DE952927C - OEle fuer die Metallbearbeitung - Google Patents

Description

• Öle für die Metallbearbeitung In der metallbearbeitenden Industrie werden für viele Zwecke wasserlösliche Öle verwendet. An ein solches Öl werden eine Reihe von Anforderungen gestellt, die oft nur unter Kompromissen erreicht werden können. So soll das. Öl bzw. Ölemulsion den Werkzeugen hohe Standzeiten verleihen. Die Verschleißmarkenbreite der Werkzeuge soll gering sein, und der Rostschutz der Öle soll möglichst hoch sein. Um dem Bearbeiter an der Maschine eine ständige Kontrolle des Werkstückes während des gesamten Bearbeitungsvorganges zu ermöglichen, soll das Öl bzw. die Ölemulsion klar sein und nicht milchig-trüb, wie es bei vielen Mineralölemulsionen der Fall ist. Natürlich muß die Emulsion gute Kühl- und Schleifwirkung besitzen. Ferner soll sie bei Schleifprozessen die Schleifscheiben nicht verschmieren. Das 01 soll, umallen Ansprüchen bei schwersten Räumarbeiten zu genügen, mit Mineralölen mischbar sein, und diese Mischungen sollen mit Wasser stabile Emulsionen bilden.
• Gegenstand des Patents 905 303 ist die Zusammensetzung von Metallbearbeitungsölen, die einem wesentlichen Teil dieser Anforderungen entsprechen. Diese Öle 'zeichnen sich durch einen Gehalt an Alkylsulfamidocarbonsäuren mit mindestens 6 C-Atomen oder deren wasserlöslichen Salzen aus.
• Von technischer Bedeutung sind vor allem diejenigen Alkylsulfämidocarbonsäuren, die noch unveränderten Kohlenwasserstoff enthalten, bei denen also der Ausgangskohlenwasserstoff nur teilweise sulfochloriert wurde, denn die Eigenschaften. der Endprodukte werden durch den Sulfochlorierungsgrad bestimmt. Es ist bekannt, daß bei der Sulfochlorierung eines längerkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffes bzw. Kohlenwasserstoffgemi-. sches mittels Schwefeldioxyd und Chlor schon w''ährend der Bildung der Alkylmonosulfochloride in erheblichem Maße Moleküle mit zwei und mehr Sulfochloridgruppen entstehen. Die Alkyldisulfochloride ergeben bei der weiteren Umsetzung Alkyldisulfamidoessigsäuren bzw, deren Salze. Diese Verbindungen erhöhen zwar die Löslichkeit der Öle, sind aber nicht in der Lage, weitere Ölmengen stabil in Wasser zu emulgieren. Darüber hinaus ist der Rostschutz solcher Öle, die nennenswerte Mengen Alkyldisulfarnidocarbonsäuren oder deren Salze enthalten, beträchtlich schwächer als der keine oder nur geringe Mengen Alky1sulfamidocarbonsäuren oder deren Salze enthaltenden Öle. Andererseits können Öle mit einem sehr geringen Gehalt an Alkyldisulfamidocarbonsäuren nur nach einem komplizierten und zeitraubenden Verfahren gelöst werden, wobei jedoch die Lösungen immer noch eine erhebliche Opaleszenz aufweisen. Hierzu maß man die Öle mit wenig Wasser anrühren, bis sie eine Gallerte bilden, die dann durch weiteren Wasserzusatz langsam in Lösung gebracht werden maß. Gießt man die Öle in Wasser oder, umgekehrt, Wasser in vorgelegtes Öl, so -erhält man in beiden Fällen milchig-trübe instabile Emulsionen.
• Alkyl:sulfamidocarbonsäure in Form ihrer Alkalisalze oder ihrer Salze mit organischen Busen sind in Wasser klar löslich. Sie bilden hier echte Lösungen. Liegen die Salze im Gemisch mit unverändertem Ausgangskohlenwasserstoff vor, dann wird der Kohlenwasserstoffanteil hierbei mehr oder weniger fein dispergiert. Bei den Salzen der Alkylsulfamidocarbonsäuren, die von der Umsetzung her noch viel Ausgangskohlenwasserstoff besitzen, wird dieser nur grob dispers verteilt, bei höher sulfochloriertem "Ausgangsmaterial können die Kohlenwasserstoffe so fein verteilt werden, daß absolut klare »Lösungen« vorliegen.
• Es wurde nun gefunden, daß man für die Metallbearbeitung Öle verwenden kann, die aus einer klar wasserlöslichen Mischung von 95 :5 bis 5 :95, vorzugsweise 95:5 bis 75:2-5 Gewichtsteilen eines wasserlöslichen Salzes einer Sulfamidocarbonsäure eines 40- bis 45%igen Sulfochlorierungsproduktes eines gesättigten aliphntischen, mindestens 6 Kohlenstoffatome enthaltenden Kohlenwasserstoffes bzw. eines Kohlenwasserstoffgemisches. mit einem wasserlöslichen Salz einer Sulfamidocarböansäure eines 65- bis 8o%igen Sulfochlori@erungsproduktes des gleichen Kohlenwasserstoffes bzw. Kohlenwasserstoffgemisches bestehen.
• Diese Metallbearbeitungsöleweisen ein Maximum an Rostschutzeigenschaften und Emulgiervermögen auf und ergeben beim Eingießers in Wasser oder beim Übergießen mit Wasser absolut klare Lösungen.
• Man erhält diese Öle, indem man Öle mit einem Gehalt an Alkylsulfamidocärbonsäure und geringen Mengen an Alkyldisulfamidocarbonsäure bzw. deren Salze, die ein Maximum an Rostschutz- und Emulgiervermögen besitzen und die beim Übergießen mit Wasser instabile trübe Emulsionen ergeben, mit solchen Ölen mischt, die einen großen Gehalt an Alkyldisulfamidocarbonsäuren bzw. deren Salzen aufweisen und die ein Maximum an Klarlöslichkeit und ein Minimum an Emulgier-und Rostschutzvermögen besitzen.
• Die Herstellung derAlkylsulfamidocarbonsäureü, wie sie für die beanspruchten Mischungen, verwendet werden, erfolgt in an sich bekannter Weise durch Sulfochlorierung von aliphatischen gesättigten oder fast gesättigten Kohlenwasserstoffei bis zum gewünschten Grad und Weiterverarbeitung zu ölhaltigen Alkylsulfamidocarbonsäuren bzw. deren Salzen gemäß dem in der Patentschrift 767 071 beschriebenen Verfahren.
• Mischt man nunmehr ein alkylsulfamidocarbonsäurehaltiges Öl mit einem Gehalt von 55 bis 6o Gewichtsprozent an nicht umgesetzten Ausgangskohlenwasserstoffen mit einem solchen, das 2o bis 35 Gewichtsprozent nicht umgesetzte Ausgangskohlenwasserstoffe enthält, im Verhältnis 95 : 5 bis 5:95, vorzugsweise im Verhältnis 95:5 bis 75:25 Gewichtsteilen, so erhält man Metallbearbeitungsöle, die den Rostschutz des ersten Öls vollauf besitzen und sogar erhöhte Emulgatoreigens.chaften aufweisen und bei denen die Klarlöslichkeit des zweiten Öls erhalten geblieben. ist.
• Dieses Ergebnis ist überraschend und war keineswegs vorauszusehen; denn ein Kohlenwasserstoff, der zunächst so weit sulfochloriert ist, daß 38 bis 530/0 des Ausgangsmaterials unangegriffen bleiben, und anschließend auf Alkylsulfamidoessigsäure bzw. deren Salze verarbeitet ist, ergibt minderwertige Produkte, die weder die Klarlöslichkeit des einen Produktes noch den Rostschutz und die Emulgiereigenschuften des anderen Produktes besitzen.
• Der wesentliche Punkt der Erfindung ist demnach, daß eine Mischung aus solchen sulfamidoessigsauren Salzen verwendet wird, bei denen die Sulfochlorierung der Kohlenwasserstoffe bis zu einem höheren bzw. niedrigeren Sulfochlorierungsgrad getrennt vorgenommen wurde, wobei die Weiterverarbeitung zu den Alkylsulfamidocarbonsäuren nicht getrennt erfolgen maß, sondern die Alkylsulfochloride können gemischt und gemeinsam in bekannter Weise der Umsetzung mit Ammoniak unterworfen und nachfolgend mit Halogencarbonsäuren kondensiert werden. Die Kondensation mit Hulogencarbonsäure braucht nicht bis zur völligen Umsetzung der Alkylsulfamide und der Alkyldisulfamide zu führen, sondern man kann mit einem Unterschuß an Halogencarbonsäure kondensieren. Der Alkylsulfamidgehalt kann nach der Kondensation noch bis zu io% betragen.
• Geht man -von einer natürlich vörkommenden Kohlenwasserstofffraktion aus, so kann man gemäß Patent 928169 die ölhaltigen Alkylsulfamidocarbonsäuren einer Bleiche mit Chlordioxyd unterwerfen, um besonders helle Endprodukte zu erhalten. Die ölhaltigen Alkylsulfamidocarbonsauren kann man ganz oder teilweise mit Alkalien, Ammoniak oder organischen Baseri oder Gennischen derartiger basischer Verbindungen neutralisieren. Gegebenenfalls lZann man noch Öle, die von den Ausgangsölen verschieden sein können, wie z. B. Spindelöle, zumischen.
• Die Wirkung der neuen Metallbearbeitungsöle kann man abstimmen durch Zusatz von Dispergiermitteln, wie kapillaraktiven Sulfon- oder Carbonsäuren bzw. deren Salzen oder Umsetzungsprodukten von Äthylen- oder Propylenoxyd.
• Zur Homogenisierung können den Mischungen aus Ölen, Sulfamidocarbonsäuren und gegebenenfalls Dispergiermitteln noch geringe Mengen Wasser oder andere Lösungsvermittler zugefügt werden, wie z. B. Dekahydronaphthalin, Terpenkohlenwasserstoffe und -alkohole, höhenmolekulare aliph.atische oder aromatische Alkohole, cycloaliphatischeAlkohole, Glykoläther, Phenole, Ketone oder Carbonsäuren.
• Die oben beschriebenen Gemische aus Kohlenwasserstoffen., Alkylsulfamidocarbonsäuren und Alkyldisulfamidocarbonsäuren ergeben beim Übergießen mit Wasser absolut klare stabile Emulsionen, die für alle Arten von Metallbearbeitungen, wie z. B. zum `Schneiden, Drehen, Bohren, Fräsen, Ziehen und Honen, Verwendung finden können. Die Emulsionen verleihen den mit ihnen behandelten Metallen einen hervorragenden Rostschutz. Die Gemische können in jedem Verhältnis mit Mineral= öl, wie z. B. Spindelöl, vermischt werden. In dieser Form können sie als Emulsion oder, wenn notwendig, ohne Wasserzusatz bei ganz besonders schwerem Bearbeitungsvorgängen eingesetzt werden. Beispiel 1 iooo Gewichtsteile einer gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstofffraktion mit den Siedegrenzen a30 bis 3q.0°, die frei von Aromaten. und Schwefelverbindungen ist, werden so lange mit Chlor und Schwefeldioxyd in Gasform unter Bestrahlung-mit einer UV-Lnmpe behandelt, bis 45% des Kohlenwasserstoffes in das Sulföchlorid übergeführt sind. Anschließend setzt man das Gemisch im Rollautoklav mit einem Überschuß an flüssigem Ammoniak um, filtriert das gebildete Ammoniumchlorid ab und kondensiert das erhaltene Alkylsulfamid bei einer Temperatur von ioo° in Gegenwart von Natronlauge mit Chloressigsäure, bis die Säurezuhl des Produktes 5o bis 54 beträgt. Dann wird mit verdünnter Salzsäure angesäuert, bis die Lösung gegen Kongopapier sauer reagiert. Dabei scheidet sich eine ölige Schicht ab, die sich aus Alkylsulfamidoess.igsäure, etwas unverändertem Alkylsulfamid und dem Ausgangskohlenwasserstoff zusammensetzt. Dieses saure Öl wird mit gasförmigem Ammoniak neutralisiert (Produkt A).
• Weitere iooo Gewichtsteile der oben angegebenen Kohlenwasserstofffraktion werden mit Chlor und Schwefeldioxyd unter Belichtung so lange behandelt, bis 7:2% des Öls in die entsprechenden Sulfochloride übergeführt sind. Die weitere Umsetzung der Sulfochloride geschieht wie oben beschrieben. Das erhaltene saure Öl wird ebenfalls mit gasförmigem Ammoniak neutralisiert (Produkt B).
• 85 Gewichtsteile des Produktes A werden nun mit 15 Gewichtsteilen des Produktes B vermischt (Produkt AB).
• Löslichkeitseigenschaften Zu je ioo ccm Wasser von io° DH werden je 5 g der drei Produkte unter Umrühren gegeben.
• Lösung A . . . . milchig-trüb, rahmt in 24 Stunden auf; Lösung B .... klare, opale, hochdisperse Emulsion; Lösung AB . . , klare,' opale, hochdisperse Emulsion. Emulgiereigenschaften a) Je 5 g der drei Produkte werden mit der gleichen Menge Spindelöl von 6° Engler vermischt und in die Mischung ioo ccm Wasser von 1a° DH eingerührt.
• Emulsion A .... bläulich,weise, stabile Emulsion; Emulsion B .... zerfällt sofort bei dem Verrühren mit Wasser; Emulsion AB . . . bläulichweiße, stabile Emulsion. b) Gießt man die oben beschriebenen drei Ölgemische unter Umrühren in ioo ccm Wusser von 15° DH, so erhält man folgendes Bild: Emulsion A . . . . zerfällt sofort unter Abscheiden des blanken Öls; Emulsion B -, . . . zerfällt sofort unter Abscheiden des blanken Öls; Emulsion AB ... bläulichweiße, stabile Emulsion. Rostschutzeigenschaften Je i g der drei Produkte wird in ioo ccm Wasser von 15' DH emulgiert. Mit dieser Emulsion werden, Stäbchen aus Gußeisen befeuchtet und diese in einem Raum mit 8o% relativer Feuchtigkeit 2q. Stunden belassen. Prüfstab, A .... kein Rostbefall; Prüfstab B . . . starker Rostbefall; Prüfstab AB... kein Rostbefall. Beispiel e 35po Gewichtsteile einer gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstofffraktion eines Nahostöls mit den Siedegrenzen 1a0 bis 3oo°, die frei von Aromaten und Schwefel ist, werden so lange mit Chlor und Schwefeldioxyd in Gasform bei Gegenwart von Acetonperoxyd. behandelt, bis 41 % des Ausgangsöls in das Alkylsulfochlorid übergeführt sind. Weitere iooo Gewichtsteile des gleichen Kohlenwasserstoffes werden in derselben Weise so lange sulfochloriert, bis 78% des Öfs in das entsprechende Sulfochloridgemisch.übergeführt sind. Die beiden Sulfochloride werden vermischt und mit gasförmigem Methylamin in das Alkyl-N-methylsulfamid übergeführt und dieses mit a-Chlorpropionsäure zur Alkylsulfamidomethylpropionsäure kondensiert. Die erhaltene Säure wird mit Natronlauge bis zu einem pH von 6,4 bis 6,6 neutralisiert.
• Das erhaltene Gemisch löst sich beim Übergießen mit Wasser völlig klar auf. Die Lösung verleiht damit behandelten. Metallen hervorragenden Rostschutz und eignet sich besonders zum Einsatz in Automaten und bei allen Schleifvorgängen. Beispiel 3 ioo Gewichtsteile einer in üblicher Weise gewonnenen Alkylsulfamidoessigsäure auf Basis einer Petroleumfraktion mit den Siedegrenzen Zoo bis 350°, .die noch 5511/o unveränderten Ausgangskohlenwasserstoff besitzt, werden mit der gleichen Menge einer aus dem gleichen Material gewonnenen Alkyls.ulfamidoessigsäure vermischt, die jedoch. nur noch 2:211/o unveränderten Ausgangskohlenwasserstoff enthält. Die saure Mischung wird mit Ammoniak neutralisiert. Das erhaltene klare Gemisch ist auch in hartem Wasser völlig klar löslich und stellt in 511/oiger Lösung ein ausgezeichnetes Hilfsmittel beim Walzen von Eisen und Aluminium dar.
• Die Kaliumsalze des sauren Gemisches sind gegebenenfalls in Verbindung mit gleichen Teilen schweren Mineralölen bei schweren Räumarbeiten gute Kühl- und Schmiermittel.
• Stellt man durch. Sulfochlorierung der genannten Kohlenwasserstofffraktion und entsprechende Weiterverarbeitung eine Alkylsulfamidoessigsäure her, die noch 38%.Ausgangskohlenwasserstoff besitzt, so erhält man zwar ein Gemisch, das in seiner analytischen Zusammensetzung dem obengenannten Gemisch entspricht, jedoch nicht in seiner statistischen Zusammensetzung. Die Alkalisalze hieraus sind nicht in der Lage, den noch vorhandenen Kohlenwasserstoff so fein zu dispergieren, daß klare Lösungen entstehen. In der Praxis der Metallbearbeitung, z. B. beim Drehen, sind solche Lösungen in sehr viel kürzerer Zeit erschöpft als die vergleichbaren aus Gemischen, denen die beanspruchten verschieden weit getriebenen Sul.fochlorierungsprodukte zugrunde liegen. Beispiel 4 Mischt man 95 Gewichtsteile des im Beispiel i genannten Produktes A mit 5 Gewichtsteilen des im Beispiel i beschriebenen Produktes B, so erhält man Öle, die beim Eingießen in Wasser hochdisperse klare Emulsionen, ergeben und die allen unter Verwendung der Emulsion bearbeiteten Metallen einen hervorragenden Rostschutz verleihen. Dieser Rostschutz ist gleich dem des Produktes B allein. Die Mischung A + B ergibt darüber hinaus aber nicht nur klare Dispersionen wie A allein, sondern hat ein wesentlich besseres Emulgiervermögen für weitere Öle als die Komponenten. B ei:sp iel 5 75 Gewichtsteile des im Beispiel i genannten Produktes A im Gemisch mit 25 Gewichtsteilen des im Beispiel i genannten Produktes B werden mit der gleichen Menge Wasser verdünnt. Man erhält so eine dickflüssige klare Mischung, die sich -als-Ziehfett hervorragend eignet und die beim Drehen von hochlegierten Stählen eine ausgezeichnete Kühlwirkung besitzt. Die bei diesem Bearbeitungsvorgang sehr hoch beanspruchten Werkzeuge huben bei Verwendung dieses Produktes eine sehr viel längere Lebensdauer als bei Verwendung anderer Ölemulsionen vergleichbarer Konzentration.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verwendung von klar wasserlöslichen Mischungen aus 95:5 bis 5:95, vorzugsweise 95 :5 bis 75 :25 Gewichtsteilen eines wasserlöslichen Salzes einer Sulfami.docarbonsäure eines 4o- bis 45o/oigen Sulfochlorierungsproduktes eines gesättigten aliphatischen, mindestens 6 C-Atome enihalten@en Kohlenwasserstoffes bzw. eines Kohlenwasserstoffgemisches und eines wasserlöslichen Salzes einer Sulfamidocarbonsäure eines 65--bis 8o°/oigen Sulfochlorierungsproduktes des gleichen.Kohlenwasserstoffes bzw. Kohlenwasserstoffgemisches als Öle für die Metallbearbeitung.
2. 2. Verwendung von klar wasserlöslichen Mischungen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dieselben durch die in bekannter Weise erfolgende Umsetzung der Mischung aus den 40- bis 45o/oigen Sulfochlorierungsprodukten mit den 65- bis 8oo/oigen Sulfochlorierungspro.dukten zu wasserlöslichen Salzen der Sulfamidocarbonsäuren erhalten sind.