DE2844272A1

DE2844272A1 - Emulgierbares metallbearbeitungsoel

Info

Publication number: DE2844272A1
Application number: DE2844272A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Chem Dr Helwerth; Horst Lorke
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1978-10-11
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1980-04-30
Also published as: CS228120B2

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT HOE 78/F 213 Dr.OT/St Emulgierbares Metallbearbeitungsöl

Gegenstand der Erfindung sind Konzentrate von in Wasser emulgierbaren Metallbearbeitungsölen bestehend aus:

A) etwa 30 bis 50, vorzugsweise 35 bis 45 Gew.-% von Um-

Setzungsprodukten, die erhalten werden, wenn man SuIfochloride alkylaromatischer, cycloaliphatischer, alkylcycloaliphatischer oder vorzugsweise aliphatischer Kohlenwasserstoffe mit insgesamt etwa 12 bis 24 Koh-¹-lenstoffatomen entweder mit Ammoniak oder primären

TO niederen aliphatischen Aminen zu den entsprechenden Alkylsulfonamiden und danach mit Halogencarbonsäuren mit 2 bis 11 Kohlenstoffatomen in Gegenwart von Alkali umsetzt oder die genannten Sulfochloride in Gegenwart von Alkali mit Aminocarbonsäuren mit 2 bis 11 Kohlenstoffatomen umsetzt, wobei die Umsetzungsprodukte nachträglich in die Mono-, Di" oder Trialkanolarnlnsalze, Morpholinsalze oder Cyclohexylaminsalze überführt werden können,

B) etwa 20 bis 40, vorzugsweise 25 bis 35 Gew.-% eines

Mineralöles mit einer Viskosität von 3 bis 5 °E/20 ⁰C.

Der Gehalt dieses Mineralöls an Paraffinen kann zwischen 50 bis 70 %, an Naphthenen 25 bis 30 % und an Aromaten 0 bis 25 % betragen.

—2

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-Z₁-

C) etwa 5 bis 20, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-% eines Chlor-Paraffins mit Kettenlängen zwischen etwa 10 bis 18 C-Atomen und einem Chlorgehalt von 50 - 70 %

D) etwa 5 bis 20, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-% einer oberflächenaktiven Verbindung der Formel

wobei η eine Zahl von 3 bis 12 und R C, Q~C₂₂-Alkanoyloxy oder Alkenoyloxy, Cg-C₂₂ ^-AIkOXy oder Alkenoxy, C^-C₁ Alkylphenyl, Cg-C.g-Alkylnaphthyl oder mono-, di- oder tri-Co-C^-Alkyl- oder Alkenylamin bedeutet und

E) etwa 5 bis 20, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-% eines schwefelvernetzten Umsetzungsprodukts aus Fettsauretriglyceriden und ungesättigten C.₂-C₃Q-Fettsäureestern, wobei der Gesamt-Schwefelgehalt 5 bis 30 % beträgt.

Bei der Komponente A handelt es sich im wesentlichen um Verbindungen der Formel I

R R

R₂ R₁

R-SO₀-N -(CH-) -CH-COOY (I)

wobei R einen alkylaromatischen, cycloaliphatischen, alkylcycloaliphatischen oder vorzugsweise einen- aliphatischen Rest mit insgesamt jeweils 12 bis 24 C-Atomen, R.. Wasserstoff oder CH₃, R₂ Wasserstoff oder einen Alkyl- oder Oxyalkylrest mit bis zu 3 Kohlenstoffatomen, oder den Rest

-(CH₂)_n-CH-COOY

^R1

¹

X eine Zahl von Null bis 9 und Y Wasserstoff oder ein Äquivalent eines Alkali-, Erdalkali-, Zink-, Alkanolamin- oder Morpholin-Kations bedeutet. Die Herstellung dieser Umsetzungsprodukte, ausgehend von den Sulfochlorierungsprodukten aliphatischer Kohlenwasserstoffe, kann z.B. nach

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dem Verfahren der deutschen Patentschrift 767 071 erfolgen» Als Alkylarylsulfochloride mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen, wie sie zur Herstellung der Umsetzungsprodukte A) verwendet werden können, kommen besonders solche in Betracht, die sich von Benzol oder Naphthalin abgeleiteten wie z.B.

Dodecylbenzolsulfochlorid, Octylbenzolsulfochlorid, Isopropylnaphthalinsulfochlorid oder Nonylnaphthalinsulfochlorid.

Bei der Komponente B handelt es sich um ein gemischtbasisches Mineralöl, enthaltend Paraffine, Naphthene
und Aromaten mit einer Viskosität von 2 bis 5 °E/20 ⁰C vornehmlich 3 °E/20 ⁰C. Die Anteile an Paraffinen können 50 bis 70 %, hauptsächlich 55 bis 65 % an Naphthenen

20 bis 30 % und an Aromaten 0 bis 20 % betragen.

Dem unter C aufgeführten Chlorparaffin liegt ein C-iq-C-iq-Paraffin, vornehmlich C./-C. _g-Paraffin, mit einem Chlorgehalt von 50 - 60 % hauptsächl ch ca. 55 % zugrunde. Das Chlorparaffin hat eine Viskosität von ca. 1200 cp bei
20°C.

Als Komponente D kommen solche nichtionogenen oberflächenaktiven Verbindungen in Betracht, die im Molekül etwa 3 bis 12 Ethylenoxid-Einheiten und einen hydrophoben Kohlen-wasserstoffrest enthalten. Geeignete nichtionogene Verbindungen dieser Art sind z.B. die Anlagerungsverbindungen von etwa 6 bis 10, 'insbesondere 8 bis 9 Mol Ethylenoxid an 1 Mol einer gesättigten oder ungesättigten Fettsäure mit etwa 10 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere einer ungesättigten Fettsäure mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen; die Anlagerungsprodukte von etwa 4 bis 10, vorzugsweise 5 bis 6 Mol Ethylenoxid an 1 Mol eines gesättigten oder ungesättigten Fettalkohols mit etwa 8 bis 20 Kohlenstoffatomen, insbesondere eines ungesättigten Fettalkohols
mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen; die Anlgerungsprodukte von etwa 4 bis 12, insbesondere 6 bis 8 Mol Ethylenoxid

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an 1 Mol eines Alkylphenols oder eines Alkylnaphthols, wobei die Alkylreste etwa 6 bis 16, vorzugsweise 8 bis 12 Kohlenstoffatome umfassen können und geradkettig oder verzweigt sein können, sowie die die Umsetzungsprodukte von etwa 3 bis 10, vorzugsweise 5 bis 7 Mol Ethylenoxid mit 1 Mol eines primären, sekundären oder tertiären gesättigten oder ungesättigten Alkylamins mit 8 bis 22 vorzugsweise 14 bis 18 Kohlenstoffatomen im Alkylrest. Der Anteil der Komponente D in dem Konzentrat beträgt vorzugsweise 8 bis 14 Gew.-%.

Die schwefelvernetzten Umsetzungsprodukte E werden erhalten durch Reaktion von tierischen und pflanzlichen Fettsäuretriglyceriden (Fettölen) mit ungesättigten Fettsäureestern - vor allem Methylestern -, wobei die C-Kettenlänge der verwendeten Fettsäuren von C₁- bis C^₀ reichen kann, vorzugsweise jedoch C₁,- bis C„_n beträgt. Der Gesamt-Schwefelgehalt derartiger Kondensationsprodukte beträgt zwischen 5 % und 30 %, vorzugsweise jedoch 15 20 %, wobei der Aktiv-Schwefelgehalt (Bestimmung nach ASTM-D-1662) 4 - 8 %, vorzugsweise 5 % betragen soll.

Das Metallbearbeitungsölkonzentrat gemäß der Erfindung kann neben den Komponenten A-E noch in geringem Umfang weitere Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten, d e vor allen Dingen der Schaumdämpfung der Emulsion und dem Schutz vor Bakterienbefall dienen. Solche Entschäumungsmittel sind z.B. Silikonölemulsionen, Fluortenside und/oder Fettsäuren, die ihrerseits entschäumend wirkende KaIkseifen bilden. Der Anteil der einzelnen Komponenten A bis E kann in den angegebenen Grenzen schwanken. Die im Einzelfall optimale Menge dieser Komponenten kann der Fachmann unschwer durch orientierende Vorversuche ermitteln.

Zur Anwendung werden diese Konzentrate in Wasser emulgiert, wobei die wäßrige Emulsion 1 bis 5, vorzugsweise 2 bis 3 % dieser Konzentrate enthält. Solche öl-in-Wasser Emulsionen auf der Basis der erfindungsgemäßen Konzentrate

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werden als Kühlmittel und gleichzeitig als Schmiermittel bei der Bearbeitung von Eisenmetallen (Stahl und Gußwerkstoffen) aber auch von Nichteisenmetallen (Schwermetalle und Leichtmetalle) verwendet z.B. beim Schneiden, Gewindeschneiden, Gewindebohren, Schleifen, Fräsen und dgl.

Von besonderer Bedeutung ist die Anwendung beim Hochgeschwindigkeitsschleifen, d.h. beim Schleifen mit Schleifgeschwindigkeiten von über 60 m/sec. Dieser Arbeitsprozeß gewinnt aus technologischen und ökologischen Gründen eine immer stärkere Bedeutung. Die bisherigen Kühl- und Schmiermittel erfüllen nicht die dabei gestellten erhöhten Anforderungen, insbesondere hinsichtlich der Schmierwirkung.

Die vorteilhafte hohe Schmierwirkung bei gleichzeitig vorzüglicher Korrosionsschutzwirkung ergibt sich aus dem nachfolgend beschriebenen Vergleich mit in der Praxis üblichen Metallbearbeitungsölen. Bei Prozentangaben handelt es sich um Gewichtsprozente.

Metallbearbeitungsöl 1 (Vergleichsprodukt)

• 80 % Mineral öl gemischtbasisch

Viskosität ca. 3 °E/20 ⁰C

18 % Natrium- /Triethanolammoniumsalz einer Alkylsulfonamidoessigsäure 2 % einer Anlagerungsverbindung von 6 Molen EO an 1 Mol Nonylphenol

Metallbearbeitungsöl 2 (Vergleichsprodukt)

40 % Mineralöl gemischbasisch

Viskosität ca. 3 °E/20 ⁰C
40 % Natrium/Triethanolammoniumsalz einer Alkylsulfonamidoessigsäure 20 % eines chlorierten C^Q-C^g-Paraffins

mit ca. 55 % Chlor.

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- r-

Metallbearbeitungsöl 3 (erfindungsgemäß) bestehend aus

a) 40 % eines ümsetzungsproduktes, das wie folgt hergestellt wurde. Eine Fraktion aliphatischer Kohlenwasserstoffe mit den Siedegrenzen von 250 - 330⁰C, die frei von aromatischen Bestandteilen ist, wird so lange in bekannter Weise sulfochloriert, bis etwa die Hälfte der Kohlenwasserstoffe im wesentlichen in das Monosulfochlorid umgewandelt ist. Das Reaktionsprodukt wird mit Ammoniak behandelt, so daß ein Gemisch erhalten wird, das aus 50 % Kohlenwasserstoff und etwa 47 bis 53 % Alkylsulfonamiden besteht. Dieses Produkt wird mit Chloressigsäure umgesetzt, mit Natronlauge und (-) neutralisiert und auf einen Gehalt von etwa 5 % Wasser eingestellt. Man erhält eine Mischung aus etwa. 35 % alkylsulfamidoessigsaurem Natrium,! 14 % Alkylsulfamiden und -imiden, 44 % Kohlenwas· erstoffen und 5 % Wasser.

b) 30 % eines gemischtbasisches Mineralöls, enthaltend ca. 50 % Paraffine und zu gleichen Anteilen Naphthene und Aromaten mit einer Viskosität von ca. 3 ⁰E/20 ⁰C.

c) 10 % eines C. .-C-g-Chlorparaffins mit ca. 55 % Chlor

d) 10 % eines ümsetzungsproduktes von 1 Mol Nonylphenol

und 6 Mol Ethylenoxid

e) 10 % eines Schwefel-vernetzten Umsetzungsprodukts aus Fettöl und einem ungesättigten Fettsäureester mit einem Schwefelgehalt von ca. 15 %.

Metallbearbeitungsöl 4 (erfindungsgemäß) a - d) wie Metallbearbeitungsöl 3

e) 10 % eines Schwefel-vernetzten ümsetzungsproduktes aus Fettöl und einem ungesättigten Fettsäureester mit einem Schwefelgehalt von ca. 28 %.

(Trietliandamin)

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Metallbearbeitungsöl 5 (erfindungsgemäß) a - d) wie Metallbearbeitungsöl 3

e) 10 % eines Schweif e'i-vernetzten Umsetzungsprodukts aus Fettöl und einem ungesättigten Fettsäureester mit einem Schwefelgehalt von 16 %.

Zur Bestimmung der Schmierwirkung wurden 3 %ige wäßrige Emulsionen aus den zu prüfenden Konzentraten hergestellt und mit der Reibverschleißwaage nach Reichert die spezifische Flächenpressung in bar als Maß für die Schmierwirkung gemessenι

Tabelle I

Produkt Nr. 20 kg Belastung 30 kg Belastung

■ 1 . . 110 bar 85 bar

2 255 bar 145 bar

3 375 bar . 205 bar 4 425 bar 260 bar

5 305 bar 185 bar

Die gute Schmierwirkung der erfindungsgemäßen Konzentrate ergibt sich aus der Schweißlast N.gemessen mit den 3 %igen wäßrigen Emulsionen unter den Bedingungen des Vierkugelapparates:

Tabelle II	VKA-Schweißlast
	10,5 N
1 -.	24,0 N
2	29,5 N
3	29,5 N
4	24,5 N
(Jl

Die Ergebnisse lassen deutlich die vorteilhafte Schmierwirkung dieser Emulsionen erkennen.

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Claims

Patentansprüche:

T, Konzentrate von in Wasser emulgierbaren Metallbearbeitungsölen bestehend aus:

A) etwa 30 bis 50 Gew,-% von ümsetzungsprodukten, die erhalten werden, wenn man Sulfochloride alkylaromatischer, cycloaliphatischer, alkylcycloaliphatischer oder vorzugsweise aliphatischer Kohlenwasserstoffe mit insgesamt etwa 12 bis 24 Kohlenstoffatomen entweder mit Ammoniak oder primären niederen aliphatischen Aminen zu den entsprechenden Alkylsulfonamiden und danach mit Halogencarbonsäuren mit 2 bis 11 Kohlenstoffatomen in Gegenwart von Alkali umsetzt oder die genannten Sulfochloride in Gegenwart von Alkali mit Aminocarbonsäuren mit 2 bis 11 Kohlenstoffatomen umsetzt, wobei die Umsetzungsprodukte nachträglich in die Mono-, Di- oder Trialkanolaminsalze, Morpholinsalze oder Cyclohexylaminsalze überführt werdfein können,

B) etwa 20 bis 40 Gew.-% eines Mineralöls mit einer Viskosität von 3 bis 5 °E/20 ⁰C. Der Gehalt dieses Mineralöls an Paraffinen kann zwischen 50 bis 7ö %, an Naphthenen 25 bis 30 % und an Aromaten 0 bis 25 % betragen.

C) etwa 5 bis 20 Gew.-% eines Chlor-Paraffins mit Kettenlängen zwischen etwa 10 bis 18 C-Atomen und einem Chlorgehalt von 50 - 70 %.

D) etwa 5 bis 20 Gew.-% einer oberflächenaktiven Verbindung der Formel

R(CH₂CH₂O)_nH

wobei η eine Zahl von 3 bis 12 und R ^c-|o~^C22~ Alkanoyloxy oder Alkenoytoxy, Cg-C₂₂-Alkoxy oder Alkenoxy, Cg-C_1g-Alkylphenyl, C₅-C₁g-Alkylnaphthyl oder mono-, di- oder tri-Cg-C^-Alkyl oder Alkenylamin bedeutet
und

030018/0022 ORIGINAL INSPECTED

- ~ j
2 ¹ """ HOE 78/F 213

(E) etwa 5 bis 20 Gew.-% eines schwefel-vernetzten Urasetzungsprodukts aus Fettsäuretriglyceriden und ungesättigten C₁₂~^C3 0~^Fettsäureestern, wobei der Gesamt-Schwefelgehalt 5 bis 30 % beträgt.
2. Konzentrate nach Anspruch 1 bestehend aus 35 bis

45 % der Komponente A, 35 bis 35 % der Komponente B und jeweils 8 bis 12 % der Komponenten C, D und E.
3. Verwendung der Konzentrate nach Anspruch 1 und 2 in Form von öl-in-Wasser Emulsionen als Kühl- und Schmiermittel bei der Metallbearbeitung.

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