SE513669C2

SE513669C2 - Vattenhaltig metallbearbetningsvätska

Info

Publication number: SE513669C2
Application number: SE9900111A
Authority: SE
Inventors: Rolf Skoeld
Original assignee: Rolf Skoeld
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2000-10-16
Also published as: WO2000042136A1; EP1153113A1; AU2335600A; SE9900111D0; SE9900111L; US6592775B1

Description

7.

Den europeiska patentpubIiÉaíiåerÉEÉ-Q-Olßüäât beskriver användning av en tertiär alkanolaminförening för reduktion av frigjord kobolt Enligt publikationen kan den tertiära alkanolarninföreningen med fördel kombineras med karboxylsyror för ytterligare skydd mot frigörelse av kobolt och mot korrosion av järn. Även om , denna kombination förbättrar egenskaperna utgör den inte en tillfredsställande i lösning på problemen.

Målsättningen med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en vattenhaltig rnetallbearbetningsvätska, som inte bildar utfàllningar, som är klibbiga eller svåra att avlägsna. Samtidigt skall den vattenhaltiga metallbearbetnings- vätskan vara lätta att upparbeta och återanvända, uppvisa utmärkt smöriande förmåga och ha låg korrosivitet.

Det har nu överraskande visat sig att dessa egenskaper uppvisas av en vattenhaltig metallbearbetningsvätska, som har formen av en klar lösning vid 20°C, utfälles vid en temperatur högre än 20°C och innehåller a) en nonjonisk polypropylenglykolförening, som innehåller 6-100, företrädesvis 1.0-50 propylenoxigrupper, och saknar närvaro av kolvätegrupper med mer än 1,2 kolatomer, och b) minst en vattenlöslig anjonisk förening som utgöres av en fosfatester eller ett eterkarboxylat, som båda innehåller 1-40, företrädesvis 4-20 alkylenoxigrupper med 2-4 kolatorner, och saknar närvaro av kolvätegrupper med mer än 12 kolatomer.

Enligt uppfinningen har det visat sig att polypropylenglykolföreningen och de anioniska föreningarna samverkar vid metallbearbetning om vätskans temperatur överstiger grumlingstemperaturen, varvid en samfälld utfällning av föreningarna och en synergistiskt förbättrad smörjning erhålles Lämpligen är halten av polypropylenglyklföreningen 02-5 viktprocent och halten av de anjoniska föreningarna 02-5 viktprocent. Vätskan är lämplig att användas vid skärande bearbetning, såsom borrning, fräsning, svarvning, slipning och gängning, och omformande bearbetning, såsom valsning, djupdragning, trycksvarvning och rullgängning.

Metallbearbetningsvätskan. enligt uppfinningen har en relativt hög kritisk micellkoncentration (CMC), vilket leder till att halterna av de smöriande komponenterna kan hållas på en relativt hög nivå utan att CMC överskrides. Halter 5133 669 av de smörjande föreningarna under GMC leder även till. att emulgeringen av läckande oljor från arbetsmaskinen är låg och att oljoma lätt kan avlägsnas tillsammans med andra vattenolösliga föroreningar pà känt sätt vid en temperatur under metallbearbetningsvätskans grumlingstemperatur. Företrädesvis innehåller j därför metallbearbetningsvätskan de smörjande komponenterna len halt av 50- 100% av blandningens CMC vid. vätskans bearbetningstemperatur.

Upparbetningen av metalibearbetningsvätskan kan ske bland annat genom filtrering eller centrifugering En lämplig metod är att filtrera vätskan genom ett hydroﬁlt membran av regenerad cellulosa och med en porstorlek som släpper igenom linjära polymerföreningar med en molekylvlkt under 100 000. Den. läckande oljan kan vanligtvis fullständigt avlägsnas om ﬁltrets porstorlek ej överstiger 0,1 mikrometer. Det är även möjligt att rena vätskan från vattenlösliga föroreningar, såsom salter, genom att utföra reningsprocessen vid en temperatur över vätskans grumlingspunkt och avlägsna åtminstone en del av vattnet och de däri lösta föroreningarna från de utfällda smörjande-föreningarna.

Eftersom metallbearbetningsvätskan effektivt kan renas reduceras behovet av biocider, korrosionsinhibitorer och kompletterande tillsatser av de smörjande föreningarna samtidigt som metallbearbetningsvätskans livstid förlängs och miljöproblemen reduceras.

Lämpliga polypropylenglykolföreningar att användas i metallbearbetnings- vätskan är föreningar med formeln RO(AO)..H (l), där R är väte eller en kolvätegrupp med 1-12 kolatomer, företrädesvis 1-8 kolatomer, AO är en alkylenoxigrupp med 2-3 kolatomer, varvid minst 50 av alla alkylenoxigrupper utgöres av propylenoxigrupper, och m är ett tal från 6-100, företrädesvis från 10-50. Föredragna polypropylenglykolföreningar är polypropylenglykol med en molekylvikt av 700-3 000 samt glykolföreningar med en molekylvikt av 750-4 000, där R i formelnl är väte, och som innehåller såväl etylenoxigrupper som propylenoxigrupper.

Fosfatestern, som även harkorrcsionshämmande egenskaper, utgöres lämpligen av föreningar med formeln R1(oxyalkylen),,OP(0)(X)(OH) (ll) eller 513 669 4 (HO)2(O)P-(oxialkylen)q-OP(O)(OH)2 (lll), där R, är en alkylgrupp. med 1-12 kolatomer, X är en hydroxylgrupp eller gruppen R1O, där R, har den ovan angivna betydelsen, oxialkylen är en grupp med 2-4 kolatomer, p är ett tal från 1-20, företrädesvis 4-15, och q är ett tal från 4-40, företrädesvis 5-20, eller ett företrädesvis monovalent salt därav. Lämpligen väljes (oxialkylemp-gruppen och (oxialkylemq-gruppen ifosfatestrarna med formeln ll respektive formeln lll på ett sådant sätt att estrarna kommer att bli vattenlösliga i vatten vid 20°C. Den alifatiska gruppen R, kan vara mättad eller omättad, rak eller grenad och innehåller företrädesvis 2-8 kolatomer. F osfatestrarna med formeln ll utgöres företrädesvis till minst 50 viktprocent av monoestrar. l formeln lll består polyoxialkylenkedian företrädesvis åtminstone partiellt av oxialkylengrupper med 3-4 kolatomer och m är företrädesvis minst 5, eftersom dessa difosfatestrar förutom sin smörjande effekt även ger ett betydande korrosionsinhiberande tillskott. Speciellt lämpliga är sådana difosfatestrar, som» innehåller en polyoxipropylenkedja med 8-15 oxipropylengrupper.

Eterkarboxylatet, som även har en betydande korrosionshämmande förmåga, utgöres lämpligen av föreningar med formeln R50 där Rs är en kolvätegrupp med 1-12 kolatomer, företrädesvis 2-8 kolatorner, AO är en alkyleneoxigrupp med 2-3 kolatomer och r är ett tal från 1-15, eller ett företrädesvis monovalent salt därav.

Halten av polypropylenglykolföreningen och de anjoniska föreningarna kan variera inom vida gränser men är normalt mellan 0,5 och 8 viktprocent, företrädesvis mellan 1 och 7 viktprocent av metallbearbetningsvätskan klar för användning. Viktförhàllandet mellan polypropylenglykolföreningen och de anjoniska föreningarna är normalt mellan 1:10 och 5: 1. Mängden vatten utgör vanligtvis från 75-995 viktprocent. Vätskan kan även innehålla ett antal andra additiv, såsom kompletterande korrosionsinhiberande. additiv och Smörjmedel, pH- reglerande eller -kontrollerande tillsatser, bakericider, viskositetsförhöjande tillsatser, löslighetsförbättrande medel, parfymer, färgämnen etc Exempel på lämpliga kompletterande korrosionsinhibitorer, som även har viss smöriande förmåga, är oorganiska föreningar, såsom alkalimetallhydroxider och borsyra, och reaktionsprodukter mellan borsyra ochleller karboxylsyror med 51? 669 organiska föreningar, såsom alkanolaminer, eller alkenylbämstenssyror eller salter därav.. Exempel på lämpliga alkenylgrupper är oktenyl-, dekenyl-, di(isobutenyl)- och tri(propenyl)grupper. l-ialten av dess kompletterande korrosionsinhibitorer kan vara upp till 3 viktprocent av kylsmörimedlet.

De löslighetsförbättrande medlen är vanligtvis lågmolekylära föreningar med minst en bydroxylgrupp och kan. i första hand användas för att reglera metallbearbetningsvätskans grumlingspunkt i ett koncentrat, men de kan även användas för att anpassa vätskan efter de temperaturförhàllanden, som råder under metallbearbetningen. Molekylvikten är vanligtvis under 400. Exempel på vanliga löslighetsförbättrande är propylenglykol, metyldipropylenglykol, etyldietylenglykol, butyldietylenglykol och butyltrietylenglykol.

Vid framställning av en metallbearbetningsvätska enligt uppfinningen är det lämpligt att först bereda ett koncemräl, exempelvis genom att först blanda polyetylenglykolföreningen och de anioniska föreningarna och vatten och därefter de kompletterande. beståndsdelarna Mängden vatten är lämpligen 5-80 viktprocent. av koncentratet. Ett typiskt koncentrat enligt uppfinningen har följande sammansättning i viktprocent.' polypropylenglykolförening+anjoniska föreningar ZO-Qät företrädesvis 50-90°/i kompletterande korrosionsinhibitorer 0-30, företrädesvis O-20% vatten 5-80, företrädesvis 10-50% andra beståndsdelar 0-30, företrädesvis 0-20% Den totala mängden av kompletterande korrosionsinhibitorer och andra beståndsdelar är ofta från 5-30 viktprocent av koncentratet. innan koncentratet användes utspädes det med vatten så att kylsmörjmedlet klart för användning kommer att ha en total halt av 0, 5-8 viktprocent, företrädesvis 1-7 viktprocent.

Föreliggande uppfinning illustreras ytterligare av nedanstående utföringsexempel. l dessa exempel användes nedanstående symboler.

PPG 900 = polypropylenglykol med molekylvikten 900 PPG 1800 = polypropylenrglylšål med molekylvikten 1800 Phi = CsH1s(ÛC2H4)50P0(ÛH.)2 Ph2 = C6H13(OC3H6)4OPO(OH)2 Ph3 = n-butyl(OC3Hf~,)100PQ_(__()__i-_l)2 513 669 é EC = CxHz=+1O(C2H4O),.C2H4COOH, där x = 2-12 och när 1 och 8 OCSA = oktenylbärnsterisyra TEA = trietanolamin Exempel 1 Den smöriande förmågan hos några olika vattenhaltiga metallbearbetnings- vätskor innehållande PPG-QOO och Ph1 eller Ph3 och eventuellt OSCA testades vid 25°C i vätskornas resrvoarer, vilket är en temperatur under vätskornas grumlingstemperatur, och jämfördes med den smörjande förmågan hos de individuella komponentema. Metallbearbetningsvätskorna bereddes genom att. de aktiva komponenterna löstes i vatten med en hårdhetsgrad av 4. 7°dH, varefter pH iusterades till. 9 genom tillsats av KOH. Smörifömiàgan. hos de olika vätskorna mättes genom att mäta det nötningsmärke som erhölls under 2 minuter med en modifierad Timkenmaskin under användning av stålringar och stàlcylindrar av kvalitén A4138, ytterdiameter 35 mm. Följande resultat erhölls.

Tabell 1 Smöriförmåga Test F ormulering Nötningsmärke, mm 1 2% PPG-QOO 1.03 2% Ph1 1.28 3 2% Ph3 0.83 4 2% OCSA 0.97 5 1% PPG-QOO; 1% Ph1 1.01 6 1% PPG-QOO; 1% Ph3 0.83 7 213% PPG-900; 213% Ph1; 2/3% OCSA 0.93 8 213% PPG-QOO; 213% Ph3; 213% OCSA 0.90 Av resultaten framgår att formuleringarna enligt uppfinningen i testen 5-8 uppvisar en synergistisk smörjande effekt ijämförelse med smöriförmågan hos de ingående komponenterna. Speciellt tydlig är effekten mellan PPG-900 och Ph1. 513 669 7 Exempel 2 Ett antal metallbearbetningsvätskor med en sammansättning enligt uppﬂnningen framställdes genom att tillsätta de komponenter, som angives i Tabell 2 till vatten med en hàrdhetsgrad av 4.7°dH. Deras smörjförmâga jämfördes med formuleringarna där de anjoniska komponenterna ersatts med PPG-1800.

Smörjtesterna utfördes på samma sätt som i exempel 1. Följande resultat erhölls.

Tabell 2 Smörjförmâga.

Test Fonnulering Nötningsmärke, mm 1 i fó.e% Pm; 0,25% Pläo-tjísoog; 1% TEA f 1.03 2 06% Phz; 025% PPGf/Ã1*sTOö;'1'% TEA “ “ i 1.47 s o,s% Ec; 0,25% PPe-1eoo; 1% TEA 1.70 4 06% Pm; 025% PPe-eoo; 1% TEA 1.23 A 035% PPG-1soo; 1% TEA 1.83 B 085% PPG-sno; 1% TEA 1.87 Resultaten visar att formuleringarna i testerna 1-4 har väsentlig bättre smörjande förmåga än jämförelseformuleringarna i testerna A och B. f 'Ü “I" '¥3 Bli '

Claims

515 669 s Patentkrav

1. Vattenhaltig metallbearbetningsvätska, kännetecknad därav, att den har formen av en klar lösning vid 20°C, utfälls vid en temperatur högre än 20°C och innehåller a) en polypropylenglykolförening, som innehåller 6-100 propylenoxigrupper, och saknar närvaro av kolvätegrupper med mer än 12 kolatomer, och b) minst en vattenlöslig anjonisk förening, som utgöres av en fosfatester eller ett eterkarboxylat, varvid den anjoniska föreningen innehåller 1-40 oxialkylengrupper med 2-4 kolatomer och saknar närvaro av kolvätegrupper med mer än 12 kolatomer.

2. Metallbearbetningsvätska enligt krav 1, kännetecknad därav, att polypropylenglykolföreningen har formeln RO(AO)..H (l), där R är väte eller en kolvätegrupp med 1-24 kolatomer betydelsen, AO är en alkylenoxigrupp med 2-3 kolatomer, varvid minst 50% av alla alkylenoxigrupper utgöres av propylenoxigrupper, och m är ett tal från 6-100,

3. Metallbearbetningsvätska enligt krav 2, kännetecknad därav, att polypropylenglykolföreningen är en polypropylenglykol med en molekylvikt av 700- 3 000.

4. Metallbearbetningsvätska enligt något av kraven 1-3, kännetecknat därav, att fosfatestern har formeln R1(oxyalkylen),,OP(O)(X)(OH) (ll) eller (HO)2(O)P-(oxialkylen)q-OP(O)(OH)2 (lll), där R1 är en alkylgrupp med 1-12 kolatomer, X är en hydroxylgrupp eller gruppen RlO, där R1 har den ovan angivna betydelsen, oxialkylen är en grupp med 2-4 kolatomer, p är ett tal från 1-20 och q är ett tal från 4-40, eller ett salt därav.

5. Metallbearbetningsvätska enligt krav 4, kännetecknad därav, att fosfatestern med formeln ll till minst 50% utgöres av en monoester, och att R1 är en alkylgrupp med 2-8 kolatomer, oxialkylengrupperna innehåller 2-3 kolatomer och pär ett tal från 3-15. 513 669 9

6. Metallbearbetningsvätska enligt krav 4, kännetecknad därav, att oxialkylengruppern i fosfatestern med formeln lll till minst 50% utgöres av oxialkylengrupper med 3-4 kolatomer och att q är ett tal från 6-20.

7. Metallbearbetningsvätska enligt något av kraven 1-6, kännetecknad därav, att eterkarboxylatet har formeln R-,O(AO),C2H4COOH (lV), där Rs är en kolvätegrupp med 1-12 kolatomer, företrädesvis 2-8 kolatomer, AO är en alkyleneoxigrupp med 2-3 kolatomer och r är ett tal från 1-15.

8. Metallbearbetningsvätska enligt något av kraven 1 -7, kännetecknad därav, att den innehåller 0,2-5 viktprocent av polypropylenglykolföreningen och 0.2-5 viktprocent av den anjoniska föreningen.

9. Koncentrat, kännetecknat därav, att det innehåller i viktprocent polypropylenglykolförening+anjoniska föreningar enligt krav 1-7 20-95% kompletterande korrosionsinhibitorer 0-30% vatten 5-80% andra beståndsdelar 0-30%

10. Koncentrat enligt krav 9, kännetecknat därav, att det innehålleri viktprocent polypropylenglykolförening+anjoniska föreningar 50-90% kompletterande korrosionsinhibitorer 0-20% vatten 10-50% andra beståndsdelar O-20% varvid halten av de kompletterande korrosionsinhibitorerna och de andra beståndsdelarna är 5-30 viktprocent.