DK165842B

DK165842B - Oploeselig oliesammensaetning, der er egnet til brug i en skaerevaeske, samt olie-i-vand emulsion, der er egnet til anvendelse som skaerevaeske

Info

Publication number: DK165842B
Application number: DK466985A
Authority: DK
Inventors: Anthony Paul Rawlinson; Robert David Whitby; James White
Original assignee: British Petroleum Co Plc
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1993-01-25
Also published as: DE3583323D1; AU4837985A; DK466985A; EP0178177A2; GB8425712D0; DK466985D0; US4778614A; DK165842C; EP0178177B1; ATE64751T1; CA1252454A; AU573906B2; EP0178177A3; ZA857720B

Description

i

DK 165842B

Opfindelsen angår en opløselig oliesammensætning, der er egnet til brug i en skærevæske, samt olie-i-vand emulsion, der er egnet til anvendelse som skærevæske.

5 Emulsioner af opløselige olier er velkendt som skærevæsker. Betegnelsen "opløselig olie" er, skønt det anvendes overalt i industrien, faktisk en forkert betegnelse, eftersom bestanddelene ikke er opløselige i vand. Opløselige olier, som i det følgende vil blive benævnt skæreolier, er basalt set mineralolier blandet med emulge- 10 ringsmidler og andre tilsætningsmidler, som, når de sættes til vand og omrøres, danner en olie-i-vand emulsion. Emulsionen gør det muligt at udnytte vandets gode køleegenskaber ved metal bearbejdningsprocesser, medens olien og tilsætningsmidlerne giver smøring og korrosionshæmning.

15 I FR patentskrift nr. 933.262 er der beskrevet mineraloliesmøremidler, der indeholder et alkalisk jordartsmetalsalt af et tertiært olefinsulfonat, såsom tetraisobutenylsulfonat.

20 I GB patentskrift nr. 1.246.545 er der beskrevet en fremgangsmåde til fremstilling af sulfonerede definer, navnlig sulfonerede polyolefi ner med en molekylvægt over 750, samt anvendelsen heraf i smøreolier.

25 I ingen af ovennævnte patentskrifter er der imidlertid nævnt noget om opløselige oliesammensætninger.

I EP patentansøgning nr. 120.665 beskrives derimod brugen af et al kyl benzensul fonat som emulgeringsmiddel i skæreolieemulsioner.

30

Det har nu vist sig, at et sul fonat af en forgrenet polymer af en Cg- til Cg-olefin kan anvendes som emulgeringsmiddel, og at disse sulfonater er resistente mod mikrobiel nedbrydning.

35 Den foreliggende opfindelse angår derfor en opløselig oliesammensætning, der er egnet til brug i en skærevæske, hvilken oliesammensætning er ejendommelig ved, at den omfatter en mineralolie og, som emulgeringsmiddel, en effektiv mængde af et sul fonat af en forgrenet polymer af en Cg- til C^-olefin, hvorhos den gennemsnitlige

DK 165842B

2 molekylvægt af polyolefi nkæden af sulfonatet ligger i området fra 275 til 560.

Fortrinsvis er Cg- til C^-olefinen isobuten.

5

Sulfonatet kan foreligge i form af. et aminsalt, alkalimetalsalt, jordal kalimetal salt eller et ammoniumsalt.

I brug kan skæreolieemulsioner blive kontamineret med bakterier, gær 10 og skimmelsvampe. Væksten af disse mikroorganismer kan give problemer, såsom nedbrydning af emulsionen, produktion af slim og svampefilt og udvikling af ubehagelig lugt. Der medtages derfor ofte biocider eller biostatiske midler i skæreolieformulationer til bekæmpelse af mikrobiel vækst. Udtrykket biostatisk middel refererer 15 til et stof, som forhindrer vækst af mikroorganismer over et vist niveau, men som ikke nødvendigvis dræber alle mikroorganismer. Det har overraskende vist sig, at i det mindste nogle af skæreolierne ifølge den foreliggende opfindelse er biostatiske, selv om der ikke medtages noget traditionelt biostastisk middel i formulationen.

20

Det er tidligere blevet foreslået at inkludere emulgeringsmidler i skæreolie, men disse danner eventuelt ikke så let nogen stabil blanding med mineralolien, og der kræves da et koblingsmiddel til at binde emulgeringsmidlet til olien. Traditionelle koblingsmidler 25 indbefatter f.eks. flygtige alkoholer, såsom sekundær butanol, butyloxitol eller cyclohexanol. Flygtigheden af disse koblingsmidler indebærer, at koblingsmidlet i tidens løb forsvinder fra skæreolien ved fordampning. Dette tab af koblingsmiddel nedsætter skæreoliens stabilitet og ledsages ofte af en ubehagelig lugt. Ydermere har 30 koblingsmidlerne forholdsvis lave antændelsestemperaturer, hvilket indebærer, at der må udvises stor forsigtighed, når de blandes eller på anden måde håndteres.

Det er en fordel ved den foreliggende opfindelse, at skæreolien er 35 forholdsvis stabil uden brug af noget traditionelt koblingsmiddel.

Skæreolien kan inden fortynding med vand indeholde en virkningsfuld mængde af et fedtsyrediethanol amid som korrosionshæmmer, f.eks. fra 1 til 5 vægtprocent af den totale vægt af skæreolien, og/eller en

DK 165842B

3 virkningsfuld mængde af et polyisobutensuccinimid som emulgeringsmiddel, f.eks. fra 1 til 8 vægtprocent af den totale vægt af skæreolien.

5 Skæreolien indeholder også fortrinsvis en virkningsfuld mængde alkanolamin, f.eks. en blandet alkanolaminboratkorrosionshæmmer, hvoraf passende mængder er på fra 1 til 5 vægtprocent af den totale vægt af skæreolien.

10 Skæreolien ifølge den foreliggende opfindelse indeholder hen sigtsmæssigt følgende mængder af komponenterne:

Komponent Mængde (% af totalvægt) 15 Fedtsyrediethanolamid 1-5

Polyisobutensuccinimid 2-8

Polyolefinsulfonatsalt 2-15

Blandet alkanolaminborat 0-5

Mineralolie balance 20

Saltet af det forgrenede polyolefinkædesulfonat kan fremstilles ved traditionelle metoder, og det udvælges fortrinsvis fra gruppen, der omfatter natrium-, monoethanolamin-, diethanolamin-, triethanola-min-, ammonium- og calciumsalte. Den forgrenede polyolefinkædedel af 25 sulfonatet er en polymer af en Cg til alken. En særligt egnet alken er iso-buten. Polyolefinen kan fremstilles ud fra et rent alkenudgangsmateriale, eller den kan fremstilles ud fra et udgangsmateriale, der indeholder en større andel af en forgrenet alken og mindre andele af andre isomere af alkenen. Hensigtsmæssige poly-30 butener omfatter f.eks. de, der er kommercielt opnåelige fra BP Chemicals Limited under varemærket Hyvis®, og som er fremstillet ud fra et udgangsmateriale, der omfatter en større andel isobuten og mindre andele af buten-1 og buten-2. Polyisobutenkæden af sulfonat-saltet har en gennemsnitlig molekylvægt, der ligger i området fra 35 275 til 560. Brugen af et sulfonatsalt fremstillet ud fra en poly olefin, der har en molekylvægt over 275, forbedrer skæreoliens korrosionshæmmende egenskaber, medens brugen af et sulfonatsalt fremstillet ud fra en polyolefin, der har en molekylvægt under 560, forbedrer skæreoliens emulsionsstabilitet. Valget af polyolefinens

DK 165842 B

4 molekylvægt involverer således et kompromis.

Der kan anvendes en blanding af forskellige sulfonatsalte i skæreolierne ifølge opfindelsen.

5

Fedtsyredi ethanol amiderne fremstilles fortrinsvis ved omsætning af di ethanolamin med naturligt forekommende fedtsyrer med fra 12 til 20 carbonatomer. Fedtsyrerne kan være mættede eller umættede, men de umættede foretrækkes. · 10

Alkanolaminborat-korrosionshæmmeren omfatter fortrinsvis reaktionsprodukterne af mere end én alkanolamin og borsyre. Alkanolaminerne kan udvælges blandt monoethanolamin, di ethanolamin, trietha-nolamin og Ν,Ν-dimethylethanolamin. En foretrukken kombination af 15 alkanolaminer er mono- og diethanolamin.

Polyisobutensuccinimid-emulgeringsmidlet er fortrinsvis baseret på et overskud af amin og har fortrinsvis en molekylvægt på fra 1000 til 3000.

20

Skæreolieformulationen kan også indeholde en lille mængde destilleret vand, f.eks. fra 0,01 til 2 vægtprocent af den totale vægt af skæreolien. Det destillerede vand forbedrer blandingens stabilitet.

25 Skæreolien kan også indeholde en virkningsfuld mængde af et antiskummiddel, såsom en Friedel Kraft voks. En egnet voks er SASOL voks "SH 105", der forhandles af Weber. Mængden af antiskummiddel er fortrinsvis på op til 0,1 vægtprocent af den totale vægt af skæreolien.

30

Skæreolier ifølge den foreliggende opfindelse kan også indeholde traditionelle korrosionshæmmende tilsætningsmidler, såsom f.eks. den kommercielt opnåelige korrosionshæmmer, der forhandles af Hoechst . under varemærket "Hostacor H", som omfatter en opløsning af arylsul-35 fonamidcarboxylsyre (90%) i vand (6%) og amin (4%).

Skønt der kan anvendes et stort antal forskellige mineralolier i skæreolieformulati onerne ifølge den foreliggende opfindelse, har opløsningsneutrale basisolier med betegnelser fra 100 til 500 vist

DK 165842 B

5 sig at være særligt egnede, det vil sige parafiniske olier, der ved 40°C typisk har en kinematisk viskositet i området fra 2-10"^ til 100.10'6 m2/s, især lO-lO'6 til 60-10-6 m2/s.

5 Hvis der kræves en biocidholdig skæreolie, kan der i formulationen medtages et traditionelt biocid.

Skæreolien ifølge den foreliggende opfindelse er forholdsvis stabil, og blandet med vand danner den let en emulsion, som kan anvendes som 10 skærevæske. Udtrykket "skære" tilsigter i den foreliggende beskrivelse også at omfatte metalbearbejdningsoperationer som boring og slibning. Emulsionen har fortrinsvis et vægtforhold mellem vand og skæreolie på fra 10:1 til 40:1, skønt der til visse formål kan anvendes større og mindre fortyndinger.

15

Opfindelsen illustreres yderligere af det efterfølgende eksempel.

Eksempel 20 To skæreolieformulationer blev fremstillet ved at blande følgende komponenter:

Komponent Mængde (vægtprocent)

Formulation A Formulation B

25

Diethanolaminsalt af et polyisobu- tylensulfonat 9,0 12,0 "P 3915" 2,5 2,5 30 (Fedtsyrediethanolamid solgt af Unichema)

Blandet alkanolaminborat 2,5 2,5 (solgt af Hythe Chemicals) "L 5602" 5,0 5,0 (polyisobutensuccinimid solgt af Lubrizol) 35 5

DK 165842B

6

Eksempel (fortsat)

Komponent Mængde (vægtprocentI

Formulation A Formulation B

"Hostacor H" som korrosionshæmmer 1,0 1,0 (acrylsulfonamidcarboxylsyre i vand og amin solgt af Hoechst) 10 Parafinisk basisolie med en viskositet på 20-10'6 m2/s ved 40°C 80,0 77,0 "Sasol-voks H 105" 0,1 0,01 (antiskummiddel) 15

Polyolefinsulfonatsaltet omfatter en sulfoneret polyisobuten, der er neutraliseret med di ethanolamin, hvor polyisobutenen har en gennemsnitlig molekylvægt på 330. Formulation B er omtrent som formulation A bortset fra, at den indeholder mere af polyolefinsulfonatsaltet.

20

Begge formulationer blev fremstillet ved først at blande polyiso-butensulfonatet med mineralolien under omrøring. De andre bestanddele blev tilsat i den anførte rækkefølge.

25 Den termiske stabilitet af formulation A blev undersøgt efter 7 dage ved temperaturer på 0°C og 40°C under anvendelse af en metode

II

baseret på testmetode IP 311, Thermal Stability of Emu!sifiable Cutting Oil" fra Institute of Petroleum. Formulationerne var stabile ved begge temperaturer.

30

Fremstilling af skærevæsker

Prøver af skæreoli eformulati on A blev blandet med ledningsvand i vægtforhold mellem vand og olie på fra 20:1 til 70:1. Olierne emul-35 geredes let i vandet ved alle fortyndinger.

DK 165842B

7

Korros ionsafprøvninq

Hver emulsion blev underkastet standard testmetode "IP 125 Aqueous Cutting Fluid Corrosion of Cast Iron", fra Institute of Petroleum.

5 Der var ingen synlige tegn på pletdannelse eller grubetæring ved nogen fortynding. En kobberstrimmel blev delvis neddykket i en emulsion af sammensætning A med et vægtforhold mellem vand og olie på 20:1. Emulsionen blev holdt ved en temperatur på 40°C i 14 dage, hvorefter kobberstrimlen blev undersøgt for pletter på det område, 10 som havde været neddykket i emulsionen, på det område, som var forblevet over emulsionen, og på grænsefladen mellem disse to områder. Der var ingen synlig pletdannelse på nogen af de tre områder.

Afprøvning af emulsionsstabilitet 15

Emulsionsstabiliteten af en 20:1 vand i olieemulsion af formulation A blev bedømt ved anvendelse af standardtestmetode "IP 263, Emulsifiable Cutting Oil Emulsion Stability", fra Institute of Petroleum. Emulsionen bestod prøven, idet den totale udskillelse af 20 olie og "fløde" var mindre end 0,1 ml efter henstand i 24 timer.

Afprøvning af mikrobiel nedbrydning

Der blev anvendt en forsøgsopstilling til bedømmelse af mikrobiel 25 nedbrydning af skæreolieemulsioner i simuleret arbejdsdrift. Opstillingen omfattede en beholder til skærevæsken og en mammut!uft-pumpe (eng.: air lift pump) til at overføre væsken fra beholderen til en tragt indeholdende metal spåner, idet tragten var monteret over beholderen, således at væsken drænedes tilbage til beholderen.

30 Dobbeltprøver af formulation B fortyndet med ledningsvand i et forhold mellem vand og olie på 20:1 blev undersøgt i forsøgsopstillingen. Et inoculat fremstillet ud fra en blandet kultur af svampe og bakterier hidrørende fra en ødelagt skæreolieemulsion blev sat til forsøgsprøverne, således at der i begyndelsen opnåedes et 35 totalantal levedygtige kim på ca. 106 mikroorganismer per milliliter emulsion. Der blev ført luft gennem opstillingen til cirkulation og beluftning af væsken i de normale arbejdstimer fra mandag til fredag i hver uge. Hver mandag morgen blev der foretaget bestemmelse af antal levedygtige aerobe bakterier, gær og skimmelsvampe og af 8

DK 165842B

forekomst af sulfidproducerende bakterier, udvikling af HgS, pH og emulsionsstabilitet.

Ind til slutningen af 11. uge havde emulsionen ikke udviklet 5 eller givet anledning til vækst af gær, skimmelsvampe eller svampe.

Totaltall et for levedygtige bakterier forblev af størrelsesordenen

C

10 organismer per milliliter emulsion under hele forsøget.

Emulsionen var forholdsvis stabil over hele forsøgsperioden, og pH, 10 som i begyndelsen var 9,0, faldt til ca. 8,0 i løbet af forsøgsperioden.

Resultaterne viser, at formulation B, som ikke indeholder traditionelt biocid eller koblingsmiddel, danner en forholdsvis stabil 15 emulsion, som overraskende har biostatiske egenskaber og ikke udvikler H2S.

20 25 30 35

Claims

1. Opløselig oliesammensætning, der er egnet til brug i en 5 skærevæske, kendetegnet ved, at sammensætningen omfatter en mineralolie og, som emulgeringsmiddel, en effektiv mængde af et sul fonat af en forgrenet polymer af en C^- til C^-olefin, hvorhos den gennemsnitlige molekylvægt af polyolefinkæden af sulfonatet ligger i området fra 275 til 560. 10

2. Sammensætning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at C^-til Cjj-olefinen er isobuten.

3. Sammensætning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 15 mineralolien er en parafinisk olie, der ved 40°C har en kinematisk fi fi 9 viskositet i området fra 2-10’ til 100*10 m /s.

4. Sammensætning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendetegnet ved, at mængden af sul fonat udgør fra 1 til 20 20 vægtprocent baseret på den totale vægt af mineralolie og sul fonat.

5. Opløselig oliesammensætning ifølge et af kravene 1-4, og som er egnet til fremstilling af en skærevæske ved fortynding med vand, 25 kendetegnet ved, at den tillige indeholder en effektiv mængde af en fedtsyrediethanolamidkorrosionshæmmer.

6. Opløselig oliesammensætning ifølge et af kravene 1-5, og som er egnet til fremstilling af en skærevæske ved fortynding med vand, 30 kendetegnet ved, at den tillige indeholder en effektiv mængde af et polyisobutensuccinimid-emulgeringsmiddel.

7. Opløselig oliesammensætning ifølge et af kravene 1-6, og som er egnet til fremstilling af en skærevæske ved fortynding med vand, 35 kendetegnet ved, at den tillige indeholder en virkningsfuld mængde af en alkanolaminboratkorrosi onshæmmer.

8. Opløselig oliesammensætning ifølge et hvilket som helst af kravene 5 til 7, kendetegnet ved, at skæreolien er uden DK 165842B noget koblingsmiddel.

9. 01ie-i-vand emulsion, der er egnet til anvendelse som skærevæske, kendetegnet ved, at den omfatter en opløselig 5 oliesammensætning ifølge et hvilket som helst af kravene 5 til 8, emulgeret i vand. 15 20 25 30 35