech uhlíku přibližně se 70 % chloru;

d) 10 % produktu reakce 1 molu oleylaminu ' s '5 moly ethylenoxidu;

e) jako u oleje 3 na opracování kovů.

Oleje 6 až 8 na opracování kovů se vyznačují mazacím účinkem, jak 'se zjistí s 3% vodnou emulzí z testovaných koncentrátů pomocí Reichertových vah pro stanovení opotřebení třením, jimiž se měří měrný plošný tlak {v barech), jakožto míra mazacího účinku. Výsledky jsou uvedeny v tabulce III.

Tabulka III produkt číslo zatížení 20 kg zatížení 30 kg

380 barů =' 38 MPa

400 barů — 40 MPa

410 barů = 41 MPa

210 barů = 21 MPa

235 barů — 23,5 MPa

240 barů = 24,0 MPa

Dobrý mazací účinek koncentrátů podle vynálezu vyplývá ze švárného zařízení N (zatížení, při němž dochází ke svaření kuliček), měřeného s uvedenými 3% vodnými emulzemi testovaných koncentrátů v čtyřkuličkovém přístroji; výsledky jso«u uvedeny v tabulce IV.

Tabulka IV produkt číslo švárné zařízení (měřeno, v čtyřkuličkovém přístroji)

30,0N

25,0N

26,0N

Z uvedených výsledků zřetelně vyplývá výhodný mazací účinek emulzí olejů 6 až

8.

Claims

PŘEDMĚT

1. Ve vodě emulgovatelné koncentráty olejů na opracování kovů, vyznačující se tím, že se skládají ze směsi jakožto složky A, v hmot.množství 30 ^w až 50 °/o, skládající se z reakčních produktů připravených reakcí sulfochloridů alkylaromatických, cyklo-alifatických alkylcykloalifatických nebo výhodně alifatických uhlovodíků celkem asi o 12 až 24 atomech uhlíku buď s amoniakem, nebo s primárními nižšími alifatickými aminy za vzniku příslušných alkylsulfonamidů a pak s halogenkarboxylovými kyselinami o 2 až 11 atomech uhhku v přítomnosti alkálií, nebo reakcí výše uvedených sulfochloridů v přítomnosti alkálií s aminokarboxylovými kyselinami o 2 až 11 atomech uhlíku, v hmotnostním množstí až 50 %, a z výše uvedených nezreagovaných uhlovodíků v hmotnostním množství až 50 °/o, z minerálního oleje, jakožto složky B, v hmotnostním množství 20 až 40 %, s výhodou 25 až 35 %, o viskozitě v rozmezí 3 až 5 Έ/20 °C, přičemž obsah parafinů v tomto minerálním oleji může být v rozmezí 50 až 70 %, obsah naftenů v rozmezí 25 až 30 % a obsah aromátů v rozmezí 0 až 25 °/o, z chlorparafinů jakožto složky C, v hmotnostním množství 5 až 20 %, o délce řetězce od 10 do 18 atomů uhlíku a s obsahem chloru v rozmezí 50 až 70 °/o, a z povrchově aktivní sloučeniny obecného vzorce

VYNALEZU

R(CH2CH2O)_nH kde znamená n číslo od 3 do 12 a

R alkanoyloxyskupinu nebo aikenoyloxyskupinu s 10 až 22 atomy uhlíku, alkoxyskupinu nebo alkenoxyskupinu s 8 až 22 atomy uhlíku, alkylfenylovou skupinu se 6 až 16 atomy uhlíku v alkylové části, alkylnaftylovou skupinu se 6 až 16 atomy uhlíku v alkylové části nebo mono-, di- nebo tríakyl- ne bo -alkenylaminoskupinu s 8 až 22 atomy uhlíku v alkylové nebo alkenylové části, jakožto složky D, v hmotnostním množství 5 až 20 %, a ze sírou zesítěného produktu, jakožto složky E, v hmotnostním množství 5 až 20 procent, získaného reakcí triglyceridů mastných kyselin s estery nenasycených mastných kyselin o 12 až 30 atomech uhlíku, přičemž celkový obsah síry je v rozmezí 5 až 30 %.
2. Koncentráty podle bodu 1, vyznačující se tím, že se skládají ze 35 až 45 % složky A, 25 až 35 % složky В a vždy z 8 až 12 % složek C, D a E.
3. Koncentráty podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že obsahují složku A, jejíž reakční produkty byly dodatečně převedeny v mono-, di- nebo trialkanolaminové soli, morfolinové nebo cyklohexylaminové soli.