DE69611553T2

DE69611553T2 - Schmiermittel mit phospholipid und eine basische komponente enthaltende zusammensetzung

Info

Publication number: DE69611553T2
Application number: DE69611553T
Authority: DE
Inventors: Christophe Callens; Dirk Loderer; Francois Marlier; Rudi Vanloocke
Original assignee: Klueber Lubrication Benelux NV SA
Current assignee: Klueber Lubrication Benelux NV SA
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: EP0946691B1; ES2155203T3; AU7122396A; WO1998014538A1; EP0946691A1; DE69611553D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmiermittel.
Speziell betrifft sie ein Schmiermittel, das in der Durchführung von Metallverformungen wie Metallpressen und Schmieden verwendbar ist.
In diesem Anwendungstyp dient das Schmiermittel dazu, die Durchführung von Metallverformungen zu erleichtern, indem die Reibungskräfte zwischen Durchschlag, Metall und Matrize zu verringert werden.
Derzeit verwendet man als Schmiermittel ölartige Verbindungen. Diese bringen Umweltprobleme mit sich, insbesondere in dem Maße, wie sie nicht leicht biologisch abbaubar sind und wie es notwendig ist, Lösungsmittel zu benutzen, um das Metall nach der Verformung zu entfetten.
Aus dem Dokument XP002030856 von DATABASE WPI, Section Ch, Week 8810, Derwent Publications Ltd., London GB; Klasse D23; AN 88-069601 ist eine wasserhaltige Zusammensetzung zum Drahtziehen bekannt, die 2 bis 20 Gew.-% pflanzlicher Fettseife mit 0,005 bis 0,05% eines Phosphatid-Konzentrats und 0,01 bis 0,02% Kalkspäne aufweist, wobei der Ausgleich Wasser ist.
Aus dem Dokument XP002030857 von DATABASE WPI, Section Ch, Week 8235, Derwent Publications Ltd., London GB; Klasse H07; AN 82-74051E ist eine wasserhaltige Polier-Kühl-Zusammensetzung bekannt, die in Gew.-% 0,1 bis 0,5% MonQethanolamin, 0,1 bis 0,5% Hexamethylentetramin, 0,1 bis 1,5% Fett aufweist, welches selbst 50,1% Phospholipide enthält, wobei der Ausgleich Wasser ist.
Ferner sind aus US 3 269 946 stabile Wasser-in-Öl-Emulsionen bekannt, die Phosphatide als Stabilisatoren der Emulsion enthalten.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, ein nicht-ölartiges Schmiermittel auf der Basis von Phospholipiden und einer organischen oder mineralischen basischen Verbindung in Suspension in Wasser bereitzustellen.
Phospholipide sind polare Verbindungen, deren Molekül eine lipophile Fraktion und eine hydrophile Fraktion aufweist. Sie sind nicht löslich, aber in Wasser dispersierbar.
Unter einer organischen basischen Verbindung versteht man hier Amine und ihre Derivate.
Unter einer anorganischen basischen Verbindung versteht man eine Base aus einem Metall der Gruppe IIa des Periodensystems der Elemente.
Neben anderen Vorteilen kann das Schmiermittel der Erfindung von dem gepressten Metall mithilfe eines wässerigen Lösungs- - mittels dank seiner hydrophilen Fraktionen beseitigt werden. Andererseits ist es leicht biologisch abbaubar, so dass es keine Umweltprobleme mitsichbringt.
Als Quelle von Phospholipiden haben sich die Erfinder besonders für Lecithine und im einzelnen für das Sojalecithin interessiert. Nunmehr erfolgt die Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf das Sojalecithin, sie ist jedoch nicht auf diesen Typ von Produkten beschränkt, so dass andere analoge Phospholipide ebenfalls geeignet sind.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, eine Schmiermittelzusammensetzung bereitzustellen, die eine Suspension in Wasser aus einer Mischung aus Phospholipiden und einer anorganischen oder organischen basischen Verbindung enthält.
Gemäß eines weiteren Merkmals der Erfindung enthält die Zusammensetzung bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung:
- 5 bis 40 Gew.-% Phospholipide
- 5 bis 40 Gew.-% der basischen Verbindung
- 90 bis 20 Gew.-% Wasser.
Gemäß weiterer Merkmale der Erfindung liegen die Phospholipide in Form von Lecithin vor; das Lecithin ist Sojalecithin; die basische Verbindung liegt mindestens teilweise in Suspension vor; die basische Verbindung ist ein Amin oder ein Aminderivat; die basische Verbindung ist ein Hydroxid eines Metalls der Gruppe IIa des Periodensystems der Elemente; die Zusammensetzung enthält weiterhin eine Säure zum Neutralisieren der Alkalinität der basischen Verbindung nach deren Wechselwirkung mit den Phospholipiden.
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
Das Rohsojalecithin ist eine Mischung aus ungefähr 60 Gew.-% polarer Lipide (unlösbar in Aceton), die im wesentlichen Phospholipide enthalten, und aus ungefähr 40 Gew.-% nicht polarer Lipide (lösbar in Aceton), die Öl, freie Fettsäuren und Sterine enthalten.
Die Phospholipide des Lecithin sind Glycerophospholipide von allgemeiner Formel
in der entweder X und Y jeweils unabhängig ein Acylradikal einer Palmitinsäure, einer Stearinsäure, einer Oleinsäure, einer Linolsäure, einer Linolensäure und ähnliches darstellen, oder Y den Wasserstoff und X ein Acylradikal wie vorstehend darstellt; Z stellt Cholin, Ethanolamin, Inosit oder Wasserstoff dar.
Derzeit werden Lecithine im wesentlichen wegen ihrer emulgierenden Eigenschaften (infolge der Präsenz hydrophiler Fraktionen und lipophiler Fraktionen), beispielsweise in Schmiermitteln und in der Lebensmittelindustrie und auch als Basis von Heilsalben verwendet.
Lecithin allein, in Suspension in Wasser besitzt keine oder wenige Schmiereigenschaften,
Überraschend haben die Erfinder nun entdeckt, dass, wenn man eine organische basische Verbindung (Amin oder Derivat) oder eine anorganische basische Verbindung (Metall der Gruppe IIa des Periodensystems der Elemente) dem Lecithin in wässeriger Suspension hinzufügt, in großem Maße die Schmiereigenschaften der Zusammensetzung verbessert, wie nachfolgend erkennbar. Die Synergiewirkung oder der Synergieeffekt der basischen Verbindung auf die Phospholipide ist heute noch unerkannt, so dass die Erfinder sich diesbezüglich nicht auf irgendeine spezielle Theorie beschränken wollen.
Die Präsenz der basischen Verbindung macht den pH-Wert der Schmiermittelzusammensetzung alkalisch und es kann nützlich sein, eine Säure zum Neutralisieren der Zusammensetzung hinzuzufügen. Diese Säure hat keine anderen Funktionen als zu neutralisieren und kann nunmehr irgendeine Säure sein, sofern sie keine unerwünschten sekundären Effekte hat. Ohne sich darauf zu beschränken, kann man somit H&sub2;SO&sub4;, H&sub3;PO&sub4;, CH&sub3;-CH&sub2;OH, CHOOH und ähnliche verwenden.
In dieser Hinsicht ist es jedoch wichtig, darauf hinzuweisen, dass die für die Neutralisation verwendete mögliche Säure der Schmiermittelzusammensetzung hinzugefügt werden muss, d. h., nach dem Aufschlämmen der Phospholipidmischung und der basischen Verbindung, und nicht der basischen Verbindung allein, bevor sie der Zusammensetzung beigemengt wird. In der Tat haben die Erfinder festgestellt, dass, wenn die Säure der basischen Verbindung hinzugefügt wird, bevor diese Letztgenannte den Phospholipiden in Suspension hinzugefügt wird, der Schmiereffekt nicht erlangt wird.
Nunmehr verläuft zwischen den Phospholipiden und der basischen Verbindung eine Wechselwirkung oder eine Reaktion, die nicht erhalten wird mit dem Salz oder dem entsprechenden Ester. Somit ist Calciumsterat beispielsweise als Verdickungsmittel für Öl bekannt, bringt jedoch erfindungsgemäß keinerlei Synergieeffekt bei Phospholipiden. Ebenso gewährleistet eine Zusammensetzung auf der Basis von Calciumcarbonatsalzen oder dreibasischem Calciumphosphat keine wirksame Schmierung. Dies ist mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung zu vergleichen, die Calciumhydroxid enthält, die ihre Schmiereigenschaften selbst nach dem Neutralisieren beibehält, wie nachfolgend ersichtlich.
Vorzugsweise ist das in dem Schmiermittel der Erfindung verwendete Lecithin entfettetes Lecithin, um das Aufschlämmen in Wasser zu erleichtern.
Ferner kann es modifiziertes Lecithin sein, beispielsweise, um seine hydrophilen Eigenschaften und folglich seine Dispersierbarkeit in wässerigem und polarem Medium zu verbessern. Somit kann man hydroxyliertes, hydrolysiertes, acetyliertes oder ähnliches Lecithin verwenden. Modifiziertes Lecithin kann ebenfalls entfettet oder nicht entfettet sein.
Das Verhältnis Phospholipide/basische Verbindung ist ein wichtiger Parameter der Erfindung in dem Maße, wie eine Synergie zwischen den beiden Komponenten existiert und wie der Schmiereffekt unter einem bestimmten Gehalt einer basischen Verbindung ausbleibt. Andererseits ist keine signifikante Verbesserung der Schmiereigenschaften der Zusammensetzung feststellbar jenseits eines im wesentlichen gleichen Gehalts an Phospholipiden und basischer Verbindung, so dass kein Interesse besteht, die Menge der basischen Verbindung im wesentlichen jenseits dieses Gehalts zu erhöhen, da, insbesondere in dem Fall einer anorganischen basischen Verbindung dies die Menge der Rückstände auf den Presswerkzeugen erhöht, was mit der Zeit Probleme der Verschmutzung des Werkzeug hervorrufen kann.
Wasser hingegen hat nur einen Verdünnungseffekt und ändert nicht die Schmiereigenschaften, so dass die Wassermenge kein wichtiger Parameter der Erfindung ist. Die Wassermenge muss einfach gewählt werden als Funktion der gewünschten Fluidität, und folglich als Funktion der Applikabilität des Schmiermittels auf die Metalloberflächen. Wenn die Wassermenge gering wird, beispielsweise einer Größenordnung von 20 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, wird die Zusammensetzung somit sehr pastig und schwer aufzutragen; andererseits, wenn die Wassermenge zu groß wird, beispielsweise einer Größenordnung von 90 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, wird das Schmiermittel zu dilut und es verbleibt nicht mehr ausreichend "aktive" Komponente von Phospholipiden/basischer Verbindung, um die Schmierung zu gewährleisten. Die Wassermenge wird folglich jedes Mal als Funktion des Bedarfs und der Applikationsmethode (Spritzung, Aspersion, Verstreichen und ähnliches) angepasst.
In der Praxis enthalten die Schmiermittelzusammensetzungen der Erfindung ebenfalls herkömmliche Zusatzstoffe wie Oxidationsinhibitoren, Korrosionsschutzmittel und ähnliches. Nunmehr erfolgt eine detailliertere Beschreibung in Verbindung mit spezifischen Beispielen für die Verwendung von Zusammensetzungen auf Basis von Phospholipiden in einem Tiefzieh-Test.
In allen Beispielen wurde als Tiefziehpresse eine Maschine der Marke R+K Typ A 15 verwendet, die einen maximalen Druck von 15 Tonnen bereitstellt und ein Fabrikat der Firma Roell Amsler ist.
Die Probekörper, die dem Tiefziehtest dienten, waren aus Scheiben von 70 mm Durchmesser und 0,8 mm Dicke aus rostfreiem Stahl 304 gebildet.
Das in den Beispielen verwendete Lecithin ist aus entfettetem Sojalecithin, das mindestens 97 Gew.-% polarer Lipide enthält, die unter der Bezeichnung LIPOPUR durch die Firma Lucas Meyer vermarktet werden.
Der Test besteht darin, mithilfe der Tiefziehpresse Zylinder von 35 mm Durchmesser und einer Tiefe von ungefähr 32 mm zu formen (die Tiefe variiert mit der Qualität des Schmiermittels).
In allen Tests beträgt die Kraft zum Halten des Probekörpers (Kraft, welche auf den Blechhalter ausgeübt wird, der den Probekörper hält) 5000 kg (PM = 5000)

Beispiel 1 (Bezug) - Tiefziehen mithilfe eines bekannten ölartigen Schmiermittels

Ein Probekörper wird tiefgezogen, indem ein hocheffektives herkömmliches Schmiermittel auf Basis von Mineralöl verwendet wird, das durch Klüber Lubrification unter der Bezeichnung Presspate SEM 95/800 vermarktet wird.
Das Ergebnis eines Versuchs, der an Inox 304 durchgeführt wurde, ist in Fig. 1 in Form eines Kraft-/Verschiebungs- Diagramms dargestellt, das die Kraft darstellt, die auf den Durchschlag als Funktion von seiner Verschiebung und folglich von der Press-Tiefe einwirkt.

Beispiel 2 (Vergleich) - Verwendung von Lecithin allein

In diesem Beispiel wird das herkömmliche Schmiermittel ersetzt durch ein Schmiermittel, das zu 20 Gew.-% Sojalecithin und zu 80 Gew.-% Wasser enthält.
Das Ergebnis des Versuchs an einem Probekörper aus Inox 304 ist in Fig. 2 dargestellt.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich, ist der Versuch aufgrund von Durchbrechen des Metalls gescheitert.

Beispiel 3 (Vergleich) - Verwendung einer anorganischen Base allein

In diesem Beispiel wurde das herkömmliche Schmiermittel durch ein Schmiermittel ersetzt, das zu 20 Gew.-% Calciumhydroxid und zu 80 Gew.-% Wasser enthält.
Das Ergebnis des Versuchs an dem Probekörper aus Inox 304 ist in Fig. 3 dargestellt.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich, ist der Versuch aufgrund von Durchbrechen des Metalls gescheitert.

Beispiel 4 (Erfindung) - Verwendung von Lecithin + anorganische Base

In diesem Beispiel wurde das herkömmliche Schmiermittel durch ein erfindungsgemäßes Schmiermittel ersetzt, das zu 10 Gew.-% Sojalecithin und zu 10 Gew.-% Calciumhydroxid in 80 Gew.-% Wasser enthält.
Das Ergebnis des Versuchs an einem Probekörper aus Inox 304 ist in Fig. 4 dargestellt.
Wie man erkennen kann, indem man das Diagramm von Fig. 4 mit dem von Fig. 1 vergleicht, erweist sich das Schmiermittel von Fig. 4 als höherwertig als das herkömmliche Schmiermittel, da die für das Tiefziehen erforderliche Kraft im wesentlichen geringer ist als im Fall von Fig. 1.

Beispiel 5 (Erfindung) - Verwendung von Lecithin + organische Base

In diesem Beispiel wurde das herkömmliche Schmiermittel durch ein erfindungsgemäßes Schmiermittel ersetzt, das zu 10 Gew.-% Sojalecithin, zu 10 Gew.-% Stearylamin (ein Stearylamin, das durch die Firma Hoechst unter der Handelsbezeichnung Genamin SH 100 vermarktet wird) und zu 80 Gew.-% Wasser enthält. Das Ergebnis des Versuchs an einem Probekörper aus Inox 304 ist in Fig. 5 dargestellt.
Wie man erkennen kann, indem man das Diagramm von Fig. 4 mit dem von Fig. 1 vergleicht, erweist sich dieses Schmiermittel im wesentlichen gleichwertig mit dem herkömmlichen Schmiermittel, da die für das Tiefziehen erforderliche Kraft der im Fall von Fig. 1 erforderlichen Kraft gleich ist.

Beispiel 6 (Erfindung) - Neutralisation

In diesem Beispiel soll die Wirkung einer Neutralisation der Zusammensetzung gezeigt werden.
Das Diagramm von Fig. 6 zeigt das Ergebnis eines Tests, der an einer Zusammensetzung gemäß Beispiel 4 ausgeführt wurde, die bis zu einem pH-Wert 8 mit Phosphorsäure neutralisiert wurde.
Das Diagramm von Fig. 7 zeigt das Ergebnis eines Tests, der an einer Zusammensetzung gemäß Beispiel 5 ausgeführt wurde, die bis zu einem pH-Wert 8 mit Phosphorsäure neutralisiert wurde.
Wie aus diesen Diagrammen ersichtlich, ist die Wirksamkeit der Schmiermittelzusammensetzung durch die Neutralisierung praktisch unverändert.

Beispiel 7 (Vergleich)

Dieses Beispiel hat zur Aufgabe, den Effekt einer Neutralisierung der basischen Verbindung vor der Bildung der Zusammensetzung zu zeigen.
In diesem Beispiel wird Calciumpyrophosphat Ca&sub3;(PO&sub4;)&sub2; zu 10 Gew.-% mit 10 Gew.-% Lecithin und 80 Gew.-% Wasser vermischt, um eine Zusammensetzung zu erhalten, die dieselben Elemente enthält wie die von Beispiel 6, jedoch mit dem Salz anstelle des Hydroxids.
Wie aus dem Diagramm von Fig. 8 ersichtlich, ist der Test negativ in dem Maße, wie der Probekörper bricht.
Dies ist also das Resultat, während Calciumpyrophosphat ein bekannter Festschmierstoff ist, unter anderem im Tiefziehen. Dies zeigt folglich, dass es unerlässlich ist, zunächst die basische Verbindung mit dem Lecithin vor dem Neutralisieren zusammenwirken zu lassen, wobei das Salz oder der entsprechende Ester nicht mit dem Lecithin - oder allgemeiner gesagt die Phospholipide - den Synergieeffekt der Erfindung gewährleistet.
Wie anhand der Beispiele ersichtlich, sind das Lecithin allein (Beispiel 2) und das Calciumhydroxid allein (Beispiel 3) nicht als Tiefziehschmiermittel zu 20 Gew.-% in Wasser verwendbar, während die erfindungsgemäße Kombination (Beispiel 4) aus Lecithin und Calciumhydroxid in denselben Verhältnissen (20%) ein Schmiermittel ergibt, das höherwertiger als das herkömmliche Schmiermittel ist, da es eine geringere Verschiebungskraft erfordert und folglich weniger das Metall beansprucht.
Verständlicherweise gibt es keine genau festgelegte Schwelle für die untere Grenze der Konzentration an Phospholipiden und an der basischen Verbindung. Hingegen bei einer Konzentration einer Größenordnung von 5 Gew.-% einer jeden Komponente wird das Ergebnis des Tiefziehtests ungewiss, wobei er manchmal gelingt und manchmal ein Misserfolg wird.
Sobald die Mindestkonzentration erreicht ist, ist der Schmiereffekt im wesentlichen unabhängig von der Konzentration der Phospholipid- und basischen Komponenten, wie aus den Diagrammen von Fig. 9 und 10 erkennbar, die sich auf Versuche beziehen, in denen das Verhältnis der basischen Verbindung, jeweils Calciumhydroxid und Stearylamin, auf 20% gebracht wurde.
Wie in der Einleitung angegeben, wird hier die Grenze durch die Fluidität und Applikabilität der Zusammensetzung auferlegt.
Die basische Verbindung, die erfindungsgemäß zu verwenden ist, ist im Handel im allgemeinen in Form von Trockenpulver zu finden. Die Granulometrie des Pulvers ist an sich kein Parameter der Erfindung. Hingegen haben die Erfinder beobachtet, dass, wenn die Größe der Partikel steigt, ein längerer Zeitraum verstreichen sollte zwischen der Zubereitung der Zusammensetzung und ihrer Verwendung, als ob man in dem Fall mehr Zeit für den Verlauf einer Reaktion zwischen den Phospholipiden und der Oberfläche der Partikel der basischen Verbindung benötigen würde.
Die Erfinder haben verschiedene basische Verbindungen getestet und herausgefunden, dass die besten Ergebnisse mit Verbindungen erhalten wurden, die nicht völlig in der Suspension von Phospholipiden in Wasser löslich waren, von denen folglich ein Teil mindestens in Suspension verbleibt, oder auch, die eine heterogene Mischung mit den Phospholipiden in Suspension bilden. Als Beispiel kann man somit Bariumhydroxid, Strontiumhydroxid und Talg-Diaminpropylen, und ferner das in den Beispielen erwähnte Calciumhydroxid und Stearylamin nennen.
Weitere Verbindungen sind für den Fachmann bei der Lektüre der vorliegenden Beschreibung naheliegend.
Die Erfindung ist wohlgemerkt nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, die nur als Beispiel gewählt wurden.

Claims

1. Nicht-ölartige Schmiermittelzusammensetzung zur Durchführung von Metallverformungen, die eine Suspension in Wasser aus einer Mischung aus Phospholipiden und einer anorganischen oder organischen basischen Verbindung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält:

- 5 bis 40 Gew.-% Phospholipide

- 5 bis 40 Gew.-% der basischen Verbindung

- 90 bis 20 Gew.-% Wasser und daß die basische Verbindung mindestens teilweise in Suspension vorliegt.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phospholipide in Form von Lecithin vorliegen.

3. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lecithin Sojalecithin ist.

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die basische Verbindung ein Amin oder ein Aminderivat ist.

5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die basische Verbindung ein Hydroxid eines Metalls der Gruppe IIa des Periodensystems der Elemente ist.

6. Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Säure zum Neutralisieren der Alkalinität der basischen Verbindung nach deren Wechselwirkung mit den Phospholipiden enthält.