DE1297798B

DE1297798B - Metallbearbeitungsmittel und Korrosionsschutz

Info

Publication number: DE1297798B
Application number: DEF52970A
Authority: DE
Inventors: Diery; Dr Helmut; Lorke Horst; Rittner; Dr Siegbert
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1967-07-15
Filing date: 1967-07-15
Publication date: 1969-06-19
Also published as: SE335585B; FR1576680A; BE718092A

Description

Es ist bekannt, daß langkettige aliphatische Sulfonamidocarbonsäuren Metallaffinität besitzen und in der metallbearbeitenden Industrie sowohl als Mittel zur spanabhebenden Verformung beim Bohren, Gewindeschneiden, Drehen, Fräsen, Sägen und Schleifen von Werkstücken als auch zur spanlosen Formgebung beim Ziehen Verwendung finden.

. Der Anwendungsbereich dieser Verbindungsklasse ist jedoch begrenzt. Ihrer Konstitution entsprechend sind diese Stoffe in ihren Eigenschaften kapillaraktiv und oleophil; sie sind daher als Emulgatoren für sich allein oder in Kombination mit anderen zum Emulgieren von pflanzlichen oder tierischen ölen, Mineralölen, fetten ölen, Fettsäuren, Schmierfetten usw. mehr oder weniger gut geeignet. Emulsionen dieser Art weisen jedoch sowohl in der praktischen Handhabung als auch in den Eigenschaften eine Reihe von Nachteilen auf. So muß zur Herstellung solcher Emulsionen möglichst Wasser geringer Härte verwendet werden. Es sind besondere Vorsichtsmaßregeln beim Ansatz der Emulsionen einzuhalten. Unter Betriebsbedingungen ändern bekanntlich Emulsionen ihre Zusammensetzung. Sie verlieren entweder Wasser oder öl, was wiederum ein stetiges Nachkontrollieren der Zusätze an öl bzw. Wasser unerläßlich macht. Oftmais rahmen Emulsionen auf, zerfallen unter dem Einfluß zu hoher Temperatur oder werden von Bakterien angegriffen. Von Nachteil ist ferner, daß Emulsionen undurchsichtig sind, so daß das Werkstück sich der Beobachtung während des Bearbeitungs-Vorganges entzieht. Schließlich müssen verbrauchte Emulsionen nach erfolgter Anwendung aus Abwassergründen in einer Anlage gespalten werden.

Man hat nun aus diesem Grunde versucht, ölfreie, wasserlösliche Kühlschmiermittel mit Korrosionsschutz zu entwickeln, welche auch bei starker Verdünnung wirksam sind und die vorstehend geschilderten Nachteile der Emulsionen nicht aufweisen. Als derartige wasserlösliche Produkte wurden solche auf Basis langkettigerAlkylsulfonamidocarbonsäuren oder langkettiger Alkylarylsulfonamidocarbonsäuren vorgeschlagen. Auch diese Produkte konnten jedoch nicht voll befriedigen. So ist z. B. die Korrosionsschutzwirkung für viele Zwecke nicht ausreichend. Oft stören auch andere nachteilige Eigenschaften, wie zu starkes Schäumen oder Kleben auf den Maschinen. Andere im Gebrauch befindliche ölfreie Metallbearbeitungsflüssigkeiten neigen nicht so stark zum Schäumen. Sie besitzen dafür jedoch eine geringe Korrosionsschutzwirkung.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Alkali- oder Aminsalze von Nitrogruppen enthaltenden Sulfonamidocarbonsäuren der allgemeinen Formel I

S-N-R₄-CO₂H

Il I

O R₃

55

60

sich mit besonderem Vorteil als Metallbearbeitungsmittel mit hochwirksamem Korrosionsschutz und ausgezeichneter Schmierwirkung bei geringer Neigung zum Schäumen sowie als Korrosionsschutzmittel eignen.

In der Formel I bedeutet R₁ und R₂ Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, einen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wobei die Summe der Kohlenstoffatome der beiden Reste R₁ und R₂ die Zahl 7, vorzugsweise die Zahl 3, nicht überschreiten darf, Ar einen Benzol- oder Naphthalinrest, R₃ Wasserstoff, einen Alkylrest mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen, den /i-Cyanoäthylrest oder einen Hydroxyalkylrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, R₄ einen Alkylenrest mit mehr als 2 Kohlenstoffatomen in der Kette, die darüber hinaus gegebenenfalls durch eine oder mehrere Methyl- oder Äthylgruppen substituiert sein können, und m und η jeweils 1 oder 2. Für die Bildung der Salze mit den vorstehend genannten Sulfonamidocarbonsäuren kommen beliebige anorganische oder organische Basen in Betracht, sofern sie zu wasserlöslichen Produkten führen. Dabei soll unter »wasserlöslich« auch der kolloidale, emulsoide oder suspensoide Zustand verstanden werden. Für die Salzbildung können z. B. Alkalien oder vorzugsweise organische Basen, wie z. B. Mono-, Di- und Trimethylamin, Mono-, Di- und Triäthylamin, Monoisopropylamin, Mono- und Dibutylamin, 3-Methoxypropylamin, Mono-2-äthylhexylamin, Diniethylaminopropylamin, Mono-, Di- und Triäthanolamin, 3-Aminopropanol, Monomethyläthanolamin, Dimethyläthanolamin, Monoisopropanolamin, Triisopropanolamin, Cyclohexylamin, N,N - Dimethylcyclohexylamin, Morpholin, Pyridin, Chinolin, Äthylendiamin, Diäthylentriamin, Pentaäthylenhexamin oder auch Amine, z. B. Fettamine, die mit Alkylenoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen umgesetzt wurden, u. ä. verwendet werden.

Für die Salzbildung können die Komponenten in stöchiometrischem Verhältnis oder auch jeweils eine Komponente im Überschuß eingesetzt werden.

Die beanspruchten Metallbearbeitungsmittel können allein oder in Mischung mit bekannten Metallbearbeitungsflüssigkeiten oder wäßrigen ölemulsionen verwendet werden. Die Mittel können in wäßrigen Lösungen, Dispersionen oder Emulsionen zur Anwendung kommen. Es ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Mittel, daß sie bereits bei geringer Konzentration eine sehr gute Wirksamkeit besitzen. In vielen Fällen kann noch bei Konzentrationen von etwa 0,1 Gewichtsprozent eine ausreichende Wirkung erzielt werden.

Für die Sulfonamidocarbonsäuren in Formel I ist es wesentlich, daß der Alkylenrest R₄ eine Kettenlänge von mindestens 3 Kohlenstoffatomen aufweist. Im allgemeinen kommen Verbindungen in Frage, in denen die Kettenlänge bis zu etwa 15 Kohlenstoffatomen umfaßt. Vorzugsweise kommen Verbindungen zur Anwendung mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkylenkette.

Als erfindungsgemäß zu verwendende Verbindungen der Formel I seien beispielsweise genannt: o-Nitrobenzolsulfonyl-(5-aminovaleriansäure, o-Nitrobenzolsulfonyl - N - methyl - <5 - amino valeriansäure, m- Nitrobenzolsulfonyl - e - aminocapronsäure, ο - Nitrobenzolsulfonyl - N - äthyl - e - aminocapronsäure, m - Nitrobenzolsulfonyl - N - butyl - ? - aminocapronsäure, 4 - Methoxy - 2 - nitrobenzolsulfonyl - <5 - amino valeriansäure, 4 - Methoxy - 2 - nitrobenzolsulfonyl - e - aminocapronsäure, 3,5 - Dinitro - 4 - chlorbenzolsulfonyl- I) - aminovaleriansäure, 3,5 - Dinitro - 4 - chlorbenzolsulfonyl - N - methyl -e- aminocapronsäure, m - Nitrobenzolsulfonyl - N - methyl -<)- aminooctan - α - carbon-

säure, 1 - Nitronaphthalinsulfonyl - ε - aminocapronsäure, 1 -Nitronaphthalinsulfonyl-N-methyl-F-aminocapronsäure, m - Nitrobenzolsulfonyl - ω - aminoundecansäure, Nitrotoluolsulfonyl - N - methyl -ε- aminocapronsäure, m-Nitrobenzolsulfonyl-y-aminobuttersäure a. a.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen zeigen ein sehr gutes Korrosionsschutzverhalten mit ausgezeichneter Schmierwirkung und ausgeprägter Schaumarmut. Dies gilt überraschenderweise selbst im Falle von Produkten auf der Basis langkettiger Aminocarbonsäuren, beispielsweise der m-Nitrobenzolsulfonyl-i«-aminoundecansäure.

Die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Produkte hinsichtlich Korrosionsschutz, Schmierwirkung und Schaumneigung zeigt sich z. B. bei einem Vergleich mit einem handelsüblichen Produkt auf Basis einer langkettigen aliphatischen Sulfonamidocarbonsäure.

Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Produkte besteht auch gegenüber analog entsprechend der Formel I aufgebauten Verbindungen, bei denen jedoch der Alkylenrest R₄ weniger als 3 Kohlenstoffatome in der Kette umfaßt.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Produkte gegenüber diesen Verbindungen und gegenüber den bekannten handelsüblichen langkettigen aliphatischen Sulfonamidocarbonsäuren sind aus den in den nachfolgenden Tabellen zusammengestellten Untersuchungsergebnissen ersichtlich. Ein Vergleich der Werte für die Schmierwirkung von zwei analog aufgebauten aromatischen Sulfonamidocarbonsäuresalzen, die sich nur durch eine Nitrogruppe im aromatischen Kern unterscheiden, beispielsweise der Benzolsulfonyl -N- methyl -ε- aminocapronsäure (Verbindung 2) und der m-Nitrobenzolsulfonyl-N-methylf-aminocapronsäure (Verbindung 5) zeigt den überraschenden Vorteil, den Nitrogruppen enthaltende Verbindungen bezüglich Schmiereffekt noch zusätzlich bieten.

Bei diesen Untersuchungen wurde die Korrosionsschutzwirkung der verschiedenen Produkte (I) nach dem sogenannten Herbert-Test mit Stahlspänen auf einer Graugußplatte (vgl. »I P-Standards for Petroleum and its Products«, IP 125/63 [T]) und (II) nach der gleichen Testmethode, jedoch mit Graugußspänen (GG 22) auf Stahlplatten geprüft. Zur Untersuchung der Schmierwirkung wurde die Reibverschleißwaage nach Reichert herangezogen, wobei die Abriebfläche »F« in mm² und die spezifische Flächenpressung in kg/cm² gemessen wurde. Die Schaumwirkung wurde nach DIN 53902 bei 25° C ermittelt. Die Bewertung des Korrosionsschutzes nach den beiden angewandten Untersuchungsmethoden I und II wurde nach folgender Benotungsskala vorgenommen:

Bezeichnung S	Korrosionsschutz	sehr gut
+ + +	gut
+ +(+)	ausreichend
+ + -	vorhanden, jedoch nicht ausreichend
IO +	nur noch gering
--(-)	gleich Null

Für die Untersuchungen wurden im einzelnen folgende Produkte herangezogen:

Verbindung 1

Alkylsulfonamidocarbonsäure-Triäthanolammoniumsalz mit im Mittel 16 Kohlenstoffatomen im Alkylrest (Vergleichssubstanz).

Verbindung 2

Benzolsulfonyl-N-methyl-f-aminocapronsäure-Triäthanolammoniumsalz (Vergleichssubstanz).

Verbindung 3

m-Nitrobenzolsulfonyl-N-methyl-a-aminoessigsäure-Triäthanolammoniumsalz.

Verbindung 4

m-Nitrobenzolsulfonyl-y-aminobuttersäure-Triäthanolammoniumsalz.

Verbindung 5

m-Nitrobenzolsulfonyl-N-methyl-f-aminocapronsäure-Triäthanolammoniumsalz.

Verbindung 6

o-Nitrobenzolsulfonyl-N-methyl-e-aminocapronsäure-Triäthanolammoniumsalz.

Verbindung 7

o-Nitrobenzolsulfonyl-N-äthyl-f-aminocapronsäure-Triäthanolammoniumsalz.

Verbindung 8

4-Methoxy-2-nitrobenzolsulfonyl-c-aminocapronsäure-Triäthanolammoniumsalz.

Verbindung 9

S^-Dinitro^-chlorbenzolsulfonyl-N-methylf-aminocapronsäure-Triäthanolammoniumsalz.

Verbindung

Konzentration der
wäßrigen
Lösung

(Gewichtsprozent)

Korrosionsschutzwirkung

(I) Stahlspäne/Gußplatte

Brunnenwasser
20° dH

Wasser
10° dH

E
Wasser*)

(II) Gußspäne/Stahlplatte

Brunnenwasser 20° dH Wasser
10° dH

E
Wasser*)

Schmier wirkung Belastung 1500 g/100 Laufnieter in Brunnenwasser

Abrieb (mm²)

spezifische

Flächenpressung

(kg/cm²)

Schaumvermögen

5,0
3,0
2,0
1,0
0,5

H

32,2

100

93

sehr stark sehr stark

sehr stark

·) Enthärtetes Wasser (2 bis 3° dH).

	Konzen	Korrosionsschutzwirkung	Wasser	E	(II) Gußspäne/Stahlplatte ·	Wasser	E	Schmier Wirkung	1500 g/100 Lauf	Schaum
	tration der		10° dH	Wasser*)		10° dH	Wasser*)	Belastung	Brunnenwasser	vermögen
Verbin	wäßrigen	(I) Stahlspäne/Gußplatte	+ + +	+ + +	Brunnen wasser	+ + +	+ + +	meter in
dung	Lösung		+ + +	+ + +	20° dH	+ + +	+ + +		spezifische Flächenpressun
	(Gewichts	Brunnen wasser	+ + +	+ + +	+ + +	+ +( +	+ + +	Abrieb	(kg/cm²)	gering
	prozent)	20° dH	+ + +	+ + +	+ + +			(mm²)	131	gering
2	5,0	+ + +	+ + -	+ + +	+ +( +			23	94	gering
	3,0	+ + +						32		gering
	2,0	+ + +							94	gering
	1,0	+ + +						32		gering
	0,5								100	gering
3	5,0							30
	3,0									gering
	2,0									gering
	1,0		+ + +	+ + +		+ + +	+ + +			gering
	0,5		+ + +	+ + +		+ + +	+ + +		130	gering
	5,0		+ + +	-h + +	+ + +	+ +■+	+ + +	23,0		gering
	3,0		+ + +	+ + +	+ + +					gering
4	2,0	+ + +			+ + +				95	gering
	1,0	++ +					+ + +	31,6		gering
	0,5	+ + +	+ + +	+ + +		+ + +	+ + +		285	gering
	5,0	+ + +	+ + +	+ + +		+ + +	+ + +	10,5		gering
	3,0		+ + +	+ + +	+ + +	+ + +	+ + +			gering
	2.0		+ + +	+ + +	++ +	+			132	gering
5	1,0	+ + +	+ +( + )	+ +(+)	+ + +		+ + +	22,8		gering
	0,5	+ + +	+ + +	+ + +	+	+ + +	+ + +		165	gering
	5,0	+ + +	+ + +	+ + +		+ + +	+ +( + )	18,2		gering
	3,0	+ + +	+ + +	+ + +	+ + +	+ +( + )	+ +( + )			gering
	2,0	+ +(+)	+ + +	+ + +	+ + +	-I				gering
6	1,0	+ + +	+ +(+)	+ + +	+ +(+)		+ + +			gering
	0,5	+ + +	+ + +	+ + +	_J	+ + +	+ + +		175	gering
	5,0	+ + +	+ + +	+ + +		+ + +	+ + +	17,2		gering
	3,0	+ + +	+ + +	+ + +	+ + +	+ + +				gering
	2,0	I	+ + +	+ + +	+ + +					gering
7	1,0	+ + +	+	+ + +	+ + +		+ +( + )			gering
	0,5	+ + +	+ + +	+ + +		+ + -	+ + -		185	gering
	5,0	+ + +	+ + +	+ + +		+ + -	I	16,2		gering
	3,0	+ + +	+ + +	+ + +	+ + -	H				gering
	2,0		+ + +	+ + +	+ + -					gering
8	1,0	+ + +	+ + -	+ +(+)	H		+ + +			gering
	0,5	+ + +	+ + +	+ + +		+ + +	+ + +		170	gering
	5,0	+ + +	+ + +	+ + +		+ +(+)	+ +( + )	17,6		gering
	3,0	+ + +	+ + +	+ + +	+ + +	+ + -				gering
	2,0		+ + +	+ + +	+ +(+)					gering
9	1,0	+ + +	+ +( + )	+ +(+)	+ + —
	0,5	+ + +
	+ + +
	+ +( + )

Claims

Patentanspruch:

Metallbearbeitungsmittel und Korrosionsschutz- aromatischer Sulfonamidocarb,onsäuren der all-

mittel, bestehend aus Alkali- oder Aminsalzen gemeinen Formel I

Il

S-N-R₄-CO₂H

Il I · ο R₃

worin R₁ und R₂ Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, einen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wobei die Summe der Kohlenstoffatome von R₁ und R₂ die Zahl 7 nicht überschreiten soll, Ar einen Benzol- oder Naphthalinrest, R₃ Wasserstoff, einen Alkylrest mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen, den /3-Cyanoäthylrest oder einen Hydroxyalkylrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen,. R₄ einen gegebenenfalls durch eine oder mehrere Methyl- oder Äthylgruppen substituierten Alkylenrest mit mehr als 2 Kohlenstoffatomen in der Kette und « und m 1 oder 2 bedeuten, gegebenenfalls in Mischung mit bekannten Metallbearbeitungsflüssigkeiten oder wäßrigen ölemulsionen.

909 525/432