DE2220338C3

DE2220338C3 - Verwendung von Äthylenoxid/Propylenoxid-Mischpolymerisaten als wasserlösliche Schmiermittel, Metallbearbeitungsmittel und Hydraulikflüssigkeiten

Info

Publication number: DE2220338C3
Application number: DE2220338A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr. Boehmke; Wolfgang 7320 Goeppingen Kielmann (Verstorben); Roland Dr. 5000 Koeln Nast; Karl Dr. Nuetzel; Harald Dipl.-Ing. Dr. 5040 Bruehl Stiegemeyer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1972-04-26
Filing date: 1972-04-26
Publication date: 1978-08-17
Also published as: FR2182163A1; IT980329B; DE2220338A1; BE798680A; GB1428737A; DE2220338B2

Description

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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Äthylenoxid-Propylenoxid-Mischpolymerisaien als wasserlösliche Schmiermittel, Metallbearbeitungsmittel und Hydraulikflüssigkeiten, die sich 3$ 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 DE-AS 12 80 451 und der DE-AS 1119 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 45, 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 Sulfonsäureamider. aufgebaut sind. Schaumbildung ist fur 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 'iegenwart eines basischen Katalysators auf kurzkettige aliphatische 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 Polyalkylenglykoiätherketten entstehen, die in der ersten Stufe einen relativ großen Mischblock aus statistisch verteilten Äthylenoxid- und Propyienoxid-Einheiten enthalten und an den Enden der Polymerisationskette 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 Polyäthylenglykolätherblocks 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 Polyäthem eingesetzten Verbindungen in Frage; wie z. B. niedermolekulare, aliphatische, monofunktionelle Alkohole mit 1 bis 6 C-Ätomen, 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 Reaktionsprodukt wird nach bekannten Verfahren neutral gestellt, aufgearbeitet und gegebenenfalls gereinigt (Ilouben-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 Bereich der Grenzreibung. Sie können deshalb in Form wäßriger Lösungen mit sehr gutem Erfolg auch bei der Metallbearbeitung eingesetzt werden. Von großem Vorteil ist hierbei, daß die Lösungen schaumfrei bleiben 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 l'ropylenoxid nicht nur in neutralem, sondern auch in saurem oder alkalischem Medium angewandt werden können. Gegebenenfalls kann man den wäßrigen Lösungen der erfindungsgemäßen Mischpolymerisate auch Korrosionsschutzmiltel und Alterungsschutzmittel zusetzen. Der bei den bisher bekannten wasserlöslichen Schmiermitteln übliche Zusatz ven Entschäumern ist nicht mehr notwendig, wobei jedoch Entschäumer ohne Nachuü zugesetzt werden können.

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

Tabelle

Poly- Startälher alkohol Nr.

Polymerisation I. S3 iife Mischblock

Athy-

len-

oxid

Propy-

len-

oxid

Hydroxyl- pH Was- Visko- Asche Trü-

2. Stufe

Äthylenoxidblock

zahl sität .25 C

halt

Propylenoxidblock

(Gew.-%) (Gew.-%) (Gew.-%) (Gew.-%) (mg KOH/g) (cP)

bungspunkt

Rcibfestigkeit»)

wäßrige Lösung)

( C)

(kg/cm³)

n-Buta- 70
nol

n-Buta- 50
nol

GIy- 60

cerin

Pro- 40

pylen-

glykol

20
40
30
50

10

10 36,6 9,2 0,05 220 0,05 48 170-185

10 31,2 8,7 0,05 300 0,05 53 190-200

10 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 Reichert-Reib-Verschleißwaage (Belastung 1500, 5%ige wäßrige Lösung).

In den nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung 45 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 Λ = Wasserlösliches Schmiermittel auf Basis Polyäthylenoxid/Polypropylenoxid

Produkt B = Wasserlösliches Schmiermittel auf Basis Polyäthylenoxid

Produkte = Wasserlösliches Schmiermittel auf SuI-fonamidbasis(N-Alkylsulfonyl-f-aminc)-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)

55

Produkt A 390/90

Produkt B 270/40

Produkt C 100/40

Produkt D 540/180

Erfindungsgemäß verwendbare
Polyäther (s. Tabelle 1)

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 es 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 Λ, U und U zeigten in diesem Test deutlichen überflächensehaum.

Beispiel 2

Prüfung auf Neigung zur Bildung von
lack- und harzartigen Rückständen

Man prüft auf der Almen-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 Uickurligen Rückständen,

3 starke Bildung von lackartigen Rückständen.

Tabelle 3

Produkt

Luckbildung

Produkt B I

Produkt C 2

Produkt D 3

Erfindungsgemäü verwendbare Polyäther (s. Tabelle 1)
Nr. 3 0

Nr. 4 ü

In einem zusätzlichen Test wurden die 5%igen wäßrigen Testlösungen eingedampft (24 Stunden bei 80 C) und die Rückstände beurteilt.

Produkt	Rückstand	Löslichkeil	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 mit einer Rundschleifmaschine (Schleifgeschwindigkeit ca. 30m/sek, Material: Stahl). Der erfindungsgemäß verwendbare Polyäther Nr. 4 bringt gegenüber den handelsüblichen Produkten A und C Erhöhungen der Standzeiten der Schleifscheiben von 20-30%.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Äthylenoxid/Propylenoxid-Mischpolymerisaten, bestehend aus einem relativ S 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- >o> ti ν kleinen einheitlichen Endblock aus entweder Äthylenoxid- oder Propylenoxid-Einheiten, wobei der Endblock S bis 20 Gewichtsprozent des Gesamtpolymerisates beträgt, als wasserlösliche Schmiermittel, Metallbearbeitungsmittel und Hydraulikflüssigkeiten.

2. Verwendung von Äthylenoxid/Propylenoxid-Mischpolymerisaten, die einem Hydroxiclzahlbereich von 20 bis 100 entsprechen, nach Anspruch 1 als wasserlösliches Schmiermittel, Metallbearbeitungsmittcl und Hydraulikflüssigkeiten.