DE1123422B - Schmiermittelkonzentrat und OEl-in-Wasser-Emulsion fuer die Metallbearbeitung - Google Patents

Description

• Schmiermittelkonzentrat und Öl-in-Wasser-Emulsion für die Metallbearbeitung Bei der Kaltbearbeitung von Metallen, wie Walzen, Tiefziehen, Prägen und Stanzen, werden üblicherweise Schmiermittel angewendet, die gleichzeitig die bei der Bearbeitung entstehende Wärme abführen. Insbesondere eignen sich für diesen Zweck wässerige Emulsionen eines Mineralöls oder eines fetten Öls, wobei Emulgatoren vom ionenbildenden oder vom nicht ionenbildenden Typ eingesetzt werden können. Geeignete Emulgatoren sind z. B. das Kondensationsprodukt aus einem aliphatischen Alkohol mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen und einem Alkylenoxyd in Kombination mit einem Alkoxyarylsulfonat oder die Kombination aus Tallöl und Triäthanolamin.
• Diese bekannten Kaltbearbeitungsöleweisen jedoch den Nachteil auf, daß sie während der sich häufig anschließenden Vergütungsbehandlung, die in der Wärme und meist in Gegenwart eines die Oxydation verhindernden Schutzgases durchgeführt wird, zu einer allgemeinen Verfärbung und Fleckenbildung auf der Metalloberfläche Anlaß geben und unter Umständen sogar zu einer Rostbildung nach der Wärmebehandlung führen.
• Es wurde nun gefunden, daß diese Mängel beseitigt werden können, wenn man wässerige Emulsionen unter Verwendung eines Schmierölkonzentrates in Form eines emulgierbaren Öles herstellt, welches zu 50 bis 90 Gewichtsprozent aus einem Kohlenwasserstoffdestillat mit einem Aromatengehalt von nicht mehr als 15 Gewichtsprozent und zu 50 bis 10 Gewichtsprozent aus den folgenden, als Zusatz f`ür Metallbearbeitungsöle an sich bekannten Zusatzstoffen besteht: a) einer gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Carbonsäure mit mindestens 8 Kohlenstoff atomen, b) einem Aminoalkohol, c) einem nicht ionenbildenden Emulgator, wobei die Zusätze a) und b) in einem Molverhältnis von 0,9 : 1 bis 1,1 : 1 vorliegen und das Gewicht (in Gewichtsprozent) des Zusatzes c) gleich oder geringer ist als die Summe der Gewichtsprozente der Zusätze a) und b).
• Unter Aromatengehalt wird der Gehalt verstanden, der durch Sulfonierung mit Schwefelsäure von 98A0 gefunden wird.
• Ein Kondensationsprodukt aus einem Alkylenoxyd und einer organischen Verbindung mit mindestens einem aktiven Wasserstoffatom kann als nicht ionenbildender Emulgator verwendet werden. Hierfür eignet sich z. B. ein Kondensationsprodukt aus einem oder mehreren aliphatischen Alkoholen mit mindestens 8 und nicht mehr als 20 Kohlenstoff atomen, wie sie durch die Verseifung gewisser Mineralöle, z. B. Spermöl, erhalten werden, und Äthylenoxyd oder Propylenoxyd. Vorzugsweise verwendet man einen Emulgator, der durch Kondensieren eines Mols des Alkohols mit 2 bis 15 Mol des Alkylenoxydes erhalten worden ist.
• Beispiele für solche nicht ionenbildende Emulgatoren sind das Kondensationsprodukt von 1 Mol Oleylalkohol und 6 Mol Äthylenoxyd, das Kondensationsprodukt aus 1 Mol n-Cetylalkohol und 6 Mol Äthylenoxyd oder das Kondensationsprodukt aus einer Mischung von 1 Mol Oleylalkohol und 1 Mol n-Cetylalkohol mit 12 Mol Äthylenoxyd.
• Andere geeignete nicht ionenbildende Emulgatoren sind die Kondensationsprodukte von Alkylphenolen, deren Alkylsubstituenten eine gerade oder eine verzweigte Kohlenstoffkette mit mindestens 6 und nicht mehr als 20 Kohlenstoffatomen aufweisen, mit einem Alkylenoxyd, z. B. Athylenoxyd und Propylenoxyd, wobei vorzugsweise 1 Mol Alkylphenol mit 2 bis 15 Mol Alkylenoxyd kondensiert wird. Beispiele solcher Emulgatoren sind das Kondensationsprodukt aus 1 Mol Isooctylphenol und 4 bis 5 Mol Athylenoxyd oder aus 1 Mol Nonylphenol und 6 Mol Äthylenoxyd. Andere geeignete nicht ionenbildende Emulgatoren sind die Kondensationsprodukte aus gesättigten und ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren mit 8 bis 20 C-Atomen oder deren Teilestern von mehrwertigen Alkoholen bzw. von Amiden solcher Säuren und Alkylenoxyd, z. B. das Kondensationsprodukt aus Laurinsäure und 2 bis 20 Mol Äthylenoxyd oder aus Palmitinsäure und 2 bis 20 Mol Äthylenoxyd, das Kondensationsprodukt aus Äthylenoxyd und Glycerinmonooleat und Kondensationsprodukte aus Äthylenoxyd und Glycerin, Glycerinmonopalmitat oder Glycerindipalmitat sowie Kondensationsprodukte aus Äthylenoxyd und Laurylamid, Palmitylamid, Stearylamid oder Oleylamid. Die Kondensationsprodukte von beispielsweise Äthylenoxyd und Propylenoxyd und primären bzw. sekundären Aminen mit Alkylgruppen von 6 bis 22 Kohlenstoffatomen sind ebenfalls brauchbar. Beispiele hierfür sind die Kondensationsprodukte von Äthylenoxyd und Octylamin, Dioctylamin, Dodecylamin, Didodecylamin, Hexadecylamin, Dihexadecylamin, Eicosylamin und Dieicosylamin oder von technischen Gemischen dieser Amine.
• Als nicht ionenbildende Emulgatoren sind auch die Kondensationsprodukte aus Alkylenoxyden und Diaminen brauchbar. Bevorzugte Vertreter dieser Gruppe werden durch die Umsetzung von Äthylenoxyd mit Diaminen, welche die allgemeine Formel R - NH - (CHZ)n - NHZ aufweisen, erhalten. In dieser Formel bedeutet R ein Alkyl mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen, und n ist eine Zahl zwischen 2 und 6.
• Als Komponente (a) der neuen emulgierbaren Öle werden vorzugsweise die ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren verwendet. Besonders geeignet sind die ungesättigten, aliphatischen Carbonsäuren mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, wie z. B. die Undecylen-, Öl-, Elaidin-, Eruca- und die Brassidinsäure. Die Gemische aus gesättigten und ungesättigten Säuren mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, wie sie in der Technik durch Verseifen pflanzlicher oder tierischer Öle und Fette hergestellt werden, oder auch die Säuregemische, die durch Verseifen von Tallöl erhalten worden sind, sind gleichfalls sehr gut geeignet.
• Als Komponente (b) wird bevorzugt eine von Ammoniak oder einem aliphatischen, primären bzw. sekundären Amin mit einer Alkylgruppe von nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen abgeleitete Verbindung verwendet, in welcher an Stelle eines oder mehrerer an Stickstoff gebundener Wasserstoffatome eine Hydroxyalkylgruppe mit nicht mehr als 3 Kohlenstoffatomen vorliegt. Beispiele solcher Aminoalkohole sind Monoäthanolamin, Diäthanolamin, Triäthanolamin, Monoäthanolmethylamin, Monoäthanoldimethylamin, Diäthanolmethylamin, Monoäthanoläthylamin, Monoäthanoldiäthylamin, Diäthanoläthylamin, Monoäthanolpropylamin, Monoäthanoldipropylamin, Diäthanolpropylamin, Monoäthanolbutylamin, Monoäthanoldibutylamin und Diäthanolbutylamin. Die entsprechenden Propanol- und Isopropanolamine können ebenfalls verwendet werden.
• Die Ölbasis des emulgierbaren Öls gemäß der Erfindung soll ein aromatenfreies oder aromatenarmes Kohlenwasserstoffdestillat sein. Beim Verdampfen der Rückstände der Emulsion während der Wärmebehandlung des verformten Metalls, z. B. des gewalzten Blechs oder Streifens, bildet sich nämlich bei Einhaltung dieser Bedingung kein Rückstand. Der Gehalt des Basisöls an Aromaten soll 15 Gewichtsprozent nicht überschreiten. Ein Kohlenwasserstoffdestillat mit einem Aromatengehalt von 10 Gewichtsprozent oder weniger wird bevorzugt. Insbesondere arbeitet man zweckmäßig mit einem Kohlenwasserstoffdestillat, das einen Aromatengehalt von 5 Gewichtsprozent oder weniger enthält. Beispiele von geeigneten Kohlenwasserstoffdestillaten sind: Leuchtöl, Gasöl, Spindelöl und leichte Schmierölfräktionen. Kohlenwasserstoffdestillate mit einer Viskosität von nicht mehr als 113 SUS/60° C werden bevorzugt. .
• Das Mengenverhältnis, in welchem die Zusatzstoffe a) bis c) in dem emulgierbaren Öl gemäß der Erfindung vorliegen, kann innerhalb gewisser Grenzen schwanken. Die Menge des Kohlenwasserstoffdestillats beträgt 50 bis 90 Gewichtsprozent und für die besten Ergebnisse 73 bis 78 Gewichtsprozent. Die Zusätze a) und b) werden gemäß der Erfindung in einem Molverhältnis von 0,9: 1 bis 1,1 : 1 verwendet. Es wird bevorzugt, die Säure und die Aminoalkohole in einem Molverhältnis von 1 : 1 anzuwenden. Das Säure-Aminoalkohol-Gewichtsverhältnis hängt daher von dem Molgewicht dieser Verbindungen ab.
• Die Gewichtsmenge des Zusatzes c) in der Ölmischung ist gleich oder geringer als die Summe der Gewichtsprozente der Zusätze a) und b).
• Beispielsweise besteht ein emulgierbares Öl nach der Erfindung aus 75 Gewichtsteilen eines nach E d e 1 e a n u behandelten Spindelöls mit einer Viskosität von 50,5 SUS/60° C und einem Aromatengehalt von 5 Gewichtsprozent, welches 4 Gewichtsteile des Kondensationsproduktes aus 6 Mol Äthylenoxyd und 1 Mol Nonylphenol, 15 Gewichtsteile Ölsäure und 6 Gewichtsteile Diäthanolamin enthält.
• Es ist weiter gefunden worden, daß die Emulgierbarkeit der Schmiermittelkonzentrate verbessert wird durch die Mitverwendung eines Alkalicarbonates, insbesondere von Kaliumcarbonat. Das Alkalicarbonat wird vorzugsweise in der Form einer wässerigen Lösung zugesetzt. In Ölgemischen, die 50 bis 90 Gewichtsprozent des Kohlenwasserstoffdestillats enthalten, können die Gemische zusätzlich noch bis zu 4 Gewichtsprozent Kaliumcarbonat enthalten.
• Für die praktische Anwendung wird eine wässerige Emulsion des emulgierbaren Öls hergestellt, wobei die Konzentration des emulgierbaren Öls von technischen und wirtschaftlichen Überlegungen abhängt. Die Emulsion kann einen Gehalt an dem Schmiermittelkonzentrat von 1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 3 bis 5 Gewichtsprozent, aufweisen. Gewünschtenfalls können geringe Mengen von Konservierungsmitteln, z. B. Bactericide, wie Metakresol, und Antioxydantien in der Emulsion mitverwendet werden. Diese Konservierungsmittel können dem emulgierbaren Öl vor der Emulgierung zugegeben werden. Gewünschtenfalls kann bei der Herstellung der Emulsion ein Lösungsvermittler angewandt werden, z. B. ein niederer Alkohol oder ein Teilester eines mehrwertigen Alkohols, wie Glycerindioleat.
• Die aus dem emulgierbaren Öl gemäß der Er- findung hergestellten Emulsionen können für die Kaltbearbeitung von Stahl, Stahllegierungen, Aluminium, Kupfer und Kupferlegierungen verwendet werden. Bei der anschließenden Wärmebehandlung wird das Metall in einem nicht oxydierenden Medium erhitzt. Dies kann beispielsweise in einem Propangasofen oder in einem Generatorgasofen erfolgen, in welchem sich das bearbeitete Metall in einer Propanatmosphärc oder einer .Atmosphäre aus Generatorgas befindet. Der Ofen mit dem bearbeiteten Metall wird langsam auf die gewünschte Temperatur erhitzt, z. B. wahrend 3 bis 4 Stunden. Nachdem diese Temperatur eine Zeit lang aufrechterhalten worden ist, wird der Ofen langsam gekühlt, z. B. im Verlauf von 16Stunden. Die zum Aufheizen und zum Abkühlen verwendete "Zeit hängt von der Größe des Ofens und von der Behandlungstemperatur ab. Bei Stahl und Stahllegierungen beträgt diese Temperatur 650 bis 700 C, für Aluminium 350 bis 450 C, für Kupfer 370 bis 650' C und für Kupferlegierungen 400 bis 750 C (je nach der Zusammensetzung der Legierung). Beispiel 1 6,25Gewichtsteileeines nicht ionenbildenden Emulgators, der durch Kondensieren von 6 Mol Äthylenoxyd und 1 Mol Nonylphenol erhalten worden war, sowie 18,75 Gewichtsteile eines Gemisches aus Ölsäure und Diäthanolamin 'wurden zugesetzt zu 65 Gewichtsteilen eines nach Edeleanu behandelten Spindelöls mit einem Aromatengehalt von 5 Gewichtsprozent und einer Viskositätvon 50,5SUS/60°C. Das Gemisch wurde hergestellt durch Vermischen von Ölsäure und Diäthanolamin in einem Molverhältnis von 1 : 1,7 bei einer Temperatur von 130 C.
• Beispiel 2 4 Gewichtsteile eines nicht ionenbildenden Emulgators, der durch Kondensieren von 6 Mol Äthylenoxyd und 1 Mol Nonylphenol erhalten worden war, 15 Gewichtsteile Ölsäure und 6 Gewichtsteile Diäthanolamin wurden zugesetzt zu 75 Gewichtsteilen eines nach E d e I e a n u behandelten Spindelöls mit einem Aromatengehalt von 5 Gewichtsprozent und einer Viskosität von 50,5 SUS/60'- C. Das Molverhältnis von Ölsäure zu Diäthanolamin betrug 1 : 1,07. Beispiel 3 14,6 Gewichtsteile raffiniertes Tallöl, 4,2 Diäthanolamin und 1 Gewichtsteil eines nicht ionenbildenden Emulgators, der durch Kondensieren von 4,5 Mol Äthylenoxyd und 1 Mol Isooctylphenol erhalten worden war, wurden zugesetzt zu 80,2 Gewichtsteilen eines nach E d e I e a n u behandelten Gasöls mit einem Aromatengehalt von 7,5 Gewichtsprozent. In diesem Fall betrug das Molverhältnis von Säure zu Diäthanolamin 1 : 1. Beispiel 4 Zu 70,2 Gewichtsteilen eines nach Edeleanu behandelten Spindelöls mit einem Aromatengehalt von 5 Gewichtsprozent und einer Viskosität von 50,5 SUS/60 C wurden folgende Bestandteile zugesetzt: 3,75 Gewichtsteile eines nicht ionenbildenden Emulgators, der durch Kondensation eines Gemisches aus 1 Mol Oleylalkohol und 1 Mol n-Cetylalkohol mit 12 Mol Äthylenoxyd erhalten worden war; ein Gemisch aus 14 Gewichtsteilen Ölsäure und 6,1 Gewichtsteilen Diäthanolamin, welches durch Vermischen der Komponenten bei 130' C hergestellt worden war; 0,95 Gewichtsteile eines o-Phenylphenols, welches als Konservierungsmittel zugegeben wurde; 5,0 Gewichtsteile einer 400/0igen wässerigen Lösung von Kaliumcarbonat.
• Mit den in den Beispielen 1, 2, 3 und 4 beschriebenen emulgierbaren Ölen wurden Emulsionen hergestellt, welche 5 Gewichtsprozent Öl enthielten. Diese Emulsionen wurden dem Korrosionstest unterworfen, wie er beschrieben ist unter No. 125/52T in »The Institute of Petroleum«: »Standard Methods for testing Petroleum and its Products«, 18th edition February, 1959. Bei diesem Test wird eine Gußeisenprüfplatte mit Stahlfrässpänen und der Emulsion bedeckt. Nach einer Berührungszeit von 24 Stunden wird die korrodierende Wirkung der Emulsion durch zwei Zahlen festgelegt. Die erste Zahl ist ein Maß für die Größe der angegriffenen Fläche, während die zweite Zahl die Intensität des Angriffes zum Ausdruck bringt.
• Die aus den emulgierbaren Ölen nach den Beispielen 1, 2, 3 und 4 hergestellten Emulsionen wurden alle mit der Zahl 0-0 beurteilt, d. h., der Angriff erstreckte sich auf weniger als ein Sechstel der Fläche, und die Stärke des Angriffs war äußerst gering.
• Die Emulsionen wurden auch in einer Konzentration von 3,5 Gewichtsprozent des emulgierbaren Öls in einem Walztest geprüft, der wie folgt durchgeführt wurde: Stahlstreifen von etwa 104 mm Breite wurden kalt gewalzt, wobei sie durch die Emulsion geschmiert und gekühlt wurde. Die Walzenbreite betrug 400 mm und der Walzendurchmesser 180 mm. Es wurden Stahlstreifen (schwach kohlenstoffhaltiger Stahl 35 mit 0,08 bis 0,1 Gewichtsprozent Kohlenstoff) von 3 mm und von 1 mm Dicke gewalzt. In beiden Fällen betrug die Reduktion in der Dicke 750/0. Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,6 bis 0,7 Gewichtsprozent wurde darauf in einer ähnlichen Reihe von Versuchen geprüft.
• Die gewalzten Streifen wurden dann in einem Ofen in Propangasatmosphäre auf 700° C erhitzt. Nach einer Aufheizperiode von 4 Stunden wurde die Temperatur während 3 Stunden auf 700° C gehalten, worauf der Ofen im Verlauf von 16 Stunden gekühlt wurde.
• Nach dieser Wärmebehandlung wurde die Oberfläche der gewalzten Streifen nach der Zahl der Flecken beurteilt. Eine Benotung mit 0 besagt, daß viele Flecken vorlagen, und eine Beurteilung mit der Zahl 5 besagt, daß keine Flecken oder nur sehr wenige, kaum feststellbare Flecken vorlagen.
• Die Emulsionen, welche aus den emulgierbaren Ölen gemäß Beispiel 1, 2 und 4 hergestellt worden waren, ergaben die Wertzahl 5. Die aus dem emulgierbaren Öl nach Beispiel 3 hergestellte Emulsion ergab die Bewertung 4.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schmiermittelkonzentrat in Form eines emulgierbaren Ölgemisches für die Metallbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß es zu 50 bis 90 Gewichtsprozent aus einem Kohlenwasserstoffdestillat mit einem Aromatengehalt von nicht mehr als 15 Gewichtsprozent und zu 50 bis 10 Gewichtsprozent aus den folgenden, als Zusatz für Metallbearbeitungsöle an sich bekannten Zusatzstoffen besteht: a) einer gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen Carbonsäure mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen, b) einem Aminoalkohol, c) einem nicht ionenbildenden Emulgator, wobei die Zusätze a) und b) in einem Molverhältnis von 0,9 : 1 bis 1,1 : 1 vorliegen und das Gewicht (in Gewichtsprozent) des Zusatzes c) gleich oder geringer ist als die Summe der Gewichtsprozente der Zusätze a) und b).
2. 2. Schmiermittelkonzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz a) Ölsäure verwendet wird.
3. 3. Schmiermittelkonzentrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz b) eine von Ammoniak oder einem aliphatischen, primären oder sekundären Amin mit einer Alkylgruppe von nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen abgeleitete Verbindung verwendet wird, in welcher an Stelle eines oder mehrerer an Stickstoff gebundenen Wasserstoffatome eine Hydroxyalkylgruppe mit nicht mehr als 3 Kohlenstoffatomen vorliegt.
4. 4. Schmiermittelkonzentrat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz c) ein Kondensationsprodukt aus einem Alkylenoxyd, vorzugsweise Äthylenoxyd, und einer organischen Verbindung mit mindestens einem aktiven Wasserstoffatom, wie einem aliphatischen Alkohol mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen, oder einem Alkylphenol mit 6 bis 20 Kohlenstoff atomen in der Alkylgruppe, oder einer Aminoverbindung in einem Molverhältnis von vorzugsweise 1 : 2 bis 1 : 15 verwendet wird.
5. 5. Schmiermittelkonzentrat nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffdestillat einen Aromatengehalt von weniger als 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 5 Gewichtsprozent, enthält.
6. 6. Schmiermittelkonzentrat nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoffdestillat ein nach Edeleanu behandeltes Spinnöl verwendet wird.
7. 7. Schmiermittelkonzentrat nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich bis zu 4 Gewichtsprozent eines Alkalicarbonats, wie Kaliumcarbonat, enthält. B. Öl-in-Wasser-Emulsion für die Metallbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 1 bis 10 Gewichtsprozent des Schmiermittelkonzentrats nach Anspruch 1 bis 7 und 99 bis 90 Gewichtsprozent Wasser besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 929 208.