DE3008500A1 - Diaethanoldisulfid als hoechstdruck- und antiverschleisszusatz in wasserloeslichen metallbearbeitungsfluessigkeiten - Google Patents

Diaethanoldisulfid als hoechstdruck- und antiverschleisszusatz in wasserloeslichen metallbearbeitungsfluessigkeiten

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Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER
Patentanwälte
5. März 1980
Postanschrift / Postal Address Postfach 86Ο10Θ, 8OOO München 8β
FJenzenauerstraße 28
Telefon 98 33 23
Telegramme: Chemlndus München Telex: COJB23ΘΘ2
, IR 2429
PENNWALT CORPORATION Three Parkway, Philadelphia, Pa./ V.St.A.
Diäthanoldisulfid als Höchstdruck- und Antiverschleisszusatz in wasserlöslichen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
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IR 2429
Viele Schmiermittel erfordern Höchstdruckzusätze, welche auf Schwefelverbindungen basieren. Bei hohen Kontaktdrücken erhitzt sich das bearbeitete Metall an seiner Oberfläche und reagiert mit dem Schwefel, wobei sich Metallsulfide bilden, welche dazu beitragen, die Grenzreibung und das Aneinanderschweissen des bearbeiteten Metalls und des Metallbearbeitungswerkzeugs, wie einer Drehbank, eines Bohrers, eines Stanzwerkzeugs, einer Säge, einer Nagelmaschine, einer Automatendrehmaschine oder ähnlicher Werkzeuge zu verhindern. Die herkömmlichen Schmiermittelzusätze auf Schwefelbasis sind entweder nicht wasserlöslich und müssen als Emulsion zubereitet werden oder sie sind ionischer Natur und bilden in hartem Wasser Schaum bzw. Niederschläge. Beispiele dafür sind schwefelhaltige (sulfurized) Mineralöle, schwefelhaltige ungesättigte Fette oder Fettsäuren, einige synthetische organische schwefelhaltige Verbindungen, anorganische Polysulfide und schwefelhaltige Salze. Emulsionen haben häufig keine hohe Stabilität; sie sind vielmehr gegenüber dem Angriff von Bakterien anfällig und hinterlassen Rückstände. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Schmieröle aufgrund des Emulgatorgehalts der Emulsion an den bewegten Teilen des Maschinenwerkzeugs in emulgierter Form in die Schneidflüssigkeit verschleppt werden können, was die Arbeitsweise der Maschine beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil von Emulsionen ist der, dass sie Beseitigungsprobleme auf werfen können, wenn man sie verwirft. Die Emulsionen müssen bewusst häufig gebrochen und die öl- und Wasserphase getrennt verworfen werden, damit die Umweltschutzvorschriften erfüllt sind.
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Derzeit verfügbare ionische schwefelhaltige Salze, wie Salze von Mercaptobenzothiazol, haben den Nachteil, dass sie mit den Schwermetallionen ausfallen, welche in gewöhnlichem Leitungswasser vorliegen oder aus der Oxidation des bearbeiteten Metallstücks resultieren. Aus diesem Grunde müssen sie mit Chelatbildnern formuliert werden, welche die Korrosion des Werkstücks und der Maschine beschleunigen. Wegen seiner hohen Wasserlöslichkeit überwindet das erfindungsgemäss verwendete Diäthanoldisulfid die bei Emulsionen und ionischen schwefelhaltigen Salzen auftretenden Probleme.
Die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten bzw. -fluide werden dadurch in Kontakt mit dem Metallwerkstück gebracht, dass man die Flüssigkeit aufsprüht, einen Strom der Flüssigkeit gegen das Werkstück richtet oder das Werkstück in solcher Weise in die Flüssigkeit eintaucht, dass sich das Werkstück, das Metallbearbeitungswerkzeug und die Metallbearbeitungsflüssigkeit sämtlich in innigem Kontakt befinden.
Erfindungsgemäss wurde gefunden, dass Diäthanoldisulfid (2,2'-Dithiobisäthanol) ein wirksamer wasserlöslicher Höchstdruck- und Antiverschleisszusatz für wässrige Schmiermittelsysteme ist, ohne dass die Nachteile der vorgenannten schwefelhaltigen Höchstdruckzusätze auftreten. Diäthanoldisulfid ist eine organische, nicht-ionische Verbindung, welche in allen Mengenverhältnissen in Wasser löslich ist. Die Verbindung hat im allgemeinen einen Schwefelgehalt von mehr als 40 Gew.-56 bei einer chemischen Struktur, welche die Verbindung zu einem sehr wirksamen und vorteilhaften Höchstdruck- und Antiverschleisszusatz macht. Diäthanoldisulfid fällt in hartem oder saurem Wasser nicht aus der Lösung aus. Es hat die zusätzlichen Vorteile eines geringen Geruchs und heller Farbe; ausserdem führt es nicht zur Schaumbildung.
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Gemäss einem Aspekt der Erfindung wird ein Metallwerkstück bearbeitet, indem man es mit einem Metallbearbeitungswerkzeug erfasst, wobei ein inniger Kontakt mit einer wirksamen Menge der erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeit vorhanden ist. Diese Flüssigkeit ,umfasst einen Hauptanteil an Wasser und eine wirksame Menge an Diäthanoldisulfid, welcher der Flüssigkeit höchstdruckbeständige Eigenschaften und Antiverschleisseigenschaften verleiht. Gegebenenfalls können wirksame Mengen an einem oder mehreren konventionellen Bearbeitungsflüssigkeitszusätzen vorhanden sein, wie Gleitmitteln, Rostschutzmitteln, Netzmitteln, Schauminhibitoren, Germiciden, Chelatbildnern, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffen und Parfüms.
Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde gefunden, dass Gemische von Diäthanoldisulfid und wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100 in Wasser eine synergistische Aktivität zeigen, wenn sie in wirksamen Anteilen eingesetzt werden, dass sie bei hohen Belastungen in Metallbearbeitungsfltissigkeiten Höchstdruck- und Antiverschleisseigenschaften ergeben. Diäthanoldisulfid zeigt bereits bei Konzentrationen von nur 0,05 Gew.-96 in Wasser Höchstdruck- und Antiverschleisseigenschaften. Gegebenenfalls können wirksame Mengen an einem oder mehreren herkömmlichen MetallbearbeitungsflüSBigkeitszusätzen vorhanden sein, wie an Schmier- oder Gleitmitteln, Rostschutzmitteln, Netzmitteln, Schauminhibitoren, Germiciden, Chelatbildnern, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffen oder Parfüms.
Diäthanoldisulfid ist als solches ein wirksamer Höchstdruckzusatz und ein wirksames Antiverschleissmittel und kann somit als einziges Mittel dieses Typs in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten eingesetzt werden. Für
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spezielle Arbeitsvorgänge kann man jedoch auch andere Höchstdruck- und Antiverschleisszusätze mit Diäthanoldisulfid in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten kombinieren.
Es folgt eine nähere Erläuterung der Erfindung.
Es wurde gefunden, dass Diäthanoldisulfid ^^^^^ ein hochwirksamer Höchstdruck- und Antiverschleisszusatz für Metallbearbeitungsflüssigkeiten bzw. -fluide auf Wassergrundlage ist. Der Schwefelgehalt von Diäthanoldisulfid beträgt über etwa 40 Gew.-%, jedoch bewahrt die Verbindung selbst in Gegenwart von Schwermetallionen in sämtlichen Mengenverhältnissen ihre Wasserlöslichkeit. Diäthanoldisulfid ist eine transparente Flüssigkeit mit einer Viskosität von 53 x 1O~2 m2/s (53 cst) bei 40 0C.
Diäthanoldisulfid kann dadurch hergestellt werden, dass man 2 Mol 2-Mercaptoäthanol mit 1 Mol Schwefel in Gegen wart eines basischen Katalysators, wie Triethylamin, umsetzt. Der als Nebenprodukt ; gebildete Schwefelwasserstoff wird aus dem Reaktionsgemisch durch Hindurchleiten von Luft oder eines anderen Inertgases bei etwa 10O0C ausgetrieben. Bei dieser Herstellungsweise werden ferner geringere Mengen an Diäthanoltrisulfid und höheren Diäthanolpolysulfiden erzeugt. Diese Produkte sind wegen ihrer begrenzten Wasserlöslichkeit nicht so gut brauchbare MetallbearbeitungsflüssigkeitBzusätze wie Diäthanoldisulfid. Das 2-Mercaptoäthanol wird von mehreren Herstellern in den Handel gebracht.
Der theoretische Schwefelgehalt von Diäthanoldisulfid beträgt 41,58 Gew.-?6. Der Schwefelgehalt des in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Diäthanoldisulfide
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kann 37 bis 46 Gew.-% betragen, da Mischungen von geringeren Anteilen von Thiodiäthanol und Diäthanolpolysulfiden vorliegen können. Wenn in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen Diäthanoldisulfid erwähnt wird, soll damit ein Diäthanoldisulfid mit einem Schwefelgehalt von 37 bis 46 Gew.-# einbezogen sein.
Es wurde gefunden, dass sich Diäthanoldisulfid als Höchstdruckzusatz (EP-Zusatz) und Antiverschleisszusatz für Metallbearbeitungsflüssigkeiten auf Wasserbasis eignet, beispielsweise für Mahl-, Schleif-, Schneide-, Gewindeschneide-, Bearbeitungs- und Sägeflüssigkeiten. Seine Brauchbarkeit als Höchstdruck- und Antiverschleisszusatz wird erhöht, wenn es mit Polyoxyalkylenglykolen kombiniert wird, mit denen es in den Metallbearbeitungsflüssigkeiten auf Wassergrundlage synergistisch wirkt.
Die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten enthalten mindestens etwa 0,05 Gew.-% Diäthanoldisulfid. Man kann eine beliebige höhere Konzentration als Höchstdruck- und Antiverschleisszusatz anwenden, jedoch sind Konzentrationen von mehr als etwa 1 Gew.-% der Metallbearbeitungsflüssigkeit unwirtschaftlich. Ein bevorzugter Konzentrationsbereich beträgt etwa 0,05 bis 0,2 Gew.-%,
Normalerweise würde Diäthanoldisulfid der einzige Höchstdruck- und Antiverschleisszusatz in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten sein. Für spezielle Metallbearbeitungsvorgänge wurde jedoch gefunden, dass andere Höchstdruck- und Antiverschleisszusätze zusammen mit dem Diäthanoldisulfid vorhanden sein können, beispielsweise emulgiertes bzw. emulgierte Di-tert.-nonylpolysulfid, Salze und Ester von schwefelhaltiger (sulfurized) Ölsäure, Salze von Mercaptobenzothiazol und Polyoxyäthylenbis-(thioharnstoff).
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Ein bevorzugter Bestandteil der erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten ist mindestens ein wasserlösliches Polyoxyalkylenglykol mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100. Vorzugsweise ist das Glykol ein PoIyoxyäthylenglykol, Polyoxypropylenglykol und/oder gemischtes Polyoxyäthylen-polyoxypropylenglykol. "Wasserlöslich" bedeutet wasserlöslich bei Raumtemperatur, da einige PoIyoxyalkylenglykole bei erhöhten Temperaturen unlöslich werden und der Einsatz solcher Glykole tatsächlich bevorzugt ist. Was die Molekulargewichte betrifft, müssen die Polyoxyalkylenglykol e ein Mindestmolekulargewicht von etwa aufweisen. Die Obergrenze der Molekulargewichte bestimmt sich durch die Wasserlöslichkeit der Glykole bei Raumtemperatur. Es ist zweckmässig, das Polyoxyalkylenglykol mit dem höchsten Molekulargewicht zu verwenden, welches bei Raumtemperatur in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten wasserlöslich ist. Polyoxyäthylenglykole mit so hohen Molekulargewichten wie etwa 600 wurden bereits in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten eingesetzt. Polyoxypropylenglykole mit so hohen Molekulargewichten wie etwa 400 wurden für den gleichen Zweck verwendet. Gemischte Polyoxypropylen-polyoxyäthylenglykole mit so hohen Molekulargewichten wie etwa 3500 wurden ebenfalls in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten verwendet.
Die Polyoxyalkylenglykole werden in einer Mindestkonzentration von etwa 0,05 Gew.-% eingesetzt. Beliebige höhere Konzentrationen an Polyoxyalkylenglykolen können in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten angewendet werden, sofern sie wasserlöslich sind. Konzentrationen von mehr als etwa 5 Gew.-96 der Metallbearbeituhgsflüssigkeit sind weniger wirtschaftlich. Bevorzugt angewendet werden Konzentrationen von etwa 0,2 bis 0,6 Gew.-?6.
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Zusätzlich zu den Polyoxyalkylenglykolen oder anstelle der Polyoxyalkylenglykole können die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten wirksame Mengen an mindestens einem herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatz enthalten, beispielsweise Schmiermittel (lubricity agents), Rostschutzmittel, Netzmittel, Schauminhibitoren, germicide Mittel, Chelatbildner, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffe oder Parfüms. Ein wichtiges Kriterium für alle diese verschiedenen Zusätze ist, dass sie bei Raumtemperatur wasserlöslich sind. Unter einer "wirksamen Menge" eines herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatzes ist die Mindestkonzentration des Zusatzes zu verstehen, welche in der Metallbearbeitungsflüssigkeit für den gewünschten Effekt sorgt. Die wirksame Menge an den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Zusätzen für Metallbearbeitungszusätze sind dem mit der Formulierung solcher Flüssigkeiten vertrauten Fachmann bekannt. Im allgemeinen sind diese herkömmlichen Metallbearbeitungszusätze in den erfindungsgemässen Lösungen in Konzentrationen von mindestens etwa 0,001 Gew.-96, gewöhnlich von etwa 0,001 bis 5 Gew.-%, vorhanden. ,
Schmiermittel (Schmierfähigkeitszusätze) sind in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten sehr zweckmässig, da sie die für den Metallbearbeitungsprozess erforderliche Energie wirksam vermindern. Geeignete Schmierfähigkeitszusätze sind die Äthanolaminfettsäureseifen, die sich von .Ethanolamin, Diäthanolamin oder Triethanolamin ableiten. Die Fettsäureanteile leiten sich von Cg- bis Cp2" Fettsäuren ab. Typische für die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten geeignete Fettsäuren sind öl-, Capryl-, Myristin- und Tallölfettsäure. Schwefelhaltige bzw. geschwefelte Fettsäuren sind ebenfalls in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten einsetzbar.
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Die Konzentration der Äthanolaminfettsäureseifen in den erfindungsgemässen Lösungen liegt im Bereich von etwa 0,1 bis 5 Gew.-96.
Anstatt die Äthanolaminfettsäureseifen den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten einzuverleiben, reicht es aus, das Äthanolamin und die Fettsäure getrennt zuzusetzen. Im allgemeinen werden das Äthanolamin und die Fettsäure in stöchiometrischen Anteilen eingesetzt. Die Seifen bilden sich in situ. Nach Bedarf kann ein Überschuss an Äthanolamin zur Einstellung des pH-Werts zugesetzt werden.
Typische für die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten geeignete Rostschutzmittel sind anorganische Borate, wie Natriumtetraborat, Natriumtetraboratdecahydrat oder Triäthanolammoniumborat, Boramide, wie Natriumboramid, Nitrite, insbesondere Natriumnitrit, Nitrate, wie Natrium- oder Zinknitrat, Phosphate, wie Kaliumtripolyphosphat, Natriumhydrogenphqsphat, Natriumorthophosphat oder Triäthanolammoniumphosphat, PoIyoxyäthylenfettamine und -amide, wie 2-(Hydroxydiäthoxy)-dodecyl-N,N-bis-(hydroxydiäthoxyäthyl)-amin oder N,N-bis-(Hydroxytetraäthoxyäthyl)-tetradecylamid, die sich ebenso gut eignen wie Arylsulfonamidocarbonsäuren, z.B. das Triäthanolammoniumsalz von Benzolsulfonyl-N-methyl-f-aminocapronsäure. Die Rostschutzmittel werden im allgemeinen in einer Konzentration von etwa 0,04 bis 1 Gew.-96 eingesetzt.
Typische für die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten geeignete Netzmittel sind Äthanolaminmyristat, Triäthanolammoniumlaurat, Hydroxypentadecaäthoxy-
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(nonylbenzol), Hydroxynonaäthoxyäthyl-Coctylphosphat) oder i-Octyloxy^^hydroxypentaathoxyJ-i-butoxypropan. Die Netzmittel werden im allgemeinen in den erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten in einer Konzentration von etwa 0,02 bis 5 Gew.-# eingesetzt.
Typische Schauminhibitoren bzw. Entschäumungsmittel für die erfindungsgemässen MetallbearbeitungsflUssigkeiten sind Glykolpolysiloxan, Polydimethylsiloxan und andere Siloxane, 2-Äthylhexanol sowie Tributylphosphat. Die Schauminhibitoren werden in einem Konzentrationsbereich von 7 ppm bis etwa 0,01 Gew.-% eingesetzt.
Beispiele für typische Germicide sind das Natriumsalz von 2-Mercaptopyridin-N-oxid, Hexahydro-1,3,5-tris-(2-hydroxyäthyl)-S-triazin und 1^-Benzisothiazolin^-on. Die Germicide werden im allgemeinen in einem Konzentrationsbereich von etwa 0,005 bis 0,05 Gew.-# eingesetzt.
Beispiele für Chelatbildner, welche sich ,für die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten eignen, sind Sorbit, Mannit, Ascorbinsäure, Sorbose, Gerbsäure, Salze von Äthylendiamintetraessigsäure, Rohrzucker (sucrose), Weinsäure und Mannose. Die Chelatbildner können in Konzentrationen von etwa 0,005 bis 0,2 Gew.-# eingesetzt werden.
Geeignete Nicht— Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren für die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind Benzotriazol und ähnliche Verbindungen, wie Tolyltriazol, Diheptyltriazol oder Diphenyltriazol. Diese Inhibitoren werden,nach Bedarf zusammen mit Farbstoffen und Parfüms, im allgemeinen in Konzentrationen von 0,001 bis 0,1 Gew.-96 eingesetzt.
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Zur Senkung der Transportkosten werden die wässrigen Lösungen, welche die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten darstellen, in Form wässriger Konzentrate der vorgenannten Lösungen in den Handel gebracht. Die Konzentrate werden an den Metallbearbeiter geliefert, welcher sie dann mit Wasser bis auf die gewünschte Gebrauchskonzentration verdünnt.
Die gemäss der Erfindung verwendeten wässrigen Konzentrate enthalten mehr als etwa 0,5 Gew.-% Diäthanoldisulfid. Sie können auch mehr als etwa 0,1 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100 enthalten.
Ein typisches Konzentrat der erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten enthält etwa 2 bis 10 Gew.-% Diäthanoldisulfid, 4 bis 20 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100 und als Rest Wasser.
Ein anderes erfindungsgemässes Konzentrat enthält etwa 2 bis 10 Gew.-% Diäthanoldisuifid, etwa 4 bis 20 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100, etwa 4 bis 20 Gew.-% an mindestens einer wasserlöslichen Aminfettsäureseife des vorgenannten Typs und als Rest Wasser.
Ein weiteres erfindungsgemässes Konzentrat enthält etwa 20 Gew.-# DiäthanoMisu.lfid, etwa 20 Gew.-# eines Schmierbzw. Gleitfähigkeitszusatzes und als Rest Wasser.
Die Konzentrate können auch einen oder mehreren der vorgenannten herkömmlichen Metallbearbeitungszusätze enthalten, beispielsweise Rostschutzmittel, Netzmittel, Schaum-
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inhibitoren, Germicide, Chelatbildner, Nicht-Eisen-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffe oder Parfüms. Wenn diese fakultativen Metallbearbeitungszusätze eingesetzt werden, sind sie in einer höheren Konzentration als der vorgenannten für die Gebrauchslösungen erwähnten Konzentration vorhanden. Typische Konzentrationen dieser herkömmlichen Zusätze in den erfindungsgemässen Konzentraten sind: Rostschutzmittel - 10 Gew.-%; Netzmittel - 5 Gew.-96; Schauminhibitor - 1 Gew.-96; Germicid - 1 Gew.-96; Chelatbildner - 0,1 Gew.-%; Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitor - 0,01 Gew.-965 Farbstoff - 0,01 Gew.-%; und Parfüm 0,01 Gew.-9o.
Konzentrate mit einem höheren Prozentanteil an Bestandteilen, wie sie vorstehend erwähnt werden, sind technisch möglich, wobei die höheren Konzentrationen lediglich durch die Produktkosten an einem Markt mit scharfer Konkurrenz begrenzt werden.
Die erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten werden leicht hergestellt, indem man lediglich die Bestandteile in einem Behälter vermischt und das Gemisch kurz bewegt.
Die vorgenannten Konzentrate werden vom Metallverarbeiter mit Wasser zur Bildung der erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeiten bzw. -lösungen verdünnt. Bei der Verwendung der Metallbearbeitungsfiüssigkeiten wird das Metallwerkstück durch ein Maschinenwerkzeug erfasst, während ein inniger Kontakt durch Aufsprühen der erfindungsgemässen Metallbearbeitungsflüssigkeit oder Eintauchen in die Flüssigkeit erzeugt wird. Die Diäthanoldisulfidkonzentration kann variiert werden, indem man unterschiedliche Mengen des Konzentrats verwendet, um nach Bedarf wirksame Höchstdruck-
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und Antiverschleisseigenschaften zu erzielen.
Die nachstehenden Beispiele erläutern die optimale Durchführungsform der Erfindung. Die Höchstdruckeigenschaften und Antiverschleisseigenschaften'der erfindungsgemässen wässrigen MetallbearbeitungsflUssigkeiten werden mit Hilfe des FALEX-Testgeräts gemäss ASTM-PrUfnorm D3233 für die Höchstdruckeigenschaften und gemäss ASTM D2670 TM für die Antiverschleisseigenschaften bestimmt. Bestimmte Metallbearbeitungsflüssigkeiten werden nach der Vierkugel-Testmethode gemäss ASTM D2783 getestet, aus. welcher die Messung des Belastungsverschleissindex abgeleitet wird.
Bei der FALEX-Testmethode werden die Proben 300 Sekunden bei einer Klemmen- bzw. Backenbelastung von 11315 kg (250 lbs.) laufen gelassen. Anschliessend wird die Belastung mit Hilfe der automatischen Sperrklinkenvorrichtung um jeweils 113,5 kg (250 lbs.) erhöht. Jede aufeinanderfolgende Belastung wird 60 Sekunden lang beibehalten. Nötigenfalls wird die Sperrklinkenvorrichtung kurz zur Aufrechterhaltung der Belastung wieder in Eingriff gebracht. Die zur Aufrechterhaltung der Belastung erforderliche Anzahl der Zähne am Sperrad wird als "Verschleisszahl" in Tabelle II angegeben. Diese Zahl steht in direkter Beziehung zum Verschleiss des Testbolzens und der V-Backen. Das Drehmoment gegenüber dem Testbolzen wird ebenfalls notiert. Das in kg.m (in-lbs.) gemessene Drehmoment steht in direkter Beziehung zur Schmierfähigkeit der Flüssigkeit. Die Belastungen werden erhöht, bis die Belastung durch die automatische Sperrklinkenvorrichtung nicht erhöht oder aufrechterhalten werden kann (Verschleissversagen) oder der Testbolzen bricht. Die Belastung am Versagenspunkt steht in direkter Beziehung zum Höchstdruckverhalten.
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Die Verschleisszahlen in Tabelle IV werden in getrennten Versuchen von 15 Minuten Dauer zur Verbesserung der Genauigkeit der Verschleissdaten bestimmt. Der Gewichtsverlust der FALEX-Bolzen sowie die Anzahl der zur Aufrechterhaltung der Belastung erforderlichen Sperradzähne werden bestimmt.
Beispiel
In Tabelle I ist die Flüssigkeit A eine typische erfindungsgemässe Metallbearbeitungsflüssigkeit, in der die Schmierfähigkeit durch Äthanolamin und ölsäure erzielt wird. Der Höchstdruckzusatz, nämlich Diäthanoldisulfid, ist in einer Konzentration von 0,1 Gew.-% vorhanden. Die Flüssigkeit B wird zu Vergleichszwecken ohne den Höchstdruckzusatz zubereitet. Die Flüssigkeit C ist eine handelsübliche Metallbearbeitungsflüssigkeit, in welcher der Höchstdruckzusatz ein geschwefelter (sulforierter) Ester von Ölsäure ist. Die Bestandteile von allen drei Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind aus Tabelle I ersichtlich. Die synergistische Wirkung von Diäthanoldisulfid mit PoIyoxyalkylenglykol wird durch Prüfung der aus Tabelle I ersichtlichen Flüssigkeiten D, E und F gezeigt. Alle Prozentanteile beziehen sich auf das Gewicht.
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A B Gebrauchskonz entrati onen D E F
TABELLE I 0,1 % 0 Formulierung 0 0,2 96 0,2 96
Metallbearbeitungsflüssigkeiten bei 0 0 C 0 0 0
0,4 96 0,4 96 0 1,0 96 1,0 96 0
Komponente 0,2 96 0,2 96 0,34 96 0 0 0
Diäthanoldisulfid Q. 0 0 0 0 0
sulforierter ölsäure
ester		 0,3 % 0,3 96 0 0 0 0
Polyoxypropylenglykol
MGW 400		 0 0 0,75 96 0 0 0
Äthanolamin 0,05 % 0,05 96 0 0 0 0
Triäthanolamin 0 0 .. 0,2 % 0 0 0
ölsäure Rest Rest 0,05 96 Rest Rest Rest
Natriumnitrit 40,05 96
Sorbit Rest
Bindemittel (Couplers),
Farbstoffe, Schaum
inhibitoren
Wasser
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Die Antiverschleiss- und Höchstdruckeigenschaften der Flüssigkeiten von Tabelle I werden mit einem FALEX-Testgerät bestimmt. Die Resultate sind aus Tabelle II ersichtlich.
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Belastung, Formulierung A Drehmoment TABELLE II' 0,08 (7) 0 Drehmoment, ?0
kg (lbs.) Ver FALEX-Tests 0,14 (12) 0 kg.m O-B lbs.) ΓΟ
-P-
113,4 (250) 0,21 (18) 0 0,09 (8) Formulierung C vo
226,8 (500) 0,25 (22) 1 0,15 (13) Ver- Drehmoment,
340,2 (750) Formulierung B 0,30-0,29
(26-25)		 1 0,21 (18) schleiss kg.in (in lbs.)
453,6 (1000) Ver- 0,32 (28) 4 0,25 (22) 0,10 (9)
567,0 (1250) schleiss kg.m (in lbs.) schleiss 0,30 (26), 0,15 (13)
680*4 (1500) 0 0,37-0,35
(32-30) ..		 11 0,36-0,33 0,21 (18)
0 0,39 (34) 22 (31-29) 0,25 (22)
, 793,8 (1750) 0 0,43 (37) 15 0,39-0,37
(34-32)		 0,32-0,30
(28-26)
co <* 907,2 (2000)
ι		 0 0,47 (41) 27 0,43-0,40
(37-35)		 0,36-0,37
CD 1020,6 (2250) 0 0,53 (46) 32 · 0,48 (38) (31-32)
O
co
OO		 1134,0 (2500) 0 0,55 (48) 50 0,46-0,48
(40-38) .		 0,48 (38) .
\
%
/07 1247,4 (2750) 0,61 (53) 0,50-0,48
(43-42)		 0,50-0,48 <
(43-42)
OO 1369,8 (3000) 6 Bolzen bricht 0,51-0,50
(44-4^1		 * 0,60-0,51
(52-44)
1474,2 (3250) 7 Bolzen bricht 17 0,60-0,52
(52-45i
1587,6 (3500) 9 ** 0,58 (50)
16 Bolzen bricht
18
25
140
*Der Belastungsabfall zeigt einen leicht messbaren Verschleiss bei dieser Belastung
an, die Anzahl der Zähne wird nicht bestimmt.
**Der Belastungsabfall zeigt einen grossen Verschleiss bei dieser Belastung an,
die Anzahl der Zähne wird nicht bestimmt.
O ο oo cn ο
CO O CD CO
TABELLE II (Fortsetzung):
Formulierung D
Belastung, kg (lbs.)
Formulierung E
Ver- Drehmoment Ver- Drehmoment schleiss kg.mCin lbs.) schleiss kg.m (in lbs.)
113,4 (250)
Versagen durch Verschleiss
226,8 340,2 453,6 567,0 680,4 793,8
1020,6 1134,0 1247,4 1369,8 1474,2 1587,6
(500) (750) (1000) (1250) (1500) (1750) (2000) (2250) (2500) (2750) (3000) (3250) (3500) (3750)
5 0,33-0,39 (29-34)
5" 0,61-0,59 (53-51)
3 0,69-0,68 (60-59) 5 0,75-0,76 (65-66)
4 0,70-0,63 (61-55)
2 0,67-0,61 (58-53)
3 0,65-0,60 (56-52) 8 0,69-0,68 (60-59)
12 0,75-0,63 (65-61)
18 0,77 (67)
36 0,83-0,78 (72-68)
40 0,82-0,78 (71-68)
45 0,81-0,73 (70-63)
35 0,76 (66)
Verschleiss durch Versagen Formulierung F
Ver- Drehmoment,
schleiss kgjr. (in lbs.)
Versagen durch Verschleiss
ίο
rvj
>J
30Ö85Q0
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Ein Vergleich der FALEX-Testresultate in Tabelle II für die Flüssigkeiten A, B und C zeigt die Wirksamkeit von Diäthanoldisulfid als Höchstdruck- und Antiverschleisszusatz und seine Überlegenheit gegenüber einer herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeit, welche einen sulforierten
Ester von ölsäure als Hochstdruckzusatz enthält.
Die synergistische Wirkung von Diäthanoldisulfid mit Polyoxy alkylenglykol ist leicht anhand eines Vergleichs der FALEX-Testresultate in Tabelle II für die Flüssigkeiten D1 E und F ersichtlich.
Beispiel
Die Metallbearbeitungsflüssigkeiten von Tabelle III werden als Konzentrate zubereitet. Anschliessend verdünnt man jeweils 5 Gew.-Teile der Konzentrate mit jeweils 95 Gew.-Teilen Wasser, um die Gebrauchslösungen zu erzeugen. Diese werden dann nach der FALEX- und Vierkugel-Testmethode auf die Höchstdruck- und Antiverschleisseigen,schaften getestet.
Beim Vierkugeltest wird eine Stahlkugel 10 Sekunden bei 1770 - 60 Upm gegen drei Stahlkugeln rotieren gelassen, welche stationär in Form einer Wiege gehalten werden. Die Belastungen gegenüber der Kugel werden in Abständen von 0,1 logarithmischen Einheiten erhöht, bis es zu einer Verschweissung kommt. Die Verschweissung wird durch einen tatsächlichen Schweissvorgang angezeigt, wie er durch einen Schrammendurchmesser an den stationären Kugeln von mehr als 4 mm oder - wie in diesem Falle - durch plötzliche laute Kreisch- oder Schleifgeräusche von Kugeln angezeigt wird.
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Die Schweissbelastung ist ein Mass für die Höchstdruckwirksamkeit der Flüssigkeit. Der Belastungs-Verschleissindex ist ein berechneter Durchschnittswert, welcher die kombinierten Lasttrage-(Höchstdruck-) und Antiverschleisseigenschaften der Flüssigkeit anzeigt.
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TABELLE III Metallbearbeitungsflüssigkeit
Konzentrate und Gebrauchslösungen
B-1 B-2 B-3
ro
vo
B-4
W Bestandteil Konzen
trat		 Ge
brauchs-
lösung 		Konzen
trat 		Ge
brauchs-
lösung		 Konzen
trat		 Ge
brauchs
lösung		 Konzen
trat		 Ge
brauchs-
lösung
CD
CO
f*-> 		O
I 		Caprylsäure 3,0 96 0,15 . 3,0 96 0,15 3,0 96 0,15 3,0 96 0,15
CD Äthanolamin 1,5 96 0,075 1,5 % 0,075 1,5 96 0,075 1,5 96 0,075
CO
OO 		PPG 400* 12,0 96 0,6 12,0 96 0,60 12,0 96 0,60 12,0 96 0,60
/0784 Diathanoldisulfid 0,0 96 0,0 1,0 96 0,05 2,0 96 0,10 4,0 96 0,20
*Polyoxypropylenglykol mit MGW 400
ο oo cn O
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Die Testresultate bezüglich der Höchstdruck- und Antiverschleisseigenschaften der Metallbearbeitungsflüssig keiten bei den in Tabelle III angegebenen Gebrauchskonzentrationen sind aus Tabelle IV ersichtlich.
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TABELLE IV
I
tv>		 Höchstdruck- und
flüssigkeiten		 Antiverschleisstests B-2 an Metallbearbeitungs- B-4 2429 \ CD
OO
tn
O
O
I B-1 B-3
FALEX-Testresultate 3750* 3000, 3750*
EP (ASTM D3233) Ver-
schleiss (ähnlich wie
ASTM D2670)		 1000, 1250 55*
60*		 4250, 4000*, 2750* 6*
8*
030038; 53,6 kg (1000 lbs.),
15 Min.,
Anzahl der Zähne
Stift, Gewichtsver
lust (mg)		 Pressen
(Seizure)		 147*
55		 43*
48*		 91*
69*
CD
OO		 907,2 kg (2000 lbs.),
15 Min.,
Anzahl der Zähne
Stift. Gewichtsver
lust (mg)		 nicht prüfbar
nicht prüfbar		 ■· 82*
63
Resultate des Vierkugel
tests		 - 80
24
15,3		 80
32
17,6
(ASTM D2738)
Schweissbelastung
letzte Belastung ohne
Fressen
Belastungs-Verschleiss-
index		 50
16
10,4		 100
32
15,9
*Der Test wird durchgeführt, wobei die Flüssigkeit durch die Testschale bei 100 bis 200 ml/Min, von einer bei 5O±3°C (122±5°F) gehaltenen Wanne zirkuliert.
Die Wirksamkeit des Diäthanoldisulfids. als Höchstdruck- und Antiverschleisszusatz ist aus den FALEX-Tests und Vierkugeltests ersichtlich, wobei ansteigende Mengen des Diäthanoldisulfidzusatzes Versagen bei Belastungen ansteigend von 1250 ohne Zusatz bis auf 4250 mit 0,1 % Diäthanol disulfid ergeben. Die FALEX-Testresultate werden durch die Vierkugeltests bestätigt, wobei die Schweissbelastung von 50 bis 100 mit 0,1 % Diäthanoldisulfid ansteigt, die letzte Belastung ohne Fressen von 16 bis 32 ansteigt und der Belastungs-Verschleissindes von 10,4 bis 17,6 mit 0,2 % Diäthanoldisulfid ansteigt.
Ende der Beschreibung
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Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE
1. Wasserlösliche Metallbearbeitungsflüssigkeit, enthaltend mindestens 0,05 Gew.-% Diäthanoldisulfid, mindestens etwa 0,05 Gew.-96 an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100 und als Rest Wasser.
2. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polyoxyalkylenglykol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus wasserlöslichem PoIyoxyäthylenglykol, Polyoxypropylenglykol und gemischtem Polyoxyäthylen-polyoxypropylenglykol mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100.
3. Flüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Diäthanoldisulfid in einer Konzentration von 0,05 bis 0,2 Gew.-# vorhanden ist.
4. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyoxyalkylenglykol Polyoxypropylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 400 ist.
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5. Wasserlösliche MetallbearbeitungsflUssigkeit, enthaltend mindestens etwa 0,05 Gew.-# Diäthanoldisulfid, mindestens etwa 0,05 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen aus der Gruppe bestehend aus Polyoxyäthylenglykol, Polyoxypropylenglykol und gemischtem Polyoxyäthylen-polyoxypropylenglykol mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100, eine wirksame Menge mindestens eines wasserlöslichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatzes, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schmiermitteln (lubricity agents), Rostschutzmitteln, Netzmitteln, Entschäumungsmitteln, germiciden Mitteln, Chelatierungsmitteln, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffen und Parfüms, und als Rest Wasser.
6. Flüssigkeit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserlösliche Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatz mindestens ein wasserlösliches Schmiermittel ist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Äthanolamin-, Diäthanolamin- und Triäthanolaminfettsäureseifen, wobei sich die Fettsäureanteile von CV-Cpp-Fettsäuren ableiten. :
7. Flüssigkeit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkanolamin Triäthanolamin ist und die Fettsäure ölsäure ist.
8. Wasserlösliche Metallbearbeitungsflüssigkeit, enthaltend mindestens 0,05 Gew.-% Diäthanoldisulfid, eine wirksame Menge an mindestens einem Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schmiermitteln, Rostschutzmitteln, Netzmitteln, Entschäumungsmitteln, germiciden Mitteln, Chelatierungsmitteln, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffen und Parfüms, sowie als Rest Wasser.
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9. Flüssigkeit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatz Sorbit ist.
10. Verfahren zur Bearbeitung eines Metallstücks durch Erfassen des Metallwerkstücks mit einem Maschinenwerkzeug, wobei ein inniger Kontakt mit einer dafür ausreichenden Menge an einer Metallbearbeitungsflüssigkeit gemäss Anspruch 1 bis 9 vorhanden ist, dass für Höchstdruck- und Antiverschleisseigenschaften gesorgt ist.
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DE19803008500 1979-03-05 1980-03-05 Diaethanoldisulfid als hoechstdruck- und antiverschleisszusatz in wasserloeslichen metallbearbeitungsfluessigkeiten Granted DE3008500A1 (de)

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