DE2149702A1 - Schneidfluessigkeiten und schneidoele, die polyquaternaere ammoniumsalze enthalten - Google Patents

Description

• Schneidflüssigkeiten und Schneidöle, die polyquaternäre Ammoniumsalze enthalten Die Erfindung befaßt sich mit Schneidflüssigkeiten und Schneidölen und betrifft insbesondere Massen, die zur Anwendung als Schmiermittel und Kühlmittel bei der maschinellen Bearbeitung von Metallen, Kunststoffen, Glas und dergleichen geeignet sind.
• Bei den maschinellen Bearbeitungen, beispielsweise Schneiden, Schleifen, Drehen, Milden und dergleichen wird gewöhnlich das Schneidwerkzeug und das Arbeitsmittel mit einem Kühlmittel zum Zweck der Abführung der Wärme von dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück und zum Abwaschen der Teilchen des Werkstückes, welche abgeschnitten oder abgeschliffen wurden, zusammen mit Teilchen des Schlcifmittels oder anderem Abfall und dem bei der maschinellen Behandlung gebildeten Staub geflutet oder gespult. Üblicherweise werden derartige Kühlmittel auch in Kombination mit verschiedenen Mitteln, welche Schmiereigenschaften und Eigenschaften für extremen Druck besitzen, zur Verringerung der Reibung zwischen dem Werkzeug-und dem Werkstück angewendet, insbesondere bei Arbeitsgängen, wie Gewindebohren und Schneiden. Es ist deshalb Praxis, für derartige Arbeitsgänge Schneidöle oder wässrige Massen, die Schmiermittel enthalten, beispielsweise emulgierte Zusätze auf Erdölbasis oder Nichterdölbasis, anzuwenden.
• Die Erfindung befaßt sich somit mit Massen, die Öle, Lösungen oder Emulsionen sind und die zur Verwendung als Schneidflüssigkeiten oder Schneidöle bestimmt sind.
• Eine Schneidmasse, ganz gleich ob sie eine wässrige Flüssigkeit oder ein Schneidöl ist, muß bestimmte wesentliche Anfordernisse erfüllen. Eines dieser Erfordernisse liegt darin, daß es für eisenhaltige oder kupferhaltige Metalle und Legierungen nicht korrodierend wirken darf Ein weiteres Erfordernis ist die Stabilität unter den Arbeitsbedingungen. Weiterhin gibt es eine Anzahl von sehr günstigen Eigenschaften, die ebenfalls erfüllt sein müssen, beispielsweise Freiheit von Abscheidungen uuf dem Mascbinenwerkzeug und dem Werkstück anschließend an die maschinelle Bearbeitung aufgrund der Trocknung der Flüssigkeit, Freiheit von übermäßiger Schaumbildung, Beständigkeit gegenüber Ranzigwerden, Toleranz der Flüssigkeit für eine Vielzahl von Verdünnungsmittel für hartes Wasser, so daß keine Ausfällung von Bestandteilen erfolgt, und Vermeidung von klebrigen Rückständen, die Störungen beim Betrieb des Maschinenwerkzeuges ergeben. Schließlich liegt ein wichtiges Erfordernis darin, daß die Werkstückteilchen, Schleifmittelteilchen und andere Abfallteilchen in der Schneidflüssigkeit oder dem Schneidöl leicht durch geeignete Maßnahmen entfernbar sind. Es sind bereits zahlreiche Schneidmassen bekannt, die völlig zufriedenstellend,ausgenommen die letztaufgeführte Eigenschaft, sind.
• Beim Schleifen von Materialien, insbesondere solchen wie Gußeisen, Schmiedeeisen und Molybdän, zeigte es sich, daß die Teilchen des Werkstückes, die in der Schneidflüssigkeit oder molmasse suspendiert sind, äusserst schwierig durch übliche Maßnahmen, wie Filtration, zu entfernen sind. Infolgedessen zeigen die Teilchen eine Neigung, in der Schneidmasse dispergiert festgehalten zu werden, wodurch ein undurchsichtigeR Gemisch verursacht wird, welches die Sicht des Arbeiters hemmt, und in wässrigen Massen werden Rot und störende Gerüche verursacht. Die einzige zur Verfügung stehende Lösung für dieses Problem war bisher diejenige, die Schneidmasse wegzuwerfen und sie mit frisch hergestellter zu ersetzen. Dadurch entstehen jedoch beträchtliche Kosten, insbesondere für Verbraucher mit zentralen Ereislaufsystemen, bei denen häufig Mengen in der Gegend von 40 000 bis 80 000 1 Schneidflüssigkeit gebraucht werden.
• Die schwierig abzusetzenden Teilchen von -Gußeisen und Molybdän besitzen negative Ladungen.
• Aufgrund der Erfindung ergeben sich Schneidöle und wässrige Schneidflüssigkeitsmassen, die bestimmte polyquaternäre Ammoniumsalze enthalten, worin Staub und andere Teilchen sich rasch absetzen und leicht entfernbar sind.
• Die Massen gemäß -der Erfindung umfassen übliche Schneidöle und wässrige Schneidflüssigkeiten, zu denen die nachfolgend angegebenen polgquaternären Ammoniumsalze auch zugesetzt werden können, nachdem das Schneidöl oder die wässrige Schneidflüssigkeit mit Staub oder anderen Teil chen verunreinigt wurde. Die Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zur Herstellung derartiger Massen aus Schneidölen oder wässrigen Schneidflüssigkeiten, die vorhergehend mit suspendiertem Material verunreinigt wurden, indem einfach die polyquaternären Aminoniumsalze zugesetzt werden, wodurch die Absitzung der Teilchen gefördert wird und die nächste Stufe der Entfernung der abgesetzten Teilchen erleichtert wird.
• Die erfindungsgemäßen Schneidöle und wässrigen Schneidflüssigkeiten zeigen den Vorteil,- daß das darin enthaltene feine suspendierte Material leicht absitzen kann und werden durch Zugabe einer geringen Menge, die allgemein etwa 0,001 bis 1,0 Gew.-% der Masse beträgt, der nachfolgend angegebenen polyquaternären Ammoniumsalze hergestellt.
• Die fettartigen polyquaternären Ammonlumverbindungen, die im Rahmen der Erfindung eingesetzt we#rden, besitzen die Formel worin R den Kohlenwasserstoffrest der polymeren Fettsäuren R(COOH)n, welche durch Polymerisation einer ungesättigten höheren Fettsäure erhalten wurden, R1 eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, X ein Anion, Y einen Alkylenrest mit 1 bis 8 gohlenstoffatomen, m die Zahlen 3 oder 4, n die Zahlen 2 oder 3 und p die Zahlen 0, 1 oder 2 bedeuten.
• Die polymeren Fettsäuren, von denen die quaternären Ammoniumverbindungen, die in den Schneidmitteln gemäß der Erfindung verwendet werden, sich ableiten, sind Polymerisationsprodukte von ungesättigten Fettsäuren mit 12 bis 26 Eohlenstoffatomen und besitzen im allgemeinen einen Polymerisationsgrad von 2 bis 4.
• Auch quaternäre Ammoniumverbindungen, die aus Fettsäuregemischen hergestellt wurden, die diese dimeren, trimeren oder tetrameren Säuren enthalten, sind ebenfalls brauchbar. Quaternäre Ammoniumverbindungen der zur Herstellung der neuen Schneidflüssigkeiten gemäß der Erfindung brauchbaren Art sind z. B. in den US-Patentschriften 3 073 864 und 3 299 138 angegeben. In den angegebenen Patentschriften werden spezifisch verbindungen der Formel Cl-(CH3)3N+CH2-R'-CH2N+(CH3 und und angegeben, worin R' den Kohlenwasserstoffrest der dimerisierten Linoleinsäure darstellt.
• Das Anion X kann aus irgend einem einwertigen oder mehrwertigen üblicherweise in Verbindung mit quaternären Ammoniumverbindungen eingesetzten Anion bestehen. Als Beispiele für derartige Anionen seien die Chloride. Bromide, Jodide, Methosulfate, Äthosulfate, Nitrate, Nitrite, Phosphate, Sulfate, Acetate und ähnliche Anionen aufgeführt.
• Die polymeren fettartigen quaternären Ammoniumverbindungen sind im Handel als geeignete Massen unter der Bezeichnung "Dimer XQ t50", welches das mit Methylchlorid quaternisierte dimerisierte Linoleinsäurediamin enthält, und Dimer XQ 175??, welches das mit Methylchlorid quaternisierte dimerisierte Linoleinsäurediaininopropylamin enthält, erhältlich. Die vorstehenden Massen enthalten 42 bis 50 % der quaternären Ammoniumverbindung in dem Lösungsmittel Wasser/Isopropylalkohol und stellen die bevorzugten Materialien zur Anwendung im Rahmen der Erfindung dar.
• Die bevorzugten fettartigen polyquaternären Ammoniumverbindungen werden als besonders wertvoll betrachtet, da ausser ihrer Wirksamkeit zur Entfernung des suspendierten Materials festgestellt wurde,#daß sie mild und nicht reizend für die Haut der Maschinenarbeiter sind.
• Die polyquaternären Salze können auch zu sämtlichen wässrigen Schneidflüssigkeiten oder Schneidölsystemen zugesetzt werden, womit sie verträglich sind. Die verwendeten Mengen können beträchtlich variieren. Es wird jedoch bevorzugt, daß die kleinste wirksame Menge eingesetzt wird. Beispielsweise sind Konzentrationen des polyquaternären Salzes im Bereich von 0,001 % bis 1,0 %, bevorzugt 0,001 ffi bis 0,2 %, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Schneidmasse, günstig. Es kann auch mit größeren Konzentrationen gearbeitet werden, jedoch ist dies überflüssig. Diese Konzentrationen können erhalten werden, indem die geeignete Menge des polyquaternären Salzes direkt oder in verdünnter Lösung zu der Schneidflüssigkeit oder dem Schneidöl zugesetzt wird, womit sie verträglich sind. Für zahlreiche Zwecke jedoch, insbesondere zur Herstellung von Schneidflüssigkeiten für den technischen Handel, ist es üblich und günstig, ein Schneidflüssigkeitkonzentrat herzustellen, das eine große Menge der polyquaternären Verbindung enthält. Dieses Konzentrat wird dann mit Wasser vor dem Gebrauch verdünn, so daß der vorstehend angegebene Wert der polyquaternären Verbindung erhalten wird. Konzentrate der Schneidflüssigkeiten, die 0,01 % bis etwa 2 % der polyquaternären Verbindung enthalten, erwiesen sich als günstig. Diese Konzentrate sind mit 5 bis 100 Volumen Wasser zu verdünnen, um die Arbeitskonzentration der vorstehend angegebenen polyquaternären Verbindungen zu erhalten. Das Ausmaß der Verdünnung ist von der schließlich beabsichtigten Verwendung der Schneidflüssigkeit abhängig, d. h. der Art des zu bearbeitenden Materials, der durchzuführenden Arbeitsweise und dergleichen.
• Wie vorstehend angegeben, kann der Zusatz der polyquaternären Salze zu den Schneidölen oder wässrigen flüssigen Schneidsystemen einschließlich denjenigen vom Lösungstyp und denjenigen vom Emulsionstyp erfolgen. Das gleiche Problem der Schwierigkeit der Entfernung der suspendierten Teilchen tritt bei sämtlichen Arten von Schneidmassen auf und das Problem kann nunmehr durch Zusatz von polyquaternären Salzen zu den verträglichen Systemen behoben werden.
• Die Erfindung befaßt sich hauptsächlich mit Schneidflüssigkeiten vom Lösungstyp. Die Zubereitung derartiger Massen ist auf dem Fachgebiet bekannt. Im allgemeinen enthalten sie Bestandteile, die einen Korrosionsschutz für Metalle liefern, und Bestandteile, die als Germicid wirken, um das Wachstum von unerwünschten Mikroorganismen zu verhindern, welche Gerüche in den Schneidlösungen verursachen. Jedoch ist ein Germicid nicht notwendig, da sich die quaternären Ammoniumverbindungen selbst von germicider Aktivität zeigten.
• Im allgemeinen können Zusätze für verschiedene Zwecke enthalten sein, falls eine Unverträglichkeit vermieden wird. Bestimmte übliche Zusätze für Schneidflüssigkeiten sind anionisch und mit den kationischen quaternären Ammoniumverbindungen unverträglich. Materialien, wie phenolische Verbindungen, die anionisch sind und üblicherweise als Germicide in Schneidflüssigkeiten verwendet werden, dürfen deshalb nicht in den Massen gemäß der Erfindung enthalten sein.
• Die Korrosionsbeständigkeit bei eisenhaltigen Metallen wird typischerweise durch Zusatz einer Kombination eines Alkalinitrits und eines wasserlöslichen niedrigen Alkanolamins erzielt. Natr#umnitrit stellt das bevorzugte Nitrit dar und als Alkanolamin kann Monoäthanolamin, Diäthanolamin und Triäthanolamin oder deren Salze verwendet werden. Triäthanolamin wird bevorzugt, jedoch werden häufig im Interesse einer Kostenverringerung Materialien von niedrigerer Reinheit, die einen großen Anteil an Triäthanolamin zusammen mit Monoäthanolamin und Diäthanolamin und anderen Verunreinigungen enthalten, verwendet.
• Das Alkalinitrit kann in Mengen von etwa 5 % bis etwa 40 % der gesamten Konzentratmasse vorliegen. In gleicher Weise kann das Alkanolamin in Mengen von 5 % bis etwa 40 % der Masse vorliegen. Ein besonders brauchbares Schneidflüssigkeitskonzentrat enthält: Alkalinitrit 15 - 22 Gew.-% Triäthanolamin 18 - 28 Gew.-% fettartige polyquaternäre Verbindung 0,01- 2 Gew.-% Wasser 50 - 67 Gew.-% Wie vorstehend angegeben, ist dieses Konzentrat zur Verdünnung mit der 5- bis 100-fachen Menge Wasser vor dem Gebrauch als Schneidflüssigkeit bestimmt.
• In einigen Fällen kann es günstig sein, Zusätze zuzufügen, die einen spezifischen Korrosionswiderstand von anderen Metallen ergeben. Beispielsweise kann die Korrosion von Kupfer durch eine Anzahl von Materialien auf ein Minimum gebracht werden, die den Fachleuten auf dem Kühlmittelgebiet geläufig sind, beispielsweise Benzotriazole.
• Germicide Mittel können zur Unterstützung der quaternären Ammoniumverbindungen hinsichtlich der Hemmung des Wachstums von Mikroorganismen zugesetzt werden, die Gerüche der Schneidflüssigkeit ergeben, nachdem die Flüssigkeit eine Zeitlang im Kreislauf geführt wurde. Eine große Zahl dieser germiciden Mittel ist bekannt. Borsäure und Boroxide sind Beispiele für Materialien, die zur diesem Zweck brauchbar sind. Die vorstehend angegebenen germiciden Mittel sind, falls vorhanden, in Mengen von etwa 0,05 bis etwa 3,0 % der Konzentratmasse vorhanden.
• Bevorzugt werden etwa 0,05 bis 1,5 % verwendet.
• Andere Zusätze wie Parfüme und Farbmaterialien können zu der Schneidflüssigkeitsmasse gewünschtenfalls zugesetzt werden. Die Flüssigkeiten werden vorzugsweise in konzentrierter Form angseezt, d. h. mit der minimalen Menge an Wasser, die zur Auflösung sämtlicher Bestandteile erforderlich ist. Die lconzentrierten lösungen tönnen dann auf die geeignete Arbeitsstärke vom Verbraucher verdünnt werden.
• Die Erfindung befaßt sich hauptsächlich mit spezifischen Flüssigkeiten und der Vermeidung von Hautreizungen. Bestimmte Massen dienen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Erfindung.
• Die folgenden erläuternden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, wobei Teile und Prozentsätze auf das Gewicht bezogen sind, falls nichts anderes angegeben ist.
• Beispiel 1 Dieses Beispiel erläutert das erfindungsgemäße Vorgehen in Verbindung mit einer wässrigen Schneidflüssigkeit.
• Ein Schneidlösungskonzentrat wurde aus folgenden Bestandteilen hergestellt: Natriumnitrit 22 Gew.-Teile Triäthanolamin 28 Gew.-Teile Wasser 50 Gew.-Teile Die Schneidlösung wurde auf das Fünfzigfache mit Wasser verdünnt und zu einer Versuchskreislaufschleifeinheit, die mit Filtrationseinrichtung ausgestattet war, von etwa 950 1 Inhalt (250 gallon) zugeführt. Mit dem Schleifarbeitsgang wurde begonnen und nach etwa 4 Stunden wurde festgestellt, daß die Lösung mit etwa 0,6 % an suspendiertem Feststoffmaterial verunreinigt war. Das Material XQ 150 (42 bis 50 % eines mit Methylchlorid quaternisierten dimeren Diamins, gelöst in einem Lösungsmittelgemisch aus Isopropylalkohol und Wasser, das durch General Mills, Inc.
• im Handel ist) wurde in einem Verhältnis von 1 Teil auf 8000 Volumen-Teile zugesetzt. Die Lösung wurde weitere 4 Stunden im Kreislauf geführt und erneut der Schmutzgehalt bestimmt, wobei das Schleifen fortgesetzt wurde. Der Zusatz von XQ 150 wurde zweimal wiederholt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt: Zusätze an XQ 150 angesammelte (50 % in Wasser/ Gew.-% der vor-Zeit Schmutzgehalt Isopropylalkohol) handenen quaternären Verbindung 0 0,6 % 1/8000 0 4 Std. 0,4 % ~ 0,00625 8 Std. 0,35 % 1/8000 0,00625 12 Std. 0,35 % ~ 0,01350 16 Std. 0,35 % 1/1000 0,01350 20 Std. 0,01 % - 0,06350 Der Schmutzgehalt wurde bestimmt, indem eine aus der im Kreislauf gehaltenen Flüssigkeit genommene Probe von 100 ml in einem lEO, Modell 2, Größe 2, Model E bei 5500 Umdrehungen/Min. während eines Zeitraums von 10 Minuten zentrifugiert wurde.
• Beim Vergleichsversuch wurde der Zusatz von XQ 150 weggelassen. Es trat dabei keine signifikante Änderung des Schmutzgehaltes ein, der im Bereich von 0,60 bis 0,79 % im Verlauf des Versuches während 24 Stunden verblieb.
• Beispiel 2 In diesem Beispiel ist die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Vorgehens bei einer großtechnischen Anwendung gezeigt.
• Die Anwendung des Zusatzes XQ 150 wurde technisch mit einem zentralen Kreislaufsystem von 266 000 1 (70 000 gallon) getestet. Bei wöchentlichen Zusätzen von 1/1000 wurde der nicht abgesetzte Schmutzgehalt bei einem Wert unterhalb 0,05 % im Vergleich zu 0,40 % bis 0,75 % vor der Anwendung von XQ 150 gehalten. Es wurde kein Anzeichen von Hautreizung bei den Arbeitern festgestellt.
• Beispiel 3 In diesem Beispiel ist die Entfernung des suspendierten Materials aus den Schneidölen gemäß der Erfindung belegt.
• Ein mit suspendierten Schmutz- und Metallschnitzeln verunreinigtes Schneidöl wurde in zwei Teile unterteilt. Der erste Teil A des Öles wurde nicht zentrifugiert und der zweite Teil B wurde zentrifugiert, um so viel suspendiertes Material als mögllflh zu entfernen. Die Teile wurden im Verhältnis 50/50 mit einem Lösungsmittel aus Naphthabasis zur Verringerung der Viskosität und zur leichteren Handhabung und Ablesung der Ergebnisse verdünnt. Zu den Prcben jeweils des Teiles A und B wurde das Material XQ 150 von General Mills (s. Beispiel 1) in Konzentrationen von 0,5, 1,0, 2,0 und 3,0 Volumenprozent zugegeben. Die Proben wurden über Nacht stehengelassen. Sie wurden dann zur Bestimmung des Wertes der Schmutzentfernung zentrifugiert. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengefaßt, woraus es sich ergibt, daß der Zusatz des kationischen oberflächenaktiven Mittels sogar zu dem zentrifugierten Teil B ein Absetzen von zusätzlichem suspendierten Material verursacht.
• Tabelle 1 Gew.-% % Schmutz entfernung % Schmutz entfernung XQ 150 aus dem Teil A aus dem Teil B 0 0 0 0,5 1,5 0,5 1,0 2,0 0,5 2,0 2,0 0,5 2,5 2,5 0,5 Vorstehend wurde die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, wobei Variierungen und Modifizierungen vorgenommen werden können.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Masse mit guten Schmutzabsetzeigenschaften, beziehend aus einem Schneidöl oder einer wässrigen Schneidflüssigkeit und einem fettartigen polyquaternären Ammoniumsalz der Formel worin R den Kohlenwasserstoffrest einer polymeren Fettsäure R(COOH)n, welche durch Polymerisation einer ungesättigten höheren Fettsäure erhalten wurde, R1 eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, X ein Anion, Y einen Alkylenrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, m die Zahlen 3 oder 4, n die Zahlen 2 oder 3 und p die Zahlen 0, 1 oder 2 bedeuten.

2. Wässrige Schneidflüs#igkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Wasser, einen Korrosionshemmstoff, ein Mikrobiocid und das fettartige polyquaternäre Ammoniumsalz enthält.

3. Wässrige Schneidflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Wasser, einen Korrosionshemmstoff und das fettartige polyquaternäre Ammoniumsalz enthält.

4. Wässrige Schneidflüssigkeit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das fettartige polyquaternäre Ammoniumsalz in einer Menge im Bereich von 0,001 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% vorliegt.

5. Wässrige Sehneidflüssigkeit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in konzentrierter Form 5 bis 40 Gew.-% eines Alkalinitrits, 5 bis 40 Gew.-% eines niedrigen Alkanolamins, 0,05 bis 3 Gew.-% an Borsäure oder Boroxiden als Mikrobiocid und 0,1 bis 2 Gew.-% der fettartigen polyquaternären Ammoniumverbindung enthält, wobei der Rest der Masse aus Wasser besteht.

6. Wässrige Schneidflüssigkeit nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das fettartige polyquaternäre Ammoniumsalz aus -Cl (CH3)3N+CH2-R'-CH2N+(CH3)3Cl- oder besteht, worin R' den Kohlenwasserstoffrest einer dimerisierten Linoleinsäure darstellt.

7. Wässrige Schneidflüssigkeit nach Anspruch 5, verdünnt oder# verdünnbar mit 5 bis 100 Teilen Wasser.

8. Verfahren zur Herstellung einer Masse nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das fettartige polyquaternäre Ammoniumsalz zu einem Schneidöl oder einer wässrigen Schneidflüssigkeit, die suspendiertes Material enthalten, zugesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, da8 eine Menge des fettartigen polyquaternären Aminoniumsalzes von 0,001 bis 1,0 Gew.-% der Schneidflüssigkeit oder des Schneidöles zugesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das suspendierte Material nach der Zugabe des fettartigen polyquaternären Amrsoniumsalzes entfernt wird.