ES2935302T3 - Fluido para labrado de metales - Google Patents

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Abstract

La presente solicitud se refiere a una composición acuosa para trabajar metales que comprende en un concentrado o después de la dilución de un concentrado con agua en un diluyente: 0,002 a 40 % en peso del componente (a) que es un agente lubricante que comprende al menos un compuesto insoluble en agua (un) que tenga al menos una cadena alifática hidrófoba y al menos un grupo polar y que tenga una solubilidad en agua a 20 °C inferior a 0,1 g/litro; 0,002 a 40 % en peso del componente (b) que comprende al menos un compuesto inhibidor de la corrosión soluble en agua (b) que tiene una solubilidad en agua a 20 °C de más de 0,1 g/litro; 0,002 a 45 % en peso de al menos un agente emulsionante y dispersante (c) que contiene al menos un compuesto emulsionante y/o dispersante (c) que es soluble en agua, miscible en agua o dispersable en agua y que se selecciona de la grupo formado por no iónicos, tensioactivos aniónicos y zwitteriónicos; 0,002 a 30 % en peso de un agente de alcalinidad (d) que contiene al menos un compuesto alcalino soluble en agua (d) seleccionado del grupo que consiste en hidróxidos y carbonatos; y 0,004 a 99 % en peso de un componente de transporte (e) que contiene predominantemente agua. Además, la presente solicitud se refiere a un método de uso de dicha composición acuosa para trabajar metales como refrigerante, lubricante, etc., y también se refiere a un método para preparar una composición acuosa para trabajar metales y un proceso para trabajar metales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Fluido para labrado de metales
La presente invención se relaciona con el campo de composiciones para labrado de metales basadas en agua.
Campo de la invención
La invención se relaciona especialmente con composiciones acuosas para labrado de metales, que sean respetuosas con el medio ambiente, reciclables, sintéticas, libres de aminas, libres de petróleo y libres de VOC que sean en gran medida libres de materiales peligrosos y que sean compatibles con una amplia gana de aleaciones de metal.
Antecedentes de la invención
Las composiciones para labrado de metales se emplean en muchas operaciones de tratamiento de metales tales como corte, rectificado, conformado, ondeado, embutido, conformación, prensado, punzonado, laminado, estampado y otros, para lubricar y enfriar la herramienta de labrado de metales, para lavar las virutas metálicas y las impurezas, si las hubiera, de la pieza de trabajo y para proteger de daños, del desgaste y de la corrosión a las herramientas y las partes de una máquina en la medida de lo posible. Tales tratamientos comprenden operaciones de corte que muestran una remoción de metal como el rectificado, torneado, fresado, sangrado, horadado y matrizado así como operaciones de conformado que no muestran principalmente remoción de metal tal como doblado, laminado en caliente y en frío, embutido, forjado, estampado y estampado previo. Las composiciones para labrado de metales pueden ayudar a enjuagar aceite y desechos de estos componentes metálicos. Y proporcionarán a estos componentes protección contra la corrosión.
Las clases principales de composición para labrado de metales son del tipo aceite puro y del tipo basado en agua.
Los tipos basados en agua se pueden diferenciar adicionalmente en los tipos siguientes:
A) Los aceites solubles contienen usualmente al menos 70 % en peso de aceite de petróleo, emulsionantes, cualquier aditivo de lubricidad, alcanolamina y menos del 2 % en peso de agua.
B) Los fluidos semisintéticos contienen usualmente 5 a 60 % en peso de aceite de petróleo, un alto contenido de emulsionantes, cualquier aditivo de lubricidad, alcanolamina y 10 a 60 % en peso de agua. Estas desventajas de los fluidos semisintéticos son la baja capacidad calórica de forma que tienen un bajo efecto de enfriamiento, la baja estabilidad de emulsión, el frecuente crecimiento bacteriano y los problemas para limpiar los residuos del aceite de petróleo.
C) Los fluidos sintéticos son libres de aceite de petróleo y contienen usualmente cualquier aditivo de lubricidad soluble en agua como una mezcla de ácidos carboxílicos de cadena corta solubles en agua, glicoles polialquilenos solubles en agua y copolímeros de bloque EO/PO [óxido de etileno/óxido de propileno, por sus siglas en inglés] solubles en agua, además en cualquier inhibidor de corrosión soluble en agua, alcanolamina para la inhibición de la corrosión y para la capacidad de amortiguación del pH y un muy alto contenido de agua. Las composiciones sintéticas para labrado de metales C) tienen la ventaja de que no tienen los problemas de limpieza de los aceites de petróleo, que tienen buena estabilidad de dureza en agua y control microbiano, y una vida de sumidero prolongada. Pero los inconvenientes de las composiciones sintéticas para labrado de metales son usualmente problemas en la limpieza de los residuos causados por los aditivos de lubricidad agregados, en la lubricidad reducida cuando se comparan con los productos que contienen aceite de petróleo sobre un coste igual, en los problemas aumentados corrosión en el mantenimiento del sumidero y de la máquina, y en el potencial para la irritación cutánea de los trabajadores.
D) Los fluidos neosintéticos usan aceite vegetal y/o aceite animal en vez de aceite de petróleo y contienen adicionalmente de forma usual cualquier emulsionante, inhibidores de corrosión, alcanolaminas y un contenido de agua. Pero usualmente tienen solo una lubricidad media a alta y tienen las desventajas de que los emulsionantes con frecuencia son inestables y que muchas veces hay crecimiento bacteriano.
En el estado de la técnica, muchas composición para labrado de metales son dispersiones basadas en aceite de petróleo o emulsiones de agua y aceite. Hoy en día, más del 80 % de las operaciones para el labrado de metales se realizan con composiciones para labrado de metales ricas en aceite de petróleo. Pero un contenido de aceite de petróleo en cualquier composición para el labrado de metales causa muchos problemas como los siguientes: 1.) pobre conductividad del calor de forma que hay un bajo efecto de enfriamiento, 2.) permite el crecimiento microbiano y puede afectar a los trabajadores, 3.) el aceite de petróleo causa vapores y residuos que son difíciles de limpiarse, 4.) problemas para su desecho y no es respetuoso con el medio ambiente y 5.) la dureza del agua puede impactar con la estabilidad de la emulsión. Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar aún más las composiciones para labrado de metales libres de aceite de petróleo. De esta forma, la industria está mirando hacia el uso de composiciones para labrado de metales con base en agua.
Las alcanolaminas tienen la desventaja de que algunas de ellas son compuestos muy peligrosos y nocivos para el medio ambiente, que algunas de ellas provocan un alto contenido de compuestos orgánicos volátiles VOC [por sus siglas en inglés] y que algunas de ellas provocan irritaciones y enfermedades de la piel y el cuerpo. Más adelante, estos compuestos pueden provocar un fuerte olor.
La lubricidad y estabilidad de las composiciones para labrado de metales libres de aceite de petróleo sintético que están en el mercado todavía es bastante limitada. La industria todavía está buscando mejores productos que sean lubricantes más adecuados, que sean mejores y más estables y que tengan una menor cantidad de compuestos peligrosos.
Además, una composición para labrado de metales debe ser capaz de secuestrar y eliminar desechos, contaminantes y aceites de los componentes metálicos y debe proporcionar una buena protección contra la corrosión a todos los componentes metálicos. Pero, además, tales composiciones suelen ser micro-emulsiones o macro-emulsiones, que deben ser estables para no fragmentar la emulsión en la medida de lo posible, al mismo tiempo como concentrado y como dilución que se ha obtenido al diluir el concentrado. con poca o mucha cantidad de agua. Cuanto más severa es una operación de labrado de metales, más alta debe ser la concentración de la composición aplicada para labrado de metales. Para operaciones de labrado de metales de bajos requerimientos como un rectificado, una dilución al 5 % en peso de la composición para labrado de metales puede ser suficiente. Para operaciones de labrado de metales de requerimientos medio severos, se debe usar una dilución de 10 a 15 % en peso de la composición para labrado de metales. Además, estas composiciones deben ser composiciones no espumantes o poco espumantes, cuando se usan para cualquier operación de labrado de metales. Y estas composiciones deberían ser cada vez más respetuosas con el medio ambiente. En los últimos años, se usaron diversas composiciones para labrado de metales que contienen aminas, ya que las aminas y especialmente las alcanolaminas ayudan en la biorresistencia, la protección contra la corrosión y la estabilidad de la emulsión, pero varias aminas son muy tóxicas y también participan en compuestos orgánicos volátiles VOC. La formulación de composiciones acuosas para labrado de metales sin usar ninguna amina es mucho más difícil. Para la aplicación universal de una composición para labrado de metales, se espera la cobertura de toda la gama de propiedades y posibilidades.
Como se describirá a continuación, la presente invención se refiere a una composición acuosa para labrado de metales que proporciona muy buena lubricidad sin la ayuda de ningún aceite de petróleo para todo tipo de materiales metálicos y muy buena estabilidad. Como las diferentes composiciones para labrado de metales se han probado para un material metálico a base de aluminio y para acero, se considera que estos materiales probados representan una gran mayoría de diferentes materiales metálicos, sino incluso todo tipo de materiales metálicos, para satisfacer su función en múltiples metales. Las composiciones para labrado de metales de la presente invención son, por lo tanto, compatibles con una amplia variedad de metales y aleaciones y no son corrosivas para ellos. Estas remueven bien los aceites de petróleo, la suciedad y los desechos de los componentes metálicos. Son respetuosas con el medio ambiente, de baja formación de espuma, protectoras contra la corrosión, reciclables, utilizables durante mucho tiempo y pueden ser resistentes al crecimiento biológico.
Además, tales composiciones se pueden usar para operaciones de conformación en frío, en donde la conformación en frío incluye: embutido de corredera (conformación con una combinación de condiciones de tracción y compresión), por ejemplo, de tubos soldados o sin costuras, perfiles huecos, varillas, perfiles o alambres sólidos, estirado y/o embutido profundo, por ejemplo, de tiras, hojas o partes huecas para conformar partes huecas, extrusión en frío (conformada bajo condiciones de compresión), por ejemplo, de partes huecas o sólidas y/o recalcado en frío, por ejemplo, de secciones alámbricas para conformar elementos de uniones tales como, por ejemplo, piezas prensadas para tuercas o tornillos.
El documento US 7,018,959 B2 divulga un fluido de labrado de metales basado en agua y reciclable, que comprende una solución acuosa de un polialquilen glicol, una alcanolamina, un tensoactivo de poliol, un empaque biocida y un inhibidor de la corrosión.
El documento US 2009/0149359 A1 se refiere a composiciones y constituyentes para composiciones acuosas para labrado de metales, pero los detalles solo se describen hasta cierto punto en los ejemplos. El pH de estas composiciones debe ser al menos 3, pero los valores de pH ácidos solo son aceptables para materiales metálicos a base de aluminio y no para aceros. El uso de composiciones acuosas para labrado de metales para aceros es mucho más complicado que para materiales metálicos a base de aluminio y, con frecuencia, requiere valores de pH elevados. Las mejores propiedades obtenidas se describen para la muestra C, que también se comparará en esta solicitud en la Tabla 4. Esta publicación indica el uso de aminas e incluso de alcanolaminas, así como de muchos otros compuestos.
Un objeto de la presente solicitud es proponer una composición para labrado de metales respetuosa con el medio ambiente que muestre alta lubricidad, una alta estabilidad y una buena protección contra la corrosión.
Otro objeto de la presente solicitud es proponer una composición que se utilice bien en operaciones para el labrado de metales de múltiples metales. Además, está el objeto de proponer un método para preparar una emulsión estable para labrado de metales.
Se ha encontrado que las propiedades de las composiciones acuosas para labrado de metales basadas en las enseñanzas del documento US 2009/0149359 A1 deben modificarse y optimizarse aún más, ya que estas composiciones parecen ser buenas solo en materiales basados en aluminio y como se describe a detalle en la presente Tabla 4.
Breve descripción de la invención
La composición acuosa para labrado de metales de la presente invención es una composición acuosa para labrado de metales de acuerdo con la reivindicación 1.
La presente invención se relaciona además con un método para preparar una composición acuosa para labrado de metales al agregar primero al agua cualesquier compuestos (b) y (d), después se agrega cualesquier compuestos (a) y posteriormente (c), durante cuyo procedimiento de mezcla hasta aquí se usa un calentamiento a temperaturas en el intervalo de 30 a 50 °C y agitado, y opcionalmente, después se agregan todos los demás compuestos.
La presente invención se refiere además a un método de uso de una composición acuosa para labrado de metales de la presente invención como un refrigerante, lubricante y/o para doblar, para pre-estampar, para mandrinar, para horadar, para enfriar, para cortar, para embutir, para taladrar, para forjar, para rectificar, para matrizar, para bruñir, para hidroconformar, para ondear, para lubricar, para conformar, para fresar, para prensar, para punzonar, para escariar, para laminar en frío, para laminar en caliente, para aserrar, para estampar, para sangrar, para roscar, para tornear o para cualquier combinación de estos.
La presente invención se refiere finalmente a un proceso de labrado de metales caracterizado porque la operación de labrado de metales se realiza por lavado, aspersión, aspersión a alta presión, cepillado, fluidez, acanalado, revestimiento con rodillo, inmersión o cualquier combinación de estos con la composición acuosa para labrado de metales de la invención.
Descripción detallada de la invención
Preferentemente, la composición acuosa para labrado de metales de la invención es de bajo contenido de VOC, que usualmente significa un contenido de compuestos orgánicos volátiles menor que el 1 % en peso. Más preferentemente, la composición acuosa para labrado de metales de la invención es de cero VOC o es preferentemente libre de aceite de petróleo o es preferentemente libre de alcanolaminas o es libre de aminas o es preferentemente libre de cualquier combinación de estas, al menos hasta el inicio de su aplicación en una operación de labrado de metales.
“VOC” significa "compuestos orgánicos volátiles" [por sus siglas en inglés] y comprende en la práctica aceite de petróleo y específicamente aceite de petróleo de bajo peso molecular, disolventes orgánicos y alcanolaminas. Lo más preferido, la composición para labrado de metales en muchas realizaciones incluso es libre de aminas o no se agrega intencionalmente ninguna amina durante la formulación y preparación de la composición para labrado de metales, al menos hasta el inicio de su aplicación en una operación de labrado de metales. En escasas realizaciones, la composición para labrado de metales de la presente solicitud puede comprender un contenido de alcanolamina o alquilamina o aceite o cualquier combinación de estos en un contenido total en el intervalo de 0,01 a menos del 5 % en peso o en un contenido tal que el método de prueba del Agente de Protección Ambiental del gobierno de EE. UU. EPA24 no permite detectar un contenido de VOC. Pero en realidad, a veces no se pueden evitar pequeños rastros de aminas en caso de que estén contenidos en rastros en cualquier materia prima que sea mezcla o si hay una impureza en el proceso o si una composición para labrado de metales se usa por más tiempo o se recicla. o cualquier combinación de estos. Incluso si hubiera un pequeño contenido de una amina como una alcanolamina o alquilamina o de cualquier otra sustancia a base de amina o de un aceite o de cualquier combinación de estos, se ha encontrado que el VOC probado de acuerdo con EPA24, no obstante, con frecuencia no permite para detectar un contenido de VOC. Entonces, a veces no hay necesidad de que estén libres de aminas, alcanolaminas, de aceite de petróleo o de aceite o libre de cualquier combinación de este tipo. Además, se prefiere que la composición acuosa para labrado de metales esté libre de cualquier contenido de amonio y de amoniaco, al menos hasta el inicio de su aplicación. Preferentemente, las composiciones están sustancialmente libres o totalmente libres de disolventes orgánicos, de compuestos fuertemente ácidos, de ceras, de ácidos grasos clorados y sus ésteres con longitudes de cadena < C12 y/o de metales pesados como cromo y níquel.
Preferentemente, la composición tiene un pH en el intervalo de 5 a 14, más preferentemente de 7 a 13,5 o de 8 a 13 o de 9 a 12 o de 10 a 11 en general, para un concentrado, así como para una composición diluida. Pero incluso a un pH > 13, no tiene lugar ningún problema técnico con una composición para labrado de metales. Por lo tanto, la mayoría de las composiciones son ligeras o fuertemente alcalinas. La alcalinidad puede ser necesaria para la protección contra la corrosión, para la emulsificación y la estabilidad de la emulsión y para la bioestabilidad. El valor del pH con respecto al grado de alcalinidad con frecuencia no influye en la estabilidad o lubricidad de la composición acuosa para labrado de metales. Si el pH es bajo, esto puede provocar corrosión y oxidación en las partes y en las máquinas, así como el crecimiento de bacterias. La alcalinidad de la composición se produce principalmente por la adición de al menos un compuesto de un agente de alcalinidad (d). Una alcalinidad baja corresponde a un pH bajo. A un pH de 5 a 6, la composición puede tener una buena lubricidad, especialmente en piezas metálicas a base de aluminio, pero una muy mala protección contra la corrosión. Cualquier valor de pH significativamente más bajo que el óptimo puede aumentar el peligro de separación de fases en una emulsión para labrado de metales y, por lo tanto, de una acción lubricante inconsistente. A un pH de 13 a 14, la composición puede tener una buena protección contra la corrosión y una buena lubricidad sobre materiales metálicos que no muestren ataque alcalino, pero el aluminio, el zinc y sus aleaciones pueden disolverse a un pH superior a 12. Los mejores resultados con frecuencia se obtienen con un pH en el intervalo de desde 7 a 10.
Los compuestos químicos se pueden aplicar en la composición acuosa para labrado de metales independientemente uno del otro en forma iónica, inestable o estable, hipotética, sin reaccionar y/o reaccionada de cualquier otra especie química definida por el número y tipo de átomos presentes, así como en compuestos con moléculas bien definidas.
La presente invención se refiere a una composición acuosa para labrado de metales que comprende un concentrado o después de la dilución de un concentrado con agua en un diluyente al menos un compuesto de cada clase de compuestos de los componentes (a), (b), (c), (d) y (e): Un primer ingrediente necesario de la composición de acuerdo con esta invención es su lubricidad primaria que confiere el componente (a), que contiene los compuestos de confieren principalmente lubricidad. Los compuestos (a) son insolubles en agua. En su mayoría, los compuestos (a) tienen además una buena resistencia a la corrosión y una buena emulsificación.
Hay varias formas diferentes de cómo agregar o preparar una mezcla que confiere lubricidad: Sin embargo, preferentemente, un aceite vegetal con respecto a un aceite animal contiene una mezcla de ácidos carboxílicos bastante diferentes y sus derivados. Tal o tales aceites pueden purificarse, refinarse, acondicionarse, modificarse químicamente, sintetizarse o prepararse independientemente uno del otro mediante cualquier combinación de estos. Adicionalmente, se agrega a la composición para labrado de metales al menos un compuesto específico (a) o al menos un producto químico que tiene un compuesto (a) como compuesto principal y opcionalmente cualquier otro compuesto (a). La composición para labrado de metales comprende al menos dos o al menos tres o al menos cuatro compuestos específicos diferentes (a). Esto permite posibilidades de efectos de propiedades sinérgicas.
El componente (a) está contenido en un intervalo de 6 a 40 % en peso. Preferentemente, el componente (a) está contenido en un intervalo de desde 6 a 36 % en peso o de desde 6 a 32 % en peso o de desde 6 a 28 % en peso o de desde 6 a 24 % en peso o de desde 6 a 20 % en peso o de desde 6 a 17 % en peso o de desde 6 a 14 % en peso o de desde 6 a 12 % en peso o de desde 6 a 10 % en peso o de desde 6 a 8 % en peso, independientemente de si es un concentrado o una dilución. Si hubiera un contenido más bajo del componente (a), la composición para labrado de metales no sería eficaz, pero si tuviera un contenido más alto, con frecuencia no sería una composición estable.
Los compuestos del componente (a) se seleccionan del grupo de compuestos formado por los compuestos (a1), (a2) y/o (a3). Los compuestos (a1), (a2) y/o (a3) pueden estar opcionalmente asistidos por la adición de un compuesto A opcional.
La composición para labrado de metales contiene al menos un compuesto (a1) como se define en la reivindicación 1.
Los compuestos (a1) son ácidos grasos y se seleccionan del grupo que consiste en ácido láurico/ dodecanóico, ácido mirístico/ tetradecanóico/ miristoléico, ácido pentadecanóico, ácido palmítico/ hexadecanóico/ palmitoléico/ hexadecapolienóico, ácido margárico/ margaroléico, ácido ricinoléico, ácido esteárico/ octadecanóico, ácido linoléico/ eicosanóico, ácido oleico, ácido linoleico/ linolénico/ octadecatetraenóico, ácido araquídico/ gadoléico/ eicosadienóico/ araquidónico/ eicosapentaenóico, ácido heneicosanóico, ácido behénico/ docosanóico/ erúcico/ docosapolienóico, ácido docosahexaenóico y ácido lignocérico. Los respectivos derivados de ácidos carboxílicos (a1) pertenecientes a los compuestos (a3) tienen preferentemente de 12 a 26 o de 16 a 22 átomos de carbono por cadena.
Una base más preferida usa, por ejemplo, ácido oleico o compuestos similares (a1) contenidos con un contenido esencial, por ejemplo, en aceite de colza, aceite de ricino, aceite de coco, aceite de soja, aceite de girasol, aceite de manteca de cerdo o cualquier combinación de estos. Si el número de átomos de carbono de tal aceite o compuesto fuera inferior a 12 por cadena, puede ocurrir que estos compuestos no tengan una lubricidad efectiva, pero si el número de átomos de carbono fuera superior a 24 por cadena, puede ocurrir que la composición para labrado de metales no sea una composición estable.
Por ejemplo, el ácido oleico tiene 18 átomos de carbono. Por ejemplo, el aceite de ricino contiene entre un 85 a 95 % en peso de ácido ricinoléico, que también tiene 18 átomos de carbono. Dado que el aceite de ricino existe como un triglicérido, cuyo éster puede estar basado en una unidad de glicerol con tres unidades de ácido ricinoleico, el número total de átomos de carbono en el aceite de ricino suele ser de aproximadamente 57. Otro aceite vegetal común que se puede usar como aditivo de lubricidad es el aceite de colza. Con frecuencia, en aproximadamente el 41 % en peso del aceite de colza hay ácido erúcico. El número total de átomos de carbono del triglicérido del ácido erúcico es 69.
La composición acuosa para labrado de metales de la invención comprende preferentemente al menos un triglicérido (a2) como se define en la reivindicación 1.
Los derivados especialmente preferidos (a3) de (a2) son ésteres.
Los triglicéridos muestran cadenas laterales que son idénticas o diferentes independientemente entre sí y los ácidos grasos de los triglicéridos tienen independientemente entre sí una “longitud de cadena media” o una “longitud de cadena larga”. Tales cadenas se denominan de “longitud de cadena media” o de “longitud de cadena larga” si contienen de 6 a 12 átomos de carbono, respectivamente, de 14 a 24 átomos de carbono independientemente entre sí. Un triglicérido es un éster derivado del glicerol y tres ácidos grasos. Es el componente principal del aceite vegetal y de las grasas animales. Un ejemplo específico de un triglicérido de grasa insaturada está basado en glicerol y, por otro lado, en ácido palmítico, ácido oleico y ácido alfa-linolénico, C55H98O6. Los triglicéridos son triésteres de glicerina. Los triglicéridos insolubles en agua (a2) tal como se definen en la reivindicación 1 son triglicéridos de tres ácidos carboxílicos iguales o dos o tres diferentes y especialmente triésteres con base en ácido oleico, ácido esteárico, ácido ricinoleico, ácido erúcico, ácido lignocérico y/o ácido láurico.
La composición para labrado de metales contiene al menos un compuesto (a3) como se define en la reivindicación 1, que es un derivado del compuesto (a1) o (a2) o de ambos y tiene independientemente uno al otro de 12 a 5.000 átomos de carbono.
Los derivados preferidos (a3) son derivados clorados o sulfurados -que opcionalmente también pueden usarse como aditivos de presión extrema-, ésteres, éteres, etoxilatos, etoxilatos-propoxilatos, propoxilatos, sales de metales alcalinos, sales de metales alcalinotérreos y/o compuestos que han sido condensados con al menos un ácido carboxílico como el ácido ricinoleico. Los derivados más preferidos son ésteres, etoxilatos, etoxilatos-propoxilatos y/o propoxilatos. Preferentemente, los derivados tienen de 14 a 170 o de desde 16 a 130 o de desde 18 a 100 o de desde 20 a 70 o de desde 22 a 52 o de desde 24 a 42 átomos de carbono. Ejemplos específicos de tales derivados son el éster de ácido ricinoleico y el éster de ácido ricinoleico polimerizado, el último de los cuales puede ser un producto de condensación de aproximadamente cuatro moléculas. Como ejemplos de aceite de ricino etoxilado con triglicéridos, se puede usar aceite de ricino que tenga cada uno de 12 a 120 átomos de carbono.
Preferentemente, el o los compuestos (a) que confieren lubricidad tienen una solubilidad en agua a 20 °C de menos que 0,05 g/litro o menos que 0,001 g/litro. Como no se considera que los cationes particulares presentes en una sal de los compuestos (a) tengan efecto significativo alguno sobre el rendimiento obtenido, no se especifica más la concentración del catión. Preferentemente, estos cationes se seleccionan de metales alcalinos y metales alcalinotérreos. Como cationes, los más preferidos son el sodio y el potasio, pero también se pueden usar otros. El grado de neutralización o de ionización del ácido o de la sal puede cambiar en el proceso de preparación, dilución o aplicación en la composición para labrado de metales real. Todas estas diferentes condiciones se incluyen dentro de las medidas generales de la invención.
Otro ingrediente necesario de la composición de acuerdo con esta invención es un componente (b) que comprende al menos un compuesto inhibidor de la corrosión soluble en agua (b) como se define en la reivindicación 1. Preferentemente, la composición para labrado de metales contiene del 0,002 al 30 % en peso del componente (b) que comprende al menos un compuesto inhibidor de la corrosión soluble en agua (b) que tiene una solubilidad en agua a 20 °C de más de 0,1 g/litro. Más preferentemente, el o los compuestos inhibidores de la corrosión solubles en agua (b) tienen una solubilidad en agua a 20 °C de más de 0,5 g/litro o de más de 1 g/litro o de más de 5 g/litro. Los compuestos solubles en agua (b) contribuyen a la bioestabilidad de las composiciones acuosas para labrado de metales. Los compuestos solubles en agua (b1) y (b3) a (b5) pueden ayudar en la composición para labrado de metales para mejorar la estabilidad de la emulsión.
Preferentemente, el componente (b) o el al menos un compuesto (b) está contenido en un intervalo de desde 0,1 a 36 % en peso o de desde 0,3 a 32 % en peso o de desde 0,7 a 28 % en peso o de desde 1 a 24 % en peso o de desde 1,5 a 20 % en peso o de desde 2 a 17 % en peso o de desde 3 a 14 % en peso o de desde 4 a 12 % en peso o de desde 5 a 10 % en peso o de desde 6 a 8 % en peso, independientemente de si es un concentrado o una dilución. Si el contenido de la composición para labrado de metales del al menos un compuesto inhibidor de la corrosión (b) fuera menor, puede ocurrir que el componente (b) no sea efectivo, pero si tuviera un contenido mayor, puede suceder que la composición para labrado de metales no sea una composición estable. En muchos casos, se preferirá agregar a la composición para labrado de metales dos, tres o cuatro compuestos específicos diferentes (b) o dos, tres o cuatro productos químicos diferentes que tengan cada uno un compuesto (b) como su compuesto principal. Preferentemente, el componente inhibidor de la corrosión (b) contiene al menos dos o al menos tres o al menos cuatro compuestos diferentes (b), especialmente para optimizar la protección contra la corrosión. Como tal, la mezcla de compuestos inhibidores de la corrosión puede mejorar enormemente el efecto de protección contra la corrosión sin agregar una cantidad demasiado alta de tales compuestos. Tales mezclas permiten posibilidades de efectos de propiedades sinérgicas.
La composición para labrado de metales contiene al menos un compuesto que inhibe la corrosión (b) que se selecciona del grupo que consiste en compuestos que solubilizan más o menos bien en agua (b1).
La composición para labrado de metales contiene al menos un compuesto (b1), que es un compuesto lineal y/o ramificado, saturado y/o insaturado soluble en agua y que tiene en total de 6 a 40 átomos de carbono y tiene longitudes de cadena de 4 a 12 átomos de carbono. Más preferentemente, los compuestos (b1) tienen independientemente uno u otro de 6 a 10 o 6 a 8 átomos de carbono por cadena alifática. Los compuestos (b1) se seleccionan del grupo de compuestos que consisten en ácidos monocarboxílicos, ácidos dicarboxílicos, ácidos tricarboxílicos y ácidos policarboxílicos y sus sales de metales alcalinos y sales de metales alcalinotérreos. Preferentemente, se usan ácidos monocarboxílicos, ácidos dicarboxílicos y/o sus derivados. Por ejemplo, la solubilidad en agua del ácido monocarboxílico C8 (ácido caprílico) en agua a 20 °C es de 0,7 g/litro.
Los siguientes compuestos (b2)-(b5) pueden estar presentes opcionalmente en la composición, pero no se cuentan como compuestos (b) con respecto al tipo y la cantidad de (b) requeridos por la reivindicación 1.
Los compuestos preferidos (b2) son ácido bórico, sus sales como sales de metales alcalinos y sus sales de metales alcalinotérreos y ésteres de ácido bórico. Un compuesto bórico (b2) puede además ayudar con la bioestabilidad.
Los compuestos preferidos (b3) son imidazoles, imidazolinas y sus derivados como sus ésteres y sales, especialmente sus sales de metales alcalinos y sales de metales alcalinotérreos, por ejemplo, benzimidazoles y sus sales.
Los tiazoles preferidos y sus derivados (b4) comprenden especialmente sus sales de metales alcalinos, sales y ésteres de metales alcalinotérreos, por ejemplo, benzotiazoles, mercaptobenzotiazoles y sus sales y ésteres.
Los triazoles y sus derivados preferidos (b5) comprenden especialmente sus sales y ésteres y, como ejemplos, benzotriazoles, toliltriazol C7 H7 N3 y sus derivados, así como sales de metales alcalinos, sales de metales alcalinotérreos y ésteres de triazoles.
Otro ingrediente necesario de la composición de acuerdo con esta invención es un componente (c) que contiene al menos un compuesto emulsionante y/o dispersante (c) como se define en la reivindicación 1. La composición para labrado de metales contiene de 0,002 a 45 % en peso de al menos un agente emulsionante y dispersante (c) que contiene al menos un compuesto emulsionante y/o dispersante (c) que es soluble en agua, miscible en agua o dispersable en agua y que se selecciona del grupo que consiste en tensoactivos no iónicos, aniónicos y zwitteriónicos y que pueden ser, en algunos casos, incluso inhibidores de la corrosión. Como los compuestos (a) y (b) son con frecuencia hidrofóbicos, la composición se separaría en gotitas o incluso gotas o capas más grandes o cualquier combinación estas, si no se agrega un agente emulsionante y dispersante.
Si se usara un contenido más bajo del componente (c), entonces la composición para labrado de metales no sería efectiva, pero si tuviera un contenido más alto, entonces con frecuencia no sería una composición estable. Preferentemente, el agente emulsionante y el agente dispersante (c) está contenido en la composición para labrado de metales de la invención en un intervalo de desde 0,01 a 40 % en peso o de desde 0,05 a 35 % en peso o de desde 0,1 a 32 % en peso o de desde 0,5 a 25 % en peso o de desde 1 a 20 % en peso o de desde 3 a 15 % en peso o de desde 5 a 12 % en peso, independientemente de si es un concentrado o una dilución.
Preferentemente, el agente emulsionante y el agente dispersante (c) tiene un HLB [equilibrio hidrofílico-lipofílico, por sus siglas en inglés] en el intervalo de desde 1 a 40 o de desde 6 a 24 o de desde 8 a 16 o de desde 10 a 12. Preferentemente, el agente emulsionante y el agente dispersante (c) se seleccionan de tensoactivos que tienen todos un valor de HLB en el intervalo de desde 1 a 40 o de desde 6 a 24 o de desde 8 a 16 o de desde 10 a 12. Preferentemente, el emulsionante individual y/o los compuestos dispersantes (c) tienen un valor de HLB en el intervalo de desde 1 a 40 o de desde 6 a 24 o de desde 8 a 16 o de desde 10 a 12. Preferentemente, el agente emulsionante y el agente dispersante (c) contiene al menos dos o al menos tres o al menos cuatro compuestos diferentes (c), especialmente para obtener una amplia distribución del HLB dentro de una composición. Tal combinación de diferentes compuestos (c) ofrece posibilidades de efectos sinérgicos.
Si la composición acuosa para labrado de metales tiene un efecto emulsionante insuficiente, la emulsión se puede dividir fácilmente en dos o más capas una encima de la otra. Si la composición acuosa para labrado de metales tiene un efecto emulsionante inadecuado debido a un intervalo incorrecto de HLB, por ejemplo, a pesar de agregar una gran cantidad del o los compuestos (c), la emulsión puede dividirse fácilmente en dos o más capas, una encima de la otra. Si la composición acuosa para labrado de metales tiene un efecto emulsionante demasiado alto, la emulsión puede tener una lubricidad significativamente menor, puede ser muy espumante y puede tener un efecto insuficiente de protección contra la corrosión.
El al menos un compuesto emulsionante y/o dispersante (c) se selecciona del grupo de tensoactivos no iónicos, aniónicos y zwitteriónicos que consiste en:
(c1) alcoholes alquilo,
(c2) fenoles alquílicos,
(c3) ácidos alcanoicos, ácidos grasos, carboxilatos de éter y/u otros ácidos orgánicos,
(c4) copolímeros en bloque y aleatorios,
(c5) poliglucósidos alquílicos,
(c6) tensoactivos aniónicos que tengan al menos un grupo sulfato o sulfonato,
(c7) sulfatos de éter,
(c8) fosfatos de éter,
(c9) ésteres de fosfato,
(c10) monoglicéridos,
(c12) aminas grasas,
(c13) sorbitán y sus derivados, y
(c14) ácido succínico y sus derivados
según se define en la reivindicación 1.
Preferentemente, estos tensoactivos se seleccionan uno a otro de forma independiente para ser etoxilados o etoxiladospropoxilados y con o sin grupos terminales bloqueados.
El al menos un compuesto emulsionante y/o dispersante (c) se selecciona del grupo de tensoactivos no iónicos, aniónicos y zwitteriónicos que consiste en:
(c1) alcoholes alquilo etoxilados, alcoholes alquilo etoxilados-propoxilados, alcoholes alquilo etoxilados con bloqueo del grupo terminal y alcoholes alquilo etoxilados-propoxilados con bloqueo del grupo terminal, y especialmente, el grupo alquilo de los alcoholes alquilo es saturado o insaturado y tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y tiene una estructura de cadena lineal o ramificada;
(c2) fenoles alquílicos etoxilados, fenoles alquílicos etoxilados-propoxilados, fenoles alquílicos etoxilados con bloqueo del grupo terminal y fenoles alquílicos etoxilados-propoxilados con bloqueo del grupo terminal, y especialmente, el grupo alquilo de los fenoles alquílicos -saturados o insaturados- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 18 y tiene una estructura de cadena lineal o ramificada;
(c3) ácidos alcanoicos etoxilados o etoxilados-propoxilados, ácidos grasos etoxilados o etoxilados-propoxilados y/u otros ácidos orgánicos etoxilados o etoxilados-propoxilados como los ácidos terpénicos, por ejemplo, el ácido abiético, y especialmente, los ácidos alquilos tienen un radical alquilo -saturado, insaturado y/o cíclico- que tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y que tiene una estructura de cadena lineal o ramificada;
(c4) copolímeros en bloque que contienen al menos un bloque de óxido de polietileno y al menos un bloque de óxido de polipropileno, así como copolímeros aleatorios, y especialmente, los copolímeros en bloque tienen un bloque de óxido de polietileno que comprende un número promedio de 2 a 100 unidades de óxido de etileno y un bloque de óxido de polipropileno que comprende un número promedio de 2 a 100 unidades de óxido de propileno y, opcionalmente, la molécula contiene uno o más bloques de óxido de polietileno o bloques de óxido de polipropileno independientes entre sí, en donde algunos de estos copolímeros en bloque pueden contribuir también a la lubricidad de la composición, en donde estos copolímeros en bloque pueden tener a veces también propiedades antiespumantes y desespumantes;
(c5) alquilpoliglucósidos cuyo grupo alquilo -saturado o insaturado- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 18 y una estructura de cadena lineal o ramificada, y tiene un promedio de 1 a 5 unidades de al menos un azúcar, y opcionalmente, las unidades del o de los azúcares están unidas glucosídicamente al grupo alquilo, en donde se entiende que el término “azúcar” incluye todos los sacáridos y todos los demás compuestos similares al azúcar;
(c6) tensoactivos aniónicos cuyo grupo alquilo -saturado o insaturado- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y una estructura de cadena lineal o ramificada, y opcionalmente, la fracción alquilo tiene uno o más grupos aromáticos, y especialmente, hay al menos un grupo sulfato o sulfonato presente en la molécula, en donde la cadena de alcohol alquilo tiene preferentemente un número promedio de 10 a 14 átomos de carbono y en donde el benceno se incorpora preferentemente como grupo aromático;
(c7) sulfatos de éter cuyos alcoholes alquilo etoxilados o alcoholes alquilo etoxilados-propoxilados tienen un grupo sulfato, y especialmente, el grupo alquilo de los alcoholes alquilo -saturados o insaturados- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y una estructura de cadena lineal o ramificada donde opcionalmente, la cadena de óxido de etileno tiene un número promedio de 2 a 30 unidades de óxido de etileno y además opcionalmente, la cadena de óxido de propileno tiene un número promedio de 1 a 25 unidades de óxido de propileno y en donde la fracción alquilo tiene opcionalmente uno o más grupos aromáticos y/o fenólicos;
(c8) fosfatos de éter cuyos alcoholes alquilo etoxilados o alcoholes alquilo etoxilados-propoxilados tienen un grupo fosfato y, especialmente, el grupo alquilo de los alcoholes alquilo -saturados o insaturados- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y una estructura de cadena lineal o ramificada y, opcionalmente, la cadena de óxido de etileno tiene un número promedio de 2 a 30 unidades de óxido de etileno y, opcionalmente, la cadena de óxido de propileno tiene un número promedio de 1 a 25 unidades de óxido de propileno, en donde la fracción alquilo tiene opcionalmente uno o más grupos aromáticos y/o fenólicos;
(c9) ésteres de fosfato cuyos uno o dos grupos alquilo -saturados o insaturados- tienen independientemente un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y una estructura de cadena lineal o ramificada, y opcionalmente, la fracción alquilo tiene uno o más grupos aromáticos y/o fenólicos, en donde hay un grupo fosfato presente en la molécula;
(c10) monoglicéridos etoxilados, propoxilados, etoxilados-propoxilados o etoxilados especialmente con grupos terminales cerrados, en donde estos monoglicéridos pueden a veces tener también propiedades antiespumantes y antiespumantes;
(c12) aminas grasas, así como aminas grasas etoxiladas, propoxiladas, etoxiladas-propoxiladas o etoxiladas, especialmente con grupos terminales cerrados;
(c13) sorbitán y los derivados del sorbitán comprenden sorbitanos etoxilados, propoxilados, etoxilados-propoxilados o etoxilados con grupos terminales cerrados, así como, por ejemplo, polisorbatos, oleatos de sorbitán, así como sus derivados;
(c14) ácido succínico y los derivados del ácido succínico comprenden sus ésteres y sales, así como, por ejemplo, los alquil-succinatos, los hidrogensuccinatos, los sulfosuccinatos, los succinamatos, los sulfosuccinamatos, así como sus derivados.
Preferentemente, el compuesto emulsionantes o el compuesto dispersante o ambos (c) se selecciona de tensoactivos no iónicos que tienen 1 a 20 unidades de la suma de los grupos EO o de tensoactivos no iónicos que tienen 2 a 40 unidades de la suma de los grupos de EO y PO. Cuanto mayor es el número de grupos EO, más es un agente emulsionante, cuanto más pequeño es, más es un agente dispersante.
El al menos un compuesto emulsionante y/o dispersante (c) ayudará a dispersar una segunda fase en una fase acuosa, a distribuir partículas sólidas, a estabilizar las dispersiones y ayudará, si es necesario, a formar una emulsión. El término dispersión incluirá aquí emulsiones y soluciones. Lo más preferido, tal compuesto (c) se usa como emulsionante o dispersante o ambos. Por lo tanto, en muchas realizaciones puede ser útil agregar al menos dos o al menos tres tensoactivos diferentes, de los cuales el primero actúa principalmente como emulsionante y al menos el otro principalmente como dispersante, respectivamente como antiespumante. Esto permite posibilidades de efectos de propiedades sinérgicas.
Además, existe la necesidad de agregar un agente de alcalinidad (d) que contenga al menos un compuesto alcalino soluble en agua (d) como se define en la reivindicación 1. El agente de alcalinidad contribuye a una mayor estabilidad de la emulsión y a la resistencia a la corrosión y, con frecuencia, también a la bioestabilidad. La alcalinidad ayuda a que, por ejemplo, los tensoactivos aniónicos pueden volverse más estables.
Si la composición para labrado de metales no fuera lo suficientemente alcalina, entonces la emulsión no sería lo suficientemente estable, por lo que la lubricidad disminuiría o incluso se perdería, la resistencia a la corrosión también podría ser baja y la resistencia microbiana también disminuiría. y que una composición para labrado de metales obtenga una mejor protección contra la corrosión y puede ocurrir que un agente emulsionante no funcione. Si la alcalinidad fuera demasiado alta, la piel humana de un trabajador podría irritarse. En algunas realizaciones se prefiere que la composición acuosa para labrado de metales no tenga un pH superior a 12, pero el concentrado puede ser mucho más alcalino. En algunas realizaciones, un pH de aproximadamente 14 no afecta.
La composición para labrado de metales contiene de 0,002 a 30 % en peso de un agente de alcalinidad (d) que comprende al menos un compuesto alcalino soluble en agua (d1) seleccionado del grupo que consiste en hidróxidos y carbonatos. No obstante, en escasas realizaciones, incluso se puede agregar una pequeña cantidad de una alcanolamina o de una alquilamina o de ambas, que pueden seleccionarse del grupo que consiste en alcanolaminas primarias como amino-metil propanol AMP, diglicolamina DGA, metanolamina MEA y monoisopropilamina MIPA, de alcanolaminas secundarias como dietanolamina DEA y diisopropanolamina DIPA y N-butiletanolamina nBEA, de alcanolaminas terciarias como trietanolamina TEA y n-butildietanolamina nBDEA y de alquilaminas que tienen una cadena de alquilo de 1 a 10 átomos de carbono y 1 a 3 grupos OH como hexilamina dicíclica DCHA [por sus siglas en inglés]. Tal contenido de una alcanolamina o de una amina alcalina o de ambas está preferentemente en el intervalo de desde 0,01 a menor que 5 % en peso o de desde 0,1 a menor que 2 % en peso o de desde 0,2 a 0,8 % en peso. Preferentemente, el agente de alcanilidad (d) está contenido en un intervalo de desde 0,01 a 25 % en peso o de desde 0,1 a 20 % en peso o de desde 1 a 15 % en peso o de desde 3 a 12 % en peso.
Si hubiera un contenido más bajo del agente de alcalinidad (d), la protección contra la corrosión puede ser insuficiente, pero si hay un contenido más alto, la lubricidad puede ser demasiado baja y los materiales metálicos sensibles alcalinos pueden ser atacados y disueltos químicamente. Preferentemente, el al menos un compuesto de alcalinidad (d) se agrega en una cantidad que alcance un valor de pH predeterminado.
Más preferentemente, el agente de alcalinidad (d) se selecciona de hidróxidos y carbonatos de metales alcalinos y de metales alcalinotérreos (d1), por ejemplo, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, un carbonato de potasio, un carbonato de sodio o cualquier mezcla de estos. Los compuestos de sodio y potasio son los agentes de alcalinidad más preferidos. Será evidente para los expertos en la técnica que se podrían usar muchos otros agentes de alcalinidad como alternativa a estos. Pero, por ejemplo, las cantidades de alcanolaminas y/o, con frecuencia, de todo tipo de aminas pueden conducir a un alto número de VOC, a la irritación de la piel humana que entra en contacto con tal composición y puede generar un fuerte olor. Por lo tanto, las alcanolaminas y/o con frecuencia todo tipo de aminas son indeseables.
Finalmente, se debe agregar a la mezcla un componente de transporte (e), que contiene al menos agua. Al menos 0,004 % o al menos 0,01 % en peso de un componente de transporte (e) contiene al menos 98 % en peso de agua. Principalmente, predominantemente, casi totalmente o solo agua es el compuesto líquido contenido en la composición para labrado de metales como componente de transporte (e) o como agua. Normalmente, una composición para labrado de metales tiene un contenido mucho mayor que 5 y hasta aproximadamente 60 % en peso de un aceite de petróleo. Para la presente invención, no se agrega preferentemente un aceite de petróleo o solo de un contenido de hasta 1 o de hasta 3 % en peso a la composición para labrado de metales, como contenido hasta el inicio de su aplicación para labrado de metales. Una composición para labrado de metales libre de aceite de petróleo, cuya composición solo se puede contaminar con cualquier aceite de petróleo a través de su uso en cualquier operación de labrado de metales, es especialmente preferida. En tal situación, la composición para labrado de metales será con frecuencia solo libre de aceite de petróleo hasta una primera aplicación. Si no hay contenido de aceite de petróleo, la composición es en muchas realizaciones de cero VOC; usual, en la mayoría de las composiciones para labrado de metales convencionales, tienen un contenido de cualquiera de los compuestos basados en alcanolaminas como la trietanolamina, en disolventes orgánicos, en aceites de petróleo y en aceites de petróleo de bajo peso molecular, todos dan lugar a un valor medio o con frecuencia alto de compuestos orgánicos volátiles COV.
El componente de transporte (e) puede comprender, en escasas realizaciones, incluso un pequeño contenido de un disolvente orgánico como un alcohol. La composición acuosa para labrado de metales puede contener entonces rara vez más del 1 % en peso de un alcohol. Pero, en su mayoría, tales disolventes no se agregan intencionalmente, sino que pueden estar contenidos en las materias primas o ser impurezas en el proceso. Se ha encontrado que, si se agrega cualquier cantidad de aceite de petróleo o de disolvente orgánico, la mayoría de las composiciones se vuelven inestables, por lo que se necesitan diferentes tipos de emulsionantes. Por otro lado, se prefiere trabajar libre de VOC y en gran medida respetuoso con el medio ambiente, por lo que se prefiere -dependiendo del uso de las composiciones metalúrgicas y requisitos- evitar cualquier contenido, cualquier adición o cantidad de petróleo. aceite o cualquier disolvente orgánico de más de 5 o 3 o 1 % en peso. Además, para su uso como refrigerante sintético, la composición para labrado de metales no debe contener aceite de petróleo ni disolvente orgánico alguno.
La composición acuosa para labrado de metales de la invención, en donde al menos 98 % en peso del componente de transporte (e) es agua, en donde esto se calcula de forma que el componente total de transporte (e) sume hasta 100 % en peso. En realizaciones, el contenido de agua del componente de transporte (e) es mayor que, por ejemplo, al menos 99 % en peso. Generalmente es deseable evitar el uso de cualquier disolvente orgánico, especialmente de disolventes inflamables y disolventes clasificados como compuestos orgánicos volátiles.
Para una composición que es un concentrado, el contenido del componente de transporte (e) en la composición para labrado de metales está preferentemente en un intervalo de desde 0,1 a 90 % en peso o en un intervalo de desde 1 a 80 % y especialmente preferido de desde 10 a 70 o de desde 20 a 60 % en peso. Con frecuencia, su contenido está en un intervalo de desde 30 a 50 o de desde 35 a 45 % en peso. Tales composiciones usualmente muestran un pH en el intervalo de desde 6 a 13 o de desde 7 a 12. Por supuesto, un concentrado no necesita ser diluido antes de su uso.
Las composiciones diluidas se preparan al agregar agua. Estas “diluciones” tienen preferentemente un contenido de agua en el intervalo de desde 20 a 99,5 % en peso o de desde 30 a 99 % en peso o más preferentemente de desde 40 a 98 % en peso, de desde 50 a 96 % en peso, de desde 60 a 94 % en peso, de desde 70 a 92 % en peso o de desde 80 a 90 % en peso. Con frecuencia muestran un pH en el intervalo de desde 6,5 a 11.
La relación en peso de los compuestos del componente (a) al del componente (b) o de los compuestos del componente (a) al del componente (c) o de los compuestos del componente (a) al del componente (d) está preferentemente en un intervalo de desde 1 : (0,5 a 2) o en un intervalo de desde 1: (0,8 a 1,5) o en un intervalo de desde 1: (0,8 a 1,3) o en un intervalo de desde 1: (0,9 a 1) o cercano a 1: 1. Las mismas relaciones en peso se aplican preferentemente a los compuestos del componente (b) a tales del componente (c) o de los compuestos del componente (b) a tales del componente (d). Las mismas relaciones en peso se aplican preferentemente a los compuestos del componente (c) a tales del componente (d).
La composición acuosa para labrado de metales de la invención tiene una relación en peso de los compuestos del componente (a) a la del componente (b) a la del componente (c) en un intervalo de desde 1: (0,5 a 2): (0,2 a 3).
Preferentemente, la relación en peso de los compuestos del componente (a) a la del componente (b) a la del componente (c) está en un intervalo de desde 1: (0,8 a 1,5): (0,3 a 1,8) o en un intervalo de desde 1: (0,8 a 1,3): (0,8 a 1,3) o en un intervalo de desde 1: (0,9 a 1): (0,9 a 1) o cercano a 1: 1 : 1. Preferentemente, la relación en peso de los compuestos del componente (a) a la del componente (b) a la del componente (c) a la del componente (d) está en un intervalo de desde 1: (0,5 a 2): (0,2 a 3): (0,2 a 1,5) o en un intervalo de desde 1: (0,8 a 1,5): (0,3 a 1,8): (0,2 a 1) o de desde 1: (0,8 a 1,3): (0,8 a 1,3): (0,3 a 1,1) o cercano a un intervalo de desde 1: (0,9 a 1): (0,9 a 1): (0,4 a 1).
En realizaciones preferidas de la invención, los componentes de la composición se seleccionan y sus proporciones relativas y sus concentraciones se ajustan con el fin de proporcionar una formulación de una sola fase o una formulación de dos fases.
Se prefiere que las composiciones diluidas tengan un contenido total de compuestos (a) a (d) en un intervalo de desde 80 a 0,5 % en peso de desde 70 a 1 % en peso, de desde 60 a 2 % en peso, de desde 50 a 4 % en peso, de desde 40 a 6 % en peso, de desde 30 a 8 % en peso o más preferido de desde 20 a 10 % en peso.
La Tabla 1 divulga algunos ejemplos que señalan la variación más preferida de contenidos en los concentrados y las diluciones.
Tabla 1: Ejemplos del contenido de los diferentes componentes en algunos concentrados y diluciones de acuerdo con la invención en donde e solo es a ua
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Más preferido, la composición para el labrado de metales contiene o consiste esencialmente, o consiste en los contenidos de componentes siguientes en un concentrado:
(a) , que es la suma de (a1), (a2) y/o (a3), en un contenido en un intervalo de desde 10 a 20 % en peso,
(b) , que es la suma de (b1) en un contenido de 5 a 10 % en peso,
(c) , que es la suma de (c1), (c2), (c3), (c4), (c5), (c6), (c7), (c8), (c9), (c10), (c12), (c13) y/o (c14), en un contenido en un intervalo de desde 10 a 20 % en peso,
(d) , que es la suma de (d1) en un contenido en un intervalo de desde 5 a 15 % en peso,
(e) en un contenido en un intervalo de 70 a 25 % en peso y
opcionalmente, componentes como cualquier componente seleccionado del grupo que consiste en A a D en un contenido total de cero o en un intervalo de desde 0,01 a 10 % en peso.
La composición acuosa para labrado de metales de la invención puede mostrar diferentes características, dependiendo de su aplicación y composición específica. Preferentemente, es especialmente útil para satisfacer su función en múltiples metales y/o que es una emulsión con un tamaño promedio de las gotitas hidrofóbicas de las gotas hidrofóbicas en un intervalo de desde 10 a 200 nm, especialmente para los concentrados y que es una emulsión con un promedio de tamaño de gotita de las gotitas hidrofóbicas en el intervalo de desde 10 nm a 30 |jm, especialmente para las diluciones.
El tamaño promedio de las gotitas de la emulsión para labrado de metales se puede ajustar a un tamaño deseado de gotita 1.) en una etapa inicial por variación de la cantidad y el tipo de compuesto o compuestos emulsionantes (c) especialmente por sus valores de HLB y 2.) antes de la aplicación para una operación para el labrado de metales por el grado de dilución con más o menos agua y al usar agua pura o más o menos dura para la dilución. En este caso es preferido adaptar el tamaño promedio de las gotitas al tamaño de aproximadamente el promedio de la rugosidad Ra de una superficie metálica que se va a labrar. Por otro lado, el control del tamaño promedio de las gotitas, el grado de lubricidad, la estabilidad de la emulsión, el grado de espumado, la resistencia a la corrosión y/o la bioestabilidad se ven influidas con frecuencia para mejorar o disminuir la calidad. Por lo tanto, en una operación de labrado de metales, cualquier emulsionante y/o compuesto o compuestos dispersante (c) se reemplazan con la composición reciclada para labrado de metales para ajustar el grado de emulsificación y otras propiedades, por ejemplo, como una adición lateral al tanque.
Preferentemente, la composición de la invención es una dispersión, emulsión y/o solución a 25 °C. Con mayor frecuencia, los concentrados y los diluyentes preparados a partir de esta son emulsiones. Preferentemente, al menos 95 % en peso de la composición está en un estado líquido a 25 °C.
Para compuestos individuales de (a) a (d), estos compuestos pueden estar a temperatura ambiente y a una temperatura efectiva de trabajo en un intervalo, por ejemplo, de desde 10 a 40 °C en forma de un líquido, por ejemplo, disuelto en agua 0 un sólido, usualmente a temperatura ambiente, a pesar de que la mayoría de estos son líquidos a temperatura ambiente. Por supuesto, un compuesto como KOH puede ser sólido también, pero se disolverá fácilmente en agua.
Si una composición debe contener partículas como una cera, estas partículas o más del 90 % de estas son preferentemente menores que 100 nm.
Si una composición contiene un líquido hidrofóbico en forma de gotas, el tamaño promedio de las gotitas puede variar entre aproximadamente 5 nm y aproximadamente 80 jm . Se ha determinado que las gotitas de un tamaño promedio de gotita mayor que 50 jm puede conducir a la inestabilidad de la composición para labrado de metales, de forma que la composición se puede separar fácilmente en dos capas inmiscibles de líquidos. Se ha determinado que incluso tamaños promedio de gotita mayores que 30 jm pueden conducir a tal inestabilidad. Por otro lado, puede haber precipitación de cualquier sustancia agregada, que puede asentarse y cuya precipitación debe evitarse tanto como sea posible.
En muchos casos, la composición para labrado de metales de acuerdo con la invención es una emulsión. Existen en general dos tipos de emulsiones:
1 .) Puede haber emulsiones que son micro-emulsiones o macro-emulsiones, que muestran un tamaño promedio de gotita de preferencia de aproximadamente 100 nm hasta aproximadamente 50 jm . La emulsión se ve usualmente casi clara o translúcida para un tamaño promedio de gotita en el intervalo de desde aproximadamente 0,1 jm o aproximadamente 0,15 jm a aproximadamente 0,3 jm . Si luce casi translúcida a ligeramente turbia, se puede decir que luce opaca. Usualmente luce ligeramente para un tamaño promedio de gotita en el intervalo de desde aproximadamente 0,3 jm a 1 jm . Usualmente luce turbia para un tamaño promedio de gotita en el intervalo mayor que 1 jm . Sin embargo, para emulsiones estables, el tamaño promedio de las gotitas con frecuencia es menor que 30 jm .
2 .) Las micro-emulsiones muestran con frecuencia un tamaño promedio de gotita en un intervalo de desde 5 nm a 150 nm o en un intervalo de desde 20 nm a 100 nm. No obstante, los concentrados son micro-emulsiones que lucen usualmente claras, como una solución clara o que es translúcida. Como los concentrados que no son micro-emulsiones claras con frecuencia no son muy estables, se prefiere que los concentrados sean incluso micro-emulsiones claras.
Se ha determinado que, si un concentrado es claro o translúcido, es una micro-emulsión y es estable. Si un concentrado luce opaco, muy opaco o turbio, el concentrado puede ser estable o puede ser inestable. Para las diluciones, no existe problema si no lucen claras o translúcidas, sino opacas, muy opacas o turbias. Estas pueden lucir claras o translúcidas, pero no lo necesitan. Las micro-emulsiones o las macro-emulsiones no requieren ser claras o translúcidas.
La mayor parte de las composiciones acuosas para labrado de metales de la presente invención son emulsiones, las que son como concentrados mayormente son micro-emulsiones y aquellas que son diluciones en su mayoría son microemulsiones o macro-emulsiones. Las diluciones con frecuencia muestran una estabilidad tal que no hay separación de ninguna fase visible a simple vista y que es una micro-emulsión clara o translúcida, o una macro-emulsión transparente, opaca o más o menos turbia en una composición diluida con agua pura o con agua dura de hasta 1200 ppm de contenido de Ca.
Si se aumenta la cantidad del componente (a) y/o si se disminuye la cantidad del componente (c), puede haber muchas veces un cambio en la consistencia de la composición para labrado de metales de micro-emulsiones a macro-emulsiones; y también normalmente, al contrario. Si se aumenta o disminuye la cantidad de cualquier componente (a), (b) y/o (c), puede haber en ocasiones también un cambio en la consistencia de la composición para labrado de metales de microemulsiones a macro-emulsiones.
Lo más preferido, las composiciones para labrado de metales de la presente invención comprenden o consisten esencialmente en la siguiente combinación de componentes: [(a1) y/o (a3)] y (b1) y (c3) y (d1) y (e), que son que son concentrados, preferentemente micro-emulsiones o incluso micro-emulsiones claras y que son diluciones, preferentemente micro-emulsiones o macro-emulsiones. Cada componente se representa en este documento por al menos una sustancia agregada o contenida o ambas. Lo más preferido, estos componentes están contenidos en los contenidos siguientes en un concentrado: [(a1) y/o (a3)] en un contenido total en un intervalo de desde 10 a 20 % en peso, (b1) en un contenido de 5 a 10 % en peso, (c3) en un contenido en un intervalo de desde 10 a 20 % en peso, (d1) en un contenido total en un intervalo de desde 5 a 15 % en peso, (e) en un contenido en un intervalo de desde 70 a 25 % en peso y opcionalmente componentes como cualquier componente seleccionado del grupo que consiste en A a D en un contenido total de cero o en un intervalo de desde 0,01 a 10 % en peso.
Preferentemente, una emulsión de un concentrado o de una dilución muestra un tamaño promedio de gotita predominantemente en un intervalo de desde 10 nm a 50 |jm o más preferido en un intervalo de desde 50 nm a 10 |jm. Los intervalos razonables para el tamaño promedio de las gotitas están con frecuencia en un intervalo de desde 0,15 a 50 micrómetros o de desde 0,15 micrómetros a 30 micrómetros. Cuando una composición para labrado de metales como un concentrado, es diluida, se puede formar una solución verdadera, una micro-emulsión clara, especialmente con un tamaño promedio de gotita en un intervalo de desde 5 a 150 nm o una emulsión (= macro-emulsión) especialmente con un tamaño promedio de gotita en un intervalo de desde 150 nm a 50 micrómetros.
En el caso de que estén contenidas partículas sólidas en una composición para labrado de metales, una dispersión (concentrada o dilución) muestra preferentemente tamaños promedio de partículas predominantemente en un intervalo de desde 10 nm a 10 jm o más preferido en un intervalo de desde 50 nm a 1 jm . Como pueden estar presentes compuestos sólidos en una composición para labrado de metales, pueden estar contenidos partículas de cera, partículas de devastado y/o partículas de ondeado. Pero tales compuestos particulados sólidos se usan rara vez y usualmente solo en una pequeña cantidad.
El término “satisfacer su función en múltiples metales" significa que la composición para labrado de metales usualmente tiene buena lubricidad en al menos dos materiales metálicos diferentes, que se pueden seleccionar preferentemente de aluminio, magnesio, titanio, zinc, cualquiera de sus aleaciones, bronce y acero. En los ejemplos de la presente solicitud, una prueba para lubricidad solo se realiza en aleación o aleaciones de aluminio y de acero o aceros, respectivamente. Esta prueba señala bien la utilidad para diferentes materiales metálicos, si la prueba de lubricidad en aluminio y en acero da buenos resultados.
Preferentemente, la composición acuosa para labrado de metales tiene con frecuencia una viscosidad a 25 °C en un intervalo de desde 0,05 a 10 Pa-s o más preferido en un intervalo de desde 0,2 a 3 Pa-s.
La composición de la presente invención puede incluir adicionalmente, si se desea en escasas realizaciones, uno o más de los aditivos seleccionados del grupo que consiste en los componentes opcionales A a D.
La composición acuosa para labrado de metales de la invención puede comprender preferentemente de forma adicional en total 0,002 a 60 % en peso del al menos un compuesto opcional seleccionado del grupo de los componentes opcionales A a D. El componente A puede estar contenido en un contenido de 0 % en peso o en un intervalo de desde 0,002 a 30 % en peso o preferentemente en un intervalo de desde 1 a 20 % en peso. El componente B puede estar contenido en un contenido de 0 % en peso o en un intervalo de desde 0,002 a 5 % en peso en un intervalo de desde 0,1 a 2 % en peso. El componente C puede estar contenido en un contenido de 0 % en peso o en un intervalo de desde 0,002 a 3 % en peso en un intervalo de desde 0,1 a 1,5 % en peso. El componente D puede estar contenido en un contenido de 0 % en peso o en un intervalo de desde 0,002 a 30 % en peso o preferentemente en un intervalo de desde 1 a 20 % en peso.
Preferentemente, la composición acuosa para labrado de metales comprende al menos un componente A opcional que confiere lubricidad o compuesto A que confiere lubricidad, que es un aceite vegetal, un aceite animal, un derivado etoxilado, propoxilado o etoxilado-propoxilado o cualquier combinación o parte de cualquiera de estos, pero su contenido solo está contenido en la composición para el labrado de metales de la presente invención en un intervalo de desde 1 a 200 % en peso de su contenido del componente (a), preferentemente en un intervalo de desde 20 a 180 % en peso o de desde 40 a 160 % en peso o de desde 60 a 140 % en peso. El al menos un componente A opcional que confiere lubricidad o el compuesto A que confiere lubricidad puede ser un compuesto soluble en agua, dispersable en agua, miscible en agua o insoluble en agua. Los compuestos A especialmente preferidos son los derivados etoxilados, que opcionalmente pueden ser compuestos contenidos en cualquier aceite vegetal o animal o ambos que se purifican, refinan, acondicionan, modifican químicamente, sintetizan o preparan mediante cualquier combinación de estos.
Preferentemente, la composición acuosa para labrado de metales comprende al menos un biocida B, al menos un fungicida B o ambos.
Preferentemente, la composición acuosa para labrado de metales de la invención comprende al menos un agente C antiespumante y/o al menos un desespumante C. El componente opcional C se selecciona preferentemente de poliglicoles, siloxanos, polisiloxanos y ceras.
Finalmente, un contenido de material polimérico orgánico se puede agregar o está contenido en la composición acuosa para labrado de metales de la invención como el componente opcional D. Tal material polimérico orgánico D puede contener o consistir predominantemente en monómeros, oligómeros, cooligomeros, polímeros y/o copolímeros a base de ionómeros, acrilamida, ácido acrílico/ácido metacrílico, butano, epóxido, etileno, isobutileno, poli-a-olefina, poliamida, poligliceroles, poliisobuteno, propileno, estireno, ácido polisulfónico, uretano, su o sus ésteres y/o su o sus sales. Preferentemente, la composición acuosa para labrado de metales comprende al menos un componente opcional D, que está basado en monómeros, oligómeros, cooligómeros, polímeros y/o copolímeros de acrilamida, ácido acrílico/ácido metacrílico, butano, epóxido, etileno, ionómeros, isobutileno, poli-a-olefina, poliamida, poligliceroles, poliisobuteno, propileno, estireno, ácido polisulfónico, uretano, su o sus ésteres y/o su o sus sales. Los materiales orgánicos preferidos incluyen, por ejemplo: Copolímero de acrilamida-(met)acrilato, copolímero de etileno-(met)acrilato, copolímero de estireno-(met)acrilato, copolímero de uretano-carbonato, copolímero de uretano-carbonato-..., copolímero de uretanoéster-carbonato, copolímero de isobutileno-buteno, ácido polisulfónico. Estos materiales orgánicos a veces se pueden agregar como sólidos, como emulsiones o como líquidos. Tal material polimérico orgánico D puede ser útil para mejorar aún más la lubricidad y al mismo tiempo mejorar la bioestabilidad de la composición. Puede agregarse y usarse para muchos tipos de operaciones de corte, conformado y conformado en frío, que requieren altos grados de lubricidad. El contenido de tal material polimérico orgánico D en la composición acuosa para labrado de metales se puede seleccionar en un intervalo de desde 0,1 a 50 % en peso o en un intervalo de desde 1 a 30 % en peso o en un intervalo de desde 3 a 15 % en peso o en un intervalo de desde 5 a 10 % en peso.
El método para preparar una composición acuosa para labrado de metales de la invención se caracteriza por agregar primero al agua cualesquier compuestos (b) y (d), después se agrega cualesquier compuestos (a) y posteriormente (c), durante cuyo procedimiento de mezcla hasta aquí se usa un calentamiento a temperaturas en el intervalo de 30 a 50 °C y agitado -en donde esta sucesión de mezclado, calentamiento y agitado se usa para obtener una emulsión estable- y opcionalmente después se agregan todos los demás compuestos. A solicitud, el concentrado preparado se puede diluir con agua hasta el grado de dilución deseado.
La aplicación de la composición acuosa para labrado de metales de la invención se puede realizar por lavado, aspersión, aspersión a alta presión, cepillado, revestimiento con rodillo, inmersión u otro de tales métodos como agua corriente. El sustrato de metal recubierto se puede labrar después, por ejemplo, cortar, rectificar o maquinar de la forma deseada, en donde la composición líquida corriente para labrado de metales proporciona un efecto lubricante favorable.
El método de uso de una composición acuosa para labrado de metales de la presente invención se caracteriza porque la composición acuosa para labrado de metales se puede usar como un refrigerante y/o como un lubricante y/o para doblar, para pre-estampar, para mandrinar, para horadar, para enfriar, para conformar en frío, para conformar en caliente, para cortar, para embutir, para taladrar, para forjar, para rectificar, para matrizar, para bruñir, para hidroconformar, para ondear, para lubricar, para conformar, para fresar, para prensar, para punzonar, para escariar, para laminar en frío, para laminar en caliente, para aserrar, para estampar, para sangrar, para roscar, para tornear o para cualquier combinación de estos.
Fue sorprendente que las composiciones acuosas para labrado de metales de la presente invención muestren una lubricidad tan alta para muchos materiales metálicos diferentes de forma que puede ser usada de forma excelente para satisfacer su función en múltiples metales.
Fue además sorprendente que las composiciones acuosas para labrado de metales de la presente invención muestren una excelente protección contra la corrosión para materiales metálicos muy diferentes.
Además, fue sorprendente que las composiciones acuosas para labrado de metales de la presente invención presentan una excelente estabilidad de la emulsión para los concentrados, así como para las diluciones.
Fue además sorprendente que las composiciones acuosas para labrado de metales de la presente invención dan como resultado superficies metálicas limpias, brillantes y lisas de las piezas metálicas acabadas que han sido labradas con esta composición.
Finalmente, fue sorprendente que las composiciones acuosas para labrado de metales de la presente invención muestran casi todas las propiedades que se esperan de los requisitos de la industria, incluso usualmente baja formación de espuma y alta bioestabilidad, así como a pesar de las composiciones altamente respetuosas con el medio ambiente como cero VOC, ausencia de alcanolaminas y/o ausencia de aceites de petróleo.
Ejemplos y ejemplos comparativos
Esta invención puede apreciarse más a detalle considerando los siguientes ejemplos, incluidas las realizaciones preferidas, que no pretenden limitar de ninguna manera la invención.
Propiedades y su medición:
La composición acuosa para labrado de metales de la invención tiene preferentemente una lubricidad medida como número del torque promedio de no más de 300 N-cm, cuando se mide en una prueba Microtap con el instrumento para taladrado y roscado con torque Microtap Megatap II-G8 de Microtap GmbH en Alemania.
Tal instrumento para taladrado y roscado con torque es llamado con frecuencia instrumento Microtap. La prueba se puede realizar de acuerdo con la norma ASTM D5619 taladrando una barra de metal o aleación, especialmente una barra de aluminio 6061 o acero 1018 o ambos. La prueba Microtap no se realiza exactamente de acuerdo con esta norma, pero se utiliza de acuerdo con los procedimientos de prueba recomendados por el fabricante del instrumento para diluciones del 10 % en peso o en raras ocasiones por debajo del 5 % en peso. La barra de metal generalmente tiene orificios pretaladrados. La muestra de la composición para labrado de metales se agrega al orificio. Después, un macho de roscar taladrará a través del orificio, y el instrumento medirá el número de torque, usando una profundidad de 14,4 mm, una velocidad de 660 rpm, un torque de 700 N-cm y una fuerza de 5 N-cm para 6061 barras de aluminio y usando una profundidad de 14,4 mm, una velocidad de 500 rpm, un torque de 700 N-cm y una fuerza de 5 N-cm para 1018 barras de acero. En la prueba Microtap, un macho de roscar taladra a través de un orifico lleno con la composición para labrado de metales, y los datos de resultado del instrumento muestran un número de torque en N-cm. Muy buenos datos para el aluminio y sus aleaciones muestran < 200 N-cm y muy buenos datos para el acero muestran < 230 N-cm.
La composición acuosa para labrado de metales de la invención tiene preferentemente una estabilidad tal que no se produce separación de ninguna fase visible a simple vista, sino una emulsión clara o transparente o más o menos turbia o cualquier combinación de estas en una composición diluida únicamente con agua pura o con agua dura con un contenido de Ca de hasta 1200 ppm de Ca. Si hay una emulsión inestable, se dividirá con el tiempo y la división será visible a la vista. Hay dos tipos de pruebas de estabilidad:
A) Para medir la estabilidad de un concentrado:
1. ) Prueba de horno a 50 °C durante 3 ciclos y cada ciclo es de 24 horas.
2. ) Prueba de congelado/descongelado Congelar una muestra concentrada a aproximadamente -16 °C y después descongelar a temperatura ambiente, también se usa en 3 ciclos.
B) Para medir la estabilidad de una emulsión diluida:
Preparar la dilución con agua pura y otra dilución con agua dura de al menos 300 ppm de Ca, cada una concentración deseada usualmente a 5 o 10 % en peso, y después observar la estabilidad a simple vista al menos después de una semana (prueba de estabilidad de la emulsión).
Que no haya separación de la emulsión significa que la composición no se separa y que no hay parte sedimentada de la emulsión. Un concentrado estable puede tener una apariencia clara, transparente u opaca. No importa si es clara, transparente u opaca, en tanto que la composición para labrado de metales no se separe: Entonces es estable. Una emulsión puede ser incluso más o menos turbia, pero en tanto sea estable, no importa el aspecto que tenga una emulsión diluida.
Para la determinación de la estabilidad de una composición para labrado de metales, se han utilizado los siguientes métodos de prueba de estabilidad para concentrados y diluciones, en donde la verificación de la estabilidad de concentrados o diluciones solo a simple vista sigue siendo la forma más común:
Para muestras del concentrado:
En la prueba del horno a 50 °C, dejar una muestra concentrada en el horno a 50 °C durante 24 horas, después, sacar la muestra y dejarla en un banco hasta que la temperatura de la muestra concentrada disminuya a temperatura ambiente.
Si no se observa separación, que se pueda visualizar a simple vista, la muestra es estable. La prueba se repite dos veces más a 50 °C. La muestra concentrada debe ser estable, lo que significa que debe ser clara, transparente u opaca, pero no debe haber ninguna separación visible a simple vista.
En la prueba de congelado/descongelado, colocar una muestra concentrada en un congelador durante 24 horas para congelar la muestra, después sacar la muestra del congelador y dejarla en el banco hasta que se descongele y regrese al estado líquido. Repetir el congelado y descongelado dos veces más. No debe observarse separación a simple vista.
Para muestras diluidas:
Preparar una dilución al 5 % en agua dura que contenga 600 ppm de acetato de calcio. Dejar la solución a 50 ° C en un horno durante tres días. No debe observarse separación, de forma que las muestras de dilución aparezcan claras, opacas o turbias.
Preferentemente, la composición acuosa para labrado de metales de la invención tiene un efecto protector contra la corrosión. El efecto protector contra la corrosión se verifica preferentemente con una prueba de virutas de hierro fundido CIC [por sus siglas en inglés] que da como resultado una clasificación de corrosión de 2 o menos si se prefiere una barra de hierro fundido o más y aquí se usan pequeñas virutas limpias y se prueban en contacto con una composición diluida del 2 % en peso en agua desionizada durante 24 horas. El procedimiento de prueba de la prueba de virutas de hierro fundido (CIC [por sus siglas en inglés]) es similar, pero algunas mediciones no son idénticas a los datos de los métodos de prueba de la norma ASTM D4627 y DIN 51360-2: El tamaño de las virutas es menor y es de 2 a 3 mm, en el que se utilizan 2 g de virutas y 2 g de la composición acuosa para labrado de metales diluida al 5% en agua DI y 24 horas en una placa Petri con tapa. Cuanto menor sea el valor de la calificación, mejor. Los peores resultados muestran una calificación de 5, los mejores de cero. Empezando con un valor de calificación de 3, tales composiciones acuosas para labrado de metales no parecen ser aceptables para la industria.
Se espera que la composición para labrado de metales no tenga ningún efecto corrosivo en la herramienta y en muchos casos en partes de la máquina, si la composición para labrado de metales se ha probado con éxito en una prueba de CIC durante 24 horas.
Preferentemente, la composición acuosa para labrado de metales de la invención es estable contra el espumado, especialmente bajo las condiciones de operaciones específicas de un labrado de metales. En muchas operaciones de labrado de metales se busca que incluso la aspersión a alta presión no pueda causar problemas con la generación de espuma. Más adelante, la espuma generada durante una operación para el labrado de metales debería descomponerse después de la operación de trabajo de metales en 1 minuto o menos de 1 minuto para convertirse en una composición de bajo espumado.
Preferentemente, la composición para el labrado de metales es estable contra el espumado que ya no es espuma en una prueba de espuma realizada en un método de mezclador en un vaso de precipitados de 1000 ml con 200 ml de una composición para labrado de metales que tiene un 5% en peso del concentrado que tiene una concentración de sustancias activas del 5% en peso en agua con una batidora Black and Decker de 12 velocidades a velocidad 10 durante 5 minutos y de forma que después haya un momento de supresión de espuma inferior a 30 segundos para que la espuma se disipe. La supresión de espuma significa disipación total de la espuma, es decir, cero espuma en la superficie de una solución.
El método de prueba de espuma TM# 2142 es un método de prueba interna. No existe un método norma para la prueba de espuma. Una dilución del 5 % significa 5 % en peso de una muestra del concentrado en 95 % de agua Di. El propósito de esta prueba es determinar la cantidad de espuma generada en un sistema altamente agitado y el tiempo requerido para que esa espuma se disipe. Usar un vaso de precipitados Kimax de 1000 ml para que quede definida la altura del vaso de precipitados, una probeta graduada de 100 ml, una batidora Black and Decker de 12 velocidades con temporizador y cronómetro.
Procedimiento para la prueba de espuma:
1. Medir 190 ml del agua de la planta en el vaso de precipitados Kimax de 1000 ml.
2. Agregar 10 ml al vaso de precipitados del producto que se va a probar.
3. Colocar el vaso de precipitados bajo las palas de la batidora.
4. Mezclar a velocidad 10 durante 5 minutos.
5. Cuando se detenga la mezcla, comenzar a cronometrar y medir el total de mililitros de espuma.
6. Medir el tiempo que le tome disiparse a la espuma.
7. Registrar los resultados como la altura de la espuma y el tiempo de disipación.
Prueba de VOC de acuerdo con el método EPA24:
El contenido de VOC de una composición se registró de acuerdo con la norma ASTM D 2369-81, 87, 90, 92, 93, o 95, método de prueba estándar para contenido volátil de recubrimientos. Una muestra de un concentrado de fluido para labrado de metales se coloca a 110 °C por al menos 60 minutos o hasta que el peso se vuelva constante para expulsar toda el agua y los materiales orgánicos volátiles. Después, el contenido VOC se puede calcular por pérdida de peso en gramos/Litro.
Prueba del tamaño promedio de gotitas de una emulsión:
La prueba del tamaño promedio de gotitas de una emulsión se mide con un instrumento equipado con tecnología de dispersión de luz como Marvern Mastersizer. Un rayo de luz o un rayo láser atraviesa una emulsión y golpea partículas de emulsión o gotitas de aceite, que dispersan la luz y cambian la intensidad de la luz. A partir de los cambios de ángulo e intensidad de la luz, se puede calcular el tamaño medio de las gotitas.
Como las diferentes composiciones para labrado de metales se han probado para un material metálico a base de aluminio y para acero, se considera que estos materiales probados representan una gran mayoría de diferentes materiales metálicos, sino incluso todo tipo de materiales metálicos, satisfacer su función en múltiples metales.
Los materiales identificados con nombres químicos distintos a los estándar en la columna "Ingrediente" de la Tabla 3, así como otros ingredientes para tales ejemplos y pruebas, tienen las siguientes características, como se menciona en la siguiente Tabla 2. Estos son los compuestos más preferidos para ser usados en una composición para labrado de metales.
Tabla 2: Selección de algunos de los ingredientes usados para los ejemplos y ejemplos de comparación e información química de estos ingredientes____________________________ ______________________________________________
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(continuación)
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Para aprender de las pruebas cuáles son mejores y las mejores composiciones acuosas para labrado de metales, los compuestos de los componentes (b) y (c) agregados a la composición se mantuvieron en muchos ejemplos para observar la influencia de diferentes compuestos (a) y de otros compuestos en el sistema químico.
Las composiciones acuosas para labrado de metales para estos ejemplos y para pruebas posteriores se prepararon agregando primero al agua los compuestos seleccionados (b) y (d), después agregando los compuestos seleccionados (a) y posteriormente los compuestos seleccionados (c). Durante este procedimiento de mezclado, se utilizó calentamiento a temperaturas en el intervalo de 30 a 50 °C y agitado para obtener una emulsión y, opcionalmente, después se agregaron todos los demás compuestos seleccionados. A solicitud, los concentrados preparados se diluyeron con agua al grado de dilución deseado.
La Tabla 3 muestra una selección de 20 composiciones y sus propiedades de cerca de 400 diferentes composiciones probadas para determinar su lubricidad y estabilidad. Fue asombroso identificar los diferentes grados de lubricidad de los diferentes compuestos que confieren lubricidad probados e identificar los diferentes grados de emulsificación de los diferentes compuestos emulsionantes (c) probados. Además, fue sorprendente que no se entienda por sí mismo que una composición para labrado de metales estable funcione bien para la lubricidad en materiales metálicos basados tanto en aluminio como en aceros. Por lo tanto, era necesario aprender cómo preparar y estabilizar una composición para labrado de metales para satisfacer su función en múltiples metales. Fue sorprendente que sea posible tener una composición para labrado de metales estable que sea buen lubricante para satisfacer su función en múltiples metales que aún sea insuficiente en la protección contra la corrosión. Por lo tanto, no es sencillo obtener una composición para el labrado de metales que cumpla bien con los requerimientos anteriormente mencionados y que incluya al mismo tiempo un bajo espumado. Los ejemplos E3, E5, E6 y E17 son ejemplos inventivos. Los ejemplos E1, E2, E4, E7 a E16, E18 a E20, E26 y E27, así como CE1 a CE3 son ejemplos no inventivos.
Tabla 3: Selección de composiciones y resultados de la prueba para lubricidad y estabilidad
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La Tabla 3 muestra que incluso los concentrados para labrar metales opacos y turbios pueden mostrar excelentes propiedades, si la emulsión es estable. No se menciona la apariencia visual, si el concentrado o dilución muestra apariencia clara o translúcida. La estabilidad del concentrado es más importante que su apariencia visual. Todos los ejemplos de comparación muestran concentrados turbios o lechosos y todos ellos son inestables o se dividen, incluso CE4.
Hay una fuerte variación de los datos de lubricidad, incluso para ejemplos buenos a excelentes. Cuanto menores son los datos de lubricidad, mejor es la lubricidad de la composición. Muy buenos datos del torque para aluminio y sus aleaciones muestran < 200 N-cm y muy buenos datos del torque para acero muestran <230 N-cm. Muchas de las composiciones que muestran los datos de torque menores permiten su uso en operaciones para el labrado de metales difíciles.
La composición de CE1 no lo logró, una vez que no tiene suficientes compuestos emulsionantes (c). La composición de CE2 no lo logró, ya que tiene compuestos emulsionantes adecuados (c), aunque los compuestos (c) ya se había aumentado. La composición de CE1 no lo logró, una vez que no tiene suficientes compuestos emulsionantes (c), a pesar de que se aumentaron aún más las cantidades. Se supone que los valores HLB de una combinación de diferentes compuestos emulsionantes (c) influyen en el efecto emulsionante, de forma que no solo es importante la cantidad de cualquier compuesto emulsionante (c), sino que incluso las características químicas de tales compuestos deben seleccionarse de forma que estabilice la emulsión. Por lo tanto, debe tenerse cuidado específico en la selección adecuada de los compuestos emulsionantes (c).
La Tabla 4 muestra los resultados de la composición C del documento US 2009/0149359 A1 según se señala en sus ejemplos 1 y 2 en comparación con los resultados de las composiciones de la presente solicitud. Los ejemplos CE4 y E21 a E25 so ejemplos no inventivos.
Tabla 4: Composiciones y resultados de pruebas para composiciones seleccionadas y sus propiedades de la presente invención y para la mejor muestra C del documento US 2009/0149359 A1
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(continuación)
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Los datos con * para CE4 se mencionan en la publicación, pero los datos sin * para CE4 se han probado ahora con la formulación original no divulgada en comparación con los resultados de las composiciones de acuerdo con la presente solicitud. C = CE4 es el mejor ejemplo del documento US 2009/0149359 A1.
La tabla muestra claramente que, según esta publicación, no se han agregado compuestos (a) y (d). El pH de CE4 es significativamente menor que para E21 a E25. La lubricidad medida por los datos de taladrado y roscado con torque para acero de CE4 es mala en comparación con la de E21 a E25. La resistencia a la corrosión de CE4 también es claramente mala en comparación con la de E21 a E25 medida en una prueba de CIC. Incluso la estabilidad de la emulsión diluida de CE4 es muy inferior en comparación con la de E21 a E25 medida en una prueba de estabilidad de la emulsión para diluciones con agua pura y/o con agua dura.
Más adelante, se realizaron pruebas de campo a largo plazo en materiales metálicos muy diferentes que confirmaron el excelente comportamiento y propiedades en operaciones industriales para el labrado de metales de la composición para labrado de metales de la presente invención, que se determinaron antes en las pruebas de laboratorio y que se mostraron parcialmente arriba.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una composición acuosa para labrado de metales que comprende un concentrado o después de la dilución de un concentrado con agua en un diluyente:
- 6 a 40 % en peso del componente (a) que es un agente de lubricidad que comprende al menos un compuesto insoluble en agua (a) que tiene al menos una cadena alifática hidrofóbica y al menos un grupo polar que tiene una solubilidad en agua a 20 °C menor que 0,1 g/litro y que se selecciona del grupo de compuestos que consisten en:
• (a1) ácidos grasos que se seleccionan del grupo que consiste en ácido láurico/ dodecanóico, ácido mirístico/ tetradecanóico/ miristoléico, ácido pentadecanóico, ácido palmítico/ hexadecanóico/ palmitoléico/ hexadecapolienóico, ácido margárico/ margaroléico, ácido ricinoléico, ácido esteárico/ octadecanóico, ácido linoléico/ eicosanóico, ácido oleico, ácido linoleico/ linolénico/ octadecatetraenóico, ácido araquídico/ gadoléico/ eicosadienóico/ araquidónico/ eicosapentaenóico, ácido heneicosanóico, ácido behénico/ docosanóico/ erúcico/ docosapolienóico, ácido docosahexaenóico y ácido lignocérico;
• (a2) triglicéridos de tres ácidos carboxílicos iguales o dos o tres diferentes con base en ácido oleico, ácido esteárico, ácido ricinoleico, ácido erúcico, ácido lignocérico y/o ácido láurico; y
• (a3) derivados de compuestos (a1) o (a2) o ambos que tienen 12 a 5.000 átomos de carbono seleccionado de derivados clorados o sulfurados, ésteres, éteres, etoxilatos, etoxilatos-propoxilatos, propoxilatos, sales de metales alcalinos, sales de metales alcalinotérreos y compuestos que ha sido condensados con al menos un ácido carboxílico;
- 0,002 a 40 % en peso del componente (b) que comprende al menos un compuesto inhibidor de la corrosión soluble en agua (b) que tiene una solubilidad en agua a 20 °C mayor que 0,1 g/litro y que se selecciona del grupo que consiste en:
• (b1) ácidos monocarboxílicos, ácidos dicarboxílicos, ácidos tricarboxílicos y ácidos policarboxílicos lineales y/o ramificados, saturados y/o insaturados, que tienen en total de 6 a 40 átomos de carbono y que tienen una longitud de cadena de 4 a 12 átomos de carbono y sus sales de metales alcalinos y sales de metales alcalinotérreos;
- 0,002 a 45 % en peso de al menos un agente emulsionante y dispersante (c) que contiene al menos un compuesto emulsionante y/o dispersante (c) que es soluble en agua, miscible en agua o dispersable en agua y que se selecciona del grupo que consiste en tensoactivos no iónicos, aniónicos y zwitteriónicos que consiste en •
• (c1) alcoholes alquilo etoxilados, alcoholes alquilo etoxilados-propoxilados, alcoholes alquilo etoxilados con bloqueo del grupo terminal y alcoholes alquilo etoxilados-propoxilados con bloqueo del grupo terminal, y en donde el grupo alquilo de los alcoholes alquilo es saturado o insaturado y tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y tiene una estructura de cadena lineal o ramificada;
• (c2) fenoles alquílicos etoxilados, fenoles alquílicos etoxilados-propoxilados, fenoles alquílicos etoxilados con bloqueo del grupo terminal y fenoles alquílicos etoxilados-propoxilados con bloqueo del grupo terminal, en donde el grupo alquilo de los fenoles alquílicos -saturados o insaturados- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 18 y tiene una estructura de cadena lineal o ramificada;
• (c3) ácidos alcanoicos etoxilados o etoxilados-propoxilados, ácidos grasos etoxilados o etoxilados-propoxilados y/u otros ácidos orgánicos etoxilados o etoxilados-propoxilados, y en donde los ácidos alquilos tienen un radical alquilo -saturado, insaturado y/o cíclico- que tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila entre 4 a 24 y que tiene una estructura de cadena lineal o ramificada;
• (c4) copolímeros en bloque que contienen al menos un bloque de óxido de polietileno y al menos un bloque de óxido de polipropileno, así como copolímeros aleatorios, y en donde los copolímeros en bloque tienen un bloque de óxido de polietileno que comprende un número promedio de 2 a 100 unidades de óxido de etileno y un bloque de óxido de polipropileno que comprende un número promedio de 2 a 100 unidades de óxido de propileno;
• (c5) alquilpoliglucósidos cuyo grupo alquilo -saturado o insaturado- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila entre 4 a 18 y una estructura de cadena lineal o ramificada, y tiene un promedio de 1 a 5 unidades de al menos un azúcar, en donde la o las unidades del o de los azúcares están unidas glucosídicamente al grupo alquilo, en donde se entiende que el término “azúcar” incluye todos los sacáridos y todos los demás compuestos similares al azúcar;
• (c6) tensoactivos aniónicos cuyo grupo alquilo -saturado o insaturado- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila entre 4 a 24 y una estructura de cadena lineal o ramificada, en donde hay al menos un grupo sulfato o sulfonato presente en la molécula;
• (c7) sulfatos de éter cuyos alcoholes alquilo etoxilados o alcoholes alquilo etoxilados-propoxilados tienen un grupo sulfato, en donde el grupo alquilo de los alcoholes alquilo -saturados o insaturados- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y una estructura de cadena lineal o ramificada, en donde la cadena de óxido de etileno tiene un número promedio de 2 a 30 unidades de óxido de etileno y en donde la cadena de óxido de propileno tiene un número promedio de 1 a 25 unidades de óxido de propileno;
• (c8) fosfatos de éter cuyos alcoholes alquilo etoxilados o alcoholes alquilo etoxilados-propoxilados tienen un grupo fosfato, en donde el grupo alquilo de los alcoholes alquilo -saturados o insaturados- tiene un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y una estructura de cadena lineal o ramificada, y en donde la cadena de óxido de etileno tiene un número promedio de 2 a 30 unidades de óxido de etileno y en donde la cadena de óxido de propileno tiene un número promedio de 1 a 25 unidades de óxido de propileno;
• (c9) ésteres de fosfato cuyos uno o dos grupos alquilo -saturados o insaturados- tienen independientemente un número promedio de átomos de carbono que oscila desde 4 a 24 y una estructura de cadena lineal o ramificada, en donde hay un grupo fosfato presente en la molécula;
• (c10) monoglicéridos etoxilados, propoxilados, etoxilados-propoxilados o etoxilados, especialmente con grupos terminales cerrados;
• (c12) aminas grasas, así como aminas grasas etoxiladas, propoxiladas, etoxiladas-propoxiladas o etoxiladas, con grupos terminales cerrados;
• (c13) sorbitán y de sorbitanos que están etoxilados, propoxilados, etoxilados-propoxilados o etoxilados, con grupos terminales cerrados;
• (c14) ácido succínico y sus ésteres y sales;
- 0,002 a 30 % en peso de un agente de alcalinidad (d) que contiene al menos un compuesto alcalino soluble en agua (d) seleccionado del grupo que consiste en hidróxidos y carbonatos; y
- al menos 0,004 % en peso de un componente de transporte (e), en donde al menos 98 % en peso del componente de transporte (e) es agua,
en donde el agente de lubricidad (a) contiene al menos dos o al menos tres o al menos cuatro diferentes compuestos (a), en donde la relación en peso de los compuestos (a) a la del componente (b) a la del componente (c) está en un intervalo de desde 1: (0,5 a 2): (0,2 a 3).
2. La composición acuosa para labrado de metales de la reivindicación 1, en donde la composición para labrado de metales contiene los contenidos siguientes de los componentes en un concentrado: (a) en un contenido total en un intervalo de desde 10 a 20 % en peso, (b) en un contenido de 5 a 10 % en peso, (c) en un contenido en un intervalo de desde 10 a 20 % en peso, (d) en un contenido total en un intervalo de desde 5 a 15 % en peso, (e) en un contenido en un intervalo de desde 70 a 25 % en peso y opcionalmente componentes en un contenido total de cero o en un intervalo de desde 0,01 a 10 % en peso.
3. La composición de la reivindicación 1 o 2, que es una dispersión, emulsión y/o solución a 25 °C y de la cual al menos 95 % en peso de la composición está en estado líquido a 25 °C.
4. La composición de cualquiera de las reivindicaciones1 a 3, cuyo pH está en el intervalo de desde 5 a 13.
5. La composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que es una emulsión con un tamaño promedio de gotita hidrofóbica de gotitas hidrofóbicas en un intervalo de desde 10 a 200 nm para los concentrados y que es una emulsión con un tamaño promedio de gotita de las gotitas hidrofóbicas en el intervalo de desde 10 nm a 30 |jm para diluciones, en donde el tamaño promedio de gotita de la emulsión se mide con un instrumento equipado con tecnología de dispersión de luz como Marvern Mastersizer.
6. La composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que tiene una lubricidad según se mide como número de torque promedio no mayor que 300 N-cm, cuando se mide en una prueba Microtap con un instrumento de taladrado y roscado con torque Microtap Megatap II-G8 de Microtap GmbH.
7. La composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que tiene una estabilidad tal que no hay separación de ninguna fase visible a simple vista y que es una micro-emulsión clara o translúcida, o una macro-emulsión transparente, opaca o más o menos turbia en una composición diluida con agua pura o con agua dura de hasta 1200 ppm de contenido de Ca.
8. La composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el contenido del componente (a) está contenido en un intervalo de desde 6 a 28 % en peso.
9. La composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el componente inhibidor de la corrosión (b) contiene al menos dos o al menos tres o al menos cuatro compuestos diferentes (b), especialmente para optimizar la protección contra la corrosión.
10. La composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el componente (b) está contenido en un intervalo de desde 0,01 a 28 % en peso.
11. La composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el agente de alcalinidad (d) se selecciona de hidróxidos y carbonatos de metales alcalinos y de metales alcalinotérreos.
12. La composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el agente de alcanilidad (d) está contenido en un intervalo de desde 0,01 a 15 % en peso o de desde 0,1 a 12 % en peso o de desde 1 a 10 % en peso o de desde 3 a 12 % en peso.
13. Un método para preparar una composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 al agregar primero al agua cualesquier compuestos (b) y (d), después se agrega cualesquier compuestos (a) y posteriormente (c), durante cuyo procedimiento de mezcla hasta aquí se usa un calentamiento a temperaturas en el intervalo de 30 a 50 °C y agitado, y opcionalmente, después se agregan todos los demás compuestos.
14. Uso de una composición acuosa para labrado de metales de las reivindicaciones 1 a 12 como un refrigerante, como un lubricante y/o para doblar, para pre-estampar, para mandrinar, para horadar, para enfriar, para cortar, para embutir, para taladrar, conformar en frío, para conformar en caliente, para forjar, para rectificar, para matrizar, para bruñir, para hidroconformar, para ondear, para lubricar, para conformar, para fresar, para prensar, para punzonar, para escariar, para laminar en frío, para laminar en caliente, para aserrar, para estampar, para sangrar, para roscar, para tornear o para cualquier combinación de estos.
15. Un proceso de labrado de metales caracterizado porque la operación de labrado de metales se realiza por lavado, aspersión, aspersión a alta presión, cepillado, fluidez, acanalado, revestimiento con rodillo, inmersión o cualquier combinación de estos con la composición acuosa para labrado de metales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
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