DE2220338B2

DE2220338B2 - Verwendung von aethylenoxid/propylen- oxid-mischpolymerisaten als wasserloesliche schmiermittel, metallbearbeitungsmittel und hydraulikfluessigkeiten

Info

Publication number: DE2220338B2
Application number: DE19722220338
Authority: DE
Inventors: Roland Dr 5000 Köln; Nützel Karl Dr.; Böhmke Günther Dr.; 5670 Opladen; Stiegemeyer Harald Dipl.-lng. Dr. 5040 Briihl; Kielmann Wolfgang 7320 Göppingen Nast (verstorben)
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1972-04-26
Filing date: 1972-04-26
Publication date: 1977-11-24
Also published as: DE2220338A1; BE798680A; GB1428737A; DE2220338C3; FR2182163A1; IT980329B

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Äthylenoxid-Propylenoxid-Mischpolymerisaten als wasserlösliche Schmiermittel, Metallbearbeitungsmittel und Hydraulikflüssigkeiten, die sich dadurch auszeichnen, daß sich bei turbulenter Bewegung der wäßrigen Lösungen kein Schaum bildet und sich bei scharfer mechanischer Reibbeanspruchung nur sehr wenig Lacke und Harze bilden.

Aus der DAS 12 80451 und der DAS 11 19 443 ist es bekannt, Oxäthylierungsprodukte von propoxilierten Polyolen, wie z. B. Propylenglykol, Saccharose u. a. sowie Oxäthylierungsprodukte von Heterozyklen, wie z. B. Mercaptobenzthiazol als wasserlösliche Schmiermittel und Metallbearbeitungsmittel einzusetzen. Die wäßrigen Lösungen dieser Produkte zeigen gute Schmiereigenschaften, haben jedoch den wesentlichen Nachteil einer starken Schaumbildung bei turbulenter Bewegung der wäßrigen Lösungen, wie sie z. B. bei Metallbearbeitungsvorgängen auftreten. Diese Schaumbildung zeigen auch andere wasserlösliche Schmiermittel wie solche, die auf der Basis von Sulfosäureamiden aufgebaut sind. Schaumbildung ist für den praktischen Einsatz der Produkte als Schmiermittel sehr nachteilig, da die Werkstücke, insbesondere bei Schleifvorgängen, nicht mehr exakt bearbeitet werden können. Unter Umständen ist das Umpumpen der Schmiermittellösungen nicht mehr möglich.

Die bisher bekannten wasserlöslichen Schmiermittel zeigen bei scharfer mechanischer Reibbeanspruchung eine starke Lack- und Harzbildung, wodurch die Standzeit der Werkzeuge vermindert wird.

Es wurde nun gefunden, daß geeignet aufgebaute Mischpolymerisate von Äthylenoxid und Propylenoxid als schaumfreie, wasserlösliche Schmiermittel verwendet werden können, die bei scharfer mechanischer Reibbeanspruchung nur sehr wenig Lacke und Harze bilden.

Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung von Äthylenoxid/Propylenoxid-Mischpolymerisaten, bestehend aus einem relativ großen Mischblock aus statistisch verteilten Äthylenoxid- und Propylenoxid-Einheiten im Mengenverhältnis von 20 bis 80 Gewichtsprozent Äthylenoxid-Einheiten und 80 bis 20 Gewichtsprozent Propylenoxid-Einheiten und einem relativ kleinen einheitlichen Endblock aus entweder Äthylenoxid- oder Propylenoxid-Einheiten, wobei der Endblock 5 bis 20 Gewichtsprozent des Gesamtpolymerisates beträgt, als wasserlösliche Schmiermittel, Metallbearbeitungsmittel und Hydraulikflüssigkeiten.

Die Hydroxylzahlen (mg KOH/g) der erfindungsgemäß verwendeten Mischpolymerisate liegen zwischen 20 und 100, vorzugsweise zwischen 28 und 70.

Geeignete Mischpolymerisate aus Äthylenoxid und Propylenoxid lassen sich dadurch herstellen, daß man Äthylenoxid und Propylenoxid im Gemisch in Gegenwart eines basischen Katalysators auf kurzkettige aJjphatische monofunktionelle Alkohole, kurzkettige aliphatische Polyole oder aliphatische Mono- oder Polyamine einwirken läßt und dann die Polymerisation mit einem kleinen Anteil an Äthylenoxid oder Propylenoxid zu Ende führt, so daß Polyalkylenglykolätherketten entstehen, die in der ersten Stufe einen relativ großen Mischblock aus statistisch verteilten Äthylenoxid- und Propylenoxid-Einheiten enthalten und an den Enden der Polymensationskette als 2. Stufe einen relativ kleinen Block aus Äthylenoxid- oder Propylenoxid-Einheiten enthalten.

Erfindungsgemäß liegt das Mengenverhältnis von Äthylenoxid zu Propylenoxid im Mischpolymerisat der 1. Stufe vorzugsweise zwischen 30 Gew.-% Äthylenoxid und 70 Gew.-% Propylenoxid bis 70 Gew.-% Äthylenoxid und 30 Gew.-% Propylenoxid.

Der Anteil des endständigen Polyiithylenglykolätherblocks bzw. Polypropylenglykolätherblocks beträgt vorzugsweise 7,5 bis 15 Gew.-% des gesamten Epoxids des Polymerisats.

Als Starter für die erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen kommen die üblicherweise zur Herstellung von Polyäthern eingesetzten Verbindungen in Frage; wie z. B. niedermolekulare, aliphatische, monofunktionelle Alkohole mit 1 bis 6 C-Atomen, wie z. B. Methanol, Äthanol, i-Propanol, n-Butanol, kurzkettige aliphatische Polyole wie z. B. Äthylenglykol, Mono-, Di-, Tri-äthanolamine, Propylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, Sorbit oder Saccharose oder aliphatische Mono- und Polyamine mit 1 bis 4 C-Atomen, wie z. B. Methylamin, Äthylamin, Dimethylamin, Mono- und Dipropylamine, Äthylendiamin. Es können auch Gemische der Starter eingesetzt sowie Wasser als Costarter verwendet werden.

Als Polymerisationskatalysatoren können die üblicherweise verwendeten stark basischen Verbindungen eingesetzt werden; wie z. B. Alkalihydroxide wie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid und Erdalkalihydroxide sowie die entsprechenden Alkoxide der Starteralkohole. Die Polymerisation wird nach bekannten Verfahren durchgeführt; das Reaklionsprodukt wird nach bekannten Verfahren neutral gestellt, aufgearbeitet und gegebenenfalls gereinigt (Houben-Weyl, Handb. Bd. 14/2, S. 425 Π).

Die Trübungspunkte der wäßrigen Lösungen der erfindungsgemäß verwendeten Mischpolymerisate liegen zwischen 35 und 80 C.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Mischpolymerisate bzw. ihre Lösungen in Wasser besitzen eine

vorzügliche Schmierwirkung im Bereich der hydrodynamischen Schmierung wie auch im Rereich der Grenzreibung. Sie können deshalb in Form wäßriger Lösungen mit sehr gutem Erfolg auch bei der Metallbearbeitung eingesetzt werden. Von großer ^ Orteil ist hierbei, daß die Lösungen schaumfrei bk η und durchsichtig sind; infolgedessen beeinträchtigen sie die Beobachtung der Werkstücke während der Bearbeitung nicht und können nach Beendigung der Bearbeitung ohne Schwierigkeiten von den Werkstücken entfernt werden. Vorteilhaft ist ferner, daß die Lack- und Harzbildung auf den Werkstücken bei starker mechanischer Beanspruchung gering bleibt. Bemerkenswert ist auch, daß die erfindungsgemäß verwendeten Mischpolymerisate von Äthylenoxid und I'ropylenoxid nicht nur in neutralem, sondern auch in saurem oder alkalischem Medium angewandt werden können. Gegebenenfalls kann man den wäßrigen Lösungen der criindungsgemäßen Mischpolymerisate auch Korrosionsschutzmittel und Alterungsschutzmittel zusetzen. Der bei den bisher bekannten wasserlöslichen Schmiermitteln übliche Zusatz von Entschäumern ist nicht mehr notwendig, wobei jedoch Entschäumer ohne Nachteil zugesetzt werden können.

Erfindungsgemäß verwendete Produkte sind u.a. die in der nachfolgenden Tabelle beschriebenen PoIyalkvlenulvkoläther.

Tabelle

Poly- Startäther alkohol
Nr.

Polymerisation
I. Stufe
Mischblock

2. Stufe

Athy-

lcn-

oxid

Propy- Äthylen- lenoxidblock

oxid

Hydroxyl- pH Was- Visko-

zahl scrge-
halt

Propylenoxidblock

(üew.-%) (Gcw.-%) (Gew.-"/„) (Gew.-%) (mg KOH/g) sität
-,25 f

(el')

Asche Tm- Reib-

bungs- festigpunkt keil*)

wäßrige Lösung)

( C)

(kg/cm')

n-Buta- 70
nol

n-Buta- 50
nol

GIy- 60
cerin

Pro- 40

pylen-

glykol

20
40
30
50

10

36,6 9,2 0,05 220 0,05 48 170-185

31,2 8,7 0,05 300 0,05 53 190-200

26,4 9,6 0,06 1760 0,05 68 230-240

57,3 8,3 0,07 318 0,05 65 190-200

Die %-Angaben beziehen sich auf die Summe der Epoxide ohne Startalkohol.

*) Gemessen mit einer Reichcrt-Rcib-Verschlcißwaagc (Belastung 1500, 5%igc wäßrige Lösung).

In den nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung ·ι-> Tabelle näher erläutert ohne jedoch sie zu beschränken:

Beispiel 1

Prüfung des Schaumverhaltens

Handelsübliche, wasserlösliche Schmiermittel werden in der Schaumbildung mit den erfindungsgemäß verwendbaren Produkten verglichen.

Es bedeuten:

Produkt A = Wasserlösliches Schmiermittel auf Basis Polyäthylenoxid/Polypropylenoxid

Produkt B = Wasserlösliches Schmiermittel auf Basis Polyäthylenoxid

Produkte = Wasserlösliches Schmiermittel auf SuI-fonamidbasis(N-Alkylsulfonyl-r-amino- capronsäure)

Produkt D = Wasserlösliches Schmiermittel auf SuI-fonamidbasis (N-Benzolsulfonyl-N-alkyl-f-aminocapronsäure)

Getestet wurde das Schaumverhalten einer l%igen wäßrigen Lösung bei 25"C nach ASTM-D 892.

Produkt Schaumbildung (mm)

-,ο Produkt A 390/90

Produkt B 270/40

Produkt C 100/40

Produkt D 540/180

Erfindungsgemäß verwendbare
Polyäther (s. Tabelle I)

Nr. 1 0/0

Nr. 2 0/0

Nr. 3 0/0

Nr. 4 0/0

In einem zusätzlichen Test wurde eine 5%ige wäßrige Lösung der erfindungsgemäß verwendbaren Polyäther Nr. 1 bis 4 durch eine Zahnradpumpe umgewälzt. Man läßt die Lösungen in einem Strahl mit Abspritzdrücken bis zu 5 atü auf eine Platte prallen. Dabei konnte kein Oberflächenschaum festgestellt werden.

Die Produkte A, B und D zeigten in diesem Test deutlichen Oberflächenschaum.

Beispiel 2

Prüfung auf Neigung zur 3ildung von
lack- und harzartigen Rückständen

Man prüft auf der Altnen-Wieland-Maschine 5%ige wäßrige Lösungen von handelsüblichen, wasserlöslichen Schmiermitteln und der erfindungsgemäß verwendbaren Produkte während einer Stunde bei 50 C und bei 200 kg Belastung. Bei dieser Prüfung bilden sich zum Teil erhebliche lackartige Rückstände.

In der folgenden Tabelle bedeuten:

0 keine lackartigen Rückstände,

1 beginnende Bildung von lackartigen
Rückständen,

Tabelle 4

2 leichte Bildung von luckartigen Rückständen,

3 starke Bildung von lackartigen Rückständen.

Tabelle 3

Produkt

Lackbiklung

Produkt B 1

Produkt C 2

Produkt D 3

Erfindungsgemäß verwendbare Polyäther(s. Tabelle 1)

Nr. 3 0

Nr. 4 0

In einem zusätzlichen Test wurden die 5%igen

wäßrigen Testlösungen eingedampft (24 Stunden bei 80¹C) und die Rückstände beurteilt.

Produkt	Rückstand	Löslichkeit	Konsistenz
	Farbe	wasserlöslich	nicht klebend
Produkt B	hellbraun	wasserlöslich	zähflüssig, klebend
Produkt C	dunkelbraun	wasserunlöslich	salbenartig, leicht
Produkt D	dunkelbraun		klebend

Erfindungsgemäß verwendbare
Polyäther (s. Tabelle 1)		wasserlöslich	nicht klebend.
Nr. 3	farblos		dickflüssig
		wasserlöslich	nicht klebend.
Nr. 4	farblos		dünnflüssig

Beispiel 3
Prüfung auf Schmierfähigkeit (Standzeit)

Man stellt 2,5%ige wäßrige Lösungen her und prüft gemäß verwendbare Polyäther Nr. 4 bringt gegenüber mit einer Rundschleifmaschine (Schleifgeschwindig- den handelsüblichen Produkten A und C Erhöhungen keit ca. 30m/sek, Material: Stahl). Der erfindungs- ■)■> der Standzeiten der Schleifscheiben von 20-30%.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Äthylenoxid/Propylenoxid-Mischpolymerisaten, bestehend aus einem relativ großen Mischblock aus statistisch verteilten Äthylenoxid- und Propylenoxid-Einheiten im Mengenverhältnis von 20 bis 80 Gewichtsprozent Äthylenoxid-Einheiten und 80 bis 20 Gewichtsprozent Propylenoxid-Einheiten und einem rela- n tiv kleinen einheitlichen Endblock aus entweder Äthylenoxid- oder Propylenoxid-Einheiten, wobei der Endblock 5 bis 20 Gewichtsprozent des Gesamtpolymerisates beträgt, als wasserlösliche Schmiermittel, Metallbearbeitungsmittel und Hydraulik- ι flüssigkeiten.

2. Verwendung von Äthylenoxid/Propylenoxid-Mischpolymerisaten, die einem Hydroxidzahlbereich von 20 bis 100 entsprechen, nach Anspruch I als wasserlösliches Schmiermittel, Metallbearbei- :< tungsmittel und Hydraulikflüssigkeiten.