DE3249701C2

DE3249701C2 - Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE3249701C2
Application number: DE3249701A
Authority: DE
Inventors: Walter E Rieder
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1981-07-21
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2002-03-05
Also published as: SE8202946D0; BR8204222A; NL185569B; FR2510126A1; FR2510126B1; SE447826B; US4374741A; NZ199954A; GB2101998B; AU530507B2; NL185569C; DE3249701A1; MX159541A; CA1220484A; AU8094882A; ZA821165B; KR850001885B1; SE8202946L; NL8201014A; CH654582A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine wäßrige Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie deren Verwendung.

Nichtwäßrige Arbeitsflüssigkeiten und Arbeitsflüssigkeiten auf wäßriger Basis finden vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise als hydraulische Flüssigkeiten, Metallbearbeitungs-Flüssigkeiten, Wärmeübertragungs- Flüssigkeiten, elektronische Kühlmittel, Dämpfungsflüssigkeiten und Schmiermittel. Um diesen verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten gerecht zu werden, werden Arbeitsflüssigkeiten häufig den Eigenschaften und Leistungsbesonderheiten angepaßt, die für den beabsichtigten Gebrauch der Flüssigkeit spezifisch sind. Zu den Haupteinsatzgebieten von Arbeitsflüssigkeiten gehören deren Verwendung als hydraulische Flüssigkeiten und Metallbearbeitungs-Flüssigkeiten. Bei der Metallbearbeitung werden sie beim Bohren, Gewindeschneiden, Ziehen, Drehen, Fräsen, Räumen, Schleifen, Biegen, Walzen und ähnlichen Metallbearbeitungsvorgängen eingesetzt. Die Stabilität und die Schmiereigenschaften der Arbeitsflüssigkeit als Ganzes sowie die einzelnen Komponenten der Flüssigkeit spielen eine große Rolle bei der Leistung und der Brauchbarkeit der Flüssigkeit bei der hydraulischen und der Metallbearbeitungsanwendung. Eine große Stabilität der Flüssigkeit und ihrer Komponenten während der Lagerung und des Gebrauchs sowie eine große Schmierfähigkeit der Flüssigkeit sind wichtige und erstrebenswerte Eigenschaften bei der Verwendung der Flüssigkeit als hydraulische Flüssigkeit oder Metallbearbeitungsflüssigkeit.

In den letzten Jahren haben Arbeitsflüssigkeiten auf wäßriger Basis an Bedeutung gewonnen, und zwar aufgrund ihrer Vorteile in bezug auf Wirtschaftlichkeit, Sicherheit, Umwelt, Beseitigung und Entflammbarkeit gegenüber nichtwäßrigen Arbeitsflüssigkeiten. Diese Vorteile sind besonders beträchtlich im Hinblick auf die große Bedeutung, die gegenwärtig der Sicherheit und der Umwelt, insbesondere bei Metallbearbeitungsvorgängen gewidmet wird. Die wirtschaftlichen Vorteile der wäßrigen Arbeitsflüssigkeiten gegenüber nichtwäßrigen Arbeitsflüssigkeiten haben im Hinblick auf die Vorratsprobleme und den steigenden Preis nichtwäßriger Arbeitsflüssigkeiten an Bedeutung erlangt. Damit diese Vorteile wäßriger Arbeitsflüssigkeiten aber auch zum Tragen kommen, sollten derartige Flüssigkeiten eine hohe Stabilität während der Lagerung und des Gebrauchs aufweisen, desgleichen einen hohen Schmierfähigkeitsgrad besitzen. Die wäßrigen Arbeitsflüssigkeiten sollten also sehr widerstandsfähig gegenüber einer Trennung in eine oder mehrere Komponenten des Gemischs sowie widerstandsfähig gegenüber einem unerwünschten Abbau (z. B. Zersetzung) der Komponenten der Flüssigkeit sein, insbesondere einem unerwünschten Abbau der Schmiermittelkomponente der Flüssigkeit. Die Trennung und der unerwünschte Abbau der Komponenten (insbesondere der Schmiermittelkomponente) der wäßrigen Arbeitsflüssigkeit vermindert die Effektivität und Einsatzdauer der Flüssigkeit, so daß derart unerwünschte Effekte wie 1) ein übermäßiger Verschleiß der Metallbauteile des hydraulischen Systems (z. B. Pumpen und Ventile) und der Metallbearbeitungs-Einrichtung (z. B. Schneidwerkzeuge, Walzen und Stempel), sowie 2) der bearbeiteten Metallprodukte auftreten, die eine schlechte Oberflächen- Endbearbeitung und keine korrekten Abmessungen aufweisen. Obgleich viele wäßrige Arbeitsflüssigkeiten nach dem Stand der Technik bekannt sind und bei der Metallbearbeitung und auf hydraulischem Gebiet verwendet worden sind und verwendet werden, haben diese Flüssigkeiten Stabilitäts- und/oder Schmierfähigkeitsproblem aufgeworfen, die dazu führen, daß deren wirksamer Einsatz beschränkt oder ausgeschlossen wird. Die Fachwelt hat sich deshalb ständig mit der Weiterbildung wäßriger Arbeitsflüssigkeiten beschäftigt.

Aufgabe der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, ist es deshalb, die Nachteile der wäßrigen Arbeitsflüssigkeiten nach dem Stand der Technik zu überwinden und eine stabile, schmierfähige, wäßrige Arbeitsflüssigkeit zur Verfügung zu stellen.

R in der Formel des Anspruchs 1 kann z. B. ein zweiwertiges aliphatisches Kohlenwasserstoffradikal sein von der Gruppe: Äthylen, 1,3-Propylen, 1,2-Propylen, 1,4-Butylen, 1,3-Butylen, Vinylen, 1,6-Hexylen, 1,8-Octylen, 1,10-Decylen sowie 2-Dodecylen. Falls R ein Phenylen- Radikal ist, stellen 1,2-Phenylen, 1,3- Phenylen und 1,4-Phenylen, Beispiele dar. R kann ein zweiwertiges alkylaromatisches Radikal mit einer oder zwei C₁- bis C₄-Alkylgruppen sein, die an eine Phenylengruppe gebunden sind (z. B. 2,6-Dimethyl-1,3- phenylen). Als R kann z. B. auch ein zweiwertiges Radikal von 2-Phenyl-1,3-propylen, 2-Phenyl-1,1-äthylen, Phenylen- 1,2-dimethylen, Phenylen-1,3-dimethylen, Phenylen-1,4- dimethylen und Phenylen-1,4-diäthylen verwendet werden. R kann ein C₄- bis C₆- carbocyclisches zweiwertiges, cycloaliphatisches Radikal mit null bis zwei Doppelbindungen im Ring sein, beispielsweise 1,2-Cyclobutylen, 1,3-Cyclopentylen, 1,4-Cyclohexylen, 1,3-Cyclobutylen, 3-Cyclobuten-1,2-ylen, 1,2-Cyclohexylen, 1,5-Cyclohexadien-1,4-ylen und 3-Cyclohexen-1,2- ylen. Ferner kann durch ein zweiwertiges heteroaliphatisches Radikal gebildet sein, das ein oder zwei Sauerstoff- oder Schwefelatome in der Heterokette sowie zwei bis sechs Kohlenstoffatome aufweist, beispielsweise -CH₃-O-CH₂-, -CH₂-S-CH₂-, -CH₂-CH₂-S-CH₂-CH₂-, -CH₂-CH₂-CH₂-S-CH₂-CH₂-CH₂- und -CH₂-CH₂-CH₂-S-S-CH₂-CH₂-CH₂-. R kann auch ein zweiwertiges heterocyclisches Radikal mit einem oder zwei Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffatomen im Heteroring und 5 bis 6 Ringatomen sein, beispielsweise 2,3-Thiophendiyl, 2,5-Thiophendiyl, 2,3-Pyrazoldiyl, 2,4-Furandiyl, 2,5-Furandiyl, 3,4-Furandiyl, 2,3-Pyridindiyl, 2,5-Pyridindiyl, 3,5-Pyridindiyl, 2,4-Pyrroldiyl, 2,3-Pyrazindiyl und 2,6-Pyrazindiyl.

Beispiele für Dicarboxylsäuren, die zur Bildung des Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 verwendbar sind, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Bernsteinsäure, Isobernsteinsäure, Glutarsäure, Pyroweinsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Brassylinsäure, Octadecandionsäure, Thapsinsäure, Eicosandionsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Zitronensäure, Mesaconsäure, Aconitinsäure, 1,2-Benzol-dicarbonsäure, 1,3-Benzol-dicarbonsäure, 1,4-Benzol-dicarbonsäure, Tetrahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure, Hexahydroisophthalsäure, Hexahydroterephthalsäure, Phenylbernsteinsäure, 2-Phenylpentandionsäure, Thiodipropionsäuren, Carboxylsäureprodukte der Dimerisation von C₈- bis C₂₆-monomeren ungesättigten Fettsäuren, wie sie beschrieben sind in den US- Patentschriften 24 82 760, 24 82 761, 27 31 481, 27 93 219, 29 64 545, 29 78 468, 31 57 681, 32 56 304, Carboxylsäureprodukte der Diels-Alder-Reaktion einer ungesättigten Fettsäure mit einer α,β-äthylenisch ungesättigten Carboxylsäure (z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Malein- oder Fumarsäure), wie sie aus der US-Patentschrift 24 44 328 hervorgehen, sowie das Diels-Alder- Addukt in der α,β-äthylenisch ungesättigten Alkylmonocarbon- oder -dicarbonsäure mit 3 bis 4 Kohlenstoffatomen (z. B. Acryxl- bzw. Fumarsäure), sowie Pimelin- oder Abietinsäure. Beispiele von dimerisierten C₈- bis C₂₆-monomeren ungesättigten Fettsäuren sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Produkte, wie "Empol 1014 Dimer Acid"® und "Empol 1016 Dimer Acid"®, die jeweils von Emery Industries, Inc. erhältlich sind. Als Beispiele für Carboxylsäureprodukte der Diels-Alder-Reaktion kann die im Handel erhältliche "Westvaco Diacid 1525"® und "Westvaco Diacid 1550"® genannt werden, die beide von der Westvaco Corporation erhältlich sind. Weitere Beispiele von Dicarbonsäuren, die zur Bildung von Polyamiden gemäß der Formel im Anspruch 1 verwendbar sind, sind Thioessigsäure, 4,4′-Dithiobuttersäure, Carboxyphenoxyessigsäure, 2,3-Thiophen-dicarbonsäure, 2,4-Thiophendicarbonsäure, 2,5-Thiophen-dicarbonsäure, 2,3-Pyrazoldicarbonsäure, 2-Imidazolin-dicarbonsäure, Benzylmalonsäure, Phenyldiessigsäure, Phenyldipropionsäure, 2,3- Furandicarbonsäure, 2,4-Furandicarbonsäure, 2,5-Furandicarbonsäure, 3,4-Furandicarbonsäure, 2,4-Pyrroldicarbonsäure, 2,3-Pyridindicarbonsäure, 2,4-Pyridindicarbonsäure, 2,5-Pyridindicarbonsäure, 2,6-Pyridindicarbonsäure, 3,4- Pyridindicarbonsäure, 3,5-Pyridindicarbonsäure, 1,4- Piperazindicarbonsäure, 2,3-Pyrazindicarbonsäure, 2,5- Pyrazindicarbonsäure und 2,6-Pyrazindicarbonsäure.

Statt der Dicarbonsäure kann das entsprechende Anhydrid oder Säurehalogenid verwendet werden, sofern aus der Säure das Anhydrid und Säurehalogenid, beispielsweise Säurechlorid, gebildet werden kann. Falls das entsprechende Säurehalogenid der Dicarbonsäure verwendet wird, um das Polyamid nach der Formel des Anspruchs 1 herzustellen, ist es selbstverständlich erforderlich, die endständigen Säurehalogenidgruppen des Polyamidprodukts, das durch die Reaktion des Säurehalogenids mit dem Polyoxyalkylen- Homopolymer- oder -Copolymerdiamin mit endständiger Amingruppe gebildet wird, um die entsprechende Carboxylsäuregruppe umzuwandeln. Diese Umwandlung der endständigen Säurehalogenidgruppen zu Carboxylsäuregruppen kann durch die üblichen bekannten Verfahren erfolgen.

Gemäß der Formel im Anspruch 1 kann R′ z. B. zweiwertige Polyoxyalkylen-Homopolymer- und Copolymerradikale umfassen, die durch die Entfernung der beiden endständigen Amingruppen von Polyoxypropylendiamin, Polyoxybutylendiamin, Polyoxypropylen/Polyoxyäthylen-Block- und Randomcopolymerdiamin, Polyoxypropylen/Polyoxyäthylen/ Polyoxypropylen-Blockcopolymerdiamen, Polyoxybutylen/Polyoxyäthylen/ Polyoxybutylen-Blockcopolymerdiamin, Polyoxybutylen/ Polyoxypropylen-Polyoxybutylen-Blockcopolymerdiamin, Polyoxypropylen/Polyoxybutylen/Polyoxypropylen-Blockcopolymerdiamin,- Polyoxyäthylen/Polyoxybutylen-Block- oder Randomcopolymerdiamin und Polyoxypropylen/Polyoxybutylen-Block- oder -Randomcopolymerdiamin gebildet sind. Das Polyoxybutylen kann 1,2- Oxybutylen-, 2,3-Oxybutylen- oder 1,4-Oxybutylen-Einheiten aufweisen. Die Länge des Polyoxxyalkylenblocks, d. h. die Zahl der Polyalkylengruppen in dem Block, kann sehr unterschiedlich sein. Falls die zweiwertigen Polyoxyalkylen- Copolymerradikale Blockterpolymerradikale sind (z. B. Polyoxypropylen/Polyoxyäthylen/Polyoxypropylenblockterpolymer, erhalten durch Oxypropylierung beider Enden einer Polyoxyäthylenkette), können die endständigen Polyoxyalkylenblocke Polyoxyäthylen, Polyoxypropylen oder Polyoxybutylenblöcke sein, die lediglich zwei Oxyäthylen- Oxypropylen- bzw. Oxybutyleneinheiten aufweisen, oder es können in dem endständigen Block zwischen drei bis zu 20 Oxyalkyleneinheiten vorliegen. Das Polyoxyalkylen-Homopolymer- oder -Copolymerdiamin, aus dem 1) das zweiwertige Radikal R′ des Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 hervorgeht und das 2) zur Herstellung des Polyamids nach dieser Formel verwendet werden kann, weist ein mittleres Molekulargewicht im Bereich von etwa 72 und etwa 4000, insbesondere im Bereich zwischen etwa 72 und etwa 2000, auf. Das Polyamid nach der Formel des Anspruchs 1 ist mit der endständigen Amingruppe an ein endständiges sekundäres Kohlenstoffatom (d. h. ein Kohlenstoffatom, an das ein einziges Wasserstoffatom gebunden ist) des zweiwertigen R′-Radikals gebunden.

Als organische Amine, die zur Herstellung des Aminsalzes der endständigen Carboxylsäuregruppe des Polyamids nach der Formel des Anspruchs verwendbar sind, kann ein primäres Amin mit Alkylgruppe, ein sekundäres Amin mit Alkylgruppe, ein tertiäres Amin mit Alkylgruppe und vorzugsweise ein Monoalkanolamin, ein Dialkanolamin oder ein Trialkanolamin verwendet werden. Die Salze eines primären Amins mit Alkylgruppe, eines sekundären Amins mit Alkylgruppe und eines tertiären Amins mit Alkylgruppe mit der Carboxylsäuregruppe mit zwei bis acht Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe des Amins können zur Durchführung der Erfindung verwendet werden. Bei der Durchführung der Erfindung werden jedoch die Salze eines Monoalkanolamins, Dialkanolamins und Trialkanolamins mit der Carboxylsäuregruppe vorgezogen, wobei die Alkanolgruppe 2 bis 8 Kohlenstoffatome enthält und verzweigt oder unverzweigt sein kann. Ganz besonders wird bei der Durchführung der Erfindung der Einsatz von Salzen eines Monoalkanolamins und Trialkanolamins mit der Carboxylsäuregruppe bevorzugt, wobei die Alkanolgruppe 2 bis 8 Kohlenstoffatome aufweist. Die organischen Amine, die zur Herstellung der Aminsalze der endständigen Carboxylsäuregruppe verwendet werden können, umfassen auch C₂- bis C₆-Alkylendiamine, Poly(C₂- bis C₄-oxyalkylen)diamine mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 200 und etwa 900, N-C₁- bis C₈-Alkyl-C₂- bis C₆-alkylendiamin, N,N′-Di-C₁- bis C₈-alkyl-C₂- bis C₆-alkylendiamin, N,N,N′-Tri-C₁- bis C₈-alkyl-C₂- bis C₆-alkylendiamin, N,N,N′,N,′-Tetra- C₁- bis C₈-alkyl-C₂- bis C₆-alkylendiamin, N-Alkanol- C₂- bis C₆-alkylendiamin, N,N′-Dialkanol-C₂- bis C₆- alkylendiamin, N,N,N′,N′-Tetraalkanol-C₂- bis C₆-alkylendiamin und CH₃CH₂O(CH₂CH₂O)_nCH₂CH₂CH₂NH₂, wobei n 1 oder 2 ist. Alkylalkanolamine mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen in der Alkyl- und Alkanolgruppe können gleichfalls erfindungsgemäß als organische Amine verwendet werden.

Beispiele für Alkylamine, die verwendet werden können, um die Alkylaminsalze mit der endständigen Carboxylsäuregruppe des Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 zu bilden, umfassen erfindungsgemäß, ohne darauf beschränkt zu sein, Äthylamin, Butylamin, Propylamin, Isopropylamin, sekundäres Butylamin, tertiäres Butylamin, Hexylamin, Isohexylamin, n-Octylamin, 2-Äthylhexylamin, Diäthylamin, Dipropylamin, Diisopropylamin, Dibutylamin, ditertiäres Butylamin, Dihexylamin, Di-n-octylamin, Di-2-äthylhexylamin, Triäthylamin, Tripropylamin, Triisopropylamin, Tributylamin, Tri-sekundäres-butylamin, Trihexylamin, Tri-n-octylamin und Tri-2-äthylhexylamin. Beispiele für Alkanolamine, die verwendet werden können, um Alkanolaminsalze mit den endständigen Carboxylgruppen erfindungsgemäß zu bilden, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Monoäthanolamin, Monobutanolamin, Monopropanolamin, Monoisopropanolamin, Monoisobutanolamin, Monohexanolamin, Monooctanolamin, Diäthanolamin, Dipropanolamin, Diisopropanolamin, Dibutanolamin, Dihexanolamin, Diisohexanolamin, Dioctanolamin, Triäthanolamin, Tripropanolamin, Triisopropanolamin, Tributanolamin, Triisobutanolamin, Trihexanolamin, Triisohexanolamin, Trioctanolamin, sowie Triisooctanolamin. Erfindungsgemäß können ferner Amine wie Methoxypropylamin, Dimethylaminopropylamin, 1,3-Propylendiamin, Äthylendiamin, 3-(2-Äthoxyäthoxy)-proylamin, N,N,N′,N′-Tetramethyl-1,3- butandiamin, Monoäthanoläthylendiamin, N,N′-Diäthanoläthylendiamin, N,N,N′,N′-Tetrahydroxymethyläthylendiamin, N,N-Diäthyläthanolamin und N-Äthyldiäthanolamin zur Herstellung der organischen Aminsalze der endständigen Carboxylsäuregruppe des Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 verwendet werden.

Das organische Aminsalz der endständigen Carboxylsäuregruppe des Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 kann nach den gängien Methoden hergestellt werden, beispielsweise durch Zugabe des organischen Amins zu dem Polyamid nach der Formel des Anspruchs in Gegenwart eines wäßrigen Mediums oder umgeklehrt durch Zugabe des Polyamids zu dem organischen Amin in Gegenwart eines wäßrigen Mediums. Statt dessen kann das wäßrige Medium weggelassen oder das wäßrige Medium durch ein inertes organisches Lösungsmittelmedium ersetzt werden.

Die Salze der endständigen Amingruppe des Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1, die durch Salzbildung der endständigen Amingruppe dieses Polyamids gebildet worden sind, können a) das quaternäre Ammoniumsalz des endständigen Amins, das durch Austausch beider Aminwasserstoffe durch organische (z. B. Alkyl-) Gruppen gebildet ist, b) die anorganischen Säuresalze (z. B. Chlorwasserstoffsäuresalz), c) die organischen Säuresalze oder d) ein Alkylhalogenid- (z. B. Methylchlorid-)-salze der endständigen Amingruppe sein. Wasserlösliche oder -dispergierbare intermolekulare Salze, die durch innere Umsetzung der endständigen Amingruppe des Polyamidmoleküls mit der endständigen Carboxylsäuregruppe eines anderen Polyamidmoleküls gebildet werden, kommen gleichfalls in Betracht.

Bei der Herstellung des Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 kann eine Dicarbonsäure oder deren entsprechendes Anhydrid oder Säurehalogenid verwendet werden.

Es können die gängigen Methoden nach dem Stand der Technik herangezogen werden, um das Polyamid zu bilden. Beispielsweise kann eine geeignete Dicarbonsäure mit einem geeigneten Polyoxyalkylendiamin unter Polymerisationsbedingungen in einem Molverhältnis von 1 : 1 in einem inerten organischen Medium unter ständiger Entfernung des bei der Reaktion gebildeten Wassers umgesetzt werden. Das erhaltene Polymere kann dann aus dem inerten organischen Reaktionsmedium beispielsweise durch Filtration oder Verdampfen des organischen Mediums isoliert werden. Die Reaktion kann ausgeführt werden a) bei Raum- oder erhöhter Temperatur, b) bei Atmosphärendruck oder einem Druck oberhalb oder unterhalb Atmosphärendruck, c) mit oder ohne Verwendung eines Katalysators, d) mit oder ohne Verwendung einer inerten Atmosphäre (z. B. Stickstoff) und e) in Abwesenheit eines inerten Reaktionsmediums.

Es können die herkömmlichen Methoden und Vorrichtungen zur Herstellung der erfindungsgemäßen wäßrigen Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung verwednet werden. Nach einer Methode kann ein wasserlösliches oder -dispergierbares Salz eines wasserlöslichen oder -dispergierbaren Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 Wasser zugesetzt werden. Eine andere Methode besteht darin, Wasser dem wasserlöslichen oder -dispergierbaren Salz eines wasserlöslichen oder -dispergierbaren Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 oder dem wasserlöslichen oder -dispergierbaren Salz eines wasserunlöslichen Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 zuzusetzen.

Noch ein weiteres Beispiel einer Methode zur Herstellung einer wäßrigen Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung nach der erfindung besteht darin, einer salzbildende Verbindung (z. B. ein organisches Amin) Wasser zuzusetzen und dann das wasserlösliche oder -dispergierbare Polyamid nach der Formel des Anspruchs 1 zu der erhaltenen wäßrigen Lösung zuzugeben. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen wäßrigen Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung kann das wasserlösliche oder -dispergierbare Polyamid Wasser zugesetzt werden, worauf dazu eine salzbildende Verbindung (z. B. ein organisches Amin) gegeben wird.

Die Konzentration des a) wasserlöslichen oder -dispergierbaren Salzes eines wasserlöslichen oder -dispergierbaren Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 oder des b) wasserlöslichen oder -dispergierbaren Salzes eines wasserunlöslichen Polyamids nach dieser Formel in der erfindungsgemäßen wäßrigen Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung kann über einen weiten Bereich schwanken, beispielsweise 0,01 bis 99%, vorzugsweise 0,01 bis 20% und besonders bevorzugt 0,03 bis 10%, bezogen auf das gesamte Gewicht der wäßrigen Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung. In der erfindungsgemäßen wäßrigen Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung können zwischen etwa 1% und etwa 99,99 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorliegen.

Es können zahlreiche übliche Zusätze, beispielsweise Korrosionsinhibitoren, Antischaummittel, Bakteriozide, Fungizide, oberflächenaktive Mittel, Hochdruckmittel, Antioxidantien und wasserlösliche oder -dispergierbare Schmiermittelzusätze zu der erfindungsgemäßen wäßrigen Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung in herkömmlichen Mengen zugegeben werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen wäßrigen Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung stellt eine Zusammensetzung dar, die Wasser und als Schmiermittel ein wasserlösliches oder -dispergierbares Alkanolaminsalz eines wasserlöslichen oder -dispergierbaren Polyamids nach der Formel des Anspruchs 1 umfaßt, wobei R ein zweiwertiger radikalischer Rest ist, der durch Entfernung der Carboxylsäuregruppen von einer dimerisierten ungestättigten C₁₈-Fettsäure entsteht, und R′ eine zweiwertige Polyoxyalkylenkette ist, bei der ein endständiges sekundäres Kohlenstoffatom an die endständige Amingruppe des Polyamids gebunden ist.

In den nachstehenden, Beispielen sind Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. In den nachstehenden Beispielen sind die Mengen- und Prozentangaben auf das Gewicht und alle Temperaturen auf °C bezogen, sofern nichts anderes angegeben ist.

Beispiele 1 bis 41

Diese Beispiele geben zahlreiche erfindungsgemäße Polyamide wieder. Die Polyamide werden in der nachstehenden Tabelle anhand der Dicarbonsäure und des Diamins, die zu ihrer Herstellung verwendet worden sind, sowie anhand ihres Molekulargewichts identifiziert. Die Polyamide werden nach herkömmlichen Methoden hergestellt, wobei zwei Beispiele nachstehend angegeben sind.

Methode I

34,43 g (0,2 Mol) Cyclohexan-1,4-dicarbonsäure, 125,46 g (0,2 Mol) "Jeffamine ED-600"® (ein Diamin mit einem mitleren Molekulargewicht von etwa 600, das ein Propylen mit einem endständigen Amin und mit einem Polyoxyäthylen versehen ist, von der Firma Texaco Chemical Company erhältlich) und 150 ml Xylol wurden in einen Reaktionskolben gegeben, der mit einer Rührer und einer Falle ausgestattet war. Das Reaktionsgemisch wurde gerührt und unter Rückfluß erhitzt. Das Erhitzen unter Rückfluß und das Rühren wurden 73 h durchgeführt, was 1) zur Bildung von 6,7 ml Wasser (100% Ausbeute) und 2) eines viskosen, trüben, bernsteinfarbenen Reaktionsgemischs führte. Das Xylol wurde aus dem Reaktionsgemisch mit einem Rotationsverdampfer entfernt, wodurch 153,9 g eines glasigen bernsteinfarbenen Feststoffs erhalten wurden, der einen Säurgrad von 14,2 und eine Neutralisationszahl von 12,8 aufwies.

Methode II

93,4 g (0,16 Mol) Dimer Acid 3680 (vgl. a) unten) und 154,7 g (0,16 Mol) Jeffamine ED 900® (vgl. k) unten) wurden in einen Reaktionskolben gegeben. Der Inhalt des Kolbens wurde auf 230 bis 255°C erwärmt und 37 h gerührt, wobei ein Vakuum von 6,7 bis 9,3 mbar unter schwacher Stickstoffzufuhr angelegt wurde, um das bei der Reaktion gebildete Wasser zu entfernen. Das Wasser wurde mit einer Trockeneisfalle gesammelt. Nach Bendigung der Reaktionszeit wurde der Inhalt der Flasche auf Raumtemperatur unter einer Stickstoffschicht gekühlt. Es wurde ein Produkt erhalten, das einen Säuregrad von 1,3 und eine Neutralisationszahl von 0,5 aufwies.

Die Dicarbonsäure- und Diaminreaktanten, die in der nachstehenden Tabelle aufgeführt sind, sind nachfolgend beschrieben:

a) Dimer Acid 3680 - Hystrene 3680-80% Dimer Acid, Säuregrad 190-197, Verseifungszahl 191-199, Neutralisierungsäquivalent 285-295, monomere Säure max. 1%, Viskosität bei 25°C 8 · 10^-3 m²/s, nichtverseifbarer Anteil 1,0, monomere Tr., Dimer 83, Trimer 17, erhältlich von Humko Sheffield Chemical Inc., Hystrene ist ein eingetragenes Warenzeichen von Humko Sheffield Chemical Inc.
b) Dimer Acid 3675 CS - Hystrene 3675 CS-75% Dimer Acid, 3% Monomeres, Säuregrad 194-201, Verseifungszahl 196-203, Neutralisierungsäquivalent 279-289, monomere Säure max. 3-4, Viskosität 25°C 12 · 10^-3 m²/₅, nichtverseifbarer Anteil 1,0, Monomer 3, Dimer 85, Trimer 12, erhältlich von Humko Sheffield Chemical Inc., Hystrene ist ein eingetragenes Warenzeichen von Humko Sheffield Chemical Inc.
c) Empol 1014 Dimer acid®: Eine polymerisierte Fettsäure mit einer typischen Zusammensetzung von 95% dimere Säure (C₃₆-dibasische Säure) mit einem Molekulargewicht von etwa 565, 4% trimere Säure (C₅₄-tribasische Säure) mit einem Molekulargewicht von etwa 854 und 1% monobasische Säure (C₁₈-Fettsäure) mit einem Molekulargewicht von etwa 282, erhältlich von Emery Industries, Inc.
d) Westvaco Diacid 1525: Das Diels-Alder-Reaktionsprodukt von Tallöl und Acrylsäure, erhältlich von Westvaco Corp.
e) Westvaco Diacid 1550: Das Diels-Alder-Reaktionsprodukt von Tallöl und Acrylsäure, welches Produkt gereinigt wird, bis es etwa 10% Monosäuren enthält, erhältlich von Westvco Corp.
f) DBD - Dupont DBD - Gemisch aus dibasischen Säuren mit einem hohen Molekulargewicht, vor allem C₁₂- und C₁₁- Säuren, wobei eine typische Zusammensetzung besteht aus 34 Gew.-% Dodecandionsäure, 50 Gew.-% Undecandionsäure, 7 Gew.-% Sebacinsäure, 8,5 Gew.-% anderen zweibasischen Säuren, 1 Gew.-% monobasischen Säuren, 7,2 Gew.-% dibasischen Nitronsäuren, 0,9 Gew.-% organischen Nitroverbindungen, 0,9 Gew.-% anorgnaischen Nitroverbindungen und 0,5 Gew.-% Wasser, der Stickstoffgehalt insgesamt 0,9 Gew.-% des weißen schuppenförmigen Feststoffs beträgt, der Erweichungspunkt bei 85-95°C liegt und das mittlere Molekulargewicht 215 beträgt, erhältlich von E. I. DuPont des Nemours & Compony Inc.
g) Jeffamine D230®, ein Polyoxypropylendiamin mit primären endständigen Amingruppen und einem mittleren Molekulargewicht von etwa 230, erhältlich von Texaco Chemical Company.
h) Jeffamine D400®, ein Polyoxypropylendiamin mit primären endständigen Amingruppen und einem mittleren Molekulargewicht von etwa 400, erhältlich von Texaco Chemical Company.
i) Jeffamine D2000®, ein Polyoxypropylendiamin mit primären endständigen Amingruppen und einem mittleren Molekulargewicht von etwa 2000, erhältlich von Texaco Chemical Company.
j) Jeffamine ED 600®, ein Diamin mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 600, erhältlich von Texaco Chemical Company, ein Polyoxyäthylen, das mit Propylenoxid mit einer endständigen primären Amingruppe versehen ist.
k) Jeffamine ED 900®, ein Diamin mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 900, erhältlich von Texaco Chemical Company, ein Polyoxyäthylen, das mit Propylenoxid mit einer endständigen primären Amingruppe versehen ist.
l) Jeffamine ED 2001®, ein Diamin mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 2000, erhältlich von Texaco Chemical Company, ein Polyoxyäthylen, das mit Propylenoxid mit einer endständigen primären Amingruppe versehen ist.
m) Dow XA 1332®, ein Diamin, erhältlich von Dow Chemical Company, ein Polyoxyäthylen mit einem Molekulargewicht von 400, das mit Propylenoxid mit einer endständigen primären Amingruppe versehen ist.
n) Dow XA 1333®, ein Diamin, erhältlich von Dow Chemical Company, ein Polyoxyäthylen mit einem Molekulargewicht von 600, das mit Propylenoxid mit einer endständigen primären Amingruppe versehen ist.

Jeffamine ist ein eingetragenes Warenzeichen der Texaco Chemical Company und Dow ist ein eingetragenes Warenzeichen der Dow Chemical Company.

Beispiele 42 bis 111

Diese Beispiele verdeutlichen die erfindungsgemäße Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung, wie der nachstehenden Tabelle zu entnehmen.

Beispiele 112 bis 181

500 g jeder der Formulierungen der Beispiele 43 bis 113 wurden mit 3000 g Wasser verdünnt und die gebildeten verdünnten Formulierungen wurden dann anhand des nachstehenden Testverfahrens auf ihre Schmierfähigkeit untersucht.

Testverfahren

Ein keilförmiges Schnellstahlwerkzeug wird gegen das Ende eines sich drehenden (26,82 Oberflächenmeter pro min) SAE 1020 Stahlrohres mit einer Wanddicke von 0,635 cm gedrückt. Die Vorschubkraft des Werkzeugs ist ausreichend, um eine V-Kerbe in die Rohrwand zu schneiden, wobei die Späne aus dem Schneidgebiet in Form von zwei Stücken austreten (1 Stück auf jeder Seite des keilförmigen Werkzeugs). Die Kräfte an dem Werkzeug, die von der Werkstückrotation und dem Werkzeugvorschub herrühren, werden mit einem dem Werkzeug nachgeschalteten Dynamometer, das an ein Sanborn-Aufzeichnungsgerät angeschlossen ist, gemessen.

Ein Anschweißen der Späne unter Werkzeugaufbackungen ist an einer Unterbrechung des Spanflusses (visuell) erkennbar, sowie an einer Zunahme des Widerstandes der Rotation des Werkstücks. Beim Schneidtest wird die Werkzeug/ Span-Grenzfläche während des gesamten Betriebs mit im Kreislauf geführter Testflüssigkeit bespült. Das Werkzeug und das Werkstück sind in ständigem dynamischem Kontakt während dieser Zeit, wobei der Test erst dann beginnt, wenn ein vollständiger Kontakt entlang der gesamten Schneidkante vorliegt. Die Dauer des Tests beträgt 3 min.

Die mit dem vorstehenden Testverfahren erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben.

Claims

1. Wäßrige Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung, die Wasser und ein Schmiermittel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ein wasserlösliches oder dispergierbares Salz eines Polyamid-Derivats eines Polyoxyalkylendiamins ist, wobei das Polyamid eine einzige endständige Amingruppe, welche an ein sekundäres Kohlenstoffatom gebunden ist, und eine einzige endständige Carboxylgruppe im gleichen Molekül sowie einen Polymerisationsgrad von 2 bis 10 aufweist, das Salz ein Ammonium- oder organisches Aminsalz der endständigen Carboxylsäuregruppe des Polyamid-Derivats, das Salz der endständigen Amingruppe des Polyamid-Derivats oder das aus der endständigen Carboxylsäuregruppe und der endständigen Amingruppe des Polyamid-Derivats gebildete Salz ist, das Salz ein Molekulargewicht von höchstens 50 000 aufweist und das Polyamid folgende Formel besitzt: worin R ein C₂- bis C₁₂-Alkylen-, C₂- bis C₁₀-Alkenylen, Phenylen-, C₄- bis C₆-cycloaliphatischer, mono- oder di(C₁- bis C₄-alkyl) substituierter Phenylen-, Phenyl- substituierter C₁- bis C₁₀-Alkylen-, Phenylen-di-(C₁- bis C₃-alkylen)-, ein eine Heterokette mit einem oder zwei Sauerstoff- oder Schwefelatom und 2 bis 10 Kohlenstoffatomen aufweisender heteroaliphatischer, ein einen Heteroring mit 5 oder 6 Ringatomen und einem oder zwei Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffatomen aufweisender heterocyclischer, zweiwertiger Rest oder ein zweiwertiges Restradikal ist, das durch Entfernung der beiden Carboxylsäuregruppen von einer dimerisierten ethylenisch ungesättigten C₈- bis C₂₆-Fettsäure erhalten wird,
R′ ein zweiwertiges Polyoxyalkylen-Homopolymer- oder Copolymer-Radikal ist, das sich von einem Polyoxyalkylen- Homopolymer- oder -Copolymer-Diamin mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 72 bis etwa 4000 durch Entfernen der beiden endständigen Amingruppen ableitet und,
n 2 bis 10 ist.

2. Wäßrige Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Amin ein Mono-, Di- oder Tri-(alkanol)-amin mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen in der Alkanolgruppe ist.

13. Wäßrige Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß R ein zweiwertiger Polyoxyalkylen-Copolymerrest mit einem mittleren Molekulargewicht zwischen 86 und 4000 ist.

4. Wäßrige Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel in einer Menge zwischen 0,01 bis 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorliegt.

5. Wäßrige Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel in einer Menge zwischen 0,01 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung vorliegt.

6. Verwendung der wäßrigen Arbeitsflüssigkeitszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche bei der Metallbearbeitung.