DE977492C - OElfreie, waesserige Schmier-, Schneid- und Kuehlfluessigkeit fuer die spanabhebende Metallbearbeitung - Google Patents
OElfreie, waesserige Schmier-, Schneid- und Kuehlfluessigkeit fuer die spanabhebende MetallbearbeitungInfo
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Description
AUSGEGEBEN AM 18. AUGUST 1966
N 6545 IVcI 23 c
Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung einer nicht korrodierenden, in Wasser löslichen ölfreien
Schmier-, Schneid- und Kühlflüssigkeit für die spanabhebende Metallbearbeitung, die als
solche oder verdünnt verwendet werden kann.
Im allgemeinen ist es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, geeignete und wirksame ölfreie
Metallbearbeitungsflüssigkeiten für diesen Zweck herzustellen, welche die aktiven Bestandteile in verhältnismäßig
hohen Konzentrationen, d. h. wenigstens 7% und vorzugsweise 7 bis 15 Gewichtsprozent
jeder der aktiven Komponenten, enthalten und trotzdem beständig sind und ein günstiges Verhalten
bei der Metall-Metall-Berührung aufweisen. Es ist an sich bekannt, Polyoxypolyalkylenverbindungen
verschiedener Zusammensetzung als solche oder in wässeriger Lösung bzw. in wässeriger
mineralölhaltiger Dispersion als Schmier- und Metallbearbeitungsmittel einzusetzen, doch
war mit dieser Kenntnis noch nicht das Problem der Herstellung von stabilen Konzentraten
gelöst.
609 651/5
Weiterhin sind Kondensationsprodukte aus hydroxylhaltigen organischen Verbindungen, wie
Dodecylalkohol, und Äthylenoxyd mit mindestens 4 C2H4-Gruppen im Molekül beschrieben worden,
welche sich dazu eignen, beispielsweise ein Maschinenöl sehr fein in Wasser zu emulgieren.
"'..Andererseits ist es bekannt, Metallbehandlungsmittehi
auf- der Basis wässeriger ölemulsionen bzw. wässeriger Kühlflüssigkeiten ein Alkalinitrit
ίο in Kombination mit einem Silikat bzw. einem
Phosphat bzw. einem Aminoalkohol zuzusetzen. Gegebenenfalls können wässerige Mineralölemulsionen
auch noch wasserlösliche Salze von Äthercarbonsäuren enthalten.
Als Lösungsvermittler für sogenannte lösliche Öle, d. h. Mischungen aus Mineralölen und Seifen
bzw. sulfonierten ölen, werden bei der Herstellung von wässerigen Dispersionen öfters Glykolalkyläther
mitverwendet, doch wird dabei von einer spezifischen Kupplungswirkung zwischen Seife und öl
Gebrauch gemacht, die bei ölfreien Konzentraten nicht in Erscheinung treten kann.
- Diese Schwierigkeiten lassen sich erfindungsgemäß durch auf besondere Weise zusammengesetzte
Metallbearbeitungsflüssigkeiten beheben, die nicht nur infolge der Mitverwendung spezieller
Pufferstoffe sehr stabil sind, sondern auch ein günstiges Verhalten bezüglich der Werkzeuglebensdauer
und bei der Rostprüfung zeigen.
Die neuen ölfreien, wässerigen Schmier-, Schneid- und Kühlflüssigkeiten für die spanabhebende
Metallbearbeitung mit einem Gehalt an Polyoxypolyalkylenverbindungen enthalten vier
Komponenten, nämlich:
A. eine wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare, nichtionogene, oberflächenaktive Polyoxypolyalkylenverbindung
der allgemeinen Formel"
worin R Wasserstoff, einen nicht aromatischen Kohlenwasserstoff- oder Acylrest bedeuten
und a, b, c ganze Zahlen sind und wobei b so groß ist, daß die Gruppierung (C3H6O)6 ein
Molgewicht von über 800 aufweist, sowie a und c so groß sind, daß die Äthylenoxydgruppen
16 bis 60 Gewichtsprozent der oberflächenaktiven Verbindung ausmachen; - -
B. ein wasserlösliches Nitrit;
C. ein Alkalisalz einer niedrigmolekularen aliphatischen
Carbonsäure sowie
D. einen Lösungsvermittler,
wobei jede der vier Komponenten A bis D in einer Menge von wenigstens 7%, vorzugsweise 7 bis
15 Gewichtsprozent, bezogen auf die wässerige ölfreie
Flüssigkeit, vorliegt.
Gewünschtenfalls können die neuen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
zusätzlich geringe 'Mengen bekannter Schaumverhinderer, Färb- und Geruchsverbesserer
enthalten, z. B. niedrigmolekulare Aldehyde, wie Acetaldehyd, Mirbanöl und Silikonpolymere.
Ein günstiges Verhältnis zwischen den hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften wird bei der
oberflächenaktiven Komponente A im allgemeinen erhalten, wenn die Gruppierung (C3H6O)6 ein
Molgewicht über 800 aufweist und die Äthylenoxydgruppen 16 bis 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise
40 Gewichtsprozent, der oberflächenaktiven Verbindung ausmachen.
Die oberflächenaktiven Verbindungen können Reaktionsprodukte aus Polyoxypropylenglykol mit
Äthylenoxyd sein. Eine oder beide endständigen Hydroxylgruppen dieser Umsetzungsprodukte können
veräthert oder verestert sein.
Oberflächenaktive Verbindungen der beschriebenen Art sind im Handel erhältlich und haben z. B.
folgende Eigenschaften:
I | II | III | |
Aussehen .... | hellgelbe | hellgelbe | hellgelbe |
durch | Flüssig | durch | |
sichtige | keit | sichtige | |
Flüssig | Flüssig | ||
keit | keit | ||
Geruch | schwach | schwach | schwach |
% aktives | |||
Mittel | 100 | 100 | 100 |
Spezifisches | |||
Gewicht bei | |||
25/250C ... | 1,062 | 1.037 | 1,066 |
Viskosität | |||
(Centipoise) | |||
bei 25° C ... | 350 bis 800 | 200 bis 500 | 450 bis 800 |
Stockpunkt .. | 120C | -110C | 21° C |
Diese Erzeugnisse können hergestellt werden gemäß dem Verfahren, welches auf S. 15 der Zeitschrift
»Chemical Week« vom 13.10.1951 beschrieben
ist und das Reaktionsprodukt aus 60% Polyoxypropylenglykol und 40% Äthylenoxyd sowie
das Reaktionsprodukt aus 70% Polyoxypropylenglykol und 30% Äthylenoxyd betrifft.
Das wasserlösliche Nitrit in den Metallbearbeitungsflüssigkeiten gemäß vorliegender Erfindung
wirkt in bekannter Weise als Korrosionsverhinderer. Es können sowohl organische als auch anorganische
Nitrite verwendet werden. Diese haben in Kombination mit einer oberflächenaktiven Komponente
A, wie sie oben beschrieben worden ist, eine synergetische Wirkung.
Als Beispiele seien genannt: Metallnitrite, wie Natrium-, Kalium-, Lithium-, Calcium- und Bariumnitrit,
von welchen die Alkalinitrite bevorzugt verwendet werden. Nitrite, die sich von organischen
Basen ableiten, können ebenfalls verwendet werden;
ζ. B. Benzyltrimethylammoniumnitrit, Dibenzylammoniumnitrit, 3,3,5-Trimethylcyclohexylammoniumnitrit,
2,4,4,6-Tetramethyltetrahydro-i,3-oxazoniumnitrit, Methylisobutylcarbammoniumnitrit,
Piperidinnitrit.
Der Gehalt an der Komponente C, welche als Pufferungsmittel in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
wirkt, wird vorzugsweise so bemessen, daß dieselben bei der Anwendung für die Metallbearbeitung als solche und in Form ihrer
verdünnten wässerigen Lösungen einen pH-Wert über 7, insbesondere zwischen 8 und 10, aufweisen.
Lösungsvermittler, welche sich besonders für die Anwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung
eignen, sind unter anderem die Alkyläther von Glykolen, wie Äthylenglykolmonoäthyläther,
Äthylenglykolmonoisobutyläther, Äthylenglykolmonohexylbutyläther, Propylenglykolmonoisoamyläther,
Diäthylenglykolmonoisopropyläther, Diisobutylenglykolmonoisopropyläther, Äthylenisobutylenglykolmonoisopropyläther.
An Stelle der Glykoläther können verschiedenartige Alkohole verwendet werden, wie Glycerin oder Diole mit 6 oder mehr
Kohlenstoffatomen im Molekül, z. B. Hexylenglykol, und Diglykole, wie Dipropylenglykol, Dibutylenglykol
und Diamylenglykol.
Andere geeignete Lösungsvermittler sind die Alkylamine und die Alkylolamine.
Wirksame Schmier-, Schneid- und Kühlflüssigkeiten für die Metallbearbeitung gemäß vorliegender
Erfindung haben z. B. folgende Zusammensetzung:
Weiter | Enger | |
Bereich | Bereich | |
Gewichts | Gewichts | |
prozent | prozent | |
Aktive Komponenten: | ||
A. oberflächenaktive | ||
Verbindung | 7 bis X5 | 8 bis 12 |
B. wasserlösliches Ni | ||
trit | 7 bis ι ς | 8 bis 12 |
C. Pufferungsmittel .. | 7 bis 15 | 8 bis 12 |
D. Lösungsvermittler | 7 bis 15 | 8 bis 12 |
Zusätze nach Wahl: | ||
Schaumhindernde Mit | ||
tel, Parfümerierungs- | ||
mittel usw | 0,001 bis ι | 0,001 bis 0,1 |
Wasser | Rest | Rest |
Die folgenden Beispiele von Metallbearbeitungsflüssigkeiten gemäß vorliegender Erfindung können
direkt oder verdünnt mit 1 bis 80 Teilen und vorzugsweise mit 10 bis 60 Teilen Wasser beim Fräsen,
Bohren, Räumen, Drehen und Aufweiten verwendet werden. Als oberflächenaktives Mittel
wurde in den Gemischen A, B, C das PoIyoxyäthylen-Polyoxypropylen-Polyoxyäthylenglykol
Nr. III mit einer Viscosität von 600 cP. bei 250C
verwendet.
Gemisch A
Prozent
Polyoxyäthylen-Polyoxypropylen-
Polyoxyäthylenglykol Nr. III .... 10,5
Natriumnitrit 10,5
Natriumacetat 10,5
Äthylenglykolmonomethyläther 10,5
Wasser Rest
Gemisch B
Prozent
Polyoxyäthylen-Polyoxypropylen-
Polyoxyäthylenglykol Nr. III .... 10,5
Natriumnitrit 10,5
Natriumacetat 10,5
Äthylenglykolmonoäthyläther 10,5
Wasser Rest
Die Eigenschaften der Mischung B sind folgende:
Spezifisches Gewicht bei 15,6° C .... 1,138
Stockpunkt —35,5° C
Viskosität Saybolt-Sek. bei 37,8° C 68
Gemisch C
Prozent
Polyoxyäthylen-Polyoxypropylen-
Polyoxyäthylenglykol Nr. III .... 10,5
Natriumnitrit 10,5
Natriumacetat 10,5
Triäthanolamin 10,5
Wasser Rest
Gemisch D
Prozent
Reaktionsprodukt aus 60 % Polyoxypropylenglykol und 40% Äthylen-
oxyd 10,5
Natriumnitrit 10,5
Natriumacetat 10,5
Äthylenglykolmonoäthyläther 10,5
Wasser Rest
Um die außergewöhnlich günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gemische darzutun,
wurden sie den nachstehend beschriebenen Prüfungen unterworfen.
i. Prüfung der Lebensdauer der Werkzeuge
Die nachstehend angegebenen Gemische wurden als Schmiermittel beim Bohren verwendet, wobei
ALSI4 340-Stahl mit einer Geschwindigkeit von Umdrehungen pro Minute und einem Vorschub
von 0,15 mm je Umdrehung mit einem Bohrer von 3,2 mm bis zu einer Tiefe von 25,4 mm gebohrt
wurde. Die Zahl der gebohrten Löcher, bezeichnet als »Bohrer-Lebensdauer«, wurde für jedes
Schmiermittel festgestellt.
Gemisch | 5 Gemisch B | Wasser) .. | Bohrer- Lebensdauer |
(verdünnt mit 20 Teilen | |||
Gemisch B | Wasser) .. | 60 | |
(verdünnt mit 40 Teilen | |||
Gemisch B | Wasser) .. | 59 | |
10 (verdünnt mit 6o> Teilen | |||
Gemisch C | Wasser) .. | 48 | |
(verdünnt mit 20 Teilen | |||
Fräsflüssigkeit *) | 50 | ||
ie Wasser | 20 | ||
y 8 |
|||
*) Enthält 68 Vo Wasser, 24 Vo Wadisdestillat, 1 bis 2 Vo
fettes öl, 3 Vo Natriumsulfonat, 2% Harzseifen und 1 bis 2 %
Lösungsvermittler.
2. Rostprüfung
Die Rostprüfung wurde durchgeführt nach der Methode von Lloyd und Beeny (Journal of the
Institution of Petroleum Technologists, Bd. 24 [1938], S. 650 bis 654). Diese Prüfung besteht im
wesentlichen darin, daß ein niedriges Häufchen von Metallstückchen auf eine Gußeisenplatte gebracht
und die zu prüfende Lösung auf die Teilchen mit einer Geschwindigkeit von einem Tropfen pro Minute
3 Tage lang aufgebracht wird. Die eintretende Rostbildung oder die Oberflächenanfressung wird
festgestellt. Das Rosten wird mittels einer von 10 bis ι abgestuften Skala bewertet, wobei io· einen
vollständigen Rostschutz bedeutet. Mischung
Rostzahl
Gemische A bis D 10
Fräsflüssigkeit gemäß Angaben unter 1
(Verdünnung 20 :1)
Fräsflüssigkeit*) (Verdünnung 20 :1) Lösliches Öl (Verdünnung 20 :1) ....
*) Enthält etwa 60 Vo Wasser, 19,1 Vo Amine, 8,5 Vo Fettsäuren,
6,5 Vo SuIfonat und 5,1 Vo Mineralöl.
Gemische gemäß vorliegender Erfindung können mit vorzüglichen Ergebnissen bei allen Fräs- und
Bearbeitungsoperationen angewendet werden, bei welchen Kühlung und Schmierung des Werkzeuges
und des Werkstückes unter ungünstigen Verhältnissen durchgeführt werden müssen. Metalle, die
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Gemische bearbeitet werden, haben ein gutes Aussehen der Oberfläche,
sind frei von Rost und Flecken, und außerdem ist die Werkzeug-Lebensdauer vorzüglich.
Claims (3)
- PATENTANSPRÜCHE:i. Ölfreie, wässerige Schmier-, Schneid- und Kühlflüssigkeit für die spanabhebende Metallbearbeitung mit einem Gehalt an Polyoxypolyalkylenverbindungen, enthaltend vier Komponenten, nämlichA. eine wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare, nichtionogene, oberflächenaktive Polyoxypolyalkylenverbindung der allgemeinen FormelRO-(C2H4O)0- (C3H6O)6- (C2H4O)e-R,worin R Wasserstoff, einen nicht aromatischen Kohlenwasserstoff- oder Acylrest bedeuten und a, b, c ganze Zahlen sind und wobei b so groß ist, daß die Gruppierung (C3H6O)6 ein Molgewicht von über 800 aufweist, sowie α und c so groß sind, daß die Äthylenoxydgruppen 16 bis 60 Gewichtsprozent der oberflächenaktiven Verbindung ausmachen,B. ein wasserlösliches Nitrit,C. ein Alkalisalz einer niedrigmolekularen aliphatischen Carbonsäure sowieD. einen LösungsVermittler,wobei jede der vier Komponenten A bis D in einer Menge von wenigstens 7%, vorzugsweise 7 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die wässerige, ölfreie Flüssigkeit vorliegt.
- 2. Ölfreie, wässerige Schmier-, Schneid- und Kühlflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel ein Reaktionsprodukt aus Polyoxypropylenglykol mit Äthylenoxyd ist.
- 3. Ölfreie wässerige Schmier-, Schneid- und Kühlflüssigkeit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich geringe Mengen bekannter Schaumverhinderer, Färb- und Geruchsverbesserer enthält.In Betracht gezogene Druckschriften:Deutsche Patentschriften Nr. 853481, 843586, 749578, 818 671, 7384οι. 749 578. 680884, 667744, 665 37I. 605973;USA.-Patentschriften Nr. 2516838, 2287639, 2563588, 2425845;französische Patentschriften Nr. 825 526, 623;Kadmer: »Schmierstoffe und Maschinenschmierung« (1941), S. 245;Die Broschüren »Synthetic Organic Chemicals«, 12. Ausgabe vom 1. 7.1946, S. 39, der Carbide and Carbon Chemical Corp.S 509 565/142 9.55 (609 651/5 8.66)
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