DE19983009B4

DE19983009B4 - Metallbearbeitungs-Schmiermittelzusammensetzung

Info

Publication number: DE19983009B4
Application number: DE19983009T
Authority: DE
Inventors: Arvind M Rao; Douglas Placek
Original assignee: Great Lakes Chemical Corp
Current assignee: Great Lakes Chemical Corp
Priority date: 1998-02-28
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: WO1999043769A1; GB0022783D0; AU2785099A; GB2350371B; US6204227B1; GB2350371A; DE19983009T1

Abstract

Konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zur Verwendung in Metallbearbeitungsvorgängen, wobei die Zusammensetzung folgendes umfasst:
einen neutralen dreifach substituierten Phosphatester der Formel I:

PO(OR₁)(OR₂)(OR₃) I

in welcher R₁, R₂ und R₃, die das selbe oder verschieden sein können, jeweils (a) für eine Arylgruppe, (b) für eine substituierte Arylgruppe, substituiert mit 1 bis 3 Alkylgruppen, wobei jede Alkylgruppe unabhängig voneinander 1 bis 6 Kohlenstoffe enthält; oder (c) für eine Alkylgruppe, die 3 bis 18 Kohlenstoffatome umfasst, stehen;
gegebenenfalls ein Hochdruckadditiv;
ein Tensid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
a) Tensid, das kein nichtionischer Alkohol ist, mit einem HLB-Wert von größer als 12 und
b) Tensid mit einem HLB-Wert von weniger als 7;
einen nicht-ionischen Alkohol mit einem Molekulargewicht von weniger als 1000; und
Wasser;
wobei:
der Phosphatester und das Hochdruckadditiv zusammen 5 bis 30 Gew.-% der Zusammensetzung ausmachen;
das Tensid und der nichtionische Alkohol zusammen 10 bis...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft konzentrierte Schmiermittelzusammensetzungen gemäß Anspruch 1, die nach Verdünnung mit Wasser Emulsionen bilden, welche als Schmiermittel in Metallbearbeitungsverfahren nützlich sind sowie die verdünnten Schmiermittelzusammensetzungen.
HINTERGRUND
Metallbearbeitungsverfahren vieler Arten werden bei der Herstellung von Metallartikeln angewandt. Typischerweise wird Metall von dem Werkstück während der Metallbearbeitung entfernt. Beispiele für Metallbearbeitungsverfahren schließen die mechanische bzw. spanabhebende Bearbeitung, das Schneiden, Bohren, Schleifen, Drehen, Fräsen, Gewindebohren und Räumen bzw. Ausdornen ein. Die Metallbearbeitung unterscheidet sich von der Metallformgebung. Beim Metallformen wird typischerweise kein Metall entfernt. Beispiele für Metallformungsverfahren schließen das Walzen, Schmieden, Formen, Prägen bzw. Stanzen, Gießen, Plätten, Ziehen und Extrudieren ein. Bei Metallformungsvorgängen wird das Metall typischerweise auf mindestens etwa 800°C vorerwärmt, so daß das Metall leichter zu der gewünschten Gestalt geformt werden kann. Bei Metallbearbeitungsvorgängen wird das Metall typischerweise nicht vorerwärmt; die einzige bei dem Vorgang auftretende Wärme ist die durch den Metallbearbeitungsvorgang selbst erzeugte.
In allen Metallbearbeitungsvorgängen ist es erforderlich, die Grenzfläche zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug einzuschmieren, um die Kraft zu verringern, die erforderlich ist, um das Metall zu bearbeiten; um das Werkstück zu kühlen; um Späne von der Schneidezone zu beseitigen; um ein gutes Oberflächenfinish zu verleihen; und um die Lebensdauer des Werkzeugs zu verlängern. Die Formulierung von Schmiermittelzusammensetzungen ist komplex, da eine breite Vielzahl an Verbindungen verwendet werden kann, wie beispielsweise Antifriktionsmittel, Antikorrosionsmittel, Tenside und Biozide.
Triarylphosphatester wurden für die Verwendung in Metallbearbeitungs-Schmiermittelzusammensetzungen vorgeschlagen. Berens, US-Patent 4 362 634 A , beschreibt Metallbearbeitungs-Schmiermittelzusammensetzungen, die einen Polyolester, wie einen Pentaerythritol/Fettester, als Hauptbestandteil zusammen mit einem Triarylphosphatester und einem nicht-ionischen Carbonestertensid des Anhydrosorbitol- oder Glycerolester-Typs, wie Sorbitanmonotallat, umfassen. Der Phosphatester umfaßt 1 bis 10 Gew.-% der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung. Etwa 2 bis 30 Gew.-% an konzentrierter Zusammensetzung können mit Wasser unter Bildung einer verdünnten Schmiermittelzusammensetzung als Emulsion dispergiert werden, welche als phasenstabil für mindestens 1 Stunde unter Ruhebedingungen galt.
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Metallbearbeitungs-Schmiermittelzusammensetzungen werden vorzugsweise als Konzentrate hergestellt, die vor dem Gebrauch verdünnt werden. Konzentrierte Schmiermittelzusammensetzungen werden durch den Hersteller hergestellt und in Fässern bzw. Behältern dem Verbraucher zugesandt, der die Fässer mit konzentrierter Schmiermittelzusammensetzung mehrere Wochen bis Monate vor dem Gebrauch aufbewahren kann. Da die Schmiereigenschaften der Metallbearbeitungs-Schmiermittelzusammensetzung üblicherweise verlorengehen, wenn die Schmiermittelzusammensetzung deemulgiert, sollte die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung eine Lagerbeständigkeit (Stabilität, d. h. die Zeit, bevor es zu einer Deemulgieruung kommt) bei Raumtemperatur (etwa 25°C) von mindestens einem Monat, und vorzugsweise von mindestens sechs Monaten haben. Die Hochtemperaturstabilität (etwa 75°C) und die Niedrigtemperaturstabilität (etwa –15°C) sollte jeweils mindestens 5 Tage betragen. Im Anschluß an die Verdünnung der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung sollte die resultierende verdünnte Schmiermittelzusammensetzung eine Lagerbeständigkeit bei Raumtemperatur von mindestens einem Monat, vorzugsweise mindestens sechs Monaten, eine Hochtemperaturstabilität von mindestens einem Tag und eine Niedrigtemperaturstabilität von mindestens einem Tag aufweisen.
Kipp, US Patent 4 654 155 A beschreibt ein Emulsionsschmiermittel, das einen organischen Phosphatester, ein Tensid und nichtionische Alkohole enthält.
Miller, PCT-Anmeldung WO 93/02164 A1 beschreibt Metallbearbeitungsschmiermittel, die neutrale Phosphatester, Polyalkylenoxidalkohol sowie Wasser, Tenside und EP-Additive enthalten.
Somit besteht ein Bedarf in dem Fachbereich sowohl an konzentrierten als auch an verdünnten Metallbearbeitungs-Schmiermittelemulsionen, die über längere Zeiträume stabil sind, so daß sie über längere Zeiträume vor dem Gebrauch hergestellt und gelagert werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung nach Verdünnung mit Wasser als Schmiermittel bei Metallbearbeitungsvorgängen nützlich. Die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung umfaßt:
einen neutralen dreifach substituierten Phosphatester der Formel I: PO(OR₁)(OR₂)(OR₃) I in welcher R₁, R₂ und R₃, die das selbe oder verschieden sein können, jeweils (a) für eine Arylgruppe, (b) für eine substituierte Arylgruppe, substituiert mit 1 bis 3 Alkylgruppen, wobei jede Alkylgruppe unabhängig voneinander 1 bis 6 Kohlenstoffe enthält; oder (c) für eine Alkylgruppe, die 3 bis 18 Kohlenstoffatome umfasst, stehen;
gegebenenfalls ein Hochdruckadditiv;
ein Tensid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

a) Tensid das kein nichtionischer Alkohol ist mit einem HLB-Wert von größer als 12 und
b) Tensid mit einem HLB-Wert von weniger als 7;

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Erfindung eine konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zur Verwendung bei Metallbearbeitungsvorgängen.
Im Falle der konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 12, ist die Zusammensetzung eine Makroemulsion.
Bei noch einem weiteren Aspekt ist die Erfindung eine verdünnte Schmiermittelzusammensetzung, hergestellt durch Verdünnen von 1–50 Teilen einer der Zusammensetzungen der Ansprüche 1–14 auf 100 Teile Wasser bei Metallbearbeitungsvorgängen.
Die Emulsionen einer konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung sind typischerweise bei einer Lagerung bei Raumtemperatur bis zu etwa sechs Monate stabil. Bei Verdünnung sind die Emulsionen einer verdünnten Schmiermittelzusammensetzung bei einer Lagerung bei Raumtemperatur mindestens zehn Tage lang stabil, typischerweise mindestens einen Monat, und bieten eine verbesserte Schmierfähigkeit, wenn sie in Metallbearbeitungsvorgängen angewandt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die 1 ist eine graphische Darstellung bzw. Kurve des in die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung eingebrachten Phosphatesters gegenüber dem Verhältnis der Menge an nicht-ionischem Tensid in der Zusammensetzung (in Gew.-%) zu der Menge an nicht-ionischem Alkohol in der Zusammensetzung (in Gew.-%).
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Metallbearbeitungs-Schmiermittelzusammensetzungen können als Emulsionen mit einer verbesserten Stabilität unter Verwendung neutraler, dreifach substituierter Phosphatester in Kombination mit nicht-ionischen Tensiden und anderen optionalen organischen Komponenten hergestellt werden. Diese Zusammensetzungen sind frei an organischen Lösungsmitteln, wie Mineralölen, chlorierten Paraffinen oder anderen Kohlenwasserstoffen. Diese Materialien, die in zahlreichen kommerziellen Metallbearbeitungs-Schmiermittelzusammensetzungen verwendet werden, können die Stabilität der Emulsion negativ beeinflussen.
Der neutrale, dreifach substituierte Phosphatester sieht eine Hochdruckschmierfähigkeit vor. Er dient ebenfalls als Träger für die anderen Komponenten der Zusammensetzung und umgeht daher das Erfordernis der Einbringung zusätzlicher Lösungsmittel, wie der obenstehend genannten.
Erfindungsgemäße Phosphatester, schließen beispielsweise von natürlichen Phenolen abgeleitete Triarylphosphate, wie Tricresylphosphat und Trixylylphosphat; von synthetischen alkylierten Phenolen abgeleitete Triarylphosphate, wie Tris(iso-propylphenyl)phosphat und Tris(tert-butylphenyl)phosphat; Alkyl/Aryl-Phosphate, erhalten durch die Phosphorylierung einer Mischung aus Phenolen und aliphatischen Alkoholen, wie 2-Ethylhexyldiphenylphosphat (Monsanto, Santicizer^® 141), Isodecyldiphenylphosphat (Santicizer^® 148) und eines C12- bis C14-Alkyldiphenylphosphats (Santicizer^® 2148); und die Trialkylphosphate, wie Tri(isobutyl)phosphat, Tri(2-ethylhexyl)phosphat und Tributylphosphat, ein.
Die Phosphatester sollten hydrolytisch relativ stabile Flüssigkeiten sein, die eine relativ geringe Flüchtigkeit aufweisen. Erfindungsgemäße Phosphatester sind Ester der Formel I: PO(OR₁)(OR₂)(OR₃) I ein, in welcher R₁, R₂ und R₃, die dasselbe oder verschieden sein können, jeweils (a) für eine Arylgruppe, wie Phenyl; (b) für eine substituierte Arylgruppe, wie Phenyl, substituiert mit 1 bis 3 Alkylgruppen, wobei jede Alkylgruppe unabhängig voneinander 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthält; oder (c) für eine Alkylgruppe, die 3 bis 18 Kohlenstoffatome umfaßt, stehen.
Diese Phosphatester werden allgemein durch die Phosphorylierung von Alkylphenolen erhalten, die von einer natürlichen oder einer synthetischen Quelle erhalten werden können. Die von einer synthetischen Quelle erhaltenen werden durch die Reaktion von Phenol mit einem Alken, in der Regel Propylen oder Isobutylen, erhalten, um eine Mischung aus Phenol und Alkyl-substituiertem Phenol, manchmal als Phenolalkylat bezeichnet, zu erhalten, gefolgt von einer Phosphorylierung des Phenolalkylats. Eine beträchtliche Neutralität wird durch die Regelung der Reaktionsbedingungen und/oder die Behandlung des Produkts mit Alkali (wie NaOH) ohne eine Hydrolysierung erzielt, wodurch eine Gesamtsäurezahl (TAN) von nicht mehr als 0,25 mg KOH/g, wie durch ASTM D974 gemessen, vorzugsweise weniger, erhalten wird. Die Produkte sind im wesentlichen kohlenwasserstofflöslich und wasserunlöslich. Die Reinigung von Arylphosphatestern ist bei Gunkel, US-Patent US 5 206 404 A , beschrieben.
Diese gemischten Phosphatester umfassen typischerweise Triphenylphosphat; Diphenylmono(alkylphenyl)phosphat; Phenyldi(alkylphenyl)phosphat und Tri(alkylphenyl)phosphat. Die Herstellung von gemischten synthetischen Triarylphosphatestern ist bei Randell, US-Patent US 4 093 680 A , beschrieben. Die bevorzugten Phosphatester sind gemischte alkylierte Triphenylphosphate, welche etwa 1 bis etwa 35 Gew.-%, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 35 Gew.-% Tri(alkylphenyl)phosphat; etwa 10 bis etwa 55 Gew.-%, vorzugsweise etwa 30 bis 55 Gew.-% Di(alkylphenyl)monophenylphosphat; etwa 10 bis etwa 60 Gew.-%, vorzugsweise etwa 10 bis 25 Gew.-%, Mono(alkylphenyl)diphenylphosphat und weniger als etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als etwa 2 Gew.-% Triphenylphosphat umfassen. Vorzugsweise ist der Alkylsubstituent Isopropyl (d. h. ein Phenolalkylat, erhalten aus der Alkylierung von Phenol mit Propylen), oder t-Butyl (d. h. ein Phenolalkylat, erhalten aus der Alkylierung von Phenol mit Isobutylen). Am stärksten bevorzugt ist der Alkylsubstituent t-Butyl. Diese Phosphatester sind kommerziell verfügbar.
Ein Teil des Phosphatesters kann durch ein Hochdruckadditiv ersetzt werden. Wie hierin verwendet, schließt die Bezeichnung ”Hochdruckadditiv” nicht den Phosphatester ein. Das Hochdruckadditiv kann bis zu 33 Gew.-%, typischerweise etwa 10 Gew.-%, des Phosphatesters ersetzen. Hochdruckadditive verringern die zur Bearbeitung erforderliche Kraft. Dadurch wird der Verschleiß bei der Maschine vermindert.
Nützliche organische, schwefelhaltige Hochdruckadditive schließen schwefelhaltige Verbindungen ein, die als nützliche Hochdruckadditive in Schmiermittelzusammensetzungen bekannt sind. Diese Additive sind ”organische” Additive, d. h. Verbindungen, die in wäßrigen Medien nicht disoziieren unter Bildung von ionischer Spezies in einem signifikanten Grade. Beispiele für nützliche schwefelhaltige Additive schließen geschwefelte Olefine; Phosphinothio(thio)propansäurealkylester, wie die von Irgalube^® 63 (Ciba) vertriebenen; Phosphorthionatester, Triphenylphosphorthionat, vertrieben als Irgalube^® TPPT (Ciba); und andere alkylierte Phenylphosphorthionate, wie die von Irgalube^® 211 (Ciba), vertriebenen, ein. Wenn ein Phosphorthionat als Hochdruckadditiv verwendet wird, muß das Tensid sorgfältig ausgewählt werden. Die verwendete Menge sollte nicht derart sein, daß die durch Verdünnen der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung gebildete Emulsion instabil gemacht wird. Wenn eine ganz bestimmte Emulsion eine geringere als eine annehmbare Stabilität aufweist, kann es erforderlich sein, ein anderes Hochdruckadditiv auszuwählen, eine andere Menge des Additivs zu verwenden, oder das Hochdruckadditiv völlig aus der Zusammensetzung zu eliminieren.
Das Tensid, oder das Emulgiermittel, ist ein nicht-ionisches Tensid oder eine Mischung aus nicht-ionischen Tensiden gemäß Anspruch 1. Es ist bevorzugt nichtflüchtig, hydrolytisch stabil, und bildet keinen Rückstand, wenn es bei Kontakt mit einer Metalloberfläche zersetzt wird. Es sollte zur Bildung sowohl einer stabilen, konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung als auch einer stabilen, verdünnten Schmiermittelzusammensetzung fähig sein.
Nichtionische Tenside schließen Fettalkoholethoxylate, Sorbitanesterethoxylate, Alkylphenolethoxylate, Polyoxyethylen/Polyoxypropylen-Blockcopolymere und andere Verbindungen, wie die in Industrial Applications of Surfactants, D. R. Karsa, Hrsg., The Royal Society of Chemistry, London, 1987, Industrial Chemical Thesaurus, 2. Ausgabe, Band 1, M. Ash und I. Ash, Hersg., VCH, New York, 1992, im Kapitel über ”Surfactants” (Tenside) im Kirk-Othmer-Encyclopedia of Chemical Technology, Interscience, New York, und ähnlichen Lehrbüchern und Publikationen beschriebenen, ein.
Die Beschaffenheit und Stabilität der Emulsion wird von der Beschaffenheit des Phosphatesters, der Beschaffenheit und Menge des Tensids oder der Tenside und der Beschaffenheit und der Menge der anderen in die Zusammensetzung eingebrachten Bestandteile beeinflußt. Durch eine sorgfältige Auswahl des Tensids (oder einer Tensidkombination) ist es möglich, stabile Emulsionen herzustellen, die entweder Makroemulsionen oder Mikroemulsionen sind. Typischerweise besitzen Makroemulsionen ein opakes Aussehen und umfassen dispergierte Tröpfchen mit einem Durchmesser von 1 bis 10 μm. Mikroemulsionen haben ein transparentes oder semitransparentes Aussehen und umfassen Tröpfchen mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 μm. Obwohl sowohl Makroemulsionen als auch Mikroemulsionen als Schmiermittelzusammensetzungen bei Metallbearbeitungsvorgängen verwendet werden können, sind Mikroemulsionen bevorzugt. Mikroemulsionen sind typischerweise stabiler als Makroemulsionen, sind transparent, so daß das Bedienungspersonal den Metallbearbeitungsvorgang verfolgen kann, und ergeben eine überlegene Gesamtleistung.
Um eine Makroemulsion zu bilden, wird ein nicht-ionisches Tensid mit einem HLB-(Hydrophil/Lipophil-Gleichgewicht-)Wert von größer als etwa 12 verwendet, das kein nichtionischer Alkohol ist. Die Bestimmung des HLB-Wertes ist Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt. HLB-Werte für zahlreiche Tenside sind in der Literatur verfügbar. Vorzugsweise ist der HLB-Wert größer als etwa 15. Tenside, die keine nicht-ionischen Alkohole sind, wie hierin definiert, und die einen HLB Wert von größer als 12 besitzen, sind hierin als ”Tenside mit hohem HLB-Wert” bezeichnet. Typischerweise sind diese Verbindungen Ethoxylatester von Carbonsäuren (d. h. Ester von Carbonsäuren, in welchen der Alkohol ein Polyethylenalkohol ist, auch als Polyoxyethylenglykolester bekannt). Bevorzugte Tenside mit hohem HLB-Wert sind Ethoxylatester., die mindestens 4, vorzugsweise mindestens 6, und weiter bevorzugt mindestens 10 Mol Ethylenoxid umfassen. Tenside mit einem hohen HLB-Wert, die zur Bildung von Makroemulsionen nützlich sind, schließen beispielsweise ein:
Polyoxyalkylenglykolester mit langkettigen Carbon-(d. h. Fett-)säuren, wie PEG-6-Laurat, PEG-8-Oleat, PEG-6-Stearat, PEG-10-Stearat, PEG-12-Stearat, PEG-8-Myristat etc., für die Nopacol 4-L (Henkel) (PEG-8-Laurat), Nopacol 6-L (Henkel) (PEG-12-Laurat), Witconol 2711 (PEG-8-Stearat), Witconol 2713 (PEG-20-Stearat) (Witco), etc. Beispiele sind;
Castorölethoxylate und hydrierte Castorölethoxylate, insbsondere jene, die mindestens 36 Mol Ethylenoxid, wie PEG-36-Castoröl, PEG-40-Castoröl etc. umfassen, für welche Witconol CO-360 (Witco) und DeSonic^® 36C (DeSoto) (PEG-30-Castoröl) und DeSonic^® 40C (DeSoto) und Surfactol^® 365 (ChasChem) (PEG-40-Castoröl) Beispiele sind; und
Tallölethoxylate, wie PEG-8-Tallat, PEG-20-Tallat etc., für welche Ethofat^® 242/25 (PEG-15-Tallat) (Akzo) ein Beispiel ist;
Ethoxylate der von Kokosnußöl abgeleiteten Fettsäuren, wie PEG-14-Cocoat, für welche Ethofat^® C/25 (Akzo) (PEG-15-Cocoat) ein Beispiel ist; sowie Ethoxylate von Fettsäuren, die von anderen natürlichen Quellen, wie Lanolin und Sojabohnenöl, abgeleitet sind;
Ethoxylate von Sorbitolestern von Fettsäuren; Beispiele hierfür sind Tween^® 20 (PEG-20-Sorbitanlaurat), Tween^® 40 (PEG-20-Sorbitanmonopalmitat), Tween^® 60 (PEG-20-Sorbitanstearat), Tween^® 80 (PEG-20-Sorbitanoleat), Tween^® 85 (PEG-20-Sorbitantrioleat) (ICI) und Witconol 6907 (PEG-20-Sorbitantristearat (Witco).
Amin-neutralisierte ionische Tenside können in Verbindung mit Tensiden mit hohem HLB-Wert zur Bildung von Makroemulsionen verwendet werden. Geeignete Säuren sind diejenigen, die im Fachbereich der Metallbearbeitungsschmierung als nützlich bekannt sind, vorzugsweise jene, die 6 oder mehr Kohlenstoffatome umfassen, wie Fettmono-, -di- und -tricarbonsäuren, zum Beispiel Stearinsäure, Oleinsäure, Adipinsäure, Subacinsäure und Isophthalsäure. Andere geeignete Säuren sind Polyacrylsäuren mit hohem Molekulargewicht, die mit Polyalkenylpolyether vernetzt sind, wie die von B. F. Goodrich Company als Carbopol und Pemulin vertriebenen. Bei Verwendung wird die Säure mit einem Amin, typischerweise einem Alkanolamin, insbesondere Triethanolamin, neutralisiert. Anorganische Basen sollten normalerweise nicht verwendet werden, da anorganische Kationen die Emulsion leicht destabilisieren.
Tenside mit einem HLB-Wert von weniger als 7,0 werden hierin als ”Tenside mit einem niedrigen HLB-Wert” bezeichnet. Vorzugsweise ist der HLB-Wert niedriger als 2,0. Tenside mit einem niedrigen HLB-Wert schließen ein:
Fettsäureester von Polyolen, wie die Laurate, Oleate und Stearate von Alkoholen, wie Glycerol, Ethylenglykol, Propylenglykol und Anhydrosorbitol, welches die Mono-, Di- oder, wo zweckmäßig, Triester, abgeleitet von diesen Alkoholen, sein können;
Polyethylenglykole mit hohem Molekulargewicht (d. h. mit einem Molekulargewicht von größer als 1500, wie PEG-32 und PEG-55); und
Polyoxyethylen/Polyoxypropylen-Blockcopolymere, wie Meroxapol 254 und Poloxamer 335 etc., für welche Pluronic^® L-101, Pluronic^® 22R4, Pluronic^® 31R1, Pluronic^® 1-81 (BASF), Macol^® 34 und Macol^® 108 (PPG) Beispiele sind.
”Nichtionische Alkohole” sind Tenside, welche keine Ester sind, z. B. keine Polyoxyethylenglykolester sind; ein oder mehrere freie Hydroxylgruppen besitzen; und ein relativ niedriges Molekulargewicht besitzen, erfindungsgemäß von weniger als 11000, vorzugsweise weniger als 900, so daß die freie Hydroxylgruppe oder -gruppen eine signifikante Auswirkung auf ihre Tensideigenschaften haben. Nichtionische Alkohole mit einem HLB-Wert von größer als 10 können zur Bildung von Mikroemulsionen verwendet werden. Beispiele für nicht-ionische Alkohole schließen ein:
Polyethylenglykole mit niedrigem Molekulargewicht (d. h. einem Molekulargewicht von etwa 200 bis 1000), wie PEG-4 (PEG-200), PEG-6 (PEG-300), PEG-12 (PEG-600) etc.; Beispiele hierfür sind Carbowax^® PEG 400, Carbowax^® PEG 600 und Carbowax^® PEG 900 (Union Carbide), ICI PEG 200 (IC), Pluracol^® E 300 (BASF);
Ethoxylate von natürlichen und synthetischen geradkettigen oder verzweigtkettigen Alkoholen, insbesondere von Alkoholen, die mindestens 8 Kohlenstoffatome, wie PEG-8-Laurylether, PEG-10-Laurylether, PEG-12-Cetylether, PEG-10-Oleylether, PEG-10-Myristylether, PEG-10-Kokosnußalkohol etc. umfassen; Beispiele hierfür sind Macol^® LA-12, Macol^® TD-12 (PPG), Brij^® 56 (ICI), Brij^® 58 (ICI), Surfonic^® L24-9 (Texaco), Neodol^® 25-9, Neodol^® 25-12, Neodol^® 45-13 (Shell) und Genapol^® C-200 (Hoechst Celanese); und
Ethoxylate von Alkylphenolen, insbesondere jene, die mindestens sieben Mol Ethylenoxid enthalten, wie PEG-7-Nonylphenylether, PEG-10-Nonylphenylether, PEG-9-Octylphenylether, PEG-16-Octylphenylether, PEG-9-Dodecylphenylether etc.; Beispiele hierfür sind Witconol NP-90, Witconol OP-90, Witconol NP-110, Igepal^® CA-630, Igepal^® CA-720, DeSonic^® D9, Tergitol^® NP-7, Renex^® 688, Sellig 08-100, Sellig 09-100, Sellig 011-100, Sellig 012-100, Triton^® X-100, Triton^® X-114, Triton^® X-120 und Triton^® X-305.
Die Schmiermittelzusammensetzungen können ein oder mehrere zusätzliche Komponenten umfassen, die in dem Fachbereich üblich sind, wie Antipilzmittel, antibakterielle Mittel, Farbstoffe, Korrosionsinhibitoren etc. Die Beschaffenheit dieser Komponenten und die Mengen, in welchen sie vorhanden sind, wird durch die gewünschte Verwendung der Zusammensetzung bestimmt. Diese zusätzlichen Komponenten können in die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zu jedem geeigneten Zeitpunkt eingeführt werden. Alternativ können diese in die verdünnte Schmiermittelzusammensetzung gemischt werden, nachdem die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung verdünnt wurde, jedoch bevor die verdünnte Schmiermittelzusammensetzung verwendet wird.
Der pH-Wert der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung ist vorzugsweise alkalisch, weiter bevorzugt zwischen 7,5 und 9,5. Wo erforderlich, kann die Emulsion eine Base, vorzugsweise eine organische Base, in einer Menge enthalten, die wirksam ist, um den pH-Wert auf den bevorzugten Bereich einzustellen. Bevorzugte Basen sind Amine, wie Alkanolamine, insbesondere Triethanolamin. Anorganische Basen sollten normalerweise nicht verwendet werden, um den pH-Wert der Zusammensetzung zu erhöhen, weil anorganische Kationen dazu neigen, die Emulsion zu destabilisieren.
Konzentrierte Schmiermittelzusammensetzungen können als Makroemulsionen hergestellt werden, die bis zu etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise etwa 5 bis 15 Gew.-%, Phosphatester unter Verwendung von Tensiden mit einem hohen. HLB-Wert enthalten. Die Zusammensetzung sollte etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-%, typischerweise 2,5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, des Tensids mit einem hohen HLB-Wert enthalten. Das Verhältnis (auf Gewichtsbasis) des Tensids mit einem hohen HLB-Wert zu dem Phosphatester und, falls vorhanden, dem Hochdruckadditiv, beträgt typischerweise etwa 0,5:1 bis 2:1, noch üblicher etwa 0,8:1 bis 1,25:1, noch üblicher etwa 1:1. Wenn das Verhältnis 1:1 beträgt, umfaßt die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-% Phosphatester und, sofern vorhanden, Hochdruckadditiv, etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-% Tensid mit einem hohen HLB-Wert. Der Rest sind andere Bestandteile und Wasser. Wenn ein Amin-neutralisiertes ionisches Tensid in Verbindung mit einem Tensid mit einem hohen HLB-Wert ist, verwendet wird, um eine Makroemulsion zu erhalten, werden zwischen etwa 0,05 und etwa 15 Gew.-% der Säure in der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung verwendet. Ausreichend Amin wird verwendet, um den pH-Wert zwischen 7,5 bis 9,5 einzustellen.
Tenside mit einem hohen HLB-Wert und einem niedrigen HLB-Wert können jeweils in Verbindung mit nicht-ionischen Alkoholen verwendet werden, um konzentrierte Schmiermittelzusammensetzungen als Mikroemulsionen zu bilden. Wenn eine Mikroemulsion gebildet wird, umfassen der Phosphatester und, sofern vorhanden, das Hochdruckadditiv bis zu etwa 30 Gew.-%, typischerweise etwa 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise etwa 15 bis 30 Gew.-%, der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung; das Tensid und nicht-ionischer Alkohol umfassen zusammen etwa 10 bis 60 Gew.-%, typischerweise 20 bis 60 Gew.-% der Zusammensetzung; und das Verhältnis (Gewichtsbasis) des gesamten Tensids und des nicht-ionischen Alkohols zu dem gesamten Phosphatester und, sofern vorhanden, dem Hochdruckadditiv, beträgt etwa 2:1 bis 12:1, vorzugsweise 3:1 bis 10:1, weiter bevorzugt 4:1 bis 8:1. Sofern vorhanden, beträgt das Hochdruckadditiv vorzugsweise bis zu etwa 10 Gew.-% der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung. Der Rest sind andere Bestandteile und Wasser.
Die im Rahmen der Ansprüche geeignete Kombination von Phosphatester, Tensid mit hohem oder niedrigem HLB-Wert oder eine Tensidkombination, und nicht-ionischer Alkohol oder eine Kombination von nicht-ionischen Alkoholen zur Herstellung der gewünschten Schmiermittelzusammensetzung kann durch Routineexperimente bestimmt werden. Im allgemeinen hängt die Menge von Phosphatester, die in der Mikroemulsion einer konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung verwendet werden kann, sowohl von dem Tensidtyp als auch von dem Verhältnis der Menge des nicht-ionischen Tensids in der Zusammensetzung (in Gew.-%) zu der Menge an nicht-ionischem Alkohol in der Zusammensetzung (in Gew.-%) ab. Dieses Verhältnis wird als K_m bezeichnet. Die 1 zeigt eine graphische Darstellung bzw. Kurve der Menge des in einer konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung eingebrachten Phosphatesters gegenüber K_m. Typischerweise hängt diese Kurve mehr von der Beschaffenheit des nicht-ionischen Tensids als von der Beschaffenheit des nicht-ionischen Alkohols ab.
Wenn ein Tensid mit hohem HLB-Wert verwendet wird nimmt die Menge an Phosphatester, die in der Emulsion verwendet werden kann, mit steigendem K_m zu. Die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung wird als klare, transparente Mikroemulsion geringer Viskosität erhalten, die nach Bedarf für den Metallbearbeitungsvorgang verdünnt werden kann. Wenn ein Tensid mit einem niedrigen HLB-Wert verwendet wird, nimmt die Menge an Phosphatester, die in der Emulsion verwendet werden kann, mit steigendem K_m ab. Die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung wird als klare, transparente Mikroemulsion mit einer hohen Viskosität erhalten, welche nach Bedarf für den Metallbearbeitungsvorgang verdünnt werden kann.
Wie für einen Fachmann in dem Bereich offensichtlich wird, können unterschiedliche Schmiermittelzusammensetzungen, welche unterschiedliche Kombinationen und Anteile von Bestandteilen umfassen, besonders für verschiedene Metallbearbeitungsvorgänge geeignet sein.
Allgemein umfassen die zusätzlichen Komponenten, d. h. Antipilzmittel, antibakterielle Mittel, Farbstoffe, Korrosionsinhibitoren etc. zusammen typischerweise weniger als 5 Gew.-% der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung.
Um die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung als Mikroemulsion herzustellen, werden das Tensid und der Phosphatester zusammen gemischt und Wasser wird zugesetzt. Wenn eine Schmiermittelzusammensetzung mit hoher Viskosität gewünscht wird, sollte ein Tensid mit einem niedrigen HLB-Wert verwendet werden. Wenn eine Schmiermittelzusammensetzung mit niedriger Viskosität gewünscht wird, sollte ein Tensid mit einem hohen HLB-Wert verwendet werden. Der nicht-ionische Alkohol wird zugesetzt, typischerweise unter leichter Erwärmung (30–50°C) und mäßigem Bewegen, bis sich eine klare Mikroemulsion bildet. Die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung kann gelagert werden und nach Bedarf für Metallbearbeitungsanwendungen verdünnt werden.
Bei der Anwendung wird die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung verdünnt, um eine verdünnte Schmiermittelzusammensetzung zu bilden. Der Verdünnungsgrad schwankt mit der Zusammensetzung der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung (d. h. der Menge des Triarylphosphatesters in der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung etc.), der Beschaffenheit und der Schwierigkeit des Metallbearbeitungsvorgangs und der Art und Weise, in welcher die Schmiermittelemulsion angewandt werden soll. Die Verdünnung ist typischerweise etwa 1 Teil konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zu etwa 100 Teile verdünnte Zusammensetzung (d. h. etwa 1% konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung in der verdünnten Zusammensetzung) zu etwa 50 Teile konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zu etwa 100 Teile verdünnte Zusammensetzung (d. h. etwa 50% konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung in der verdünnten Zusammensetzung), noch typischer etwa 5 bis 25 Teile konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zu etwa 100 Teile verdünnte Schmiermittelzusammensetzung, noch typischer etwa 10 bis 15 Teile konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zu etwa 100 Teile verdünnte Zusammensetzung.
Die verdünnte Schmiermittelzusammensetzung wird durch Dispergieren der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung in Wasser, unterstützt durch ein starkes Bewegen durch herkömmliche Impeller oder Ultraschallgeräte, hergestellt. Obwohl diese Zusammensetzung als ”verdünnte Schmiermittelzusammensetzung” beschrieben ist, kann sie durch andere Methoden hergestellt werden, wie durch Mischen der Komponenten in den erforderlichen Mengen, an Stelle der Verdünnung einer zuvor hergestellten konzentrierten Schmiermittelzusammensetzung. Da die verdünnte Schmiermittelzusammensetzung typischerweise relativ bald nach ihrer Herstellung verwendet wird, muß sie keine hohe Lagerbeständigkeit aufweisen. Eine Emulsionsstabilität bei Raumtemperatur (Lagerbeständigkeit) von mindestens einem Monat, eine Hochtemperaturbeständigkeit von mindestens einem Tag und eine Niedrigtemperaturstabilität von mindestens einem Tag sind allgemein ausreichend.
Zusammen machen der Triarylphosphatester und, sofern vorhanden, das Hochdruckadditiv typischerweise 0,01 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Gew.-% der verdünnten Schmiermittelzusammensetzung aus. Die anderen Komponenten liegen im Verhältnis zu der Konzentration des Triarylphosphatesters vor. Wenn zum Beispiel eine Kombination aus nicht-ionischem Tensid und einem nicht-ionischen Alkohol verwendet wird, machen das Tensid und der nicht-ionische Alkohol zusammen 0,02 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 18 Gew.-%, weiter bevorzugt 2 bis 9 Gew.-%, der verdünnten Schmiermittelzusammensetzung aus. Wenn ein Tensid mit hohem HLB-Wert ohne einen nicht-ionischen Alkohol verwendet wird, umfaßt das HLB-Tensid 0,05 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 bis 2,0 Gew.-%, der verdünnten Schmiermittelzusammensetzung.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Zusammensetzungen sind besonders als Schmiermittel in Metallbearbeitungsverfahren nützlich. Diese Schmiermittel sind allgemein auf die Bearbeitung von Eisen- und Nichteisenmetallen und Legierungen, insbesondere Kohlenstoffstahl und Aluminium, anwendbar.
Das Schmiermittel wird in einem Metallbearbeitungsverfahren durch Kontaktieren des zu bearbeitenden Metalls und/oder der Metallbearbeitungsgerätschaft mit einer wirksamen schmierende Menge der verdünnten Schmiermittelzusammensetzung durch eine beliebige herkömmliche Methode, wie Besprühen, Beschichten, Fluten, Eintauchen etc., verwendet. Wie für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich wird, ist eine wirksame schmierende Menge die Menge an Schmiermittelzusammensetzung, die erforderlich ist, um eine wirksame Schmierung während des Metallbearbeitungsverfahrens zu erzielen. Eine wirksame Schmierung ist die Schmiermenge, welche ein Festfressen des Werkzeugs verhindert und einen übermäßigen Werkzeugverschleiß verhindert. Ein Festfressen des Werkzeugs während der Metallbearbeitung ist ein besonders ernstes Problem, da ein Festfressen allgemein zu einem Bruch des Werkzeugs führt. Eine kontinuierliche Zirkulation und Reinigung der Schmiermittelzusammensetzung ist ratsam und bevorzugt; eine Abfuhr von angesammelter Wärme durch Wärmeaustausch ist manchmal erforderlich. Am Ende des Metallbearbeitungsverfahrens wird die Schmiermittelzusammensetzung von dem Metall durch chemische oder mechanische Reinigung beseitigt.
Die vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung können unter Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiele, welche die Erfindung veranschaulichen, aber nicht einschränken, beobachtet werden.
BEISPIELE

Glossar

Basestick 810	Pentaerythritolfettsäureester, Viskosität bei 210°F von etwa 2 cSt (Sauffer)
BPP	Mischung aus etwa 29,5% Tri(t-butylphenyl)phosphat, etwa 49% Di(t-butylphenyl)monophenylphosphat, etwa 20% Mono(t-butylphenyl)diphenylphosphat und weniger als etwa 5% Triphenylphosphat)
Mobil Met S 122	Kommerziell verfügbares Metallbearbeitungsschmiermittel auf Ölbasis (Mobil)
Pemulin TR2	Polyacrylsäure mit hohem Molekulargewicht, vernetzt mit Polyalkenylpolyether (B. F. Goodrich)
Pluronic^® 31R1	Polyoxyethylen/Polyoxypropylen-Blockcopolymer (HLB = 1,7) (BASF)
Triton^® X-100	Octoynol-9 (PEG-9-Octylphenylether, HLB = 13,5) (Union Carbide)
Tween^® 80	Polyoxyethylensorbitanmonooleat (HLB = 15) (ICI)
Witconol 14	Polyglycerol-4-oleat (HLB = 9,4) (Witco)

Alle Teil- und Prozentangaben sind gewichtsbezogen und alle Temperaturangaben sind in °C, wenn nichts anderes angegeben ist.
Beispiele 1–8
Es wurde eine Reihe von konzentrierten Schmiermittelzusammensetzungen hergestellt und einer Bewertung unterzogen. Wo erforderlich, wurden die Bestandteile unter leichter Erwärmung und Bewegung kombiniert, bis sich eine stabile Lösung oder Emulsion bildete.
Beispiel 1 ist ein Vergleichsbeispiel, in dem ein kommerziell verfügbares Schmiermittel auf Ölbasis zur Anwendung kommt.
Beispiel 2 ist ein auf Beispiel 1 basierendes Vergleichsbeispiel von Berens, US-Patent 4 362 634 A . Um die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zu bilden, wurden 80 Gewichtsteile einer Mischung aus 95 Gewichtsteilen Basestick 810 und 5 Gewichtsteilen BPP in einem Mischer mit 20 Gewichtsteilen Witconol 14 vermischt, um die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zu bilden, die 4 Gewichtsteile Phosphatester, 76 Gewichtsteile Pentaerythritolfettester und 20 Gewichtsteile Tensid enthielt. Die konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung (15 Gewichtsteile) und Wasser (85 Gewichtsteile) wurden in einem Mischer bei hoher Geschwindigkeit 1 Minute lang vermischt, um eine verdünnte Schmiermittelzusammensetzung zu bilden, welche 0,6 Gewichtsteile Phosphatester, 11,4 Gewichtsteile Pentaerythritolfettsäureester und 3 Gewichtsteile Tensid und 85 Gewichtsteile Wasser enthielt. Die verdünnte Schmiermittelzusammensetzung war eine milchige, weißbraune Emulsion, die sich rasch absonderte.
Die Beispiele 3 und 4 sind Vergleichsbeispiele von Schmiermittelemulsionen, die keinen Phosphatester enthalten.
Die Beispiele 7 und 8 sind Beispiele der Erfindung, die Beispiele 5 und 6 sind nicht erfindungsgemäß. In den Beispielen 5 und 6 umfassen die Schmiermittelzusammensetzungen ein Tensid mit einem hohen HLB-Wert (Tween^® 80) und ein Amin-neutralisiertes anionisches Tensid. In den Beispielen 7 und 8 enthalten die Schmiermittelzusammensetzungen ein Tensid mit einem niedrigen HLB-Wert (Pluronic^® 31R1) und einen nicht-ionischen Alkohol (Triton^® X-100).
Die Stabilität jeder verdünnten Schmiermittelzusammensetzung wurde bei Raumtemperatur (25°C), bei einer hohen Temperatur (75°C) und einer niedrigen Temperatur (–15°C) gemessen. Jede verdünnte Schmiermittelzusammensetzung wurde bei der angegebenen Temperatur gelagert, bis Anzeichen einer Absonderung festzustellen waren. Die Zusammensetzung war stabil, wenn keine Deemulgierung, d. h. Phasentrennung, festzustellen war. Ein ”+” gibt an, daß eine Zusammensetzung bis zu und über die angegebene Anzahl an Tagen hinaus stabil war.

Die Leistung der verdünnten konzentrierten Schmiermittelzusammensetzungen wurde unter Anwendung des Dorn-und-Winkel-Block-Tests (Pin and Vee Block Test), welcher gemäß ASTM D2670 mit den folgenden Variationen durchgeführt wurde, gemessen: das Schmiermittel wurde zunächst auf etwa 120°F (etwa 49°C) erwärmt, die Belastung wurde auf etwa 300 lb (etwa 136 kg) erhöht und 2 Minuten gehalten, die Belastung wurde anschließend auf etwa 1000 lb (etwa 454 kg) erhöht und 2 Minuten gehalten, und die Belastung wurde in Zuwächsen von etwa 250 lb (113 kg) erhöht, wobei in jeder Stufe 2 Minuten lang innegehalten wurde, bis es zu einem Versagen kam. Eine Dorn-und-Winkel-Block-Test-Einheit ähnelt am meisten einem Bohrvorgang. Der Test ermittelt, ob die Schmiermittelzusammensetzung einer hohen Belastung oder Kontaktbeanspruchung ohne Festfressen (Versagen) widerstehen kann. Im Gegensatz zu den meisten Metallbearbeitungsvorgängen, in welchen das Werkzeug aus einem härteren Stahl als das Werkstück besteht, weisen das Werkzeug und das Werkstück in der Testmethode die gleiche Härte auf. Die Gesamtabnutzung bzw. der Gesamtverschleiß ist eine Massen-Gleichgewicht-Messung der Menge des von dem Werkzeug während des Tests abgescheuerten Metalls. Die Resultate sind in Tabelle 1 angegeben. ”DI-Wasser” ist entionisiertes Wasser. Tabelle 1

Komponente	1	2	3	4	5*	6*
Mobil Met S 122	100
Beispiel von USP 4362434		100
Inaktiver Schwefel (Lubrizol 5346)			10
Chloriertes Paraffin (Paroil 140)				10
BPP					20	20
Triphenylphosphorthionat						10

Nicht-ionische Tenside und nicht-ionische Alkohole
Tween^® 80					10	10
Polyethylenglykol 1000 MG			40	40

Anionisches (Amin-neutralisiertes) Tensid
Pemulin TR-2					1	1
Triethanolamin			20	20	10	10

DI-Wasser			30	30	59	49

%-Verdünnung in H₂O (Gew.-%)	5,0⁽¹⁾	15,0	10,0	10,0	5,0	5,0
Emulsionstyp	Makro	Makro	Makro	Makro	Makro	Makro

Stabilität (Tage)
Raumtemperatur (25°C)	5+	< 1	< 1	4+	10+	10+
Hohe Temperatur (75°C)	5+	< 1	< 1	n/a	5+	5+
Niedrige Temp. (–15°C)	5+	< 1	< 1	n/a	5+	5+

Metallbearbeitungsleistung
Maximale Belastung vor dem Fehlversagen (lb)	1750	2000	2250	2250	1750	2500
Gesamtverschleiß (Gew.-%)	2,68	1,11	2,19	3,30	3,01	0,50
Korrosion direkt nach dem Test	mild	keine	mild	mild	keine	keine
Korrosion nach 5 Tagen	mild	keine	stark	stark	keine	keine

[1] – Volumenprozent, wie empfohlen vom Hersteller zur optimalen Leistung
* keine erfindungsgemäßen Beispiele

Komponente	7	8
BPP	10	6,6
Triphenylphosphorthionat		3,4

Nicht-ionische Tenside und nicht-ionische Alkohole
Pluronic^® 31R1	30	30
Triton^® X-100	30	30

DI-Wasser	30	30

%-Verdünnung in H₂O (Gew.-%)	10	10
Emulsionstyp	Mikro	Mikro

Stabilität (Tage)
Raumtemperatur (25°C)	10+	4
Hohe Temperatur (75°C)	< 1	< 1
Niedrige Temp. (–15°C)	5+	< 1

Metallbearbeitungsleistung
Maximale Belastung vor dem Fehlversagen (lb)	2250	2250
Gesamtverschleiß (Gew.-%)	2,11	0,27
Korrosion direkt nach dem Test	keine	keine
Korrosion nach 5 Tagen	keine	keine

Die Anzahl der Verschleißzahnung, die zur Aufrechterhaltung der Belastung in jeder Stufe erforderlich war, wurde aufgezeichnet (WT), das durchschnittliche Drehmoment in jeder Stufe T (lbf) wurde berechnet, und die durchschnittliche Proben-Temperatur wurde in jeder Stufe gemessen. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 2 dargelegt. ”F” (Fehlversagen) bedeutet, dass ein Festfressen des Werkzeuges auftrat. Tabelle 2

* keine erfindungsgemäßen Beispiele

Stufe-zu-Stufen-Daten: Drehmoment (T-lbf), Proben-Temp. (ST-°F) & Verschleißzahnung (WT = Wear Teeth) in der Stufe
	7			8
	T	ST	WT	T	ST	WT
1 (1000 lb)	46	195	5	49	200	6
2 (1250 lb)	53	198	11	45	195	1
3 (1500 lb)	55	194	15	42	191	3
4 (1750 lb)	55	191	20	49	199	7
5 (2000 lb)	73	188	40	53	213	24
6 (2250 lb)	75	195	45	53	218	33
7 (2500 lb)	F	F	F	F	F	F
8 (2750 lb)

Beispiel 9

Dieses Beispiel belegt beispielhaft die Erzeugung von konzentrierten Schmiermittelzusammensetzungen unter Verwendung von (1) einer Mischung von Tween^® 80 (HLB = 15), eines nicht-ionischen Tensids mit einem hohen HLB-Wert und Triton^® X-100, einem nicht-ionischen Alkohol, und (2) einer Mischung von Pluronic^® 31R1 (HLB = 1,7), einem nicht-ionischen Tensid, und Trition^® X-100, einem nicht-ionischen Alkohol. K_m ist das Verhältnis des Tensids (in Gew.-%) zu dem nicht-ionischen Alkohol (in Gew.-%). Die in Tabelle 3 gezeigten Ergebnisse sind in der 1 zusammengefaßt. Tabelle 3

BPP	H₂O	Tween^® 80	Pluronic^® 31R1	Triton^® X-100	Polyglykol MW = 200	K_m	Emulsionst Tween^® 80	Emulsionstyp: P31R1
3,83	49,73	1,48	0	44,96	0	0,033	Mikro
4,27	64,23	2,66	0	23,53	5,31	0,092	Mikro
9,22	39,98	4,91	0	45,89	0	0,107	Mikro
13,63	54,51	3,41	0	28,46	0	0,119	Mikro
20,84	41,68	6,91	0	30,56	0	0,226	Mikro
22,24	33,37	6,61	0	37,78	0	0,175	Mikro
25,01	50,02	4,16	0	20,81	0	0,199	Mikro
28,16	28,16	11,3	0	32,37	0	0,349	Mikro
30,06	30,06	5,01	0	34,87	0	0,143	Makro
29,94	29,94	7,49	0	32,64	0	0,229	Makro
8	42,59	15,94	0	33,47	0	0,476	Makro
21,8	34,7	0	16,27	27,1	0	0,600		Mikro
17,2	25,8	0	25,8	31,2	0	0,826		Mikro
10	30	0	30	30	0	1,000		Mikro
12,73	12,73	0	38,38	36,17	0	1,061		Makro

Die 1 zeigt, dass Mikroemulsionen mit spezifischen Verhältnissen von Phosphatester, nicht-ionischem Tensid und nicht-ionischem Alkohol gebildet wurden. Für Tween^® 80, dem Tensid mit hohem HLB-Wert, nimmt die Menge des Phosphatesters in der Mikroemulsion mit zunehmendem K_m zu. Für Pluronic^® 31R1, dem Tensid mit niedrigem HLB-Wert, nimmt die Menge des Phosphatesters in der Mikroemulsion mit zunehmendem K_m ab.
Jede der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzungen, sowohl die Makroemulsionen als auch die Mikroemulsionen, waren für mindestens einen Monat bei Raumtemperatur stabil. Die verdünnten Schmiermittelzusammensetzungen, die durch Verdünnen von 10 Teilen von jeder der konzentrierten Schmiermittelzusammensetzungen auf 100 Teile mit Wasser hergestellt worden waren, waren ebenfalls für mindestens einen Monat bei Raumtemperatur stabil.
Nach dem Beschreiben der Erfindung beanspruchen wir nun das folgende und dessen Äquivalente.

Claims

Konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung zur Verwendung in Metallbearbeitungsvorgängen, wobei die Zusammensetzung folgendes umfasst: einen neutralen dreifach substituierten Phosphatester der Formel I: PO(OR₁)(OR₂)(OR₃) I in welcher R₁, R₂ und R₃, die das selbe oder verschieden sein können, jeweils (a) für eine Arylgruppe, (b) für eine substituierte Arylgruppe, substituiert mit 1 bis 3 Alkylgruppen, wobei jede Alkylgruppe unabhängig voneinander 1 bis 6 Kohlenstoffe enthält; oder (c) für eine Alkylgruppe, die 3 bis 18 Kohlenstoffatome umfasst, stehen; gegebenenfalls ein Hochdruckadditiv; ein Tensid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: a) Tensid, das kein nichtionischer Alkohol ist, mit einem HLB-Wert von größer als 12 und b) Tensid mit einem HLB-Wert von weniger als 7; einen nicht-ionischen Alkohol mit einem Molekulargewicht von weniger als 1000; und Wasser; wobei: der Phosphatester und das Hochdruckadditiv zusammen 5 bis 30 Gew.-% der Zusammensetzung ausmachen; das Tensid und der nichtionische Alkohol zusammen 10 bis 60 Gew.-% der Zusammensetzung ausmachen; das Verhältnis des Gesamtgewichts des Tensids und des nicht-ionischen Alkohols zu dem Gesamtgewicht des Phosphatesters und des Hochdruckadditivs 2:1 bis 12:1 beträgt; und die Zusammensetzung eine Emulsion ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei der Phosphatester ein Triarylphosphatester ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Phosphatester eine Mischung eines Tri(alkylphenyl)phosphats, eines Di(alkylphenyl)monophenylphosphats, eines Mono(alkylphenyl)diphenylphosphats und Triphenylphosphatsist, worin jede Alkylgruppe ein bis sechs Kohlenstoffatome enthält.
Zusammensetzung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zusammensetzung bis zu 10 Gew.-% eines Hochdruckadditivs umfasst.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 4, wobei das Hochdruckadditiv Triphenylphosphorthionat ist.
Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der nicht-ionische Alkohol aus der Gruppe gewählt wird, bestehend aus niedermolekulargewichtigen Polyethylenglykolen, Ethoxylaten von geradkettigen und verzweigtkettigen Alkoholen, die mindestens acht Kohlenstoffatome umfassen, und Ethoxylaten von Alkylphenolen, welche mindestens sieben Mol Ethylenoxid umfassen.
Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tensid ein Tensid mit einem HLB-Wert von größer als 12 ist.
Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung zusätzlich ein Amin-neutralisiertes ionisches Tensid umfasst.
Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tensid mit einem HLB-Wert von größer als 12 aus der Gruppe gewählt wird, bestehend aus Polyoxyethylenglykolestern von langkettigen Carbonsäuren, Tallölethoxylaten, Castorölethoxylaten, Ethoxylaten von den Fettsäuren, die von Kokosnuss abgeleitet sind, und Ethoxylaten von Sorbitolestern von Fettsäuren.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin das Tensid ein Tensid mit einem HLB-Wert von weniger als 2,0 ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 10, worin das Tensid mit einem HLB-Wert von weniger als 7,0 oder weniger als 2,0 aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus Fettsäureestern von Polyolen, hochmolekulargewichtigen Polyethylenglykolen und Polyoxyethylen/Polyoxypropylen-Blockcopolymeren.
Konzentrierte Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Tensid ein Tensid mit einem HLB-Wert von größer als 12 ist; der Phosphatester und das Hochdruckadditiv zusammen 5 bis 20 Gew.-% der Zusammensetzung ausmachen; das Tensid 2 bis 20 Gew.-% der Zusammensetzung ausmacht; das Verhältnis des Gewichts des Tensids und des Gesamtgewichts des Phosphatesters und des Hochdruckadditivs 0,5:1 bis 2:1 beträgt; und die Zusammensetzung eine Makroemulsion ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 12, worin der Phosphatester ein Triarylphosphatester ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 12, wobei das Verhältnis des Gewichtes von dem Tensid zu dem Gesamtgewicht des Phosphatesters und des Hochdruckadditivs 0,8:1 bis 1,25:1 beträgt.
Verdünnte Schmiermittelzusammensetzung, hergestellt durch Verdünnen von 1 bis 50 Teilen einer der Zusammensetzungen der Ansprüche 1 bis 14 auf 100 Teile mit Wasser.