DE2446319A1

DE2446319A1 - Schmiermittelzusammensetzung zur metallbearbeitung

Info

Publication number: DE2446319A1
Application number: DE19742446319
Authority: DE
Inventors: Ryoji Kaneda; Takashi Kato; Keiichi Sugiyama; Noboru Sugiyama; Masamichi Suzuki; Hachiro Tadenuma; Katumi Watanabe; Makoto Yoshino
Original assignee: Nippon Light Metal Research Laboratory Ltd; Toho Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Research Laboratory Ltd; Toho Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1973-09-29
Filing date: 1974-09-27
Publication date: 1975-05-07
Also published as: US3945930A; DE2446319B2; GB1486197A; DE2446319C3

Description

Schmiermittelzusammensetzung zur Metallbearbeitung

Die Erfindung bezieht sich auf Schmiermittelzusammensetzungen, die zur Bearbeitung von Metallen geeignet sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Schmierflüssigkeiten, die für plastische Deformierverfahren, wie Walzen, Schmieden und Ziehen, geeignet sind, und die den bearbeiteten Materialien und verwendeten Werkzeugen ausreichende Schmierung bieten und die bearbeitete Produkte mit schoner Oberflächenbeschaffenheit liefern.

Es ist allgemein bekannt, dass nicht lösliche öle, wie reines Mineralöl, d.h. o"hne Emulgiermittel, oder fette öle zur Bearbeitung von Metallen vom Standpunkt der Kühlfähigkeit nicht voll zufriedenstellend sind.

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Daher wurden emulsionsartige Schmiermittel auf der Basis von Mineralölen oder fetten ölen üblicherweise für plastische Deformationsverfahren verwendet, bei denen eine hohe Kühlfähigkeit erforderlich ist, z.B. beim Heisswalzen von Aluminium, der Herstellung von Aluminiumdosen mittels eines Zieh- und Plättverfahrens, dem Kaltwalzen von Stahl und dgl. Diese üblichen Emulsionen enthalten ein Emulgiermittel, anionische, oberflächenaktive Mittel, wie Erdölsulfonate, Harzseifen, Fettsäureseifen und dgl. oder nicht-ionische, oberflächenaktive Mittel, wie Sorbitanalkylester, Polyoxyäthylensorbitanalkylester und dgl., die eine gute Kühlfähigkeit haben. Emulsionsartige Schmiermittel zeigen jedoch verschiedene Probleme, wie z.B. die Stabilität der Emulsion: die Grosse der öltröpfchen dieser Emulsionen hat die Neigung nach einigen Wochen der Verwendung anzusteigen, insbesondere beim Heisswalzen von Aluminium, was zu einer schlechten Wirkungsweise führt, insbesondere zum Auftreten einer ungleichförmigen Schmierung, der Entfernung der öltröpfchen durch Filter, um die Oxydteilchen zu entfernen usw. Manchmal wird, um eine bessere Oberflächenbeschaffenheit der gewalzten Produkte zu erhalten, die Emulsionsformulierung absichtlich so vorgenommen, dass die Emulsionen ziemlich instabil sind. Dies führt jedoch oft zu einem Auftreten eines Versagens beim Biss. Dies bedeutet, dass im Fall von emulsionsartigen Walzschmiermitteln es schwierig ist, einen Kompromiss zwischen der Oberflächenbeschaffenheit des gewalzten Produkts und der Walzbarkei't zu finden. Übliche wasserlösliche Schmiermittelzusammensetzungen für die Metallbearbeitung sind z.B. in den US-PS 3 492 232,

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_ 3 — ■

3 496 104, 3 634 245 usw.beschrieben. Diese bekannten, wasserlöslichen Schmiermitte!Zusammensetzungen sind jedoch nicht zufriedenstellend, insbesondere in Bezug auf die erreichte Oberflächenbeschaffenheit.

Gemäss -der Erfindung werden wasserlösliche Schmiermitte !Zusammensetzungen geschaffen, die die vorbeschriebenen Nachteile von reinem öl oder emulsionsartigen Schmiermitteln nicht aufweisen. Die Schmiermittel gemäss der Erfindung umfassen wasserlösliche, nicht-ionische, oberflächenaktive Mittel als Löslichmacher, öllösliche, nicht-ionische, oberflächenaktive Mittel als öliges Mittel und Phosphatester (und/oder deren. Salze) und/oder Fett säure seifen als "plat ing-out"-Mittel. Der Ausdruck, "plating-out" wird im allgemeinen verwendet, um eine der Eigenschaften von Emulsionen beim Kaltwalzen von Stahl zu beschreiben. Die Emulsion, die auf die Walzen und Streifen, die gewalzt werden sollen, angewandt wird, wird gebrochen und der niedergeschlagene Ölfilm auf den Metallen verteilt sich über deren Oberfläche. Dieses Phänomen des Brechens und Verteilens wird als "plating-out" bezeichnet. Der Ausdruck "piatin-out", wie er hier verwendet wird, bezeichnet das Phänomen, bei dem Filme der öllÖslichen, oberflächenaktiven Mittel., die auf dem Material und den Werkzeugen niedergeschlagen sind, sich gleichförmig über deren Oberflächen verteilen.

Gemäss der Erfindung wird eine Schmiermittelzusammensetzung zur Metallbearbeitung geschaffen, die

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(A) etwa 10 bis 60 Gew.-% einer wasserlöslichen, nicht ionischen, oberflächenaktiven Komponente aus wenigstens einer der Substanzen

(a) einem Polyoxyalkylenglycolester einer Fettsäure der allgemeinen Formel (I)

R¹COO(R²O)_nH (I)

oder der allgemeinen Formel (II)

R¹COO(R²O)_nOCR¹ (II)

(b) einem Polyoxyalkylenglycolather eines Fettalkohols der allgemeinen Formel (III)

R⁵O(R²O)_nH (III)

(c) eines Polyoxyalkylenglycoläthers eines Fettalkohols, der mit einer Fettsäure verestert ist der allgemeinen Formel (I?)

R⁵O (R²O LOCR¹ (IV)

'n
oder

(d) einem Polyoxyalkylenglycolkondensat eines Glycerids, das mit einer Fettsäure verestert ist der allgemeinen Formel (V)

CH₃OCOR¹O(R²O) CCR¹

CH-OCOP¹O(K²O) ff*'⁴ (V)

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wobei R CO eine gesättigte oder ungesättigte

Fettsäureacylgruppe mit etwa 12 bis 22 Kohlenstoffatomen,

R eine Äthylengruppe,

R^O einen gesättigten oder ungesättigten Fettalkoholrest mit etwa 12 bis 22 Kohlenstoffatomen,

4 1

R- ein Wasserstoffatom oder eine R CO-Gruppe,

η eine ganze Zahl zwischen etwa 10 und 20, und

p, q, r jeweils eine ganze Zahl, wobei die Summe von,p,q und r zwischen etwa 25 und 40 liegt, wenn ein oder beide R ein Wasserstoff atom sind und zwischen etwa 40 und 60,

4 1
wenn R eine R CO-Gruppe ist, bedeuten,

(B) etwa 10 bis 40 Gew.-% einer öllöslichen, nicht ionischen, oberflächenaktiven Komponente, aus wenigstens einer der Substanzen (a) einem Polyoxyalkylenglycolester einer Fettsäure der allgemeinen Formel (VI)

oder der allgemeinen Formel (VII) R¹COO(R⁵U)₁₀OCR¹ (VIl)

(b) einem Polyoxyalkylenglycoläther eines Fettalkohols der allgemeinen Formel (VIII)

P?O{B?o) υ (VIII)

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(c) einem Polyoxyalkylenglycoläther eines mit einer Fettsäure veresterten Fettalkohols

• der allgemeinen Formel (IX)

R-\)(lA>) OCR¹ (IX)

Τίϊ

oder

(d) einem Polyoxyalkylenglycolkondensat eines mit einer Fettsäure veresterten Glycerids der allgemeinen Formel (X)

CH-OCOR¹O(R-⁷O) OCR¹

CH-OCOR¹O (H⁵O KR** (X) I

1 P λ U- wobei R CO, R , R^O und R die vorstehend angegebene Bedeutung haben, R^ eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen,

m eine ganze Zahl zwischen etwa 1 und 5 und s, t und u jeweils eine ganze Zahl, und die Summe von s, t und u zwischen etwa 3 und 20 liegt, bedeuten, und
(C) etwa 10 bis 50 Gew.-% einer anionischen oder

nicht-ionischen, oberflächenaktiven Komponente aus wenigstens einer der Substanzen

(a) einem Phosphatester und/oder einem Salz eines Phosphatesters mit dem Adduct eines Polyoxyalkylenglycols.mit. einem Alkohol oder einem Alkylphenol der allgemeinen Formel (XI)

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ο c o Ii

R^DO(R^f"O) -P- M (XI)

^a I

der allgemeinen Formel (XII)

0
R⁶O(P²O), - P - (R²O) OR⁶ (XII)

D I C

oder der allgemeinen Formel (XIII)

R⁶O(R²O)₀ - P - (R²O)_nOR⁶ (XIlI) (R²0)_f0R^f

₆ ,6

ο
wobei R. die vorstehend angegebene Bedeutung

R eine A lky !gruppe·,, eine Alkenylgruppe oder eine Alkarylgruppe mit etwa 12 bis 18 Kohlenstoffatomen,

M ein Alkalimetallatom, eine Alkylamingruppe oder eine Alkanolamingruppe, a eine ganze Zahl zwischen etwa 2 und 15, b und c jeweils eine ganze Zahl, wobei die Summe von b und c .dividiert durch 2 zwischen etwa 2 und 15 liegt, und

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c, d und e jeweils eine ganze Zahl, wobei die Summe von c, d und e dividiert durch 5 • zwischen etwa 3 und 10 liegt, bedeuten, oder (b) ein Alkalimetallsalz, Alkylaminsalz und/oder Alkanolaminsalz einer Fettsäure der allgemeinen Formel (XIV)

R¹COOM (XIV)

in der R¹CO und M die oben angegebene Bedeutung haben, umfasst.

Die öllöslichen, nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mittel, die in den wasserlöslichen Schmiermitteln gemäss der Erfindung verwendet werden, fungieren als tragender Zusatz. Da die öllöslichen,oberflächenaktiven Mittel nicht durch sich selbst in Wasser gelöst werden können,sind wasserlösliche, nicht-ionische, oberflächenaktive Mittel als Löslichmacher notwendig, um die wasserlöslichen Schmiermittel gemäss der Erfindung zu erhalten. Da die Phosphatester (und/oder deren Salze) und/oder Fettsäureseifen, die in den wasserlöslichen Schmiermitteln gemäss der Erfindung verwendet werden, sehr oberflächenaktiv sind, und eine ziemlich starke Affinität zu den öllöslichen, oberflächenaktiven Mitteln aufweisen, fungieren sie als gute plating-out-Mittel.

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Die Gegenwart des plating-out-Mittels führt in der Tat zu einer gleichmässigeren Schmierung während der Verwendung und schliesslich zu einer besseren Oberflächenbeschaffenheit der bearbeiteten Produkte.

Die Schmiermittel gemäss der Erfindung sind wasserlöslich und werden in Verdünnung mit Wasser verwendet, wobei sie transparente oder semi-transparente Lösungen bilden. Da die Lösungen aus einer Phase bestehen und sehr oberflächenaktiv sind, zeigen sie verbesserte Stabilität, verbesserte Kühlfähigkeit, ausgezeichnte gleichförmige Schmierung und verbesserten Biss der Walzen. Z.B. zeigen die lösungsartigen Schmiermittel bei der Verwendung zum Heisswalzen von Aluminium nicht die Instabilität der emulsionsartigen Schmiermittel und zeigen eine beständige Wirksamkeit über mehrere Monate oder länger und die Oberflächenbeschaffenheit der gewalzten Produkte ist ausgezeichnet.

Die nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mittel, die in den wasserlöslichen Schmiermitteln gemäss der Erfindung verwendet werden, umfassen Polyoxyalkylenglykolether von Fettsäuren, Polyoxyalkylenglycoläther von Fettalkoholen, Polyoxyalkylenglycoläther von Fettalkoholen, die mit Fettsäuren verestert sind, und Polyoxyalkylenglycolkondensate von Glyceriden, die mit Fettsäuren verestert sind.

Die Alkylenoxyde, die gemäss der Erfindung verwendet werden, enthalten zwei bis vier Kohlenstoffatome in den ö!löslichen,oberflächenaktiven Mitteln und Äthylenoxyd wird bei den wasserlöslichen, oberflächenaktiven

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- ίο -

Mitteln verwendet. Die nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mittel, die gemäss der Erfindung verwendet werden, sind wasserlöslich oder öllöslich, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl der Alkylenoxydmoleküle und ferner von der Anzahl der Kohlenstoffatome der Alkylengruppe.

Die nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mittel, die gemäss der Erfindung verwendet werden, werden nachstehend genauer beschrieben.

Die PolyoxyalkylenglycoIester der Fettsäuren, die verwendet werden, sind Mono- oder Diester der allgemeinen Formel (I), (II), (VI) oder (VII)

R¹CuO(H²O)_nH (1) '

²¹ (π)

(VJ)

Ry (VIl)

1 2 5 wobei R CO, R , R , η und m die oben angegebene Bedeutung haben.

Die gesättigten oder ungesättigten Fettsäureacy1-gruppen von R sind die Reste von gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren oder Mischungen derselben. Geeignete gesättigte und ungesättigte Fettsäuren umfassen Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin-, Arachin-, Behen-, Linderin-, Myristolein-, Palmitolein-, öl-, Gadolein-, Eruka-, Linolen-, Arachidon-,

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Ricinolsäure und dgl. Mischungen sind z.B. die Mischungen von Fettsäuren, die in Rapssamenöl, Sojabohnenöl, Reiskleieöl, Palmöl, Baumwollsamenöl, Erdnussöl, Sesamöl, Maisöl, Schmalzöl, Talgöl, Tranöl und dgl. gefunden werden. Geeignete Alkylengruppen für R'' Äthylen, Propylen und Butylen.

Von den Polyoxyäthylen- oder Polyoxyalkylenglycolestern der Fettsäuren der Formeln (I), (II), (VI) oder (VII) werden jene mit etwa 10 bis 20 Äthylenoxydmolekülen je Fettsäurerest, d.h. η = etwa 10 bis 20, bevorzugt als wasserlösliche Ester verwendet und jene mit etwa 1 bis 5 Alkylenoxydmolekulen, z.B. Äthylenoxyd, je Fettsäurerest, d.h. m = etwa 1 bis 5? bevorzugt als öllösliche Ester verwendet.

Die Polyoxyalkylenglycoläther der Fettalkohole,

die gemäss der Erfindung verwendet werden, sind jene

der allgemeinen Formeln (III) und (VIII)

(III)

E-⁵O(R⁵O)_1nH- (VIII)

2 3 5
wobei R , R , R^, η und m die vorstehend angegebene

Bedeutung haben.

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Die gesättigten oder ungesättigten Fettalkoholgruppen von E"^ sind Reste von gesättigten und ungesättigten Fettalkoholen und Mischungen derselben. Geeignete gesättigte und ungesättigte Alkohole umfassen Lauryl-, Myristyl-, Palmyty1-, Stearyl-, Arachidyl-, Behenyl-, Linderyl-, Pfyristoleyl-, Palmitoleyl-, Oleyl-, Gadoleyl-, Erukyl-, Linolenyl-, Arachidonyl-, Ricinolylalkohol und dgl.

Die Beziehung zwischen der Wasserlöslichkeit und Öllöslichkeit und der Anzahl der Ä'thy lenoxydmo leküle der Äther der Formel (III) und dem Alkylenoxyd, z.B. Äthylenoxyd, der Äther der Formel (VIII) ist die gleiche, wie im Fall der Ester der Formeln (I) bzw. (VI), d.h. ein η von etwa 10 bis 20 und ein m von etwa 1 bis 5.

Die Polyoxyalkylenglycolather von Fettalkoholen, die mit Fettsäuren verestert sind, sind jene £_ΘΓ allgemeinen Formel (IV) und (IX).

(IV) (IX)

1 2 3 5 wobei R Co, R , R , R , η und m die vorstehend angegebene Bedeutung haben.

Geeignete Beispiele von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren und Fettalkoholen 'der Verbindungen der Formel (IV) und (IX) sind solche wie sie vorstehend

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beschrieben wurden, ζ.B.die Verbindungen der Formeln (I) und (VI).

Die Beziehung zwischen der Wasserlöslichkeit und der Anzahl der Xthylenoxydmoleküle der ither-Ester-artigen Verbindungen der Formel (III) und der Alkylenoxydmoleküle für die Äther-Ester-artigen Verbindungen der Formel (IX) ist die gleiche, wie bei den Estern und
Äthern der Formeln (I) bzw. (VI), d.h. ein η von
etwa 10 bis 20 und m von etwa 1 bis 5·

Die Polyoxyalkylenglycclkondensate der Glyceride, die mit Fettsäuren verestert sind, sind jene der allgemeinen Formeln (V) und (X).

CII₂OCOR¹O(R²O) OCR¹ CH-OCOR¹O(R²O) R^ (ν)

CK-OCOR¹O(R²O) r'⁴

CL ■ 'ν

CH OCOR¹O(R⁵O) OCR¹· j C- s

CH-OCOR¹O(R⁵O)^ · (χ) CH₂OCOH¹O (R⁵O) _uR^/+

1 2 4-5
wobei R CO, R , R , R^, ρ, q, r, s, t und u die vorstehend angegebene Bedeutung haben.

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Geeignete Beispiele von gesättigten und ungesättigten Fettsaureresten für R CO sind Hydroxygruppen-enthaltende Fettsäurereste, wie sie vorstehend angegeben wurden, z.B. Ricinoleinsäure, wobei Ricinoleinsäure bevorzugt wird. Ein geeignetes Glycerid ist ein Triglycerid des Ricinusöls, das Ricinoleinsäure enthält.

Von den Kondensaten werdaa Mono- oder Diesterverbindungen der Formel (V) mit etwa 25 bis 40 Molekülen Äthylenoxyd (d.h. ρ + q + r = etwa 25 bis 40) und Triesterverbindungen der Formel (V) mit etwa 40 bis 60 Molekülen Äthylenoxyd (d.h. p+q+r= etwa 40 bis 60) bevorzugt als wasserlösliche, oberflächenaktive Mittel verwendet, während Kondensate der Formel (X) mit etwa 3 bis 20 Molekülen Alkylenoxyd, z.B. Äthylenoxyd (d.h. s + t + u = etwa 3 bis 20) bevorzugt als öllösliche, oberflächenaktive Mittel verwendet werden.

Die Phosphatester, die gemäss der Erfindung verwendet werden, sind anionische, oberflächenaktive Mittel der allgemeinen Formeln (XI), (XII) und (XIII).

6 ο Ii

C) - P - M (XI)

jl

f R²O)_b -P- (Pv²O)₀OR⁶ M

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R⁶O(R²O) , - P - (H²O)₀OB⁶ (JtIID

■ Cl-i a

(Jl²O)₄IOR⁶

■ι . f..

wobei R , R , a, b, c, d, e und f die vorstehend angegebene Bedeutung haben.

Geeignete Alkyl- und Alkenylgruppen für R sind die gleichen, wie R , wie dies für die Formel (III) angegeben wurde, z.B. Lauryl-, Myristyl-, Palmityl-, Stearyl- und Oleylgruppen. Geeignete Alkylarylgruppen für R⁶ s:
und dgl.

für R sind Nony!phenyl, Octy!phenyl, Decy!phenyl

Geeignete Beispiele für M als Alkalimetall sind Natrium und Kalium, als Alkylamin Mono-, Di- und Triamine mit

1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylrest derselben, wie Methyl, Äthyl, Propyl und Butyl, und als Alkanolamine Mono-, Di- und Trialkanolamine, wie Mono-, Di- und äthanolamin.

Die durchschnittliche Anzahl der Äthylenoxydmoleküle in den Formeln (VI) und (XII) liegt bevorzugt im Bereich von etwa 2 bis 15 (d.h. in Formel (XI) a = etwa 2 bis 15, und in Formel (XII) (b + c)/2 = etwa

2 bis 15) und in Formel (XIII) bei etwa 3 bis 10 (d.h. (d + e + f)/3 = 3 bis 10). Im letzten Fall ist, wenn die Gesamtanzahl Ίθ übersteigt, das Mischen mit den anderen Bestandteilen schwierig.

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Gemäss der Erfindung wird eine Schmiermittelzusammensetzung für die Bearbeitung von Metallen
geschaffen, die Verbindungen der vorstehend
beschriebenen Klassen (A), (B) und (C) umfasst.

Die Zusammensetzung kann in ihren Anteilen beträchtlich variieren:

etwa 10 bis 60 Gew.-% der wasserlöslichen, nichtionischen, oberflächenaktiven Mittel(A)-, etwa 10 bis A-O Gew.-% der wasserunlöslichen (oder öllöslichen) nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mittel (B) und etwa 10 bis 50 Gew.-% der Phosphatester oder Fettsäuresalze (C).

Wenn die wasserlöslichen Schmiermittel gemäss der Erfindung mit Wasser verdünnt werden, z.B. um eine Lösung einer Konzentration von etwa 3 bis 20 Gew.-% an Schmiermittelzusammensetzung zu erhalten, lösen sich die wasserlöslichen, nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mittel im Wasser unter Bildung von Mizellen. Die Mizellen können öllösliche, nicht-ionische, oberflächenaktive Mittel lösen, die nicht selbst in Wasser löslich sind.

Da die wasserlöslichen, oberflächenaktiven Mittel (A) und die öllöslichen, oberflächenaktiven Mittel (B) ähnliche hydrophile Strukturen haben und ferner ähnliche oleophile Strukturen aufweisen, haben diese eine starke Affinität zueinander. Diese Affinität ist wesentlich für die Löslichmachung der öllöslichen, oberflächenaktiven Mittel (B) durch die wasserlöslichen, oberflächenaktiven Mittel (A). Ferner fungieren die

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Phosphatester und/oder die Salze der Phosphatester und/oder die Salze der Fettsäuren (C), die gemäss der Erfindung verwendet werden, als plating-out-Mittel und bewirken, dass die nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mittel (A) und (B) sich über die Material- und Werkzeugoberflächen verteilen, um eine geeignete Menge eines tragenden Ölfilms auf den Oberflächen zu ergeben. Durch die kombinierte Wirkung der oben beschriebenen Faktoren zeigen die Metallbearbeitungsschmiermittel gemäss der Erfindung eine verbesserte Stabilität, verbesserte Kühlfähigkeit, ausgezeichnet gleichförmige Schmierung und eine ausgezeichnete Oberflächenbeschaffenheit.

Die Metallbearbeitunsschmiermittel gemäss der Erfindung umfassen wasserlösliche, nicht-ionische, oberflächenaktive Mittel (A), öllösliche, nicht-ionische, oberflächenaktive Mittel (B) und Phosphatester und/oder Salze von Fettsäuren (C) und werden in Verdünnung mit Wasser verwendet. Im verdünnten Zustand können die Schmiermittel gemäss der Erfindung ferner mit wasserlöslichen lösungsmitteln, wie Glycolen, Glycoläthern und dgl.,z.B. in einer Menge bis zu etwa 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, kombiniert werden. Diese Lösungsmittel ergeben Schmiermittel mit besserer Löslichkeit. Bevorzugte Lösungsmittel sind Äthylenglycol, Polyäthylenglycol mit einem Molekulargewicht von weniger als etwa 600, Alkylenglycole mit weniger als etwa 6 Kohlenstoffatomen, Glycoläther von niederen Alkoholen mit weniger als 4 Kohlenstoffatomen und niedere Alkanolamine. Zusätzlich können Mineralöle oder fette öle mit den Schmiermitteln

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gemäss der Erfindung kombiniert werden, um die Schmierfähigkeit einzustellen, und zwar in einer Weise, dass die Wasserlöslichkeit nicht verloren geht, z.B. in einer Menge von bis zu etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert. Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teile und Prozentsätze, Verhältnisse und dgl. auf das Gewicht.

In den nachstehenden Beispielen wurde die Wirkungsweise der Schmiermittelzusammensetzungen gemäss der Erfindung und Vergleichsschmiermittelzusammensetzungen in folgender Weise untersucht.

(A) Heisswalzversuch

Es wurden Heisswalzversuche unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

Walzwerk: 2 Stopfenwalzwerk (high mill), c-ni-inml

Walzplatte: 99,7% Al, 56^mt χ 135™χ 35 Plattentemperatur: 580 - 55O°C - 310 - 260⁰C

(Anfang » Ende)

Durchgangsschema: 56 -* 46-> 37-> 26 -» 17 -* 10 -» 6^mmt

(6 Durchgänge)

Lösungstemperatur: 60⁰C
Walzgeschwindigkeit: 20 - 30 m/min Walzenoberflächenrauhheit: 1,0 - 1,5 Ai Hmax

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Die Walzbelastung, die Werte der Streifenoberflächenrauhheit und die Streifenoberflächenreflexionswerte wurden gemessen. Das Auftreten des Versagens beim Biss und das Streifenoberflächenaussehen wurden gleichfalls beobachtet.

(B) Kaltwalzversuch

Kaltwalzversuche wurden unter folgenden Bedinungen durchgeführt:

Walzwerk: 2 Stopfenwalzwerk (high mill),

Walzblatt: 2S-0, 1,0^mt _X ^O™ χ Verringerung: 30% Walzgeschwindigkeit: 10 m/min Walzenoberflächenrauhheit: 1,0-1,5/1 Hmax

Der Reibungskoeffizient wurde unter Verwendung der Hill-Gleichung berechnet.

(C) Tiefziehversuch

Tiefziehversuche wurden unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

Presse: Trommelbecherformpresse (swift-cup-forming-

press)

Dorndurchmesser: y\ ,0 mm Werkzeuglochdurchmesser: ^A- mm

50 9 819/096

Dornnasenprofilradius: 3? 5

Werkzeugseingangprofilradius: 10 mm

ρ Rohlinghalterdruck: 6 kg/cm

Rohling: 100 - 120™^ χ 1,0™*, 2S-0 Zuggeschwindigkeit: 300 mm/min

Das Grenzziehverhältnis (LDR) wurde gemessen.

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Tabelle I
Bestandteile ^ Beispiele

_i 2 p_ __ ..2 _ Z iL· JL· IQ- ____ IiL 2JL ____ 11- ____ 12_ UL ISL -°

Wasserlösliches

nicht-ionisches ■

oberflächenaktives ■

Mittel (A)

TsO ^! M5 k5 h? k3 k5 ^5 - - - - 10 45 k3 ^? 10 - - 50 -

öllösliches -^

nicht-ionisches ,

oberflächenaktives

Mittel CB) ; *

(g) 35 35 35 - - - 35 35 55 55 40 35 35 35 40 - - 15 -

CD — O

cc
co
-J

Zusammensetzung

Tabelle I (Fortsetzung) Beispiele

Plating-out-Mittel

(C)

Phosphatester oder

Salz

3 L· _ 5 _6 7_ _3_ 9 ic_ -tL. LL- j-

OO (1) (m)

Fettsäureseife

(η) (ο) (P)

Lösungsmittel und andere Lösungs·?·

mittel

JqJ (r) (s) Andere (t) (u) (v)

20 -

- 20 2Q

ZQ 20 <2Q ZO 50

-	- 2.0	-	15	-	-	-	I ro ro I
	-	20	-	-	-	-
-	-	-	-	15"	-	-
2Ω	_ _		—	—	—	-
-	ze - 30	-	-	-		IC	ro -P-
	— _	_				10	CJ) co
-	-	10	-	-	-	-
-	-	-	10	-	IZ	-
-		-	JX	-	10	1.0
-	- -	-	-	-	7	-

(a) Polyoxyäthylenglycoldiester der Säuren von Rapssamenöl

"R³COO(C_nFLO) OCR¹

Λ. /f Jl Λ

R ist die Alkylgruppe der Fettsäuren des Rapssamenöls, wie Eruka (q ^k q ) , Linolen r^ ^ und η ist 15 " "

(b) Polyoxyäthylenglyco !monoοley!ester und dgl.

a C -, „H _r -,-

R ist Lf JJ und

η ist 10 (c) Polyoxyäthylenglycollauryläther

R⁵ ist ^C12^H25" und η ist 20

(d) Polyoxyäthylenglycollauryläther, der mit den Säuren von Rapssamenöl verestert ist

R³ ist ^C125

Ί . R ist die Alkylgruppe der Säuren des Rapssamenöls,

wie vorstehend unter (a) und η ist 25

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(e) Polyoxyäthylenglycolkondensat von Ricinusöl verestert mit ölsäure

CH_nOCO(CH J₉CH^CHCHpCH(CIiJ ,-ClI,

C. C- ( t—l i*~ S 9

OCC₅H, 0) OC(CHJ-CH=CH(CH₇)XHz CHOCC (CH -,) ,XH=CHC H .,CH (CH-) «CH ₇

0(C^H₁₄O)₀H(Or OC(CHp)₇CH=CH(CH^) CH pfJCO (CH₂) _?CH=CHCHpCH (CH₂) ^CH₃

0(C₂Ii^O)_rH(or CX(CH₂)₇C]^C

ρ + q + r = 60
(f) Polyoxyäthylenglycolmonolaurylester

R ist C]J '■»^3""
m ist 2

(g) Polyoxyäthylenglycoldioleylester

•1

R ist ^ci7^H33~ und m ist 2

(h) Polyoxyäthylenglycollauryläther

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BAD ORIGINAL

R^J ist ■· ^rzt^f ^und m ist 2

(i) Polyoxyäthylenglycololeylather, verestert mit den Säuren von Sojabohenöl

R³ ist K³ is C₁₆H₃₃-

R ist die Alkylgruppe der Säuren des Sojabohenöls, wie Linolen ,„ ^ «. ·> und m ist 2 ¹^ ^⁰- ²

Polyoxyäthylenglycolkondensat von Ricinusöl, verestert mit den Säuren von Rapssamenöl

CH-OCÖR¹(C-H.O)^OCR¹ CH0C0R¹(C₂H_/0)_tH-(or -OCH¹') (C₁H₁O) K (or -OCR¹ )

1
R ist die Alkylgruppe der Ricinolsäure

R = Alkylgruppe der Säuren des Rapssamenöls, wie unter (a) angegeben, und s + t + u = 10

(k) Mischungen der Triäthanolaminsalze von Mono- und Diphospatestern des Adducts von Polyoxyäthylenglycol mit Oleylalkohol

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BAD ORIGINAL

244631 3

O R⁶O(C₂H^O)₃ -P- OHN(C₂H₇OIl)

OHN(CgH₁OH),

£ h 3

	R⁶0((	W	0 Il	Wc
			Il -P-(O I	H₄OH)₃
	ist	^ci8	OHN(C₂
E⁶	oder	(b -	und
a			)/2 - 4
	»b

^H33
f C

(1) Mischungen der Triäthanolaminsalze von Mono- und Diphosphatestern des Adducts von Polyoxyäthylenglycol mit Nonylphenol

	0 ii - p - OHJ.
R⁶O(C Ji. 0)_	OHN(CpH 0 Il - P - (OC i
R⁶O(C^O)₁,	OHN(C₂H

I(C_?H^GH)
*^!^0lt)3**

CH₅(CH^)₈C₆H -, ΈΓ ist lind

a oder (b + c)/2 = 8

(m) Triphospatester des Adducts aus Polyoxyäthylenglycol und OleylalkohoX

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BAD ORIGINAL

R⁶ ist °^lßH35 und (d + e + f)/3 = 8

(η) Kaliumsalz der Säuren des Rapssamenöls R¹CCOK

R ist die Alkylgruppe der Säuren des Rapssamenöls, wie unter (a) angegeben

(o) Dicyclohexylaminsalz der ölsäure

NH-CcK₀(CH₇), CH)·

₁,CK₇), H)„ (ρ) Triäthanolamin der ölsäure

(q.) Äthylenglycol

(r) Hexylenglycöl

(s) Butylcärbitol

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BAD ORIGINAL

- 28 (t) Schmalzöl

(u) Rapssamenöl (ν) Mineralöl

Beispiel 1

Eine wasserlösliche Schmiermittelzusammensetzung wurde zubereitet, die die in Beispiel 1 der Tabelle I angegebenen Bestandteile enthielt. 5 Teile dieses Schmiermittels wurden mit 95 Teilen Wasser verdünnt, wobei sich eine transparente Lösung bildete. Die Lösung wurde bei einem Walzwerk als Aluminiumheiss- und AluminiumkaltwaIzflüssigkeit untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II angegeben. Dort sind zum Vergleich auch jene Ergebnisse, die mit einer im Handel erhältlichen Heisswalzemulsion, mit im Handel erhältlichen Kaltwalz schmiermitteln und mit Lösungen aus einem oder zwei der drei Komponenten, die gemäss der Erfindung verwendet werden, erhalten wurden.

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cn ο co

Tabelle II

Heisswalzen Kaltwalzen

Schmiermittel

Gesamte Rauhheit Reflexion der ge-

Walzbeiast. d. gewalz- walzten Bahn (⁰Z

bei 6 Durch- ten Bahn Als ' Als

gangen (Hmax) Heiss- Anodi-

(t) (/-O gewalzt siert

5%-Lösung des

Beispiels

5%-Lösung von (a) 5%-Lösung von

5%-Lösung von (b)+(l) (b) : (1)= 1 : "I 5%-Losung von (a) + (f) (a) : (f)* 1 :

5%-ige Enmlsion Mineral-Seehund-Tranö1

Mineral-Seehund-Tran-Öl Laury!alkohol

107 185

180 186

169 186

l.o 3.0

2Λ 1.9

1.3

2Λ

21.0 ,3.5

9.7 13.1

13.5 12.6

Biss Oberflä- Reibungsder chenaus- koeffizient Walzen sehen d.
■anodi-

siertenBahn

ausgezeichnet-

starke
Aufnahme

schlecht

" fleckige

Fehlstellen

häufiges Aufnahme
Versagen

0.15

0.25

0.2$

0.13'

* nicht durchgeführt

Beispiele 2 bis 20

Es wurden wasserlösliche Schmiermitte!zusammensetzungen hergestellt, die die Bestandteile enthalten, wie sie in den Beispielen der Tabelle I angegeben sind. 5 Teile der Schmiermittel wurden mit 95 Teilen Wasser verdünnt, wobeisich in jedem Falle eine transparente Lösung bildete. Die Lösungen wurden auf einem Walzwerk entweder als Aluminium-Heiss- oder Aluminium-Kaltwalzflüssigkeit untersucht-Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III angegeben.

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CD CD CD

	Ges. WaIz-	Rauhheit	Tabelle III	Als	Als,	Biss	Kaltwalzen	Ober-	Reibungs-	-	I
	belastung	der gew.	Heisswalzen	Heiss-	Anodi-	der	Flächen	koef.fi-	C-15
.Schmier	bei 6	Bahn	Reflexion der ge	gewalzt	siert	Walzen	aussehen	z ent	-	I
mittel	Durchgängen	(Hm ax)	walzten Bahn (%)				d. anodi-
	00	( /^u)	20.9	4.0		sierten		-
Beispiel			-	-		■ Bahn ■■		-
	170	2.1	18-7		gut	ausgezeichnet	-
	-	-	16.3	4.0	- .	-	-
2	160	Z.O	21.3	4.7	gut	ausgezeichnet,	ύ . 12
Z	178	1.6	I9.9	'5.0	gut	ausgezeichnet	-	-P-
	17?	1.9	18.Z	3.6	gut	ausgezeichnet	-	-C- cn
K	I8o	1.7	Zl.Z	4.0	gut	ausgezeichnet	-	GO
6	180	1.9	ZC. If.	4.9	gut	ausgezeichnet	-
7	171	1.7	21.8	5.8	gut	ausgezeichnet	-
δ	177	1.3	20.6	'+.2	gut	ausgezeichnet	-
9	173	1.9	I9.7	3.9	gut	ausgezeichnet	0.1.2
10	170	1.6	1-9-3	4.I	gut	ausgezeichnet	-
11	174	1.8	18.0	3-7	gut	ausgezeichnet	G. Ll
12	176	Z.0	20.7		gut	ausgezeichnet	CM1.
13	lßO	2L.1	-	-	gut	ausgezeichnet
l/f	175	1.8	18.1	4.2.	gut	ausgezeichnet
15	-	-	.20.7	5-β	' _	—
16	18t>	2..O	16.2-	.-3.8	gut	ausgezeichnet
Xl	16b	1:8		gut	ausgezeichnet
18	J.6if	I.4		gut	ausgezeichnet
19
ZC

5%-ige Lösung der jeweiligen Schmiermitte!zusammensetzung in Wasser

2U6319

Zusätzlich wurde ein Tiefziehversuch mit der Schmiermittelzusammensetzung des Beispiels 11(5 Gew.-%-ige Lösung),■ wie in Tabelle I angegeben, mit Maschinenöl und Rapssamenöl durchgeführt. Die erhaltenen Ergenisse sind in der nachstehenden Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV
Schmiermittel LDR

5%-ige Lösung von 2,12

Beispiel 11

Maschinenöl " 2,07 Rapssamenöl 2,10

In ähnlicher Weise wurde ein Tiefziehversuch mit der Schmiermittelzusammensetzung des Beispiels 19 (5 Gew.-%-ige "Lösung), wie in Tabelle I angegeben, durchgeführt und ein Grenzziehverhältnis (LDR) von 2,14 erhalten.

Aus den vorstehenden Tabellen II, III und IV, die die Ergebnisse der Walz- und Tiefziehversuche mit den wasserlöslichen Schmiermitteln gemäss der Erfindung zeigen, ist zusammen mit jenen Werten, die mit einer üblichen Heisswalzemulsion, üblichen Kaltwalzölen und Lösungen, die ein oder zwei der

drei erfindungsgemäss angewandten Komponenten enthalten,

erhalten wurden.,ersichtlich, dass die wasserlöslichen

Schmiermittel gemäss der Erfindung alle besser als jedes

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- 53 - ' . ■

der anderen Schmiermittel beim Heisswalzen sind, wie dies durch die Walzbelastung, die Oberflächenrauhheit· der gewalzten Bahnen, der Reflexion der gewalzten Bahn, dem Biss der Walzen und dem Oberflächenaussehen der anodisierten Bahn ersichtlich ist. Ferner sind die wasserlöslichen Schmiermittel gemäss der Erfindung alle besser, als übliche Kaltwalzöle oder Tiefziehöle in Bezug auf die Schmiereigenschaften, wie dies durch den Reibungskoeffizient oder das Grenzziehverhältnis gezeigt wird. Es ist ferner wesentlich, um eine ausgezeichnete Wirkung der Metallbearbeitung zu erhalten, dass alle drei Komponenten (A), (B) und (C) bei den wasserlöslichen Schmiermitteln gemäss der Erfindung verwendet werden müssen.

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Claims

- 54 -

Patentansprüche

1. Schmiermittelzusammensetzung zui? Metallbearbeitung, dadurch gekenn 7, eichnet, dass sie (A) etwa 10 bis 60 Gew.-% einer wasserlöslichen, nicht ionischen, oberflächenaktiven Komponente aus wenigstens einer der Substanzen

(a) einem Polyoxyalkylenglycolester einer Fettsäure der allgemeinen Formel (I)

E¹COO(R²O)_nH (I)

oder der allgemeinen Formel (II)

R¹COO(R²O)_nOCE¹ (II)

(b) einem Polyoxyalkylenglykolether eines Fettalkohols der allgemeinen Formel (III)

R⁵O(R²O)_nH (III)

(c) eines Polyoxyalkylenglycoläthers eines Fettalkohols, der mit einer Fettsäure verestert ist der allgemeinen Formel (IV)

R⁵O(R²O)_nOCR¹ (IV)
oder

(d) einem Polyoxyalkylenglycolkondensat eines Glycerids, das mit einer Fettsäure verestert ist der allgemeinen Formel (V)

CH₂OCOR¹OCR²O) CCR¹

H-OCOR¹O(R²O) ft'⁴ (V) ²

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wobei R CO eine gesättigte oder ungesättigte Fettsäureacylgruppe mit etwa 12 bis 22 Kohlenstoffatomen,

R eine Äthylengruppe,

R^O einen gesättigten oder ungesättigten Fettalkoholrest mit etwa 12 bis 22 Kohlenstoffatomen,

R ein Wasserstoffatom oder eine R GO-Gruppe, η eine ganze Zahl zwischen etwa 10 und 20, und

p, q, r jeweils eine ganze Zahl, wobei die Summe von p,q und r zwischen etwa 25 und

Il

40 liegt, wenn ein oder beide R ein Wasserstoff atom sind und zwischen etwa 40 und 60,

h. Λ

wenn R eine R CO-Gruppe ist, bedeuten,

(B) etwa 10 bis 40 Gew.-% einer öllöslichen, nicht ionischen, oberflächenaktiven Komponente, aus wenigstens einer der Substanzen

(a) einem Polyoxyalkylenglycolester einer Fettsäure der allgemeinen Formel (VI)

ft COO(R⁵O) H (VTY

oder der allgemeinen Formel (VII) 5¹COO(R⁵O)₁₁₁OCR¹ (VIJ.)

(b) einem Polyoxyalkylenglycoläther eines Fettalkohols der allgemeinen Formel (VIII)

K⁵O(A) _mB (VIII)

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(c) einem Polyoxyalkylenglycolather eines mit einer Fettsäure veresterten Fettalkohols der allgemeinen Formel (IX)

R⁵O(R⁵O)₁₉OCR¹ (IX)

oder

(d) einem Polyoxyalkylenglycolkondensat eines mit einer Fettsäure veresterten Glycerids der allgemeinen Formel (X)

CH^OCOR¹O(R⁵O)

CH-OCOK¹O(R⁵O)₄V¹ (X)

CH₂OCOR³O(R⁵O)_nR^

wobei R CO, R , R^O und R^ die vorstehend angegebene Bedeutung haben, B? eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen,

m eine ganze Zahl zwischen etwa 1 und 5 und s, t und u jeweils eine ganze Zahl, und die Summe von s, t und u zwischen etwa 3 und 20 liegt, bedeuten, und

(C) etwa 10 bis 50 Gew.-% einer anionischen oder nicht-ionischen, oberflächenaktiven Komponente aus wenigstens einer der Substanzen (a) einem Phosphatester und/oder einem Salz eines Phosphatesters mit dem Adduct eines Polyoxyalkylenglyco Is mit einem Alkohol oder einem Alkylphenol der allgemeinen Formel (XI)

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Cp Ii

JTO(ITO)- - P - M (XI)

a ι

der allgemeinen Formel (XII)

0
R⁶O(H²O), - P - (R²O) OR⁶ (XII)

oder der allgemeinen Formel (XIII) 0

C ο -Il ρ r

- P - (ITO)OR⁰ (XIII)

(R²0)_f

OR⁶

ρ
wobei R die vorstehend angegebene Bedeutung

R eine Alkylgruppe, eine Alkenylgruppe oder eine Alkarylgruppe mit etwa 12 bis 18 Kohlenstoffatomen,

R ein Alkalxmetallatom, eine Alkylamingruppe oder eine Alkano1amingruppe, a eine ganze Zahl zwischen etwa 2 und 15j b und c jeweils eine ganze Zahl, wobei die Summe vonb und c.dividiert durch 2 zwischen etwa 2 und 15 liegt, und

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c, d und e jeweils eine ganze Zahl, wobei die Summe von c, d und e dividiert durch 3 • zwischen etwa 3 und 10 liegt, bedeuten, oder (b) ein Alkalimetallsalz, Alkylaminsalz und/oder Alkanolaminsalz einer Fettsäure der allgemeinen Formel (XIV)

R¹COOM (XIV)

in der R CO und M die oben angegebene Bedeutung haben, umfasst.

Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R'CO ein Säurerest der Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure, Linderinsäure, Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure, ölsäure, Gadoleinsäure, Erukasäure, Linolensäure, Arachidonsäure, Ricinolsäure oder eine Mischung derselben oder eine Mischung der Fettsäurereste der Fettsäuren von Rapssamenöl, Sojabohnenöl, Reiskleieöl, Palmöl, Baumwollsamenöl, Erdnussöl, Sesamöl, Maisöl, Schmalzöl, Talgöl oder Tranöl ist.

Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass R^ ein Alkoholrest von Laurylalkohol, Myristylalkohol, Palmitylalkohol, Stearylakohol, Arachidylalkohol, Behenylalkohol, Linderylakohol, Myristoleylalkohol, Palmitoleylalkohol, Oleylalkohol, Gadoleylalkohol, Erukylalkohol, linolenylälkohol, Arachidonylalkohol, Ricinolylalkohol oder eine Mischung derselben ist.

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4-, Schmiermitte!zusammensetzung nach einem der

Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkyl- oder Alkenylgruppe E eine Lauryl-,

Myristyl-, Palmityl-, Stearyl-, oder Oleylgruppe und die Alkarylgruppe R oder Dodeoy!phenyl sind.

und die Alkarylgruppe R Nony!phenyl, Octy!phenyl

5. Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 "bis 4-, dadurch gekennzeichnet,

dass R-^ eine Äthylengruppe ist.

6. Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch ge kenn ζ e i chne t, dass die Zusammensetzung ferner bis zu etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmiermittelzusammensfetzung, eines wasserlöslichen Lösungsmittels oder bis zu etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmiermittelzusammensetzung, eines Mineralöls, eines fetten Öls oder einer Mischung derselben enthält.

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