DE3421967C2

DE3421967C2 - Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung

Info

Publication number: DE3421967C2
Application number: DE3421967A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kuwamoto; Hiroyuki Nagamori; Takashi Mukai; Shuichi Iwado; Yoshihiro Sakaguchi
Original assignee: Kao Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Kao Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 1983-06-14
Filing date: 1984-06-13
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2004-06-14
Also published as: KR910004944B1; ES8606467A1; IT1177795B; GB2142931B; FR2548210B1; GR82654B; GB8414077D0; IT8448383A0; DE3421967A1; KR850000515A; GB2142931A; US4663061A; FR2548210A1; ES533387A0

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung, und zwar speziell eine Metallbearbei tungsöl-Zusammensetzung mit einem Gehalt einer Schmier ölkomponente, einem speziellen, wasserlöslichen Polyme ren und einem Surfaktans sowie gegebenenfalls in Kombi nation mit einem Extremdruck-Additiv.

Die allgemein verwendeten, herkömmlichen Metallbearbei tungsöle werden jeweils erhalten, indem man Schmieröl additive, wie ein öligmachendes Mittel, Extremdruck-Additive, Rostschutzmittel und/oder Antioxidantien einer Schmierölkomponente, wie einem Öl, Fett, Mineralöl oder Fettsäureester, zusetzt und nachfolgend das resultierende Gemisch mittels eines Emulgators in eine Emulsion vom O/W-Typ überführt. Diese Mittel werden den Metallbearbei tungsteilen im allgemeinen mit Konzentrationen von 1 bis 20% zugeführt. Im Falle des Walzens eines Metalls bei spielsweise wurde versucht, aufbauend auf der raschen Entwicklung bei den Walzeinrichtungen und der zugehörigen Technologie, welche in den letzten Jahren erreicht wurde, die Walzgeschwindigkeit zu steigern, um eine Massenpro duktion zu gewährleisten. Demgemäß haben sich auch fort laufend die Anforderungen erhöht, die hinsichtlich Schmier wirkung, Zirkulationsstabilität, Bearbeitungsleistungs fähigkeit und Leichtigkeit der Abwasserbehandlung an ein Walzöl gestellt werden. Es besteht somit ein ständiger Bedarf hinsichtlich der Entwicklung eines Walzöls, welches derartige Anforderungen in befriedigender Weise erfüllen kann. Herkömmliche Walzöle, bei denen Emulgatoren verwen det werden, sind jedoch mit verschiedenen Nachteilen be haftet und daher nicht in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen. Im Falle eines herkömmlichen Walzöls, bei dem ein Emulgator notwendigerweise vorhanden ist, wird die Walzschmierwirkung gesteuert durch Änderung von Typ und Menge des Emulgators, und zwar in einer solchen Weise, daß die Menge an Öl, welche an den Walzen oder dem jewei ligen Werkstück haftet, mit anderen Worten die Ausplat tungsmenge, entweder gesteigert oder vermindert wird. Bei einem derartigen emulgatorhaltigen Walzöl zeigen die Aus plattungsmenge und die Zirkulationsstabilität der Emulsion eine gegenläufige Tendenz. Genauer gesagt, nimmt die Aus plattungsmenge bei dem jeweiligen Werkstück ab, wodurch auch die Schmierwirkung unzureichend wird, falls man die Stabilität der Emulsion steigert. Falls man andererseits versucht, die Ausplattungsmenge zu steigern, wird die Emul sion instabil, und es treten verschiedene Probleme auf, wenn sie für die Wiederverwendung im Kreislauf geführt wird. Demgemäß sind alle herkömmlichen Walzöle, bei denen Emulgatoren verwendet werden, mit den oben erwähnten Nach teilen behaftet. Darüber hinaus sind immer noch weitere Verbesserungen bei der Lubrizität (Schmierwirkung) sowie der Bearbeitungsleistungsfähigkeit bei anderen Metall bearbeitungsölen, wie Ölen für die Preßbearbeitung und Schneidölen, erwünscht.

Von den Erfindern wurden Forschungen mit dem Ziel durch geführt, die oben erwähnten Nachteile, mit denen her kömmliche Metallbearbeitungsöle vom Emulsionstyp behaftet sind, zu vermeiden. Als Ergebnis dieser Forschungen konnte eine Verbesserung erreicht werden durch die Verwendung einer Schmierölkomponente, welche ein Öl und Fett oder Wachs mit einem Schmelzpunkt von 20 bis 100°C enthält, in Kombination mit einem spezifischen, hydrophilen Di spersionsmittel (einer wasserlöslichen, anionischen Poly merverbindung). Dabei wird die Schmierölkomponente bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes in einer festen Form in stabiler Weise in Wasser suspendiert und dispergiert, jedoch wird die resultierende Dispersion in stabil, wenn sie dem jeweiligen Werkstück zugeführt wird, d. h. bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes. Diese Entdeckung ist bereits Gegenstand einer Patentan meldung (siehe JA-OS 147593/1980).

Von den Erfindern wurden weitere Forschungen durchgeführt. Dabei wurde eine Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung gefunden, die erfolgreich zur Bearbeitung von Metallen unter Bedingungen hoher Scherkräfte eingesetzt werden kann, wie sie bei der tatsächlichen Anwendung der Ölzu sammensetzung zu erwarten sind, sowie unter Hochgeschwin digkeits- und Hochdruckbedingungen, wodurch hohe Bearbei tungsgeschwindigkeiten und große Bearbeitungsgrade (z. B. Walzreduktionen) möglich werden, und wobei die Zusammen setzung ferner eine Metallbearbeitung unter drastischen Schneidbedingungen ermöglicht sowie aufgrund einer ausge zeichneten Flüssigkeitszirkulationsstabilität die Verfah renssteuerung erleichtert.

Genauer gesagt, wurde von den Erfindern festgestellt, daß die Verwendung einer Schmierölkomponente und einer spe ziellen, wasserlöslichen Polymerverbindung und eines Sur faktans, gegebenenfalls in Kombination mit einem Extrem druck-Additiv, es ermöglicht, vor allem eine stabile Di spersion der Schmierölkomponente in Wasser unter Aufrecht erhaltung einer einheitlichen Tröpfchengröße zu schaffen, und zwar aufgrund der Schutzkolloidalfunktionen von so wohl der wasserlöslichen Polymerverbindung als auch dem Surfaktans, wodurch die resultierende Dispersion eine gu te Zirkulationsstabilität aufweist. Ferner wurde festge stellt, daß die Öltröpfchen mit einem einheitlichen Durch messer einen dicken und starken Schmierfilm über einem Metallwerkstück ausbilden, wenn man die Metallbearbei tungsöl-Zusammensetzung einem Werkzeugteil zuführt und mit dem metallischen Werkstück in Kontakt bringt. Ferner wurde festgestellt, daß die hohe Schmierwirkung aufgrund der Wirkung des Extremdruck-Additivs, das in den Öltröpf chen oder im Wasser zugegen ist, noch weiter gesteigert werden kann. Schließlich wurde festgestellt, daß eine einheitliche Öltröpfchengröße in stabiler Weise gegenüber Scherkräften, die durch einen Rührer in einem Tank sowie durch eine Einspeisungs- und Zirkulationspumpe erzeugt werden, aufrechterhalten werden kann, selbst wenn die Zusammensetzung über eine längere Zeit im Kreislauf ge führt und wiederverwendet wird. Die vorliegende Erfin dung beruht auf den obigen Befunden.

Erfindungsgemäß wird zum einen somit eine Metallbearbei tungsöl-Zusammensetzung geschaffen, welche die folgen den drei Komponenten (A), (B) und (C) als wesentliche Komponenten enthält. Ferner wird eine Metallbearbeitungs- Öl-Zusammensetzung geschaffen, welche zusätzlich zu die sen drei Komponenten als weitere Komponente ein Extrem druck-Additiv enthält, welches als Komponente (D) be zeichnet wird.

(A) Eine oder mehrere Schmierölkomponenten, aus gewählt aus der Gruppe der Öle, Fette, Mineralöle und Fettsäureester;
(B) eine kationische oder amphotere, wasserlös liche Polymerverbindung mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 10 000 000, enthaltend Stickstoffatome in ihrem Molekül und ausgewählt aus den folgenden Gruppen (a) bis (h):
- (a) ein Homopolymerisat des stickstoffhaltigen Monomeren gemäß einer der nachfolgenden allgemeinen For meln (I) bis (VIII) oder ein Salz des Monomeren oder ein Copolymerisat von zwei oder mehreren der stickstoffhal tigen Monomeren oder Salzen der Monomeren: wobei R₁ für H oder CH₃ steht und R₂ und R₃ unabhängig H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeuten; wobei m¹ eine Zahl von 1 bis 3 ist, n¹ für eine Zahl von 1 bis 3 steht und R₁, R₂ und R₃ die bei Formel (I) ange gebene Bedeutung haben; wobei R₄ für H oder eine Alkyl- oder Alkylolgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen steht und die bei Formel (I) angegebene Bedeutung hat; wobei m² eine Zahl von 1 bis 3 ist, n² für eine Zahl von 0 bis 3 steht und R₁, R₂ und R₃ die bei Formel (I) ange gebene Bedeutung haben; wobei A für -O- oder -NH- steht und R₁, R₂, R₃ und n¹ die bei den Formeln (I) und (II) angegebene Bedeutung haben; wobei R₁, R₂, R₃ und n¹ die bei den Formeln (I) und (II) angegebene Bedeutung haben; wobei R₁ und R₂ die bei der Formel (I) angegebene Bedeu tung haben und der Piperidinring an der 2- oder 4-Position substituiert ist; und wobei R₁, R₂ und R₃ die bei der Formel (I) angegebene Bedeutung haben;
- (b) ein Copolymerisat von einem oder mehreren der stickstoffhaltigen Monomeren, die jeweils durch die allgemeinen Formeln (I) bis (IX) dargestellt sind, oder der Salze derselben und einem oder mehreren Vinylmono meren, ausgewählt aus der Gruppe der α,β-ungesättigten Carbonsäuren und Salze und Derivate derselben, sulfohal tigen Vinylverbindungen und Salzen derselben, Acryl nitril, Vinylpyrrolidon und aliphatischen Olefinen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen;
- (c) ein Salz oder das quaternäre Ammoniumsalz eines ringgeöffneten Polymeren des Ethylenimins;
- (d) ein Salz oder das quaternäre Ammoniumsalz eines Polykondensationsproduktes zwischen einer alipha tischen Dicarbonsäure und Polyethylenpolyamin oder einem Dipolyoxyethylen-alkylamin;
- (e) ein Dihalogenalkan-Polyalkylenpolyamin-Polykondensationsprodukt;
- (f) ein Epihalogenhydrin-Amin-Polykondensations produkt;
- (g) ein Salz von Chitosan oder ein kationisch modifiziertes Produkt von Stärke oder Cellulose.
- (h) ein Polyetherpolyol oder Polyolpolyether derivat, welche jeweils erhalten wurden durch Addition eines Alkylenoxids an ein Polyalkylenimin mit 6 bis 200 Stickstoffatomen oder ein Derivat davon und mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 600 000; und
(C) ein Surfaktans.

Als Schmierölkomponente, welche die Komponente (A) der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung darstellt, seien beispielsweise erwähnt: ein Mineralöl, wie Spindelöl, Maschinenöl, Turbinenöl oder Zylinderöl, ein Tier- oder Pflanzenöl und -fett, wie Walöl, Rinder talg, Schweinefett, Rapsöl, Rizinusöl, Reiskleieöl, Palm kernöl oder Kokosnußöl, oder ein Ester zwischen einer Fettsäure, die aus Rindertalg, Kokosnußöl, Palmöl, Rizi nusöl oder dergl. erhalten wurde, und einem aliphati schen, primären Alkohol mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen, Ethylenglykol, Neopentylalkohol, Pentaerythrit oder dergl. Diese Komponenten können jeweils einzeln einge setzt werden. Alternativ können zwei oder mehrere dieser Komponenten auch in Kombination verwendet werden.

Andererseits seien die folgenden Polykondensationsproduk te jeweils als wasserlösliche Polymerverbindung, d. h. die Komponente (B), erwähnt. Unter diesen Polykondensations produkten sind solche mit Molekulargewichten im Bereich von 1000 bis 1 000 000 bevorzugt.

Die nachfolgenden Verbindungen seien als spezifische Bei spiele der Monomeren für die Komponente (B) erwähnt:

(a) 3-Methylacryloxy-2-hydroxypropyldimethyl amin, 3-Methacryloxy-2-hydroxypropylethylmethylamin, 3-Methacryloxy-2-hydroxypropyldiethylamin, 3-Methacryl oxy-2-hydroxypropyldipropylamin, die alle durch die Formel (I) dargestellt werden; mit N,N-Dimethylamino methylen abgeschlossenes Ethylenglykol-methacrylat, mit N,N-Dimethylaminoethylen abgeschlossenes Ethylenglykol methacrylat, mit N,N-Dimethylaminopropylen abgeschlossenes Ethylenglykol-methacrylat, mit N,N-Dimethylaminomethylen abgeschlossenes Diethylenglykol-methacrylat, mit N,N-Di methylaminoethylen abgeschlossenes Diethylenglykol-meth acrylat, mit N,N-Dimethylaminopropylen abgeschlossenes Diethylenglykol-methacrylat, mit N,N-Diethylaminomethy len abgeschlossenes Ethylenglykol-methacrylat, mit N,N-Diethylaminoethylen abgeschlossenes Ethylenglykol-meth acrylat, mit N,N-Diethylaminopropylen abgeschlossenes Ethylenglykol-methacrylat, mit N,N-Diethylaminomethylen abgeschlossenes Diethylenglykol-methacrylat, mit N,N-Diethylaminoethylen abgeschlossenes Diethylenglykol-meth acrylat, mit N,N-Diethylaminopropylen abgeschlossenes Diethylenglykol-methacrylat, die alle durch die Formel (II) dargestellt werden; N-2-Hydroxymethyl-2-α- methyl-vinylimidazol, N-2-Hydroxyethyl-2-α-methylvinyl imidazol, N-2-Hydroxypropyl-2-α-methylvinylimidazol, die alle durch die Formel (III) dargestellt werden; N,N-Dimethylmethylenimin-methacrylsäureamid, N,N-Dimethyl ethylenimin-methacrylsäureamid, N,N-Dimethyldimethylen imin-methacrylsäureamid, N,N-Dimethyldiethylenimin methacrylsäureamid, N,N-Diethylmethylenimin-methacryl säureamid, N,N-Diethylethylenimin-methacrylsäureamid, N,N-Diethyldimethylenimin-methacrylsäureamid, N,N-Di ethyldiethylenimin-methacrylsäureamid, die alle durch die Formel (IV) dargestellt werden; Dimethylamino ethylacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Dimethylamino ethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dime thylamino-propylacrylsäureamid, Diethylaminopropyl acrylsäureamid, Dimethylaminopropylmethacrylsäureamid, Diethylaminopropylmethacrylsäureamid, die alle durch die Formel (V) dargestellt werden; Dimethyl aminomethylethylen, Diethylaminomethylethylen, Dimethyl aminomethylpropen, Diethylaminomethylpropen, die alle durch die Formel (VI) dargestellt werden; Vinyl piperidin, Vinyl-N-methylpiperidin, als Verbindun gen der Formel (VII); und Vinylbenzylamin, Vinyl-N,N-dimethylbenzylamin als Verbindungen der For mel (VIII);
(b) Copolymerisate, und zwar jeweils von einem oder mehreren der stickstoffhaltigen Monomere, die durch die allgemeinen Formeln (I) bis (VIII) dargestellt sind, oder Salzen derselben und einem oder mehreren Vinyl monomeren, ausgewählt aus der Gruppe der α,β-ungesättig ten Carbonsäuren und Salzen und Derivaten derselben, sulfohaltigen Vinylverbindungen und Salzen derselben, Acrylnitril, Vinylpyrrolidon und aliphatischen Olefinen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen:
Als derartige Vinylmonomere seien beispielsweise erwähnt Vinylpyrrolidon, Acrylnitril, Acrylsäure, Methacrylsäure und Maleinsäure sowie deren Alkalimetallsalze, Ammonium salze, Amidverbindungen und Esterverbindungen; Vinyl sulfonsäure, Methallylsulfonsäure, 2-Acrylamido-2-methyl propansulfonsäure und p-Styrolsulfonsäure sowie deren Alkalimetallsalze und Ammoniumsalze;
(c) Salze und quaternäre Ammoniumsalze von ringgeöffneten Polymerisaten des Ethylenimins:
Dabei handelt es sich genauer um Verbindungen, deren sich wiederholende Einheiten jeweils durch die folgende allge meine Formel (XI) dargestellt sind und die ein durch schnittliches Molekulargewicht von 1000 bis 10 000 000 haben: wobei n³ für eine ganze Zahl von 1 bis 5 steht und n⁴ für eine ganze Zahl von 0 bis 5 steht.
(d) Salze und quaternäre Ammoniumsalze von Poly kondensationsprodukten zwischen aliphatischen Dicarbon säuren und Polyethylenpolyaminen oder Dipolyoxyalkyl aminen:
hierbei handelt es sich, genauer gesagt, um Polykonden sationsprodukte mit Molekulargewichten im Bereich von 1000 bis 10 000 000, die erhalten wurden aus Polyethylen-Polyaminen, deren sich wiederholende Einheiten durch die allgemeine Formel (XII) dargestellt sind, und Dipoly oxyethylen-alkylaminen, deren sich wiederholende Einhei ten durch die allgemeine Formel (XIII) dargestellt sind: wobei R₇ für eine Restgruppe einer Dimersäure oder für eine Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen steht, R′ für -CH₂CH₂- steht und n⁵ für eine ganze Zahl von 2 bis 7 steht; und wobei R₇ die bei Formel (XII) angegebene Bedeutung hat, R₈ für eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen steht, R₉ für H oder CH₃ steht und n⁶ und n⁷ unabhängig für eine ganze Zahl von 1 bis 10 stehen.
Als die oben beschriebenen Dicarbonsäuren seien erwähnt Dimersäuren und Adipinsäuren. Andererseits ist es möglich, Diethylentriamin oder Triethylentramin als Polyethylenpolyamin zu verwenden.
(e) Dihalogenalkan-Polyalkylenpolyamin-Poly kondensationsprodukte:
Dabei handelt es sich, genauer gesagt, um Polykonden sationsprodukte, und zwar die quaternären Ammoniumsalze, gebildet zwischen Dihalogenalkanen, wie 1,2-Dichlorethan, 1,2-Dibromethan, 1,3-Dichlorpropan und dergl., und Poly alkylenpolyaminen, welche jeweils zwei oder mehr tertiäre Aminogruppen im Molekül aufweisen, und ein durchschnitt liches Molekulargewicht von 1000 bis 10 000 000 haben.
Als Polyalkylenpolyamine seien folgende Verbindungen er wähnt:
(f) Epihalogenhydrin-Amin-Kondensationsproduk te:
Dabei handelt es sich, genauer gesagt, um solche mit ei nem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1000 bis 10 000 000, welche sich wiederholende Einheiten gemäß der folgenden allgemeinen Formel (XIV) enthalten: wobei R₁₀ bis R₁₂ unabhängig für CH₃ oder C₂H₂ stehen und X⁻ ein Halogenion bedeutet.
(g) Salze von Chitosan und kationisch modifi zierte Produkte von Stärke und Cellulose.
(h) Polyetherpolyole und Polyolpolyether-Deriva te, welche jeweils erhalten werden durch Addition von Alkylenoxiden an Polyalkylenimine mit 6 bis 200 Stick stoffatomen oder Derivate derselben und welche Molekulargewichte von 1000 bis 600 000 aufweisen.

Bei den Polyalkylenpolyaminen kann es sich um Polyethy lenimine handelt,welche in ihrem Molekül jeweils fort laufend mindestens fünf Einheiten enthalten, die einzeln durch die folgende Formel (XV) dargestellt sind:

wobei mindestens eine der fünf Einheiten eine Einheit der folgenden Formel (XVI) ist:

und mindestens an einem seiner Enden OH- und/oder NH₂-Gruppen aufweist und 6 bis 100 Stickstoffatome enthält.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Alkylenoxid in dem Polyetherpolyol um ein oder mehrere Oxide, ausgewählt aus der Gruppe Ethylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid und Butylenoxid, wobei der Gehalt an Alkylenoxid 3 bis 80 Gew.% des Polyetherpolyols ausmacht.

Besonders bevorzugt sind die oben beschriebenen Polykon densationsprodukte (a) bis (h) mit durchschnittlichen Molekulargewichten von 1000 bis 1 000 000.

Erfindungsgemäß werden als Surfaktans, d. h. die Komponenten (C), die folgenden Surfaktantien (1) bis (15) eingesetzt.

(1) Polyoxyethylenalkyl und Alkylarylether mit jeweils 6 bis 22 Kohlenstoffatomen sowie die end carboxymethylierten Salze derselben;
(2) Polyoxyethylen-polyoxypropylenalkyl- und Alkylarylether mit jeweils 6 bis 22 Kohlenstoffatomen;
(3) Oxyethylen-Oxypropylen-Blockpolymerisate;
(4) Polyethylenglykolester mit 10 bis 18 Koh lenstoffatomen;
(5) Monofettsäure-glycerinester mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen;
(6) Polyoxyethylenalkylamine mit 6 bis 22 Koh lenstoffatomen;
(7) Salze von Alkyl- und Alkylarylsulfonsäuren, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
(8) Salze von Alkyl- und Alkylarylschwefel säuren, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
(9) Salze von Kondensationsprodukten von Naphthalinsulfonsäure und Formaldehyd und Derivate derselben
(10) Salze von Alkyl und Alkylarylphosphon säuren oder Alkyl- und Alkylarylphosphinsäuren, jeweils enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
(11) Salze von Sulfaten der Polyoxyethylen alkyl- und Polyoxyethylenalkylarylether, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
(12) Salze von Fettsäuren, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
(13) Alkylamincarbonate, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
(14) Alkyl- und Alkylarylammoniumsalze, ent haltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome, und deren Derivate; und
(15) Ethylenoxid und Propylenoxid-Additions produkte von Ethylendiamin-tetraessigsäure.

Als Beispiele für das Extremdruck-Additiv, welches die Komponente (D) darstellt, seien die folgenden Verbin dungen (i) bis (x) erwähnt:

(i) Phosphorsäure und Phosphorigesäure sowie Thioverbindungen und Esterverbindungen derselben;
(ii) Mono- und Diphosphorsäureester, enthaltend jeweils Alkyl-, Alkylaryl- und/oder Arylgruppen, welche je weils mindestens eine Hydroxylgruppe enthalten, sowie Thioverbindungen derselben;
(iii) Mono- oder Diphosphonsäuren, welche jeweils Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkylaryl gruppen und/oder Arylgruppen enthalten, und Thioverbindungen derselben sowie Derivate derselben;
(iv) Mono- oder Diphosphinsäuren, die jeweils mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkylaryl gruppen und/oder Arylgruppen enthalten, und Thioverbindungen derselben sowie Derivate derselben;
(v) Mono-, Di- und Triphosphonsäuren mit einem oder mehreren Stickstoffatomen;
(vi) Thioalkohole, enthaltend Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder Arylgruppen;
(vii) Thiocarbonsäuren, enthaltend Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Hydroxyalkylgruppen, Alkylarylgruppen oder Hydroxyalkylarylgruppen, und Salze derselben;
(viii) Organozinkverbindungen;
(ix) R_o-(S)_z-R_o
wobei z für eine ganze Zahl von 1 bis 5 steht und R_o die bei den Verbindungen (iii) angegebene Bedeutung besitzt; und
(x) organische, schwefelhaltige, heterocycli sche Verbindungen sowie Salze und Derivate derselben.

Unter diesen Extremdruck-Additiven seien die folgenden Verbindungen als spezielle Beispiele für die Verbindun gen (i) bis (v) erwähnt:
Als Phosphorsäureverbindungen (i) seien z. B. erwähnt: Phosphorsäure, Phosphorigesäure, Mono- oder Di phosphorsäureester zwischen aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, alicyclischen Alkoholen oder aromatischen Alkoholen und Phosphorsäure sowie Thiover bindungen der Mono- oder Diphosphorsäureester, und Ester zwischen den obigen Alkoholen und Phosphorigersäure und Thioverbindungen der Ester. Eine beispielhafte Phosphor säureester-Verbindung (ii) ist 2-Hydroxydipropylphosphat. Die Phosphorsäure-Verbindungen (iii) können beispiels weise Phosphonsäuren gemäß der folgenden allgemeinen Formel umfassen:

wobei R_o und R′_o unabhängig für eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, eine Alkylarylgruppe oder eine Arylgruppe stehen, z. B. Methylphosphonsäure und Dime thylphosphonsäure, enthaltend 1 Kohlenstoffatom, bis n-Octylphosphonsäure und Di-n-octylphosphonsäure, ent haltend 8 Kohlenstoffatome; 2-Ethylhexylphosphonsäure, Di-2-ethylhexylphosphonsäure, Benzylphosphonsäure, Di-benzylphosphonsäure, Phenylphosphonsäure, Diphenylphos phonsäure und Hydroxyethandiphosphonsäure, sowie deren Thiophosphonsäuren. Bei Hydroxyethandiphosphonsäure handelt es sich um eine Verbindung gemäß folgender Formel:

Beispielhafte Phosphorsäureverbindungen (iv) umfassen Phosphinsäuren gemäß folgender allgemeiner Formel:

worin R_o und R′_o die oben angegebene Bedeutung haben, beispielsweise Methylphosphinsäure und Dimethylphosphin säure, enthaltend 1 Kohlenstoffatom, bis n-Octylphosphin säure und Di-n-octylphosphinsäure, enthaltend 8 Kohlen stoffatome; 2-Ethylhexylphosphinsäure, Di-2-ethylhexyl phosphinsäure, Benzylphosphinsäure, Dibenzylphosphin säure, Phenylphosphinsäure und Diphenylphosphinsäure, sowie die entsprechenden Thiophosphinsäuren. Als Phos phorsäureverbindungen (v) seien beispielsweise erwähnt Hexamethylphosphorsäure-mono (oder di) -amid und Nitrilo trismethylenphosphonsäure. Bei Nitrilotrismethylenphos phonsäure handelt es sich um eine Verbindungen der folgenden Formel:

Die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzun gen können hergestellt werden, indem man die obigen Kom ponenten vermischt. Es ist jedoch bevorzugt, bei der er sten Ausführungsform dieser Erfindung die jeweiligen Mengenverhältnisse innerhalb der folgenden Bereiche zu limitieren, wobei alle Angaben auf die Gesamtzusammen setzung bezogen sind. Schmierölkomponente (a): 99,8 bis 50 Gew.% (im folgenden einfach als "%" bezeichnet), ins besondere 99,8 bis 70%; wasserlösliche Polymerverbindung (b): 0,1 bis 10%, insbesondere 0,1 bis 5%; und Surfak tans (c): 0,1 bis 10%, insbesondere 0,1 bis 5%. Es ist ebenfalls bevorzugt, das Gesamtmengenverhältnis der Kom ponenten (b) und (c) so einzustellen, daß es 0,1 bis 10% der Gesamtzusammensetzung beträgt.

Bei der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung ist es bevorzugt, die Mengenverhältnisse der Kom ponenten (a), (b), (c) und (d) auf die folgenden Bereiche zu limitieren: die Komponente (a) auf 99,7 bis 50%, ins besondere 99,7 bis 70%; die Komponente (b) auf 0,1 bis 20%, insbesondere 0,1 bis 10%; die Komponente (c) auf 0,1 bis 5%, insbesondere 0,1 bis 3%; und die Komponente (d), d. h. das Extremdruck-Additiv, auf 0,1 bis 10%, insbesondere 0,1 bis 5%.

Der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsöl-Zusammenset zung kann man mit Vorteil, je nach den Erfordernissen des Falles, eine Vielzahl verschiedener, bekannter Addi tive zusetzen, z. B. ein Surfaktans, Rostschutzmittel, öligmachendes Mittel, Extremdruck-Additiv, Antioxidans.

Die oben erwähnten, verschiedenen Additive können, sofern erforderlich, jeweils in Mengen von 0 bis 2%, 0 bis 20% bzw. 0 bis 5% zugesetzt werden.

Als beispielhafte Rostschutzmittel seien erwähnt: Fett säuren, wie Alkenylbernsteinsäuren und deren Derivate und Ölsäure, Ester, wie Sorbitanmonooleat und Amine. Die öligmachenden Mittel umfassen z. B. höhere Fettsäuren, wie Ölsäure und Stearinsäure, Fettsäureester, welche Derivate solcher Fettsäuren sind, dibasische Säuren, wie Dimersäure. Als beispielhafte Antioxidantien seien erwähnt: phenolische Verbindungen, wie 2,4-Di-t- butyl-p-cresol, aromatische Amine, wie Phenyl-α-naph thylamin.

Die erfindungsgemäße Metallbearbeitungsöl-Zusammenset zung kann angewendet werden, indem man entweder die oben erwähnten, verschiedenen Komponenten bei der aktu ellen Verwendung der Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung einfach miteinander vermischt oder indem man zunächst eine dicke Lösung mit einem Wassergehalt von bis zu etwa 80% herstellt und diese nachfolgend bei der aktuellen Verwendung der Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung mit Wasser verdünnt.

Mit der auf diese Weise erhaltenen, erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung wird ein Metallbe arbeitungsöl zur Verfügung gestellt, welches unter Rühr bedingungen, bei denen hohe Scherkräfte auftreten, stabil ist, eine einheitliche Tröpfchengrößenverteilung liefern kann, eine hohe Schmierwirkung zeigt und im Verlauf der Zeit nur einen geringen Grad an Qualitätsänderung er leidet. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Metall bearbeitungsöl-Zusammensetzung die folgenden Vorzüge auf. Sowohl die wasserlösliche Polymerverbindung als auch das Surfaktans, welche erfindungsgemäß verwendet werden, weisen eine Kapazität dahingehend auf, rasch auf flüssi gen oder festen Teilchen adsorbiert zu werden, wobei die flüssigen oder festen Teilchen hydrophil gemacht wer den. Verglichen mit herkömmlichen Metallbearbeitungsölen, bei denen Emulgatoren verwendet werden, weist die erfin dungsgemäße Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung, und zwar dank der Wirkung von sowohl der wasserlöslichen Polymerverbindung als auch des Surfaktans, Vorteile da hingehend auf, daß es das sog. Einhalte-Phänomen ent wickelt. Das bedeutet, daß verbrauchtes oder schmutziges Öl, welches während eines aktuellen Walzbetriebs einge mischt wird, sowie Fremdmaterialien, wie Metallpulver und dergl., lediglich bis zu einem geringeren Ausmaß ab sorbiert werden und die Zusammensetzung die hohen Schmier charakteristika eines sauberen Metallbearbeitungsöls dau ernd beibehält. Dank der Funktionen von sowohl der oben erwähnten, wasserlöslichen Polymerverbindung als auch des Surfaktans führt die erfindungsgemäße Metallbearbei tungsöl-Zusammensetzung zu einer Verbesserung bei der Verschmutzung der Arbeitsplätze und hat darüber hinaus ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Leichtig keit der Behandlung des resultierenden Abwassers. Die erfindungsgemäße Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung weist daher ein weiteres, hervorragendes Merkmal dadurch auf, daß ein sauberer Arbeitsplatz verwirklicht werden kann, was bisher mit keinem der herkömmlichen Walzöle, bei denen Emulgatoren verwendet wurden, erreicht werden konnte.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß es bei Metallbear beitungsöl-Zusammensetzungen erwünscht ist, daß sie in befriedigender Weise die Leistungsfähigkeitsanforderun gen erfüllen, die hinsichtlich einer raschen Steigerung der Konzentration der Zusammensetzung auf einen vorbe stimmten Wert zum Zeitpunkt des Ölbadens oder der Öl zuführung gestellt werden sowie hinsichtlich einer leich ten Einstellbarkeit der Konzentration der Zusammensetzung durch Rührkräfte. Die erfindungsgemäßen Produkte (Metall bearbeitungsöle) führen dazu, daß die Schmiermittelkom ponente rasch und in stabiler Weise in Wasser dispergiert wird, und zwar dank der Wirkung der Surfaktans-Komponente; das Erfordernis der oben erwähnten Konzentrationssteige rungs-Eigenschaft ist somit erfüllt. Darüber hinaus wird aufgrund der Tatsache, daß die wasserlösliche Polymer verbindungen erfindungsgemäß die Ölteilchen unter Bedin gungen, bei denen eine gewisse Scherkraft (Rührkraft) nicht überschritten wird, koagulieren (jedoch nicht ag glomerieren), erreicht, daß das Aufschwimmen der Schmier mittelkomponente an die Oberfläche beschleunigt wird und folglich die Konzentrationen im Bodenteil des Öltanks rasch variiert werden können. Die erfindungsgemäßen Pro dukte weisen somit eine hervorragende Konzentrations steuerungs-Eigenschaft auf.

Wenn auch der Mechanismus der Wirkung, der dank der Ver wendung der wasserlöslichen Polymerverbindung und des Surfaktans sowie der kombinierten Verwendung des Extrem druck-Additivs mit der wasserlöslichen Polymerverbindung und dem Surfaktans erfindungsgemäß erzielt wird, bisher nicht vollständig aufgeklärt werden konnte, so scheint doch folgender Wirkungsmechanismus wahrscheinlich zu sein. Die in der Wasserschicht einheitlich aufgelöste, wasser lösliche Polymerverbindung und/oder das im Wasser aufge löste Surfaktans adsorbieren sofort die durch mechanische Scherkräfte gebildeten Tröpfchen der Schmierölkomponente, und zwar bevorzugt eine Agglomerierung der Tröpfchen be ginnt. Das hat zur Folge, daß stark haftende Filme aus gebildet werden, und zwar beruhend auf der eigenen, star ken Adsorptionsfähigkeit von sowohl der wasserlöslichen Polymerkomponente als auch dem Surfaktans gegenüber Öl tröpfchen bzw. aufgrund der Affinität der wasserlöslichen Polymerverbindung gegenüber hydrophilen Gruppen des Sur faktans. Die Schmierölkomponente wird als Folge einer Art von Koagulierwirkung zu einförmigen und stabilen Tröpf chen geformt, wobei die Koagulierwirkung durch das Zu sammenwirken von der Polymerverbindung und dem Surfaktans induziert wird. Die resultierenden, größeren Tröpfchen werden durch die sterische und elektrische Schutzkolloidal wirkung, die durch das Zusammenwirken der Polymerverbin dung und dem Surfaktans hervorgerufen wird, in stabiler Weise in Wasser dispergiert.

Dank dieser starken Schutzwirkung, die sowohl von der wasserlöslichen Polymerverbindung als auch dem Surfaktans auf die Oberflächen der Tröpfchen ausgeübt wird, ist es möglich, das Einmischen von Metallpulver, Schlacken, Abschlägen und dergl., die sich im Verlauf der jeweiligen Metallbearbeitung bilden, in das Öl zu vermeiden. Die Me tallbearbeitungsöl-Zusammensetzung kann daher immer im Zustand eines sauberen Metallbearbeitungsöls gehalten werden, wodurch es wiederum gelingt, die Oberfläche des jeweiligen Werkstücks sauberer zu halten. Hinsichtlich der Wirkung des Extremdruck-Additivs, das auf der jewei ligen Metalloberfläche unter Steigerung der Schmierwir kung einen Schmierfilm ausbildet, wird angenommen, daß diese Wirkung von besonderer Bedeutung ist in einem Schmierzustand, in dem die Metalle bei der Bearbeitung des Werkstücks in gegenseitigem Kontakt gehalten werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Die Formulierungen der in den Beispielen verwendeten Me tallbearbeitungsöl-Zusammensetzungen sind in den nach folgenden Tabellen 1-1 bis 1-6 angegeben. Dabei wurden die folgenden Materialien als wasserlösliche Polymerver bindungen, Antioxidans, Extremdruck-Additive bzw. Sur faktantien verwendet.

Wasserlösliche Polymerverbindungen

(A) Das Phosphorsäuresalz eines Polymerisats von Diethylaminomethylmethacrylat (MG = 10 000);
(B-1) Ein 5 : 4 : 1 (Molverhältnis; nachfolgend be deuten alle Angaben eines Verhältnisses jeweils das Mol verhältnis) Copolymerisat des Borsäuresalzes von Diethyl aminoethyl-methacrylat, Vinylpyrrolidon und Natrium acrylat (MG = 200 000);
(B-2) dito (MG = 50 000);
(B-3) dito (MG = 5000);
(B-4) dito (MG = 1500);
(C) ein 4 : 5 Copolymerisat des Phosphorsäure salzes von Diethylaminoethyl-methacrylat und Natrium methacrylat (MG = 20 000);
(D-1) ein ringgeöffnetes Polymerisat des Phos phorsäuresalzes von Ethylenimin (MG = 100 000);
(D-2) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man Propionsäure mit Poly ethylenimin (MG = 70 000) in derartigen Mengen umsetzt, daß die Propionsäure 15 Gew.% des Polyethylenimins aus macht, und anschließend das Reaktionsprodukt in sein Borsäuresalz überführt;
(D-3) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man Stearylisocyanat mit Poly ethylenimin (MG = 10 000) in solchen Mengen umsetzt, daß das Stearylisocyanat 5 Gew.% des Polyethylenimins aus macht, und anschließend das Reaktionsprodukt in sein Phosphorsäuresalz überführt;
(E) ein 3 : 1 Copolymerisat des Ethylphosphinige säuresalzes von Dimethylaminoethyl-methacrylat und Natriumacrylat (MG = 300 000);
(F) ein 4 : 1 Copolymerisat des Ethylphosphon säuresalzes von Dimethylaminoethyl-methacrylat und Natrium-2-acrylamino-2-methylpropansulfonat (MG = 100 000);
(H) ein Polykondensationsprodukt zwischen dem Thiophosphorsäuresalz von Diethylentriamin und Dimer säure (MG = 800 000);
(I) ein 3 : 1 : 1 Copolymerisat des Phosphorsäure salzes von Diethylaminoethyl-methacrylamid, Natrium acrylat und Natriumvinylsulfonat (MG = 400 000);
(K) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man das Phosphorsäuresalz von Di ethylaminoethyl-methacrylamid in der wasserlöslichen Polymerverbindung (I) in sein Borsäuresalz überführt;
(L) das quaternäre Ammoniumsalz eines kationisch modifizierten Produktes von Cellulose (MG 1 000 000);
(M) ein Polykondensationsprodukt zwischen 1,2-Dichlorethan- und dem Phosphorsäuresalz von Hexamethylen tetramin (MG = 50 000);
(N) ein Polykondensationsprodukt zwischen dem Ethylphosphinsäuresalz von Diethylentriamin und Dimer säure (MG = 800 000);
(O) ein ringgeöffnetes Polymerisat des Phos phorigesäuresalzes der Trimethylamin-quaternären Ammo niumverbindung von Epichlorhydrin (MG = 100 000);
(P) ein Polykondensationsprodukt des quaternä ren Ammoniumsalzes von Tetramethylpropylendiamin durch Diethylphosphonsäure (MG = 100 009);
(R) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man das Thiophosphorsäuresalz von Diethylentriamin in der wasserlöslichen Polymer-Verbindung (H) in das entsprechende Salpetersäuresalz umwandelt;
(S) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man das Ethylphosphonsäuresalz von Dimethylaminoethyl-methacrylat in der wasserlösli chen Polymerverbindung (F) in das entsprechende Chlor wasserstoffsalz umwandelt;
(T) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man das Ethylphosphinigesäuresalz von Dimethylaminoethyl-methacrylat in der wasserlösli chen Polymerverbindung (E) in das entsprechende Glykol säuresalz umwandelt;
(UV) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man das Phosphorsäuresalz von Ethylenimin in der wasserlöslichen Polymerverbindung (D) in das entsprechende Essigsäuresalz umwandelt;
(W) ein 20% Ethylenoxid-Additionsprodukt von Polyethylenimin (MG = 50 000);
(X) ein 10 : 3 : 3 Additionsprodukt von Polyethylen imin, Ethylenoxid und Propylenoxid (MG = 150 000);
(Y) das Na-Salz des Homopolymerisats von N-1-Dimethylsulfoethylacrylamid (MG = 70 000);
(Z) ein 1 : 1 Copolymerisat des Na-Salzes von N-1-Dimethylsulfoethylacrylamid und dem Phosphorsäure salz von Dimethylaminoethyl-methacrylat (MG = 20 000);
(AA) ein 1 : 1 Copolymerisat des Phosphonsäure salzes von Ethylenimin und des Ethylphosphinsäuresalzes von Dimethylaminoethyl-methacrylat (MG = 60 000);
(BB) ein 2 : 1 Copolymerisat des Phosphorsäure salzes von 3-Methacryloxy-2-hydroxypropyltrimethyl ammonium und des Ethylphosphinsäuresalzes von Dimethyl aminoethyl-methacrylat (MG = 50 000);
(CC) ein 1 : 1 Copolymerisat des Phosphonsäure salzes von Methacryl-dimethylaminoethylethoxylat und Ethylenimin (MG = 80 000);
(DD) Phosphorsäuresalz eines Polymerisats des stickstoffhaltigen Monomeren⁺ (I) (MG = 10 000);
(EE) ein 4 : 5 Copolymerisat des Phosphorsäure salzes des stickstoffhaltigen Monomeren⁺ (II) und Natri ummethacrylat (MG = 20 000);
(FF) ein 6 : 3 : 1 Copolymerisat des Phosphorsäure salzes des stickstoffhaltigen Monomeren⁺ (III), Vinyl pyrrolidon und Natriumlaurylmethacrylat (MG = 450 000);
(GG) Polykondensationsprodukt des Thiophosphor säuresalzes des stickstoffhaltigen Monomeren⁺ (IV) und einer Dimersäure (MG = 800 000);
(HH) ein 3 : 1 : 1 Copolymerisat des Phosphorsäure salzes des stickstoffhaltigen Monomeren⁺ (V), Natrium acrylat und Natriumvinylsulfonat (MG = 400 000);
(II) ein 6 : 3 : 1 Copolymerisat des quaternären Ammoniumsalzes des stickstoffhaltigen Monomeren⁺ (VI) durch Dimethylphosphinsäure, Vinylpyrrolidon und Natrium acrylat (MG = 450 000);
(JJ) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man das Phosphorsäuresalz des stickstoffhaltigen Monomeren⁺ (V) in der wasserlöslichen Polymerverbindung (HH) in das entsprechende Borsäure salz umwandelt;
(KK) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man das Phosphorsäuresalz des stickstoffhaltigen Monomeren⁺ (III) in der wasserlösli chen Polymerverbindung (FF) in das entsprechende Schwe felsäuresalz umwandelt;
(LL) eine wasserlösliche Polymerverbindung, die erhalten wurde, indem man das Thiophosphorsäuresalz des stickstoffhaltigen Monomeren⁺ (IV) in der wasserlösli chen Polymerverbindung (GG) in das entsprechende Salpe tersäuresalz überführt.

Bemerkungen: Die durch "+" gekennzeichneten, stickstoff haltigen Monomere bedeuten jeweils folgende Verbindungen:

Surfaktantien:

(1) Polyoxyethylennonylphenylether (HLB=10,6);
(2) Polyoxyethylensorbitanmonostearat nicht erfindungsgemäß (5 Mol EO-Additionsprodukt);
(3) Polyoxyethylenlaurylamin (6 Mol EO-Additi ionsprodukt);
(4) Polyoxyethylensorbitantrioleat nicht erfindungsgemäß; und
(5) Glycerinmonooleat.

Extremdruck-Additive:

(1) Triphenylphosphat;
(2) das Mg-Salz von Butylthiophosphonsäure; und
(3) das Aminsalz von Zinkdithioethylphosphat.

Antioxidans:
2,4-Di-t-butyl-p-cresol.

In den folgenden Tabellen haben die gewählten Abkürzun gen folgende Bedeutung:
ErfP = erfindungsgemäßes Produkt
RT = Rindertalg
RT-FS= aus Rindertalg stammende Fettsäuren
PETO = Pentaerythrit-tetraoleat
Ost = Octylstearat
WHV = wasserlösliche, hochmolekulare Verbindung
EDA = Extremdruck-Additiv

Tabelle 1-1

Tabelle 1-2

Tabelle 1-3

Tabelle 1-4

Tabelle 1-5

Tabelle 1-6

Vergleichsprodukt Nr. 1
Schmierölkomponente
Rindertalg	95%
aus Rindertalg stammende Fettsäuren	2
Surfaktans (1)	2
Antioxidans	1

Vergleichsprodukt Nr. 2
Schmierölkomponente
Mineralöl (Zylinderöl)	77%
Pentaerythrit-tetraoleat	20
Surfaktans	2
Antioxidans	1

Vergleichsprodukt Nr. 3
Schmierölkomponente
Mineralöl (Spindelöl)	72%
Octylstearat	20
Ölsäure	5
Surfaktans (3)	2
Antioxidans	1

Vergleichsprodukt Nr. 4
Schmierölkomponente
Rindertalg	94%
aus Rindertalg stammende Fettsäuren	2
Extremdruck-Additiv	1
Surfaktans (2)	2
Antioxidans 1

Vergleichsprodukt Nr. 5
Schmierölkomponente
Rindertalg	94%
aus Rindertalg stammende Fettsäuren	2
Surfaktans (2)	2
Antioxidans	1

Vergleichsprodukt Nr. 6
Schmierölkomponente
Mineralöl (Zylinderöl)	76%
Pentaerythrit-tetraoleat	20
Extremdruck-Additiv (1)	1
Surfaktans (4)	2
Antioxidans	1

Vergleichsprodukt Nr. 7
Schmierölkomponente
Mineralöl (Zylinderöl)	76%
Pentaerythrit-tetraoleat	20
Extremdruck-Additiv (3)	1
Surfaktans (4)	2
Antioxidans	1

Vergleichsprodukt Nr. 8
Schmierölkomponente
Mineralöl (Spindelöl)	71%
Octylstearat	20
Ölsäure	5
Extremdruck-Additiv (1)	1
Surfaktans (1)	2
Antioxidans	1

Vergleichsprodukt Nr. 9
Schmierölkomponente
Mineralöl (Spindelöl)	71%
Octylstearat	20
Ölsäure	5
Extremdruck-Additiv (3)	1
Surfaktans (1)	2
Antioxidans	1

Beispiel 1 Freßlast-Test (Falex-Test)

Die Bestimmung der Freßlast wird nach einem Druckbela stungs-Test (Falex-Test; ASTM Standard D-3233) durchge führt. Zur Herstellung der jeweiligen Testprobe wird die jeweilige Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung mit Wasser auf eine Konzentration von 3% verdünnt und nach folgend wird das resultierende Gemisch in einem Homo genizer bei 10 000 U/min gemischt. Die Beschichtung mit der jeweiligen Testprobe erfolgt, indem man die Probenlösung einem Drehstift im Zentrum eines festge legten Blocks zuführt, und zwar unter Verwendung einer Zahnradpumpe unter folgenden Bedingungen: Sprühmenge 50 ml/min (Druck 0,5 kg/cm²) und Dispersionstemperatur 50°C. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung

Freßlast (pounds)
erfind. Produkt Nr.
1	2250
3	2000
4	2000
5	1750
6	2000
9	1750
11	1500
12	2000
15	1500
16	2250
17	1750
18	2000
19	1750
21	1500
22	1250
24	1500
25	1250
27	1750
28	1750
30	1750
31	1750
33	1500
34	1750
37	1750
39	1750
40	2000
41	1750
43	2000
45	2000
46	2000
50	1250
51	1750
52	2000
53	2250
57	2000
60	1250
61	1250
63	2000
64	1750
66	2000
67	2000
70	1250
71	1750
72	1750
73	2000
76	2000
77	2000
78	1750
80	2000
82	1750
83	1750
86	1750
87	1750
88	2000
Vergleichsprodukt Nr. @	1	1250
2	1000
3	1000
4	1500
5	1250
6	1250
7	1000
8	1000
9	1250

Beispiel 2 Freßlast-Test (Soda′s Vier-Kugel-Testverfahren)

Die Freßlast-Bestimmung wird gemäß Japanese Self-Defence Force Provisional Standard NDS XXK 2740, Oil Film Strength Testing Method (Soda′s Vier-Kugel-Testverfah ren) durchgeführt. Zur Herstellung der jeweiligen Test probe wird die jeweilige Metallbearbeitungsöl-Zusammen setzung mit Wasser auf eine Konzentration von 3% verdünnt und nachfolgend in einem Homogenizer bei 10 000 U/min gemischt. Das Aufbringen der jeweiligen Testprobe erfolgt, indem man die obige Probenlösung aufwärts durch einen Spalt, der zentral zwischen drei Kontaktpunkten dreier Teststahlkugeln, welche in einer Kugelhaltevorrichtung fixiert sind, gebildet ist, auf eine rotierende Stahl kugel appliziert, welche eine Position oberhalb der drei Kugeln einnimmt. Die Zuführung der Testprobe erfolgt un ter Verwendung einer Zahnradpumpe unter folgenden Bedin gungen: Sprühmenge 0,5 l/min (Druck 0,5 kg/cm²) bei einer Temperatur der Probenlösung von 50°C. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.

Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung

Freßlast (kg/cm²)
erfind. Produkt Nr.
1	11.0
3	11.5
4	10.5
5	12.0
6	11.0
9	11.0
10	12.0
11	8.0
12	10.5
15	8.0
16	11.0
17	12.0
18	10.5
19	11.0
21	8.0
22	8.0
24	5.5
25	5.5
27	8.5
28	8.5
30	8.5
31	8.5
33	8.0
34	8.0
37	5.5
39	8.0
40	8.5
41	12.0
43	11.5
45	10.5
46	11.5
50	7.5
51	12.5
52	12.5
53	11.5
57	11.0
60	7.5
61	9.0
63	10.5
64	8.5
66	9.5
67	10.5
70	6.0
71	8.5
72	9.0
73	8.0
76	8.0
77	8.0
78	8.5
80	9.0
82	8.5
83	8.0
86	8.5
87	9.0
88	9.0
Vergleichsprodukt Nr. @	1	7.0
2	5.0
3	5.0
4	7.5
5	7.0
6	6.0
7	6.5
8	6.0
9	6.0

Beispiel 3 Abwasserbehandlungstest

3 g Aluminiumsulfat werden zu 1 l einer Probenlösung ge geben, die auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 her gestellt wurde. Das resultierende Gemisch wird 2 min ge rührt und dann durch Zugabe von Ca(OH)₂ auf pH 7,0 ein gestellt. Dieses Gemisch wird weitere 10 min gerührt. Nach 30minütigem Stehenlassen wird die überstehende Flüssigkeit gesammelt und ihr COD-Wert wird nach dem KMnO₄-Verfahren bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengestellt.

Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung

COD (TpM)
Erfind. Produkt Nr.
1	889
3	844
4	816
5	1050
6	620
9	810
10	869
11	570
12	760
15	910
16	889
17	18	810
19	810
21	880
22	910
24	969
25	1050
27	880
28	610
30	895
31	1010
33	1590
34	1260
37	742
39	1260
40	1110
41	452
43	529
45	269
46	369
50	122
51	962
52	366
53	327
57	411
60	122
61	911
63	819
64	1120
66	428
67	505
70	116
71	1280
72	519
73	553
76	553
77	539
78	671
80	358
82	495
83	365
86	671
87	387
88	358
Vergleichsprodukt Nr. @	1	2760
2	2290
3	3180
4	1980
5	2260
6	2210
7	2760
8	3010
9	2610

Claims

1. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie als wesentliche Komponenten enthält:

(A) eine oder mehrere Schmierölkomponenten, aus gewählt aus der Gruppe der Öle, Fette, Mineralöle und Fettsäureester;
(B) eine kationische oder amphotere, wasserlös liche Polymerverbindung mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 10 000 000, enthaltend Stickstoffatome in ihrem Molekül und ausgewählt aus den folgenden Gruppen (a) bis (h):
- (a) ein Homopolymerisat des stickstoffhaltigen Monomeren gemäß einer der nachfolgenden allgemeinen For meln (I) bis (VIII) oder ein Salz des Monomeren oder ein Copolymerisat von zwei oder mehreren der stickstoffhal tigen Monomeren oder Salzen der Monomeren: wobei R₁ für H oder CH₃ steht und R₂ und R₃ unabhängig H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeuten; wobei m¹ eine Zahl von 1 bis 3 ist, n¹ für eine Zahl von 1 bis 3 steht R₁, R₂ und R₃ die bei Formel (I) ange gebene Bedeutung haben; wobei R₄ für H oder eine Alkyl- oder Alkylolgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen steht und R₁ die bei Formel (I) angegebene Bedeutung hat; wobei m² eine Zahl von 1 bis 3 ist, n² für eine Zahl von 0 bis 3 steht und R₁, R₂ und R₃ die bei Formel (I) ange gegebene Bedeutung haben; wobei A für -O- oder -NH- steht und R₁, R₂, R₃ und n¹ die bei den Formeln (I) und (II) angegebene Bedeutung haben; wobei R₁, R₂, R₃ und n¹ die bei den Formeln (I) und (II) angegeben Bedeutung haben; wobei R₁ und R₂ die bei der Formel (I) angegebene Bedeu tung haben und der Piperidinring an der 2- oder 4-Position substituiert ist; und wobei R₁, R₂ und R₃ die bei der Formel (I) angegebene Bedeutung haben;
- (b) ein Copolymerisat von einem oder mehreren der stickstoffhaltigen Monomeren, die jeweils durch die allgemeinen Formeln (I) bis (VIII) dargestellt sind, oder der Salze derselben und einem oder mehreren Vinylmono meren, ausgewählt aus der Gruppe der α,β-ungesättigten Carbonsäuren und Salze und Derivate derselben, sulfohal tigen Vinylverbindungen und Salzen derselben, Acryl nitril, Vinylpyrrolidon und aliphatischen Olefinen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen;
- (c) ein Salz oder das quaternäre Ammoniumsalz eines ringgeöffneten Polymeren des Ethylenimins;
- (d) ein Salz oder das quaternäre Ammoniumsalz eines Polykondensationsproduktes zwischen einer alipha tischen Dicarbonsäure und Polyethylenpolyamin oder einem Dipolyoxyethylen-alkylamin;
- (e) ein Dihalogenalkan-Polyalkylenpolyamin-Polykondensationsprodukt;
- (f) ein Epihalogenhydrin-Amin-Polykondensations produkt;
- (g) ein Salz von Chitosan oder ein kationisch modifiziertes Produkt von Stärke oder Cellulose;
- (h) ein Polyetherpolyol oder Polyolpolyether derivat, welche jeweils erhalten wurden durch Addition eines Alkylenoxids an ein Polyalkylenimin mit 6 bis 200 Stickstoffatomen oder ein Derivat davon und mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 600 000; und
(C) ein Surfaktans, ausgewählt aus der Gruppe der folgenden Verbindungen (1) bis (15):
- (1) Polyoxyethylenalkyl- und Alklylarylether mit jeweils 6 bis 22 Kohlenstoffatomen sowie die end carboxyethylierten Salze derselben;
- (2) Polyoxyethylen-poloyoxypropylenalkyl- und Alkylarylether mit jeweils 6 bis 22 Kohlenstoffatomen;
- (3) Oxyethylen-Oxypropylen-Blockpolymerisate;
- (4) Polyethylenglykolester mit 10 bis 18 Koh lenstoffatomen;
- (5) Monofettsäure-glycerinester mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen;
- (6) Polyoxyethylenalkylamine mit 6 bis 22 Koh lenstoffatomen;
- (7) Salze von Alkyl- und Alkylarylsulfonsäuren, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
- (8) Salze von Alkyl- und Alkylarylschwefel säuren, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
- (9) Salze von Kondensationsprodukten von Naphthalindsulfonsäure und Formaldehyd und Derivate derselben;
- (10) Salze von Alkyl- und Alkylarylphosphon säuren oder Alkyl- und Alkylarylphosphinsäuren, jeweils enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
- (11) Salze von Sulfaten der Polyoxyethylen alkyl- und Polyoxyethylenalkylarylether, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
- (12) Salze von Fettsäuren, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
- (13) Alkylamincarbonate, enthaltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome;
- (14) Alkyl- und Alkylarylammoniumsalze, ent haltend 6 bis 22 Kohlenstoffatome, und deren Derivate; und
- (15) Ethylenoxid- und Propylenoxid-Additions produkte von Ethylendiamin-tetraessigsäure.

2. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich (D) ein Extremdruck-Additiv enthält.

3. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularge wicht der wasserlöslichen Polymerverbindung im Bereich von 1000 bis 1 000 000 liegt.

4. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge von wasserlöslicher Polymerverbindung und Surfaktans 0,1 bis 20 Gew.% der Gesamtzusammensetzung ausmacht.

5. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Extremdruck-Additivs im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, beträgt.

6. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Extremdruck-Additiv um eine oder mehrere Verbindungen handelt, ausgewählt aus den folgenden Verbindungen (i) bis (x):

(i) Phosphorsäure und Phosphorigesäure sowie Thioverbindungen und Esterverbindungen derselben;
(ii) Mono- und Diphosphorsäureester, enthaltend jeweils Alkyl-, Alkylaryl- und/oder Arylgruppen, welche je weils mindestens eine Hydroxylgruppe enthalten, sowie Thioverbindungen derselben;
(iii) Mono- oder Diphosphonsäuren, welche jeweils Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkylaryl-, gruppen und/oder Arylgruppen, enthalten, und Thioverbindungen derselben sowie Derivate derselben;
(iv) Mono- oder Diphosphinsäuren, die jeweils Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkylaryl gruppen und Arylgruppen enthalten, und Thioverbindungen derselben sowie Derivate derselben;
(v) Mono-, Di- und Triphosphonsäuren mit einem oder mehreren Stickstoffatomen;
(vi) Thioalkohole, enthaltend Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder Arylgruppen;
(vii) Thiocarbonsäuren, enthaltend Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Hydroxyalkylgruppen, Alkylarylgruppen oder Hydroxyalkylarylgruppen und Salze derselben;
(viii) Organozinkverbindungen;
(ix) R_o-(S)_z-R_o
wobei z für eine ganze Zahl von 1 bis 5 steht und R_o die bei den Verbindungen (iii) angegebene Bedeutung besitzt; und
(x) organische, schwefelhaltige, heterocycli sche Verbindungen sowie Salze und Derivate derselben.

7. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der α-ungesättigten Carbonsäure, die mit dem stickstoff haltigen Monomeren copolymerisiert ist, um Acrylsäure, Methacrylsäure oder Maleinsäure handelt, bei deren Salz um ein Alkalimetall- oder Ammoniumsalz und bei deren Derivat um ihr Alkylamid oder ihren Alkylester oder um Acrylnitril handelt.

8. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der sulfohaltigen Vinylverbindung, die mit dem stickstoff haltigen Monomeren copolymerisiert ist, um Vinylsulfon säure, Methallylsulfonsäure, 2-Acrylamid-2-methylpropan sulfonsäure oder p-Styrolsulfonsäure handelt und bei de ren Salz um ein Alkalimetall- oder Ammoniumsalz dersel ben.

9. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich wieder holende Einheit des ringgeöffneten Polymeren des Ethy lenimins folgende allgemeine Formel (XI) aufweist: wobei n³ für eine ganze Zahl von 1 bis 5 steht und n⁴ für eine ganze Zahl von 0 bis 5 steht.

10. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich wieder holende Einheit des Polykondensationsproduktes aus der aliphatischen Dicarbonsäure und Polyethylen-polyamin die folgende allgemeine Formel (XXII) aufweist: wobei R₇ für eine Restgruppe einer Dimersäure oder für eine Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen steht, R′ für -CH₂CH₂- steht und n⁵ für eine ganze Zahl von 2 bis 7 steht.

11. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich wieder holende Einheit des Polykondensationsproduktes zwischen der aliphatischen Dicarbonsäure und Dipolyoxyethylen alkylamin die folgende allgemeine Formel (XIII) aufweist: wobei R₇ die bei Formel (XII) angegebene Redeutung hat, R₈ für eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen steht, R₉ für H oder CH₃ steht und n⁶ und n⁷ unabhängig für eine ganze Zahl von 1 bis 10 stehen.

12. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich wieder holende Einheit des Epihalogenhydrin-Amin-Polykondensa tionsproduktes die folgende allgemeine Formel (XIV) auf weist: wobei R₁₀ bis R₁₂ unabhängig für CH₃ oder C₂H₂ stehen und X für ein Halogenion steht.

13. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyalkylen polyamin ein Polyethylenimin ist, welches in seinem Mo lekül fortlaufend mindestens fünf Einheiten enthält, die jeweils durch die folgende Formel (XV) dargestellt sind: wobei mindestens eine dieser fünf Einheiten eine Einheit gemäß der folgenden Formel (XVI) ist: und an mindestens einem seiner Enden OH- und/oder NH₂- Gruppen aufweist und 6 bis 100 Stickstoffatome enthält.

14. Metallbearbeitungsöl-Zusammensetzung nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Alkylenoxid in dem Polyetherpolyol um eines oder mehrere Oxide handelt, ausgewählt aus der Gruppe Ethylencxid, Propylenoxid, Styroloxid und Butylenoxid, und der Ge halt des Alkylenoxids 3 bis 80 Gew.% des Polyetherpoly ols ausmacht.