DK145231B - Smoeremiddel til anvendelse ved metalbearbejdning samt anvendelse af smoeremidlet - Google Patents

Description

(19) DANMARK \κ^/

© (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT <«) 145231 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 4445/75 (51) Int.CI.3 C 10 M 1/26 (22) Indleveringsdag 2. okt. 1975 C 10 M 3/20 (24) Løbedag 2. okt. 1975 (41) Aim. tilgængelig 4. apr. 1976 (44) Fremlagt 11. okt. 1982 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet okt. 1974, 511776, US

(71) Ansøger ALUMINUM COMPANY OF AMERICA, Pittsburgh, US.

(72) Opfinder James Estell Knepp, US.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.

(54) Smøremiddel til anvendelse ved me* talbearbejdning samt anvendelse af smøremidlet.

Opfindelsen angår et smøremiddel til anvendelse ved metalbearbejdning, især et smøremiddel til metalbearbejdning, der kan anvendes ved trækning og udglatning af metalmateriale i pladeform, samt en anvendelse af smøremidlet.

B

^ Ved fremstillingen af metal til indviklede former, såsom f.eks.

N de træknings- og udglatningstrin, der anvendes ved fremstilling fj! af en tildannet beholder eller dåse fra en plade af f.eks. alu- r— * 3 2 145231 minium eller stål, er der sædvanligvis et antal forskellige smøremidler involveret. Der foreligger restoliemsngder på de fleste pladeoverflader hidrørende fra tidligere valsnings- og fabrikationsoperationer; et yderligere processmøremiddel anvendes til udglatningsoperationen, og yderligere et andet smøremiddel, nemlig det mekaniske eller hydrauliske smøremiddel, der er associeret med presseudstyret, kan i det mindste delvist utilsigtet blive blandet med proces-smøremidlerne. Normalt har disse smøremidler forskellig konsistens, skønt det er kendt at anvende det samme smøremiddel både i trække- og udglatningsoperationer, omend i forskellige koncentrationer.

Det er kendt at blande carboxylsyrer, såsom fedtsyrer, med mineralolier for at fremstille smøremidler. F.eks. beskriver både USA patent nr. 2,124,628 og 2,151,353 anvendelsen af oliesyre med en mineralolie som smøremiddel. Imidlertid blev sådanne smøremidler sædvanligvis anvendt som rene olier i 1930’erne, d.v.s. de blev ikke yderligere fortyndet ved dispergering eller emulgering i et vandigt medium, sådan som det er almindelig praksis i dag.

Det er også kendt at dispergere fedtsyreestere og sæber i mineraloliesmøremidler. Imidlertid er sådanne smøremidler vanskelige at arbejde med i den forstand, at filtre, der anvendes til at frafiltrere urenheder og fremmede materialer (såsom metalspåner eller lignende) bliver forstoppet af sæberne. Yderligere er sådanne smøremidler, der indeholder sæber, sædvanligvis noget alkaliske (pH på ca. 8 eller 9), og påfølgende behandling af det dannede metalstykke med sure rensemidler for at fjerne smøremidlet derfra har tendens til at nedbryde sæben, og smøremidlet kan således ikke recirkuleres eller genanvendes.

Det har også i forbindelse med mange kendte smøremidler vist sig, at de restolier, der allerede foreligger på metalmaterialet, ikke er forligelige dermed, hvilket yderligere tilvejebringer en virkning af kontamineringstypen. Det samme gælder for de hydrauliske og mekaniske olier, der anvendes i presserne, hvilke tilvejebringer en kontaminering af smøremidlet derfor, hvilket gør dem uanvendelige til genbrug uden genbehandling, fordi der uundgåeligt forekommer en vis blanding.

3 145231 USA patent nr. 3.657,126 beskriver et emulgerbart smøremiddel, der omfatter kombinationen af en dispersion af en alifatisk car-boxylsyreglycolester i mineralolie med et earulgeringsmiddel til tilvejebringelse af emulgering eller dispergering af den rene olie i et vandigt medium. Mens dette smøremiddel har været effektivt i visse metalbearbejdende operationer, har det vist sig, at mange af de problemer, der er opregnet i det foregående, stadig foreligger ved anvendelsen af denne olie til trække- og udglatningssmøring.

Opfindelsen angår derfor et smøremiddel, der er dispergerbart eller emulgerbart i vand, og som kan anvendes i en vis etableret koncentration både som trække- og udglatnings-smøremiddel, dér også kan anvendes (som en ren olie) som den hydrauliske og/eller mekaniske olie, og som vil være forligelig med de restolier, der sædvanligvis foreligger på metalmaterialet som resultat af forudgående fremstillingsoperationer. Opfindelsen angår også et smøremiddel, der vil være kemisk stabilt i nærværelse af yderligere sur rensningsbehandling for at fjerne olierne fra metallet, således at man derved tillader recirkulering af smøremidlet uden tab hidrørende fra kontakt med syren. Den foreliggende opfindelse vil fremgå af beskrivelsen af det medfølgende strømningsdiagram.

Den medfølgende tegning er et strømningsdiagram, der illustrerer bestanddelenq af smøremidlet ifølge opfindelsen.

Smøremidlet ifølge opfindelsen, der er af den i indledningen til krav 1 angivne art, er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne.

Bestanddelene kan dispergeres yderligere i et vandigt medium, der omfatter afioniseret vand eller blødt vand, der indeholder under ca. 250 ppm hårdhed. Fortrinsvis omfatter den mængde af bestanddelene, hvortil der i det følgende vil blive henvist som den rene olie, mellem 4 og 30 dele per 100 dele af dispersionen (ren olie)-vand. I den foreliggende beskrivelse vil betegnelserne "emulsion" og "dispersion" blive betragtet som identiske begreber.

Anvendelsen af smøremidlet ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 9 angivne.

145231 4

Viskositeten af den totale tlanding af ren olie bør være mindst ca. 250 til 450 universelle Saybolt-sekunder (SSU) ved 38°C, skønt man kan anvende en noget højere viskositet, såsom 500-550 SSU (ved 38°C), når man arbejder ved en højere temperatur i behandlingsudstyret. Afhængigt af mængden af de andre bestanddele end mineralolien og deres virkning på viskositeten vil viskositeten af mineralolien blive valgt sådan, at blandingen får denne sluttelige viskositet.

I overensstemmelse med opfindelsen må den carboxylsyre, der er anvendelig i forbindelse med opfindelsen, besidde en god filmstyrke eller gode byrdebærende egenskaber; fortrinsvis bør den også være i stand til at dispergere dannede, fine metalpartikler, d.v.s. ikke have nogen tendens til at agglomerere fine metalpartikler. Den bør være tilstrækkelig opløselig til at have en sand opløselighed ved 21°C, d.v.s. den bør ikke blive pastaagtig eller kun delvist opløselig, når den afkøles til omkring stuetemperatur.

De carboxylsyrer, der er anvendelige i henhold til opfindelsen, kan være monomere, ligekædede monocarboxylsyrer samt isomere og dimere af sådanne syrer. I almindelighed har de carboxylsyrer, der er anvendelige ved opfindelsen, formlen: °m %,η-η+1 C00H> hvor: m er et helt tal, der mindst er 11, fortrinsvis mindst 13; .ikke over 34, og fortrinsvis ikke over 17, og hvor n er 0 eller et lige, helt tal mellem 2 og 6.

Eksempler på højeremolekylære monocarboxylsyrer, der passer ind i den ovenfor angivne kategori, omfatter oliesyre, linolsyre, stearinsyre, linolensyre, palmitinsyre, myristinsyre og laurinsyre samt isomere af enhver af de ovenfor angivne syrer.

Den alifatiske carboxylsyreester-bestanddel af smøremidlet omfatter det esterificerede produkt af monocarboxylsyrer med mindst 4 carbonatomer med monoalkoholer eller polyhydroxy-alkoholer (poly-oler), herunder polyhydroxy-polyether-alkoholer. Eksempler på de monocarboxylsyrer, som kan anvendes i esteren, omfatter smørsyre, capronsyre, caprylsyre, caprinsyre, laurinsyre, myristinsyre og palmitinsyre. Eksempler på sådanne alkoholer omfatter methyl-alkohol, ethylalkohol, isopropylalkohol, ethylenglycol, propylen- 5 145231 glycol, glycerol, dlethylenglycol, triethylenglycol, dipropylen-glycol og tripropylenglycol. De syrer, der er blevet esterifice-ret med alkoholen, kan omfatte blot en syre eller den kan være en blanding af syrer. Et kommercielt foreliggende eksempel på en blanding af sådanne syrer er Hallco Plasticizer 4141, der sælges af C.P. Hall Company, og som omfatter et triethylenglycol-caprat-caprylat.

Det emulgerings- eller dispergeringsmiddel, som anvendes i smøremidlet ifølge opfindelsen, omfatter et eller flere ikke-ionogene og ikke-metalliske emulgeringsmidler, der kan være en ether eller fortrinsvis en ester. Sådanne emulgeringsmidler, der er anvendelige ifølge opfindelsen, omfatter polyoxyalkylenoxid-ethere eller -estere af henholdsvis C12"C18 alkoholer eller syrer, sorbitan-fedtsyreestere og kemiske eller fysiske blandinger af sådanne ethere og estere. Eksempler på sådanne forbindelser omfatter polyoxyalkylenoxid-ethere, såsom polyoxyethylen-laurylether; poly-oxyalkylenoxidestere, såsom polyoxyethylenstearat og polyoxyethy-lenoleat, sorbitanestere, såsom sorbitanmonolaurat og sorbitanmono-oleat, eller blandede estere, såsom polyoxyethylen-sorbitanmono-oleat. I overensstemmelse med opfindelsen kan man anvende de fysiske kombinationer af sådanne ether- og ester-emulgeringsmidler, når der foreligger utilstrækkelig omrøring eller mekanisk bevægelse for at opretholde emulgeringen. Det har f.eks. vist sig, at 4 dele af et ether-emulgeringsmiddel per 100 dele smøremiddel er tilstrækkeligt, når man gør brug af omrøring, såsom ved omrøring eller pumpe-recirkulering eller lignende. I andre tilfælde, hvor den plade, der skal fremstilles, f.eks. smøres ved blot at føres gennem en skål eller et trug, har det imidlertid vist sig, at man må bruge yderligere emulgeringsmidler, hvoraf fortrinsvis mindst en del er esterbaserede emulgeringsmidler.

Den resterende del af den rene olie omfatter mineralolie. Mineralolien har fortrinsvis en viskositet på over 250 SSU til tilvejebringelse af tilstrækkelig viskositet efter fortynding med de andre bestanddele til tilvejebringelse af en sluttelig viskositet af den rene olie på mellem 250 og 450 SSU, og fortrinsvis fra 550 til 400 SSU, skønt man som anført i det foregående kan anvende højere viskositeter, når man arbejder ved højere temperaturer i behandlingsudstyret.

6 145231

Det bør bemærkes, at man om nødvendigt eller ønsket kan tilsætte mindre mængder af andre additiver, såsom korrosionsinhibitorer, baktericider eller lignende.

De følgende eksempler vil tjene til yderligere at illustrere opfindelsen.

EKSEMPEL 1 5 vægtdele oliesyre blev blandet med 15 vægtdele triethylenglycol-caprat-caprylat (C.P. Hall Plasticizer 4141), 3 vægtdele polyoxy-ethylen-laurylether (Brij 30) og 77 vægtdele af en mineralolie med en viskositet på ca. 1,000 SSU (Circo X Heavy). Den resulterende olie blev fortyndet med vand til dannelse af en serie af emulsioner med forhold på 1 del ren olie til henholdsvis 3-9 dele vand (i volumendele). De resulterende emulsioner havde pH-værdier i intervallet mellem 5 og 6. Hertil kommer, at den rene olie blev anvendt som den mekaniske olie i den trækkepresse og udglatningspresse, der blev anvendt til at gennemføre forsøgene. Et 3004-H19 aluminiumlegeringsmetal, der indeholder rester af valsesmøremidler på overfladen, blev trukket og udglattet til dannelse af dåser under anvendelse af de ovenfor angivne fortyndinger af smøremiddel ifølge opfindelsen. De resulterende dåser blev undersøgt, og det viste sig, at de var overlegne i sammenligning med dåser, der blev fremstillet under lignende betingelser under anvendelse af konventionelle smøremidler, der var blandet med vand. Yderligere viste det sig, at smøremidlet faktisk "rensede" udglatningsudstyret og den som udgangsspor foreliggende bearbejdning ved at dispergere det resterende metalliske nedbrudte materiale i smøremidlet.

Efter trækning og udglatning af materialet blev de trukne og udglattede dåser vasket med vand, derpå i et detergent med et pH, der blev indstillet på 1,6 med svovlsyre, efterfulgt af påfølgende vask med vand og en afsluttende tørring. Det resterende smøremiddel på de trukne og udglattede dåser blev fjernet ved disse vaske og genvundet ved en skummeoperation. Det viste sig, at det genvundne smøremiddel ikke var nedbrudt ved virkningen af syren. De filtre, der var anvendt ved cirkulation af smøremidlet, blev undersøgt efter trækkeoperationen for at bestemme, om der havde fundet nogen sæbedannelse sted resulterende i en tilstopning af de filtre, der anvendes til at rense filtermaterialeme. Det viste sig, 7 145231 at filtermaterialeme var i udmærket tilstand uden nogen synlige spor af tilstopning hidrørende fra sæbe.

De samme resultater opnåedes under anvendelse af det ovenfor angivne smøremiddel på 3004-H19 aluminiumlegering med rester af talrige olietyper og mængder derpå.

EKSEMPEL 2

Idet man fulgte den i eksempel 1 angivne metode, trak og udglattede man dåser under anvendelse af et smøremiddel af lignende art som i eksempel 1, med undtagelse af, at man erstattede oliesyren med henholdsvis linolsyre, isostearinsyre og laurinsyre. Man opnåede lignende resultater, med undtagelse af, at der fremkom en lille smule lavere styrke af smøremiddelfilmen.

EKSEMPEL 3

For at illustrere anvendelsen af en kombination af emulgeringsmidler blandede man følgende smøremiddel på basis af ren olie: 5 dele oliesyre 15 dele triethylenglycol-caprat-caprylat (C.P. Hall Plasticizer 4141) 4 dele polyoxyethylenlauryl-ether (BriJ 30) 4 dele polyoxyethylen-stearat (Mryj 45) 72 dele 1400 SSU mineralolie

En del af det blandede smøremiddel, der havde en viskositet på 400 SSU, blev emulgeret under anvendelse af 1 del ren olie for hver 5 dele afioniseret vand. Denne del blev anvendt som metal-smøremidlet i en trækkepresse. En anden del af smøremidlet på basis af ren olie blev emulgeret i et forhold 1:10 mellem ren olie og afioniseret vand og anvendt som metal-smøremidlet i en udglatningspresse.

I begge tilfælde viste det sig, at smøremidlet var tilstrækkeligt stabilt til at tillade 24 timers drift (konstant drift) uden erstatning af smøremidlet på grund af driftsafbrydelse. Man foretog naturligvis periodiske tilsætninger i hvert tilfælde på grund af udtømning af smøremidlet hidrørende fra spild og remanenser

Claims (6)

8 14523 1 på den trukne og udglattede dåse. Det viste sig, at smøremidlet gav anledning til dannelsen af dåser af overlegen kvalitet i forhold til dem, der blev fremstillet under lignende betingelser under anvendelse af konventionelle smøremidler. Ydermere viste det sig, at dispersionskvaliteterne af smøremidlet var udmærket. P_a_t_e_n_t_k_r_a_v__:

1. Smøremiddel, der er beregnet til metalbearbe^dning, og som er dispergerbart i et vandigt medium, kendetegnet ved, at det per 100 dele smøremiddel omfatter: a) mellem 2 og 8 dele af en monocarboxylsyre, der indeholder mindst 12 carbonatomer; b) mellem 10 og 20 dele af en alifatisk carboxylsyreester; c) mellem 2 og 10 dele af mindst ét emulgeringsmiddel, og d) mineralolie, der foreligger som de resterende antal dele.

2. Smøremiddel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fedtsyren har formlen cmH2m-n+l C00H> hvor m er e_t helt tal fra 11 til 34, og hvor n er 0 eller et lige, helt tal fra 2 til 6.

3. Smøremiddel ifølge krav 2, kendetegnet ved, at m i formlen er et helt tal mellem 13 og 17, og at n er 0 eller et lige tal fra 2 til 4.

4. Smøremiddel ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at den alifatiske carboxylsyreester omfatter et esterificeringsprodukt af en glycol, som er ethylenglycol, diethy-lenglycol, triethylenglycol, propylenglycol eller dipropylengly-col, og en eller flere alifatiske monocarboxylsyrer indeholdende fra 6 til 18 carbonatomer.

5. Smøremiddel ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at emulgeringsmidlet omfatter en ikke-ionogen, ikke-metallisk ester eller ether af en monocarboxylisk syre, der indeholder fra 12 til 18 carbonatomer.

6. Smøremiddel ifølge krav 5, kendetegnet ved, at emulgeringsmidlet omfatter kondensationsproduktet af ethylenoxid med en alkohol, der indeholder fra 12 til 18 carbonatomer.