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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von neuen chemischen Verbindungen, die sich beispielsweise als wasserverdünnbare Schmiermittel für die Metallbearbeitung eignen.
Üblicherweise werden bei Metall-Schneidbehandlungsopcrationcn, wie Bohren, Drehen, Mahlen, Drahtziehen und Schleifen, Schmiermittel auf der Basis von Mineralölprodukten verwendet. Manchmal bestehen die Schmiermittel aus wässerigen Emulsionen. Überdies werden zahlreiche Additive, beispielsweise die Schmierung verbessernde Höchstdruck-Additive (EP-additives), verwendet
Die während der letzten Jahre zunehmend steigenden Anforderungen hinsichtlich der Arbeitsumwelt und der
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in der Maschinenindustrie verwendeten Produkte weisen häufig Nachteile hinsichtlich einer unbefriedigenden Arbeitsumgebung und medizinischer Unzulänglichkeiten auf.
So verursachen die Produkte auf Mineralölbasis das Auftreten von Ölrauch und Ölnebel im Arbeitsraum und ein Verschmutzen in und um die Maschinen herum. Die Mineralöle und die Additive können Hautirritationen, Ekzeme und Allergien hervorrufen. Bei langwährendem Hautkontakt besteht auch ein Krobsrisiko. Beim Inhalieren der mit Öl vermischten Luft liegt auch das Risiko von Lungenschädigungen vor.
In verschiedenen Quellen wurde während der letzten Jahre auf das Vorliegen von kanzerogenen Mitteln in Schneidölen aufmerksam gemacht. Mineralöle enthalten polyaromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Benzpyrene. Zufolge der hohen Temperatur in der Schneidzone erscheint es möglich, dass Polyaromaten gebildet werden, wenn Produkte auf Mineralölbasis eingesetzt werden.
Zur Vermeidung des vorstehend aufgezeigten Problems beim Gebrauch von MetallbearbeitungsSchmiermitteln auf Mineralölbasis ist man mehr und mehr dazu übergegangen, Mineralöl-Emulsionen zu verwenden. Die Probleme mit der Bildung von Ölnebel und Ölrauch konnten bis zu einem bestimmten Ausmass herabgesetzt werden. Diese Produkte sind jedoch weit davon entfernt, unter einem Umweltschutzaspekt als frei von Problemen bezeichnet werden zu können.
Das Mineralöl hat weiterhin von sich aus nur ein begrenztes Schmiervermögen. Es müssen zu dem Schmiermittel daher zahlreiche verschiedene Additive zugesetzt werden. Wie das Mineralöl können auch diese Additive Hautirritationen verursachen. Zusätzlich zu die Schmierung verbessernden Additiven müssen die bekannten Mineralöl-Emulsionen spezielle Emulgatoren, Korrosionsinhibitoren und Bakterizide enthalten. Die Zusammensetzung einer Mineralöl-Emulsion wird hiedurch sehr kompliziert. Es wird daher schwierig, jene Verbindung bzw. jene Verbindungen ausfindig zu machen, die in einem speziellen Fall Probleme verursachen.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem umweltschonenden und hochfunktionellen MetallbearbeitungsSchmiermittel, das heisst, nach einem umweltschonenden Schmiermittel, das durch ein gutes Schmier- und Kühlvermögen bei hohen Obcrfiachcndrückcn und/oder Schneid- und Umwandlungsgeschwindigkeiten zu Produkten mit einem gewünschten Aussehen, mit den gewünschten Toleranzen und einem Obcrflächenfinish führt und gleichzeitig einen verminderten Verschleiss der eingesetzten Werkzeuge ergibt Überraschenderweise ist es gelungen, den vorstehend angeführten Anforderungen zu entsprechen und neue Verbindungen für wasscrverdünnbare Mctallbearbeitungs-Schmiermiuel zur Verfügung zu stellen.
Diese neue Verbindung zeichnen sich dadurch aus, dass sie der allgemeinen Formel
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entsprechen, worin
R einen Alkylrest mit 3 bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, R 1 einen gegebenenfalls verzweigten Alkylrest oder einen ungesättigten Alkylrest mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet,
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Phenylenrest steht,
R3 ein protonisienes Amin oder ein Alkalimetallkation bedeutet, m einen Wert von 3 bis 6 aufweist, n mindestens 1 und kleiner als m ist und p einen Wen von 0, 5 bis 6, vorzugsweise 0, 5 bis 3. aufweist, wobei (n+p) nicht grösser als m ist.
Es werden spezielle Vorteile erzielt, wenn die neuen Verbindungen als einzige Verbindung oder als
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werden. DieKupfer und Kupferlegierungen.
Ein nnwendungsferuges Schmiermittel auf Wasserbasis kann beispielsweise 70 bis 90 Gew. % Wasser, vorzugsweise 90 bis 99 Gew. % Wasser, enthalten, während der Rest oder der Hauptanteil des Restes aus der neuen Verbindung besteht.
Es ist bemerkenswert, dass ein wässeriges Schmiermittel mit bis zu 99 Gew. % Wasser ,gutes Schmierve : m3en und gute korrosionsinhibicrende Eigenschaften aufweisen kann.
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: htet,neuen erfindungsgemäss erhältlichen Verbindung besteht. Das Wasser kann in der Verbindung gelöst oder emulgiert werden. Ein solches Schmiermittel mit einem verhältnismässig hohen Anteil an der erfindungsgemäss erhältlichen Verbindung eignet sich besonders für solche Metallbcarbcitungs-Operationen, bei denen hohe Anforderungen an die Filmfestigkeit und das Schmiervennögen gestellt werden.
Gemäss einer dritten Ausführungsform können die erfindungsgemäss erhältlichen Verbindungen als eine von mehreren Verbindungen in einem wässerigen Schmiermittel eingesetzt werden, das beispielsweise Mineralöl, synthetische Ester, Polyalkylenglykoladdukte oder fette Öle auf pflanzlicher oder tierischer Basis enthalten kann.
Die erfindungsgemass erhältlichen Verbindungen können auch zur Erzielung eines verbesserten
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wobei diese Verbindung in Wasser emulgiert oder darin gelöst ist.
Ein solches Schmiermittel erbringt einen besonders guten Effekt, beispielsweise beim Schleifen, Bohren, Drahtzichen, Räumen und Drehen.
Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders gut geeignete Verbindung entspricht der allgemeinen Formel
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Das verbliebene Xylol wurde unter Vakuum abgezogen. Das erhaltene Produkt, nämlich 391, 5 g TMP-Oleat mit einem OH-Wert von 285 mg KOHlg, war bei 20"C ein klares, helles Öl.
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5Beispiel 2 :
1 Mol (138, 4 g) Pentaerythrit (PENTA), 2, 7 Mol (427, 1 g) Pelargonsäure (eine aliphatische Cg-Säure) und 65 g Xylol wurden in einen Glaskolben eingebracht, der mit einem Rührer, einem Wasserscheider, einem Thermometer und einer Zuführung für Inertgas ausgestattet war.
Die Temperatur wurde nach und nach auf 250 C gesteigert, worauf das bei der Veresterung gebildete Wasser abgeschieden wurde. Bei einer Säurezahl von weniger als 3 mg KOH/g wurde die Umsetzung abgebrochen. Das restliche Xylol wurde unter Vakuum abgetrennt. Es wurden 517 g PENTA-Pelargonat in Form eines klaren, hellen Öles bei 20 OC und mit einem OH-Wert von 135 mg KOH/g erhalten.
1 Mol (517 g) PENTA-Pclargonat wurden bei einer Temperatur von 150 C mit 1 Mol (98 g) Maleinsäureanhydrid in einem Glaskolben umgesetzt, der mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestattet war. Hiebei wurden 609 g PENTA-Pelargonat-Malcat mit einer Säurezahl von 88 mg KOH/g nach dem Absaugen erhalten. Das Produkt war bei 20 OC ein helles, klares Öl.
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abgebrochen. Das restliche Toluol wurde abgetrennt. Es wurden 517 g PENTA-2-ethylhexoat mit einem OHWert von 108 mg KOH/g erhalten. Das Produkt war klares, helles Öl bei 20 C.
1 Mol (517 g) PENTA-2-cthylhexoat wurden mit 1 Mol (146, 1 g) Adipinsäure unter Stickstoffatomsphäre in einem Glaskolben, der mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestattet war, in Gegenwart von Toluol und bei einer Temperatur von 250'C umgesetzt. Die Reaktion wurde durch 1, 5 Stunden fortgesetzt, worauf das bei
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abgetrennt.
641 g PENTA-2-ethylhexoat-adipat mit einer Säurezahl von 82 mg KOH/g wurden erhalten. Das Produkt war ein niedrigviskoses Öl bei 40 C.
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:1 Mol (138, 4 g) Pentaerythrit (PENTA), 1 Mol (273, 3 g) Oleinsäure und 65 g Xylol wurden in einen Glaskolben eingebracht, der mit einem Rührer, einem Wasserscheider, einem Thermometer und einer Zuführung für Inertgas ausgestattet war.
Die Temperatur wurde nach und nach auf 250 C gesteigert, worauf das bei der Veresterung gebildete Wasser abgetrennt wurde. Bei Erreichen einer Säurezahl von weniger als 1 mg KOH/g wurde die Umsetzung abgebrochen. Das restliche Xylol wurde unter Vakuum abgetrennt Das Produkt wurde unter Druck filtriert, um nicht umgesetztes PENTA abzutrennen. Es wurden 370 g PENTA-Oleat mit einem OH-Wert von 226 mg KOH/g erhalten. Das Produkt war bei 20 C ein niedrig-viskoses, hellbraunes Öl.
286 g PENTA-Oleat wurden bei einer Temperatur von 150"C mit 108 g Phthalsäureanhydrid in einem Glaskolben umgesetzt, der mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestattet war. Nach dem Filtrieren
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mit einer Säurczahlgebildeten Wassers auf destiativem Weg verwendet.
Die Temperatur wurde allmählich auf 260 C erhöht, worauf das bei der Veresterung gebildete Wasser abgetrennt wurde. Bei Erreichen einer Säurezahl von weniger als 2 mg KOH/g wurde die Umsetzung abgebrochen. Das restliche Xylol wurde unter Vakuum abgetrennt. Es wurden 411 g TMP-2-Ethylhcxoat mit einem OH-Wert von 99 mg KOH/g erhalten. Das Produkt war ein bei 20 oe niedrig-viskoses, hclles Öl.
1 Mol (411g) TMP-2-Etylhexoat und 0, 8 Mol (117 g) Adipinsäure wurden in einen Glaskolben eingebracht,
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Beispiel) 6 :
1 Mol (517 g) PENT A-2-Ethylhexoat, das gemäss Beispiel 3 hergestellt worden war, wurde mit 1 Mol (188 g) Azelainsäure bei 250 oe unter Stickstoffalmosphärc in einem Glaskolben umgesetzt, der mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestattet war. Die Reaktion wurde 1, 5 h bei Atmospharendruck und hierauf weitere 30 min lang unter Vakuum bei einem Druck von 106 mbar ablaufen gelassen. Die Temperatur betrug stets 250 C. Es wurden 680 g PENTA-2-Ethylhexoatazelat mit einer Säurezahl von 72 mg KOH/g erhalten. Das Produkt war bei 40"C ein niedrig-viskoses Öl.
Beispiel 7 :
1 Mol (250 g) Di-Trimethylolpropan (Di-TMP), 2, 8 Mol (403 g) 2-Ethylhexansäure und 30 g Xylol wurden in einen Glaskolben eingebracht, der mit einem Rührer, einem Wasserscheider, einem Thermometer und einer Inertgas-Zuführung ausgestattet war. Das Xylol wurde zur azeotropen Wasserabtrennung benützt
Die Temperatur wurde langsam auf 260 C erhöht, worauf das bei der Veresterung gebildete Wasser abgetrennt wurde. Bei Erreichen einer Säurezahl von weniger als 2 mg KOH/g wurde das Erhitzen abgebrochen und das restliche Xylol wurde unter Vakuum abgezogen. Es wurden 603 g Di-TMP-2-Ethylhexoat mit einem OH-Wert von 109 mg KOH/g erhalten.
Das Produkt war ein bei 20'C niedrig-viskoses, helles Öl.
1 Mol (603 g) Di-TMP-2-Ethylhexoat und 1, 2 Mol (175 g) Adipinsäure wurden in einen Glaskolben eingebracht, der mit einem Rührer, einem Thermometer und einer Inertgas-Zuführung ausgestattet war. Die
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hierauf weitere 30 min unter Vakuum gleichfalls auf diesem Wert gehalten (Druck von 133 mbar). Es wurden 756 g Di-TMP-2-Ethylhexoat-adipat mit einer Säurezahl von 87 mg KOH/g erhalten. Das Produkt war ein bei 40 oe niedrigviskoses Öl.
Beispiel 8 :
25 g TMP-Oleat-Phthalat, hergestellt gemäss Beispiel l, wurden mit 4 g N. N-Dimethylethanolamin
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stabile,milchähnliche Emulsion erhalten wurde. Die Emulsion eignet sich besonders als Schmier- und Kühlmedium, beispielsweise bei Schneidoperationen, wie Bohren und Drahtziehen.
Beispiel 9 :
25 g PENTA-Pelargonat-malcat, hergestellt gemäss Beispiel 2, wurden mit 10 g Triethanolamin und 8 g
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vcn.'scht,unter Rühren in 172 g Wasser eingebracht, worauf eine 20 %ige, stabile, durchsichtige Emulsion erhalten wurde.
Diese Emulsion eignet sich unter anderem sehr als Pressflüssigkeit für Metallblech, beispielsweise beim Tiefziehen von Blechen aus rostfreiem Metall.
Beispiel
25 g PENTA-2-Ethylhexoat-adipat, hergestellt gemäss Beispiel 3, wurden mit 10 g Triethanolamin vermischt.
Das erhaltene Gemisch wurde unter Rühren in 1715 g Wasser eingebracht, worauf eine 2 %ige, stabile, halbdurchsichtige Emulsion erhalten wurde. Diese Emulsion eignet sich unter anderem hervorragend als Schleifflüssigkeit.
Beispiel n :
25 g PENTA-Olcat-Phthalat, hergestellt gemäss Beispiel 4, wurden mit 10 g Triisopropanolamin vermischt.
Das erhaltene Gemisch wurde unter Rühren in 165 g Wasser eingebracht, worauf eine 5 % ige, stabilc, milchähnliche Emulsion erhalten wurde. Diese Emulsion eignet sich sehr als Schmier- und Kühhncdium, beispielsweise bei Schneidoperationen, wie Bohren und Drahtziehen.
Beispiel 12 :
25 g TMP-2-Ethythexoat-adipat. hergesteHt gemäss Beispiel 5, wurden mit 3. 6 g Diethanolamin und 2, 9 g Ethylenglykolmonobutylether vermischt. Das erhaltene Gemisch wurde unter Rühren in 598 g Wasser eingebracht, worauf eine 5 %ige, stabile milchähnliche Emulsion erhalten wurde. Diese Emulsion eignet sich
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und K,Beispiel13 :
25 g PENTA-2-Ethylhexoat-azelat, hergestellt gemäss Beispiel 6, wurden mit 12 g Triethanolamin und 3. 7 g Diethylenglykolmonobutylether vermischt. Das erhaltene Gemisch wurde unter Rühren in 773 g Wasser eingebracht, worauf eine 5 %ige, stabile, durchsichtige Emulsion erhalten wurde.
Die Emulsion eignet sich sehr als Schmier- und Kühlmedium, beispielsweise bei Schneidoperationen wie Bohren und Drahtziehen.
Beispiel 14. :
25 g Di-TMP-2-Ethylhexoat-adipat, hergestellt gemäss Beispiel 7, wurden mit 5, 2 ss N. N- Dimethylaminoothylpropanol und 3,0 g Diethylenglykolmonobutylether vermischt. Das erhaltene Gemisch wurde unter Rühren in 627 g Wasser eingebracht, worauf eine 5 % ige, stabile, milchahnliche Emulsion erhalten wurde. Die Emulsion eignet sich sehr als Schmier- und Kühlmedium, beispielsweise für Schneidoperationen wie Bohren und Drahtziehen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsformen beschränkt, weil diese innerhalb des Rahmens der Erfindung in verschiedener Weise modifiziert werden können.