DE2640854A1

DE2640854A1 - Schmiermittelzusammensetzung

Info

Publication number: DE2640854A1
Application number: DE19762640854
Authority: DE
Inventors: Robert Hall Davis; John William Schick
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1976-09-10
Publication date: 1978-03-16

Description

Schmiermittelzusammensetzung
Die Erfindung bezieht sich auf Schmiermittelzusammensetzungen, insbesondere wäßrige Metallbearbeitungsschmiermittel. Die Zusammensetzungen gemäß der Erfindung zeichen sich durch verbesserte Antirosteigenschaften, bl*joide Eigenschaften und Desaktivierungseigenschaften gegenüber Nichtesenmetall aus.
Gewisse Arten vcn Schmiermitteln, besonders Metallbearbeitungsflüssigkeiten, z.B. Schneidöle, lösliche Öle (emulgierbare öle ) und wäßrige Metallbearbeitungsflussigkeiten, sind einer Verschlechterung oder einen Verderb im Gebrauch unterworfen. Die mikrobielle Verschleuchterun ist besonders störend und kann zu Ranzidität und Verlust von wertvollen Schmierungseigenschaften führen. Die Schn mittel können auch eine Korrosion von Metallgegenständen, mit denen sie in Berührung kommen, z.B. Werkzeugen und Werkstücken, verursachen. Zusatzstoffe sind oft verwendet worden, um diese Nachteile zu überwinden. Es ist jedoch im allgemeinen gefunden worden, daß jeder Zusatzstoff nur eine Funktion erfüllt und daß es daher notwendig ist, eine Anzahl von Zusatzstoffen in dem Schmiermittel einzuschließen. Übliche Metallbearbeitungsflüssigkeiten auf Wasserbasis sind tatsächlich mit soviel wie neun Komponenten formuliert worden, um ein wirksames Arbeiten über einen weiten Bereich von Bedingungen mit einem Minimum von nachteiligen Nebenwirkungen, wie Korrosion, Hartwasserinstabilität und Schaumbildung, vorzusehen.
Es ist gefunden worden, daß eine gewisse Klasse von Materialien, nämlich die Aminsalze von Bernsteinsäureteilestern als multifwftionelle Schmiermittelzusatzstoffe wirksam sind. Sie zeigen biocide Eigenschaften, Antikorrosions- und Metalldesaktivierungseigenschaften. Wegen ihrer Antikorrosionseigenschaften können sie in nitritfreien, wäßrigen Kühlmitteln Anwendung finden.
Gemäß der Erfindung ist daher eine Schmiermittelzusammensetzung vorgesehen, die ein Aminsalz eines Teilesters einer Alkyl- oder Alkenylbernsteinsäure, in der der Alkyl-oder Alkenylsubstituent 6 bis 22 Kohlenstoffatome hat, umfaßt.
Diese Aminsalze sind besonders brauchbar bei wäßrigen MetallbearbeittingsschmiermitteLi, sie können aber auch bei anderen Schmiermitteln, z.B. Ölen, "löslichen" Ölen und Schmierfetten angewendet werden. Wie bekannt, sind wäßrige Metallbearbeitungsflüssigkeiten (auch als chemische oder synthetische Fluids bekannt) eine Klasse von Schmiermitteln, die durch ihre vollständige "LösnicE;eit" in Kombination mit Wasser gekennzeichnet sind. Wenn sie mit Wasser gemischt werden, bilden sie klare (transparente) Flüssigkeiten. Emulsionsartige Schmiermittel (gewöhnlich "lösliche Öle", "wasserlösliche Öle", "mit Wasser mischbare Flüssigkeiten" oder "emulgierbare Metallbearbeitungs- oder Schneidflüssigkeiten" genannt) umfassen eine Emulsion von winzigen Öltröpfchen, die von einer Wasserphase umgeben sind. Emulgiermittel und Kupplungsmittel werden angewendet, tun das Öl zu dispergieren und die Emulsionsstabiiität zu erhalten.
Halbwäßrige Kühlmittel sind eine dritte Klasse von Schmiermitteln.auf Wasserbasis. Sie umfassen eine Mischung von löslichen Ölen und einer wäßrigen Flüssigkeit. Ihre allgemeinen physikalischen Eigenschaften sind denjenigen von löslichen Ölen ähnlich. Metallbearbeitunge- oder Schneidöle sind im allgemeinen Öle von Erdöl- Tier-, Seetier- oder Pflanzenursprung, entweder einzeln oder in Kombination.
Bei allen diesen Schmiermittelarten können verschiedene Zusatzstoffe vorhanden sein, z.B. Hochdruckzusatzstoffe (insbesondere Schwefel, Phosphor und Chlor enthaltende Verbindungen) und Schmierfähigkeitsverbesserer. Eine Erörterung dieser Flüssigkeiten ist in einer Anzahl von Quellen, wie a.B. "Cutting and Grinding Fluids: Selektion and Application", R. K. Springborn (Ed.), American Society of Tool and Manufacturing Enginears, Dearborn, Michigan, 1967, zu finden.
Wie ausgeführt, sind die Zusatzstoffe gemaß der Erfindung besonders wirksam in wäßrigen Ketalroearbeitungsflüssigkeiten. Sie tragen zur verbesserten Desaktivierung von Nichteisenmetall und zur Verbesserung der Antirost- und biociden Eigenschaften der Flüssigkeit bei.
Die Aminsalze werden durch Umsetzung eines Amins mit einem Teilester einer Alkyl- oder Alkenylbernsteinsäure gebildet. Die Umsetzung zwischen dem Amin und dem Ester geht im allgemeinen bei Raumtemperatur leicht vor sich.
Der Ester ist von einer hlkyl- oder Alkenlbernsteinsäure abgeleitet, in der der Alkenyl- oder Alkylsubstituent 6 bis 22 Kohlenstoffatome enthält Beispiele von solchen Bernsteinsäuren sind Octenyl-, Dodecenyl-, Hexadecenyl-, Isooctadecenyl- oder Triacontenylbernsteinsäure Die Substituentengruppe kann aus einer polyolefinischen Gruppe, z.B. wie bei der Tetrapropenyl- oder Polybutenylbernstein Säure bestehen.
Der zur Bildung des Teilesters verwendete Alkohol hat vorzugsweise 1 bis 18 Kohlenstoffatome und besteht vorzugsweise aus einem Alkylalkohol (Alkanol) wie Methanol, Äthanol, Propanol oder Butanol.
Das Amin, das mit dem Teilester der substituierten Bernsteinsäure umgesetzt wird, ist vorzugsweise ein Alkylamin, ein aromatisches Amin oder ein Alkanolamin mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen. Die Alkanolamine werden mit besonderem Vorteil verwendet und können zweckmäßig eine Kettenlänge von 2 bis 6 Kohlenstoffatomen haben. Diese Amine sollen vor zugsweise bei Raumtemperatur flüssig sein. Die Amine von niedrigem Molekulargewicht werden im allgemeinen bevorzugt, und es ist gefunden worden, daß far diesen Zweck solche Alkanolamine wie Mono- oder Triäthanolamine, hoch wirksam sind.
Die Arnire können wasserlöslich oder öllöslich sein und können daher solche Alkanolamine wie Isopropanolamine, z.B.
Mono-, Di- und Triisopropanolamin, Dimethyläthanolamin, Diäthyläthanolamin, Aminoäthyläthanolamin, N-Acetyläthanolamin, Phenyläthanolamin, Phenyldiäthanolamin und mischungen von ihnen einschließen.
Für die meisten Anwendungen werden diese Aminsalze in einer Menge von 0,5 bis 65 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 50 Gew.%, bezogen auf die gesamte Schmiermittelzusammensetzung, eingesetzt.
Wenn das Schmiermittel ein Öl einschließt, kann dieses ein Mineralöl oder ein synthetisches Öl von Schmierviskosität sein. In Fällen, in denen eine Stabilität bei hoher Temperatur nicht ein Haupterfordernis ist, werden Vorzugsweise Mineralöle mit einer Viskesität von wenigstens 4 eSt (40 SSU), insbesondere lo ois '200 cSt (60 bis Sooo SSU) bei 380C 100°F) angewendet. In Fällen, in denen das Schmiermittel ein synthetisches Schmieröl allein oder in Kombination mit einem Mineralöl umfaßt, können versdhiedene haterialien benutzt worden. Typische synthetische Öle umfassen Glykole, z.B. Polypropylenglykol, Ester, z.B. Trimethylolpropanester, Neopentyl- und Pentaerythritester, Di-(2-äthyl hexyl) sebacat, Di-(2-äthylhexyl) adipat oder Dibutylphthalat.
Das Öl kann in Kombination mit einer Schmierfett bilder den Menge eines Verdickungsmittels als Träger -bei der Herstellung von Schmierfetten, welche die Aminsalze ont halten, zur Anwendung gelangen. Für diesen Zweck Kann sine große Anzahl von Verdickungs- oder Gelierungsmittel verwendet werden, z.B. Nichtseifen-Verdierungsmit@el wie oberflächenmodifizierte Tone und Siliciumdioxyde, Arylharnstoffe oder Seifenverdickungsmittel, z.B. Caloiumkomplexe liche Materialien.
Die nachstehend angegebenen Testergebnisse zeigen, daß die Aminsalzmaterialien gemäß der Erfindung als Bio cide, Antirostmittel und Nichteisenmetall-Desaktivierungsmittel wirksam sind.
Der Test hinsichtlich der biociden Aktivität, der in der nachstehenden Tabelle angeführt ist, wird wie folgt durchgeführt: Bei dieser Verfahrensweise wird ein Filterpapier von 13 x 13 x 0,7 mm (o,5 x o,5 x o,o27 engl. Zoll) mit der Biocid-Testlösung (annähernd o,5 mlj gesättigt. Das Papierquadrat wird in die Mitte einer Nähragarplatte gelegt, die zuvor mit Bakterien (vorwiegend Pseudomonas) beimpft worden war. Bei diesem Test soll ein wirksames biocides Mittel das Wachstum in der Nachbarschaft des Filterpapiers inhibieren. Der Abstand von der Kante des Papiers zu dem Punkt, wo das bakterielle Wachstum beginnt, zeigt die Aktivität an. Die in der Tabelle aufgezeichneten Werte mit bezug auf Reaktions- und Wasserkomponenten sind in Gewichtsprozent angegeben.
Der Test wurde auf einem Filterpapier ausgeführt, das mit einer eigen Triäthanolamlnlösung zum Vergleich gesättigt war (Beispiel 1). Das Aminsalz wurde durch Umsetzung von überschüssigem Triäthanolamin mit dem Monomethylester von Tetrapropenylbernsteinsäure in situ gebildet (Beispiel 2).
Im Beispiel 1 ergab sich nur geringe oder keine bakterielle Inhibierung nach 120 h, d.n. es wurde ein starkes bakterielles Wachstum von 1,6 mm (1/16 inch)~ von dem Testp? pier beobachtet. Derselbe Test, der mit dem Triäthanolardntetrapropenylbernsteinsäureestersalz des Beispiels 2 ausgeführt wurde, ergab jedoch eine Wachstumsinhibierung von 9,5 mm (3/8 inch), was biocide Aktivität zeigt.
Die Zusammensetzung gemäß Beispiel 2 liefert auch einen Rostschutz für Schmiedeeisen (malleable iron) und eine Verhinderung von Fleckenbildung auf Tichteissenmetallen, wie Aluminium. Der Schmiedeeisen-Rosttest wird wie folgt ausgeführt: Späne von Schmiedeeisen werden in einen 3ehä.lter von 50 ml zusammen mit der Fluidzusammensetzung, die beurteilt werden soll, gebracht. Alle überschüssige Flüssigkeit wird dann abgezogen,und die Schnitzel werden in -einer Atmosphäre von annähernd 90CXO relativer Feuchtigkeit und bei einer Temperatur von 21 bis 2400 (70 bis 75°y) gelagert. Die Probe wird nach einer Zeitdauer von 48 h Lagerung hinsichtlich des Auftretens von Rost geprüft.
Der Aluminium-Fleckentestwird wie folgt ausgeführt: Annähernd 14 g (1/2 Unze) der zu beurteilellden Schmiermittellösung wird in einem 57 g- (2 Unzen)-Becher zusammen mit 57 mm (2,25 inch) eines Aluminiumstabs gebracht, der zuvor mit Schmirgelleinen mittleren Grades gereinigt wird den war. Annähernd die Hälfte dieses Stabs wurde unter die Oberfläche der Testlösung getaucht, und der übrige Teil wurde luft ausgesetzt. Es wurde die Neigung zur Fleckenbildung während einer Zeitdauer von 48 h beobacrtet.
Die Prüfungsergebnisse sind in der nachstehenden 'g'abelle wiedergegeben.
T a b e l l e Beispiel 1 Beispiel 2 Zusammensetzung, Gew.% Triäthanolamin 45,00 30,00 Uetrapropenylbernsteinsäuremonomethylester - 15,00 Wasser 55,00 55,00 Biocid-Aktivitätstest Inhibierung des bakteriellen Wachstums von Test-Quadrat mm 1,6 9,5 (engl. (1/16) (3/8) Zoll) Schmiedeeisen-Rosttest 20 1 destilliertes Wasser, 48 h Rost kein Rost Aluminium-Fleckentest 20 1 hartes Wasser 350 ppm, 48 h schwarze keine Flecken Flecken

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Schmiermittelzusammensetzung, dadurch gekenn zeichnet, daß sie ein Aminsalz eines Teilesters einer Alkyl- oder Alkenylbernsteinsäure, deren Alkyl-oder Alkenylsubstituenten 6 bis 22 Kohlenstome enthalten, umfaßt.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ekennzeichnet, daß das Salz cin Alkanolamin mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch ctekennzeichnet, daß das Alkanolamin aus Trläthanolamln besteht.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das der Teilester der Teilester der Bernsteinsäure und eines Alkanols mit 1 bis 13 Kohlenstoffatomen ist.
5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch relrennzeichnet, daß das Alkanol aus Methanol besteht.
6. Zusammensetzunct nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bernsteinsäureteilester aus dem Teilester einer Polyolefinbernsteinsäure besteht.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n nzeichnet, daß die Polyolefinbernsteinsäure Tetrapropenylbernsteinsäure ist.
8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie 0,5 bis 65 Gew.-% des Aminsalzes einschließt.
9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch ge:-ennzeichnet, daß sie 5 bis 50 Gew.-% des aminsalzes einschließt.

lo. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie eine wäßrige Metallbearbeitungsflüssigkeit ist, die Wasser und das Aminsalz umfaßt.