DE944810C - Emulsionskonzentrat vom OEl-in-Wasser-Typ fuer die Metallbearbeitung - Google Patents

Emulsionskonzentrat vom OEl-in-Wasser-Typ fuer die Metallbearbeitung

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DE944810C
DE944810C DEN5282A DEN0005282A DE944810C DE 944810 C DE944810 C DE 944810C DE N5282 A DEN5282 A DE N5282A DE N0005282 A DEN0005282 A DE N0005282A DE 944810 C DE944810 C DE 944810C
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emulsion concentrate
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Thomas Eugene Reamer
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Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Emulsionskonzentrate vom öl-in-Wasser-Typ, die besonders geeignet als Hilfsmittel bei zahlreichen technischen Metallbearbeitungsprozessen sind, wie Ziehen, Prägen, Schmieden, Fräsen und zum Kaltziehen von Draht, Stäben, Rohren und Profilen.
Die Schmierung der Metalle bei den erwähnten Metallbearbeitungsprozessen ist wegen der verschiedenen Faktoren, wie hohe Temperatur, hoher Druck, Anwesenheit von Fremdstoffen oder Verunreinigungen u. dgl., besonders schwierig, und das Schmiermittel muß in manchen Fällen auch als Kühlmittel wirken.
Die beim Ziehen und Walzen von Metallen verwendeten üblichen Schmiermittel, wie Palmöl, Schwarzöl oder Schmiermittelgemische, die Seifen, Graphit, Kalk u. dgl. enthalten, zeigen bei den auftretenden hohen Drücken keine befriedigende Schmierwirkung, was zur Bildung von Riefen und zur Abnutzung des bearbeiteten Metalls sowie der Matrizen führt. Außerdem neigen verschiedene Schmiermittel, wie Öle und Schmierfette, zur Fleckenbildung auf den Metallen und bzw. oder sie begünstigen das Ausreißen der Metallteilchen. Auch sind sie schwer auf die zu behandelnde Metalloberfläche aufzubringen und noch schwerer nach der Bearbeitung zu entfernen.
Ein gutes Metallbearbeitungsschmiermittel muß die folgenden wesentlichen Eigenschaften aufweisen: hohe Filmfestigkeit, Fähigkeit zur Ver
ringerung der Reibung und zur Vermeidung des Verschweißens, Fähigkeit zur Benetzung der bearbeiteten Metallfläche und zum Haften an dieser, Fähigkeit zur Erzeugung einer guten Oberfläche, leichte Auftragb,arkeit und Entfernbarkeit, Fehlen von Korrosion, Fleckenbildung oder Verfärbung. Das Hilfsmittel muß auch beständig sein und es soll außerdem Verunreinigungen, scheuernd wirkende Stoffe u. dgl. zum Absetzen bringen und aus ίο dem Schmiersystem ausscheiden.
Es wurde bereits vorgeschlagen, als Kühlmittel für die Metallbearbeitung Dispersionen von leicht schmelzbaren, festen und vorzugsweise kristallinen, organischen Substanzen in Wasser zu verwenden, beispielsweise Paraffin, Montanwachs, Kampfer usw. Gegebenenfalls können diese wässerigen Dispersionen auch Emulgatoren oder als Hochdruckzusatzmittel geeignete Substanzen enthalten. Hierbei hängt der KühlefEekt jedoch weitgehend von ao den. physikalischen Eigenschaften der suspendierten Festkörperteilchen ab.
Erfindungsgemäß ist festgestellt worden, daß ein vorzügliches Hilfsmittel für die Metallbearbeitung aus einer wässerigen Emulsion besteht, welche in der zusammenhängenden Wasserphase als aktive Bestandteile ein asphaltisches Bitumen mit einer Viskosität von mindestens etwa 300 cSt und vorzugsweise über 700 cSt bei 98,8°, einen Emulgator, vorzugsweise ein kationisch-oberflächenaktives Mittel, ein Hochdruckzusatzmittel und gewünschtenfalls einen nicht scheuernd wirkenden mineralischen Füllstoff enthält.
Eine solche Emulsion kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden: Man stellt ein organisches Gemisch A her, das erstens ein asphaltisches Bitumen, zweitens einen Emulgator, vorzugsweise ein kationisch-oberflächenaktives Mittel, z. B. ein Aminsalz, und drittens ein Hochdruckzusatzmittel, vorzugsweise ein solches, das mit den bearbeiteten Metallen reagiert, enthält. Hierbei werden die drei Bestandteile in ihrem Mengenverhältnis so bemessen, daß das Bitumen den größeren Anteil des Gemisches ausmacht und die Viskosität des gesamten Gemisches zwischen 500 und 2000 cSt, vorzugsweise zwischen 700 und 1000 cSt, bei 98,8° liegt. Ferner wird eine zweite Mischung B in Form eines Schlammes hergestellt, welcher aus Wasser und einem mineralischen Füllstoff besteht. Die Gemische A und B werden in solchen Mengenverhältnissen vereinigt, daß sie ein stabiles, emulgierbares Konzentrat bilden, vorzugsweise im Verhältnis von ι :i bis 1:5. Diese Konzentrate können als solche als Schmiermittel bei der Metallbearbeitung verwendet oder zunächst mit 1 bis 20 Teilen Wasser je Gewichtsteil verdünnt und dann "als Schmiermittel benutzt werden.
Gemisch A
Asphaltisches Bitumen: Das bei der Herstellung des Gemisches A verwendete asphaltische Bitumen kann auf verschiedene Weise bei der Raffination roher öle erhalten werden. Das asphaltische Bitumen kann im Sonderfall als Rückstand aus Rohöl bei dem Destillationsprozeß erhalten werden, oder es kann aus Säureteeren, bei der Behandlung von Schmierölen mit Schwefelsäure gewonnen werden. Außerdem kann es bei der entasphaltierenden Behandlung von Erdölfraktionen, insbesondere Schmierölfraktionen, mit Lösungsmitteln oder entasphaltierenden Mitteln gewonnen werden.
Die bevorzugten asphaltischen Bitumina sind solche, welche einem Erweichungspunkt zwischen etwa 37,7 und 1210 und vorzugsweise zwischen 37,7 und 65,5° aufweisen. Gewünschtenf alls können die Asphalte nach bekannten Verfahren geblasen werden. Zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Mischungen sind direkt destillierte Asphalte besonders erwünscht. Beispielsweise sind Stoffe geeignet, welche die in Tabelle I zusammengestellten Eigenschaften aufweisen.
Tabelle I
Spezifisches Gewicht bei 25 ° 1,024 oder höher Penetration
bei 25°, 100 g, 5 Sek 21 bis 30
Duktilität bei 25 ° 100 cm oder höher
Flammpunkt, nach C1 ev el an d
(offenes Gefäß) .....· 3100 oder höher
Erweichungspunkt, Ring und
Kugel 53,3° · oder höher
Verlust beim Erhitzen auf
1630, 5 Stunden 0,5 °/o oder weniger
Penetration des Rückstandes
nach 5 stündigem Erhitzen
auf 163 °, gerechnet in % der Penetration vor dem
Erhitzen 8o°/o oder höher
Löslich in. Schwefelkohlenstoff . 99,8°/o oder höher
Löslich in. Tetrachlorkohlen-
stoff . , 99,8% oder mehr
Asche 0,20 % oder weniger
Das asphaltische Bitumen stellt im allgemeinen den größeren Anteil und zweckmäßig von 80 bis 99 Gewichtsprozente des Gemisches A dar.
Die Menge des in dem wässerigen Emulsionskonzentrat vorhandenen, asphaltischen Bitumens schwankt vorzugsweise zwischen 10 und 50 Gewichtsprozent.
Emulgiermittel: Geeignete Emulgiermittel sind solche, welche die Bildung von Öl-in-Wasser-Emulsionen begünstigen, vorzugsweise kationisch-oberflächenaktive Mittel und insbesondere öllösliche oberflächenaktive Mittel, z. B. Salze, höhermolekularer Amine mit organischen oder anorganischen Säuren von geringem Molgewicht, insbesondere vonAlkylaminen, die einen Alkylrest von mindestens 10 Kohlenstoffatomen aufweisen, wie Octadecylaminacetaf bzw. -propionat oder -chlorid, Oleylaminacetat, Hexadecylaminacetat oder -butyrat. Auch Kondensationsprodukte aus Fettsäuren und Alkylolaminen, aliphatische Amide, Ester hochmolekularer Fettsäuren sowie Alkylolamine kommen in Betracht.
Die Emulgatoren können deh Gemischen gemäß vorliegender Erfindung in Mengen von 0,5 bis 15 %, vorzugsweise 0,5 bis 10 Gewichtsprozent, berechnet auf das fertige Gemisch, zugesetzt werden. S Hochdruckzusatzmittel: Als Hochdruckzusatzmittel werden vorzugsweise Verbindungen gewählt, welche chemisch mit den bearbeiteten Metallen in Reaktion treten können, wobei sich auf diesen MetallenSchutz-schichten bilden, welche auch unter äußerst hohen Beanspruchungen und Drücken dem Reißen widerstehen. Zu den Verbindungen dieser Gruppe gehören Halogenkohlenwasserstoffverbindungen, halogenenthaltende organische Phosphorverbindungen, z. B. halogenenthaltende organische Thiophosphate oder Phosphonate, sulfurierte Kohlenwasserstoffe, sulfurierte Fette, sulfurierte Fettsäuren und sulfurierte Ester, wie Tri-(chloräthyl)-phosphit, Tributylphosphat, Tributylthiophosphat, Tricyclohexylthiophosphat, Tri- (chloräthy 1) -thio-
ao phosphit, Tricresylphosphat und chloriertes Paraffinwachs. Die halogenorganischen Phosphonsäureester und Derivate derselben, wie Trichlormethanphosphonsäuremonobutylester, das Di-(2-äthylhexyl)-Aminsalz oder das Octadecylaminsalz hiervon sowie die Amidderivate der Phosphonsäureester werden bevorzugt verwendet.
Das Hochdruckzusatzmittel kann in den erfindungsgemäßen Gemischen in Mengen von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent enthalten sein.
Praktisch erprobte Beispiele von erfindungsgemäßen Gemischen A sind die folgenden:
I. Uögeblasener Asphalt ·. 89%
Cjg-Aminsalz des Trichlormethanphos-
phonsäuremonobutylesters 1 °/o
Octadecylaminacetat 10%
II. Ungeblasener Asphalt 85 %
C18-Aminsalz des Trichlormethanphos-
phonsäuremonobutylesters 2%
Hexadecylaminacetat 13 °/o
III. Ungeblasener Asphalt 80%
C18-Aminsalze eines Gemisches aus
Trichlormethanphosphonsäuremono-
butylester, Trichlormethanphosphonsäuredibutylester, Trichlormethan-
phosphonsäure 3 °/o
Tetradecylaminacetat i7°/o
IV. Geblasener Asphalt 87%
Chloriertes Paraffinwachs (40% Cl) 5%
Octadecylaminacetat ' 8 °/o
V. Ungeblasener Asphalt 89 °/o
Octadecylaminsalz des Monobutylesters der Trichlormethanphosphon-
säure 1 °/o
Octadecyltrimethylammoniumchlorid 10%
VI. Ungeblasener Asphalt 83 %>
Chloriertes Paraffinwachs (40 °/o Cl) 5 °/o
Octadecyltrimethylammoniumchlorid 12 %
VII. Ungeblasener Asphalt 88 %>
Octadecylaminsalz des Monobutyl-
esters der Trichlormethanphosphon-
säure 2%
Octadecylaminacetat 10%
VIII. Geblasener Asphalt 89 °/o
Sulfurierte Ölsäure 1 %
Octadecylaminacetat 10%
IX. Geblasener Asphalt 89 %
C18-Aminsalz des Monobutylesters von Trichiormethanphosphonsäure 1 %
Octadecylaminacetat io%>
X. Ungeblasener Asphalt . .· 89 %
Phosphor, Halogen und Schwefel enthaltende organische Verbindung
(Anglamol 85 *) 1 %
Octadecylaminacetat 10%
XI. Geblasener Asphalt 89%
Phosphor, Halogen und Schwefel enthaltende Verbindung (Anglamol
85*) 1%
Octadecalaminacetat 10%
*) Anglamol 85 hat die folgende Zusammensetzung: Chlorbenzyldisulfid 32%, chloriertes Paraffin (40% Cl) 30%, Benzylthiocyanat 2%, Phosphorverbindung 0,250Z0, Kohlenwasserstofffraktion 35,75%.
Gemisch B
Das Gemisch B stellt einen Schlamm aus Wasser und einem nicht scheuernd wirkenden mineralischen Füllstoff dar und ergibt beim Vermischen mit dem Gemisch A das erfindungsgemäße Emulsionskonzentrat, welches als solches verwendet oder mit größeren Mengen Wasser vermischt und dann als Schmiermittel bei der Metallverarbeitung benutzt werden kann.
Die Füllstoffe sollen keine Scheuerwirkung haben und bestehen vorzugsweise aus schmierend wirkenden mineralischen Füllstoffen, beispielsweise Kalk, Lithophone, Bleiweiß, Zinkoxyd und Bariumsulfat sowie Gemischen solcher Stoffe.
Die "Menge des Füllstoffes kann innerhalb' eines weiten Bereiches schwanken und hängt in erster Linie von den Bedingungen ab, unter welchen die Schmiermittel gemäß der Erfindung verwendet werden. Im allgemeinen kann der Füllstoff in Mengen von 2 bis 40% und vorzugsweise von 5 bis 15 Gewichtsprozent, berechnet auf die Emulsion, vorliegen. Bei mildwirkenden Metallbearbeitungen kann der Füllstoff weggelassen werden.
Gewünschtenfalls kann das Emulgierungsmittel der wässerigen Phase B anstatt dem Gemisch A zugesetzt werden, worauf man die beiden Phasen unter den obenerwähnten Bedingungen zu dem fertigen-Produkt vermischt.
Bevorzugte Mischungen B bestehen aus Aufschlämmungen von Lithopone in Wasser, von Zinkoxyd in Wasser, von Bariumsulfat in Wasser, von Bentonit in Wasser oder aus solchen Schlämmen, die noch einen Emulgator, wie Octadecylaminacetat, enthalten.
Die Emulsionskonzentrate gemäß der Erfindung werden erhalten, indem man das Gemisch A mit dem Gemisch B in dem gewünschten Mengenverhältnis vermischt, z. E. in einem Verhältnis von ι : ι bis ι : S) vorzugsweise unter Rühren, mit oder ohne Anwendung von Wärme, bis sich eine stabile Emulsion gebildet hat.
Gewünschtenfalls kann den Emulsionskonzentraten noch ein Antioxydationsmittel zugesetzt werden. Ein besonders wirksames Antioxydationsmittel in den Emulsionskonzentfaten der Erfindung ist Ditert.-butylhydrochinon. Beispiele von fertigen Emulsionskonzentraten, die sich insbesondere für das Ziehen von rostfreiem Stahl als geeignet erwiesen haben, sind:
Gemisch i*
Ungeblasener Asphalt (Tabelle I) 40 %
C18-Aminsalz des Monobutylesters von Tri-
chlormethanphösphonsäure ............. 1 °/o
Octadecylaminacetat 5 °/o
Lithopone 30%
Wasser 24%
Gemisch 2
Ungeblasener Asphalt (Tabelle I) ,. 38%
Octadecylaminsalz des Monobutylesters von
Trichlormethanphosphonsäure 1 %
Lithopone 10%
Octadecylaminacetat ....:.. 5 %
Wasser 4Ö°/o
Gemisch 3
Ungeblasener Asphalt -.. .35°/o
C18-Aminsalz des Monobutylesters von Trichlormethanphosphonsäure ι %
Zinkoxyd io°/o
Octadecylaminacetat S °/o
Wasser 49 °/o
Gemisch 4
Ungeblasener Asphalt 35,°°/°
Phosphor, Halogen und Schwefel enthaltende organische Verbindung (Angla-
mol 85**) 3.5%
Lithopone 10,0%·
Octadecylaminacetat 5>ο0/ο
Wasser ·. 46,5 °/o
Gemisch 5
Ungeblasener Asphalt 35 ö/o
Chloriertes Paraffin (40% Cl) 5 %
Ditert.-butylhydrochinon 2 %
Lithopone .-......, t io%>
Octadecylaminacetat ; 5 %
Wasser- 43%
Gemisch 6
Ungeblasener Asphalt 35 %
Di-2-äthylhexylaminsalz des Monobutylesters
von Trichlormethanphosphonsäure 1 °/o
Zinkoxyd ·...... 10%
Dodecyltrimethylammoniumchlorid 5 %
Wasser 49 %
Gemisch 7
Ungeblasener Asphalt 38 %
Monobutylester der Trichlormethanphosphonsäure 2 °/o
Octadecylaminacetat 5 %
Kalk 10%
Wasser 45 °/o
*) Die Gemische 1 bis 7 wurden durch Vermischen geeigneter Mischungen A und B hergestellt;
**) Anglamol 85 hat die folgende Zusammensetzung: Chlorbenzyldisulfid 32%, chloriertes Paraffin (40% Cl) 30%, Benzylthiocyanat 2°/0) Phosphorverbindung ο,25°/ο, Kohlenwasserstofffraktion 35,75%·
Um die außergewöhnlichen Schmiereigenschaften der Gemische gemäß vorliegender Erfindung aufzuzeigen, wurden sie der folgenden. Prüfung unterworf en:
Im fabrikmäßigen Betrieb wurden oxydierte Rohre aus rostfreiem Stahl mit einem ursprünglichen Aufiendurchmesser von 28,6 mm um etwa 42% im Querschnitt verringert durch Kaltziehen mit Matrizen und Dornen aus Wolfram-Carbiden unter Verwendung von Schmiermitteln, wie sie in der nachstehenden Tabelle angegeben sind. Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Schmiermittel über die besten zur Verfügung stehenden Schmiermittel zum Ziehen von Metall ist klar ersichtlich.
Kaltziehen von rostfreiem Stahl auf einer Ziehbank (Oxydiertes rostfreies Stahlrohr von 28,6 mm äußerem Durchmesser).
Querschnitts Zieh Flattern Metall Innere Gesamt Kraftwirkung Kraftwirkung
Gemisch verringerung geschwindig während aufnahme bildung
des Rohres		 kraftwirkung an Matrize an Dorn
% keit (m/Min) des Ziehens des Doms keine (kg) (kg) (kg)
2 42 5,48 bis 10,97 kein keine - 4258 3488 770
4 42 5,48 bis 10,97 - - 4190 , 3306 883
5 42 5,48 bis 10,97 - - 3533 2650 883
6 42 5,48 bis 10,97 - - stark 3533 2763 770
Graphit 42 5.48 stark stark 4643 2831 1812
gebrochen
Bright stark
Stock 42 nicht ziehbar gebrochen stark <4983 — —
Gemische gemäß der Erfindung können auf das bearbeitete Metall in geeigneter Weise, z. B. durch Bürsten, Eintauchen und Sprühen, aufgetragen und das überzogene Metall kann, bis es zur Bearbeitung kommt, gelagert oder direkt nach Aufbringen des Schmiermittels gezogen, werden.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Emulsionskonzentrat vom Öl-in-Wasser-Typ für die Metallbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß es in der zusammenhängenden Wasserphase ein asphaltisches Bitumen mit einer Viskosität von mindestens 300 cSt und vorzugsweise 700 cSt bei 98,8° sowie einen Emulgator und ein Hochdruckzusatzmittel dispergiert enthält.
2. Emulsionskonzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das asphaltische Bitumen in einer Menge von iobis 50 Gewichtsprozent, berechnet auf die Emulsion, vorliegt.
3. Emulsionskonzentrat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgator vorzugsweise ein öllösliches kationiechoberflächenaktives Mittel, insbesondere ein Salz aus einem Alkylamin mit einem Alkylrest von mindestens 10 Kohlenstoffatomen und einer niedrigmolekularen organischen oder anorganischen Säure ist, und in einer Menge von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die Emulsion, verwendet wird.
4. Emulsionskonzentrat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochdruckzusatzmittel vorzugsweise eine mit dem bearbeiteten Metall reagierende Verbindung und insbesondere ein Halogenphosphonat oder ein Derivat davon oder ein chloriertes Paraffin ist und in einer Menge von 0,5 bis S Gewichtsprozent, berechnet auf die Emulsion, verwendet wird.
5. Emulsionskonzentrat nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen nicht scheuernd wirkenden mineralischen Füllstoff, vorzugsweise in Mengen von 2 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf die Emulsion, enthält.
6. Emulsionskonzentrat nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Zusatz von Ditert.-butylhydrochinon enthält.
7. Öl-in-Wasser-Emulsion für die Metallbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus ι Gewichtsteil des Emulsionskonzentrates nach Anspruch 1 bis 6 und 1 bis 20 Gewichtsteilen Wasser besteht.
Angezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriftea Nr. 2 511 250, 2 524 017, 2512742;
deutsche Patentschrift Nr. 738 993;
französische Patentschrift Nr. 914 372.
609534 6.56
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