DD299316A5 - METHOD FOR PRODUCING A BIOSTABILEN EMULSABLE AND METAL CORROSION-RESISTANT EP-ACTIVE SUBSTANCE - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines biostabilen emulgierbaren und die Metallkorrosion hemmenden EP-Wirkstoffes fuer chlorfreie EP-legierte wassermischbare Kuehlschmierstoffe fuer die Metallzerspanung unter Verwendung an sich bekannter Ausgangsstoffe und Verfahrensgrundzuege des Systems Borsaeure - Diethanolamin - Fettsaeure. Das Verfahren ist eine durch definierte Mol- und Masseverhaeltnisse der Reaktanten in differenzierter Verfahrensfuehrung unter Einbeziehung von Synthesezwischen- und Nebenprodukten gekennzeichnete abproduktfreie Synthese eines multifunktionellen Wirkstoffes.Process for the preparation of a biostable emulsifiable and the metal corrosion inhibiting EP active substance for chlorine-free EP-alloyed water-miscible cooling lubricants for metal cutting using known starting materials and process bases of the system boric acid - diethanolamine fatty acid. The process is a non-product-free synthesis of a multifunctional active ingredient characterized by defined molar and mass ratios of the reactants in a differentiated process procedure, including synthesis intermediates and by-products.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines biostabilen emulgierbaren und korrosionsinhibierenden EP-Wirkstoffes für die Formulierung chlorfreier biostabiler EP-legierter wassermischbarer Kühlschmierstoffe für die Metallzerspanung.The invention relates to a method for producing a biostable emulsifiable and corrosion-inhibiting EP active substance for the formulation of chlorine-free biostable EP-alloyed water-miscible cooling lubricants for metal cutting.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Umsetzungen von Borsäure mit Aminoalkoholen bzw. von Borsäure, Aminoalkoholen und Fettsäuren werden in der Literatur in verschiedener Form als Grundlage zur Herstellung biostabiler wassermischbarer Kühlschmierstoffe beschrieben.Reactions of boric acid with amino alcohols or of boric acid, amino alcohols and fatty acids are described in various ways in the literature as a basis for the preparation of biostable water-miscible cooling lubricants.

Die Borsäure wird dabei als biostatisch wirkende Trägerkomponente genutzt und findet in zwei verschiedenen stofflichen Grundkonzepten Eingang.The boric acid is used as a biostatic carrier component and is used in two different basic concepts.

Im ersten Fall wird die Borsäure mit den für ihre korrosionsinhibierende Wirkung bekannten Alkanolaminen kombiniert und diese in das stoffliche Grundkonzept von konventionellen Mineralölemulsionen mit ihren Aufbaukomponenten Grundöl, Emulgator, EP-Wirkstoff, Korrosionsinhibitor und grenzflächenaktive Zusätze eingepaßt. Grundlage solcher Systeme sind die Patentschriften US-P 4022713, DE-AS 1311060, EP 178177.In the first case, the boric acid is combined with the known for their corrosion inhibiting effect alkanolamines and these fitted in the basic material concept of conventional mineral oil emulsions with their constituents base oil, emulsifier, EP active ingredient, corrosion inhibitor and surface-active additives. Basis of such systems are the patents US-P 4022713, DE-AS 1311060, EP 178177.

Nachteil dieser Erzeugnisse ist, daß bei Produkten mit hohen Anforderungen an die Spannungsleistung die Annäherung an konventionelle Mineralölemulsionen soweit geht, daß zur Aufrechterhaltung der biostatischen Funktion auf den Zusatz von Bioeiden nicht vollständig verzichtet werden kann.Disadvantage of these products is that for products with high demands on the voltage performance, the approach to conventional mineral oil emulsions goes so far that to maintain the biostatic function on the addition of Bioeiden can not be completely dispensed with.

Eine zweite Gruppe stellen biostabile Kühlschmierstoffe dar, die Reaktionsprodukte aus Alkanolaminen, Fettsäuren und/oder Oxethancarbonsäuren und Borsäure sind, die neben biostatischer Langzeitwirkung und korrosionsinhibierenden Eigenschaften hohes Emulgiervermögen besitzen. Derartige Produkte oder Wirkkombinationen gemäß DE-OS 2757322, DD-AP 232261, US-P 4297236 eignen sich sehr gut zur Herstellung biostabiler Kühlschmierstoffe. Sie sind je nach Anforderung mit herkömmlichen EP-Additiven zu mild unü hoch EP-legierten Produkten kombinierbar, ohne daß die biostatischen Eigenschaften durch den Einbau von Bioeiden fixiert werden müssen.A second group is biostable coolants, which are reaction products of alkanolamines, fatty acids and / or oxethanocarboxylic acids and boric acid, which in addition to biostatic long-term action and corrosion inhibiting properties have high emulsifying power. Such products or active combinations according to DE-OS 2757322, DD-AP 232261, US-P 4297236 are very well suited for the production of biostable coolants. Depending on the requirements, they can be combined with conventional EP additives to mildly mild and highly EP-alloyed products, without having to fix the biostatic properties by incorporating bio-wastes.

Von Nachteil ist, daß sie bezogen auf die differenzierte technologische Beanspruchung in der Metallzerspanung eineThe disadvantage is that they related to the differentiated technological stress in metal cutting a

unzureichende multifunktionelle EP-Wirkung besitzen. Für hohe Anforderungen an die Spanungsleistung ist deshalb der Zusatzbekannter EP-Wirkstoffe, insbesondere chlorhaltiger Zusätze erforderlich.have insufficient multifunctional EP action. For high demands on the power is therefore the addition of known EP active substances, in particular chlorine-containing additives required.

Als Nachteil resultiert hieraus eine erhöhte Umweltbelastung. Markenerzeugnisse dieser Art basieren insbesondere auf dorAs a result, this results in an increased environmental impact. Branded products of this kind are based in particular on dor Patentschrift DD-AP 232261. Das hier beschriebene „Katalytische Verfahren zur Hei stellung von Amiden" hat den Nachteil, daßPatent DD-AP 232261. The "catalytic process for the preparation of amides" described here has the disadvantage that

durch die Reaktionsführung die verwendeten Borsäureester nur als Reaktionsmedium und/oder Energieträger und alsby the reaction, the boric acid ester used only as a reaction medium and / or energy sources and as

Katalysator dienen und die latent vorliegende Möglichkeiten als Reaktionskomponenten für die Wirkstoffsynthese nicht genutztCatalyst serve and the latent possibilities are not used as reaction components for drug synthesis

werden.become.

Die entstehenden Fettsäureamide sind den aus den klassischen Chemie bekannten Amiden für hautfreundliche KosmetikaThe resulting fatty acid amides are known from classical chemistry amides for skin-friendly cosmetics

vergleichbar. Die für Kühlschmierstoffe wichtige EP-Wirkung besitzen sie nicht.comparable. They do not have the important EP-effect for cooling lubricants.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines biostabilen emulgierbaren und die Metallkorrosion inhibierenden EP-Wirkstoffes, der es ermöglicht, chlorfreie biostabile EP-Wirkung zeigende wassermischbare Kühlschmierstoffe für die Metallzerspanung herzustellen.The aim of the invention is a process for the preparation of a biostable emulsifiable and the metal corrosion inhibiting EP active substance, which makes it possible to produce chlorine-free biostable EP-effect water-miscible cooling lubricants for metal cutting.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine differenzierte mehrstufige Prozeßführung der Umsetzung Borsäure,According to the invention the object is achieved by a differentiated multi-stage process control of the reaction boric acid, Diethanolamin und Fettsäure und Kombination des Synthese-Endproduktes mit Zwischen- und Nebenprodukten der SyntheseDiethanolamine and fatty acid and combination of the final synthesis product with intermediate and by-products of the synthesis

gelöst.solved.

Es wurde gefunden, daß in Abhängigkeit von den Molverhältnissen der Reaktanten, der Temperaturführung und derIt has been found that, depending on the molar ratios of the reactants, the temperature control and the Reaktionszeit emulgierbare Synthese-Endprodukte entstehen, die Metallkorrosion inhibierende Eigenschaften oder EP-WirkungReaction time emulsifiable synthesis end products arise, the metal corrosion inhibiting properties or EP-effect

zeigen. Dabei ist die Ausbild mg der einen oder anderen Produkteigenschaft durch die Gegenläufigkeit der Verfahrensparametercharakterisiert.demonstrate. In this case, the image mg of one or the other product property is characterized by the opposition of the process parameters.

Bei gleichbleibenden Molverhältnisse führen steigende Reaktionstemperaturen und steigende Reaktionszeiten zur bevorzugtenAt constant molar ratios, increasing reaction temperatures and increasing reaction times lead to the preferred Ausbildung eines sehr gut emulgierenden EP-Wirkstoffes, bei den mit zunehmender Emulgierfähigkeit und EP-Wirkung dieFormation of a very well-emulsifying EP active ingredient, in which with increasing emulsifying ability and EP effect the Korrosionsschutzwirkung gegenüber Metallen abnimmt. Die Veränderung der Mol- und Masseverhältnisse bei konstantenCorrosion protection against metals decreases. The change in molar and mass ratios at constant Reaktionstemperaturen und -zeiten hingegen bewirkt die mehr oder minder starke Ausprägung von reibungs- undReaction temperatures and times, on the other hand, cause the more or less pronounced expression of friction and

verschleißmindernden Eigenschaften.wear-reducing properties.

Οαη,η die Synthese eines ionogonen Emulgators vom Typ einer Fettsäurediethanolaminseife und dessen Reaktion mit einemΟαη, η the synthesis of a fatty acid diethanolamine soap type ionogonal emulsifier and its reaction with a

Borsäurediethanolaminester wird ein emulgierbarer EP-Wirkstoff erzeugt, in dem das Masseverhältnis Seife:Ester 1:1 bis 1,8:1,Boric acid diethanolamine ester is an emulsifiable EP active substance produced in which the mass ratio soap: ester 1: 1 to 1.8: 1,

die Reaktionstemperatur mind. 180⁰C und max. 2OS⁰C und die Reaktionszeit 30-70min betragen. Als Fettsäure kommt einthe reaction temperature min. 180 ⁰ C and max. 2OS ⁰ C and the reaction time 30-70min. As fatty acid comes

Gemisch ungesättigter und gesättigter Fettsäuren der Kettenlänge C 14 bis C 22 mit einem Anteil ungesättigter Fettsäuren vonMixture of unsaturated and saturated fatty acids of chain length C 14 to C 22 with a proportion of unsaturated fatty acids of

50-80% zum Einsatz, welches im Molverhältnis Diethanolamin:Fettsäure von 1,5:1 bis 1:1 bei 80 bis 100°C innerhalb von30-120min zur Fettsäurediethanolaminseife umgesetzt wird, wobei das bei dieser Reaktion sich bildende Reaktionswasser im50-80% is used, which is converted in the molar ratio of diethanolamine: fatty acid from 1.5: 1 to 1: 1 at 80 to 100 ° C within 30-120min to fatty acid diethanolamine soap, wherein the water of reaction formed in this reaction in

System verbleibt. Bei der Weiterführung der Reaktion durch Umsetzung der Seife mit dem im MolverhältnisSystem remains. In the continuation of the reaction by reacting the soap with the molar ratio Diethanolamin:öorsäure von 2,5:1 bis 4:1 bis 23O⁰C in 30 bis 90min entstehendem Borsäurediethanolaminester, bildet sichDiethanolamine: oleic acid from 2.5: 1 to 4: 1 to 23O ⁰ C in 30 to 90min incurred boric acid diethanolamine ester is formed

unter Abscheidung von Reaktionswasser ein Vielstoffgemisch grenzflächenaktiver und umformaktiver Wirksubstanzen. Diewith deposition of water of reaction, a multi-substance mixture of surface-active and form-active active substances. The

Ausbildung dieser Eigenschaften führt gleichzeitig dazu, daß die Inhibitorwirkung gegenüber Metallen deutlich absinkt.At the same time, the formation of these properties leads to a marked decrease in the inhibitory effect on metals. Es wurde gefunden, daß dieser Nachteil des Synthese-Endproduktes ausgeglichen wird, wenn das als Zwischenprodukt bei derIt has been found that this disadvantage of the final synthesis product is compensated for when used as an intermediate in the Herstellung des Borsäurediethanolaminesters durch partielle Reaktion bei 90-110⁰C entstehende Reaktionsgemisch mit dem beiPreparation of Borsäurediethanolaminesters by partial reaction at 90-110 ⁰ C resulting reaction mixture with the at

der Stoffumwandlung anfallenden Prozeßwasser dem Synthese-Endprodukt in einer Mischstufe bei 40-100⁰C wieder zugeführtthe material conversion resulting process water fed back to the final synthesis product in a mixing stage at 40-100 ⁰ C.

wird. »becomes. »

Damit wird eine abproduktfreie Syntheseführung ermöglicht und als Endprodukt der erfindungsgemäße biostabile emulgierbareThus, a synthesis-free synthesis guide is made possible and as the end product of the invention biostable emulsifiable

und die Metallkorrosion inhibierende EP-Wirkstoff erhalten.and the metal corrosion inhibiting EP active ingredient obtained.

Ausführungsbeispielembodiment

Herstellung eines biostabilen emulgierbaren und korrosionsinhibierenden EP-Wirkstoffes in einem mehrstufigen Reaktionsprozeß gemäß Abb. 1.Production of a biostable emulsifiable and corrosion-inhibiting EP active substance in a multi-stage reaction process according to FIG. 1.

Reaktor 1: Synthese der FettsäurediethanolaminseifeReactor 1: Synthesis of fatty acid diethanolamine soap Im Reaktor werden 1,3 Mol Diethanolamin und 1,0 Mol Fettsäuregemisch der Kettenlänge C14 bis C 22 mit einem Anteil vonIn the reactor 1.3 moles of diethanolamine and 1.0 mole of fatty acid mixture of chain length C14 to C 22 in a proportion of

65% Ölsäure bei 90⁰C, 45min unter Rühren zur Reaktion gebracht. Das entstehende Reaktionswasser verbleibt im System.65% oleic acid at 90 ⁰ C, reacted for 45min with stirring. The resulting reaction water remains in the system.

Reaktor 2: Synthese des Borsäurediethanolaminesters und ZwischenproduktReactor 2: Synthesis of boric acid diethanolamine ester and intermediate Im Reaktor werden 3,0 Mol Diethanolamin und 1,0 Mol Borsäure vorgelegt und unter Rühren bei HO'Cdie Borsäure vollständig3.0 mol of diethanolamine and 1.0 mol of boric acid are initially introduced into the reactor and the boric acid is completely dissolved with stirring under H 2 O 2

gelöst und partiell mit dem Diethanolamin umgesetzt. Ein Anteil von 5% des Reaktionsgemisches wird dem Reaktor entnommenund im Lagerbehälter 1 zwischengelagert.dissolved and partially reacted with the diethanolamine. A 5% portion of the reaction mixture is removed from the reactor and stored in storage vessel 1.

Anschließend wird das restliche Reaktionsgemisch innerhalb von ca. 60min bis auf 23O⁰C aufgeheizt. Dabei kommt es unterSubsequently, the remaining reaction mixture is heated to about 23O ⁰ C within about 60min. It gets lost Abscheidung von Reaktionswasser, das im Lagerbehälter 2 gesammelt wird, zur Bildung eines Borsäurediethanolaminesters.Separation of reaction water collected in the storage tank 2 to form a boric acid diethanolamine ester. Reaktor 3: Herstellung des Synthese-EndproduktesReactor 3: Preparation of the final synthesis product Nach Beenden der Wasserabspaltung im Reaktor 2 wird der heiße Borsäurediethanolaminester in den Reaktor 3 überführt undAfter completion of the elimination of water in the reactor 2, the hot Borsäurediethanolaminester is transferred to the reactor 3 and

die Fettsäurediethanolaminseife aus dem Reaktor 1 zudosiert.the fatty acid diethanolamine soap is metered from the reactor 1.

Dieses Reaktionsgemisch wird erneut aufgeheizt und innerhalb vonca. 50min bei 200 bis 205⁰C unter Abspaltung von Wasser zurThis reaction mixture is reheated and stored within approx. 50min at 200 to 205 ⁰ C with elimination of water to Reaktion gebracht. Das entstehende Reaktionswasser wird dabei ebenfalls >m Lagerbehälter 2 aufgefangen. Die Reaktion istReaction brought. The resulting reaction water is also collected in the storage container 2. The reaction is

beendet, wenn kein Reaktionswasser mehr anfällt.stopped when no more water of reaction arises.

Reaktor 4: Aufmischen des WirkstoffesReactor 4: Mixing of the active ingredient

Das Syntheseproduk: aus Reaktor 3 wird heiß in Reaktor 4 abgelassen und aus den Lagerbehältern 1 und 2 werden das * Synthesezwischenprodukt und das Reaktionswasser durch IntensivesRühren zum biostabilen emulgierbaren und korrosionsinhibierenden EP-Wirkstoff aufgemischt, wobei sich eine Mischtemperatur von 40 bis 100⁰C einstellt.The Syntheseproduk: from reactor 3 is discharged hot into reactor 4 and from the storage tanks 1 and 2, the synthesis * intermediate and the water of reaction are mixed by intensive stirring to bio-stable emulsifiable and corrosion-inhibiting EP active, with a mixing temperature of 40 to 100 ⁰ C is established.

Claims (5)

-1- 23J316 Patentanspruch:-1- 23J316 claim: 1. Verfahren zur Herstellung eines biostabilen und emulgierbaren und die Metallkorrosion inhibierenden EP-Wirkstoff für wassermischbare Kühlschmierstoffe auf der Grundlage von Reaktions-Produkten aus Borsäure, Diethanolamin und Fettsäure, gekennzeichnet dadurch, daß durch definierte Molverhältnisse der Reaktanten und definierter Reaktionstemperatur und -zeit in einer differenzierten Prozeßführung die Kombination des Synthese-Endproduktes mitZwischen- und Nebenprodukten der Synthese so erfolgt, daß unter Einbindung aller Reaktionspartner ein Wirkstoff erhalten wird, Indem nebeneinander Stoffverbindungen vorliegen, die emulgierende, die Metallkorrosion inhibierende und EP-Wirkung zeigende Eigenschaften besitzen.1. A process for preparing a biostable and emulsifiable and the metal corrosion inhibiting EP active substance for water-miscible cutting fluids based on reaction products of boric acid, diethanolamine and fatty acid, characterized in that defined by molar ratios of the reactants and defined reaction temperature and time in a differentiated process control, the combination of the final synthesis product with intermediate and by-products of the synthesis is carried out so that, with the involvement of all reactants, an active ingredient is obtained by juxtaposed substance compounds having emulsifying, the metal corrosion inhibiting and EP-action exhibiting properties. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein ionogener Emulgator vom Typ einer Fettsäurediethanolaminseife mit einem Borsäurediethanolaminester im Masseverhältnis 1:1 bis 1,8:1 innerhalb von 30 bis 70 min, vorzugsweise 40 bis 60 min, bei mind. 18O⁰C bis max. 205⁰C unter Abscheidung von Wasser als Nebenprodukt zur Reaktion gebracht werden.2. The method according to claim 1, characterized in that an ionic emulsifier of the fatty acid diethanolamine soap type with a boric acid diethanolamine ester in a mass ratio of 1: 1 to 1.8: 1 within 30 to 70 minutes, preferably 40 to 60 minutes, at least. 18O ⁰ C up to max. 205 ⁰ C are reacted with deposition of water as a by-product. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der ionogene Emulgator vom Typ einer Fettsäurediethanolaminseife durch Umsetzung von Diethanolamin mit einem Gemisch ungesättigter und gesättigter Fettsäuren der Kettenlänge C 14 bis C 22 mit einem Anteil von ungesättigter Fettsäure von 50-80% im Molverhältnis Di3thanolamin:Fettsäure von 1:1 bis 1,5:1 bei 80⁰C bis 100⁰C in einer Reaktionszeit von 30 bis 70 min hergestellt wird und das sich bildende Reaktionswasser im System verbleibt.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the ionogenic emulsifier of the fatty acid diethanolamine soap type by reacting diethanolamine with a mixture of unsaturated and saturated fatty acids of chain length C 14 to C 22 with a content of unsaturated fatty acid of 50-80% im Molar ratio of di-ethanolamine: fatty acid from 1: 1 to 1.5: 1 at 80 ⁰ C to 100 ⁰ C in a reaction time of 30 to 70 min is produced and the forming water of reaction remains in the system. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Umsetzung von Diethanolamin und Borsäure im Molverhältnis 2,5:1 bis 4:1 in 2 Stufen erfolgt, bei der in der ersten Stufe bei 90 bis 11O⁰C unter vollständigem Lösen der Borsäure eine partielle Reaktion herbeigeführt wird, in der das entstehende Reaktionswasser im System verbleibt und in der zweiten Stufe eine vollständige Umsetzung der Reaktanten unter Wasserabspaltung in 30-90min bei Temperaturerhöhung von 12O⁰C auf 23O⁰C erfolgt und das Zwischenprodukt der Stufe 1 anteilig von 1 bis 5% aus dem Syntheseprozeß entfernt wird.4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the reaction of diethanolamine and boric acid in a molar ratio of 2.5: 1 to 4: 1 takes place in 2 stages, in which in the first stage at 90 to 11O ⁰ C with complete dissolution the boric acid is brought about a partial reaction in which the resulting reaction water remains in the system and in the second stage, a complete reaction of the reactants with elimination of water in 30-90min with temperature increase from 12O ⁰ C to 23O ⁰ C and the intermediate product of stage 1 pro rata from 1 to 5% is removed from the synthesis process. 5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Syntheseprodukt nach Anspruch 2, das Zwischenprodukt der ersten Stufe nach Anspruch 4 und das in den verschiedenen Reaktionsstufen abgeschiedene Reaktionswasser bei 40 bis 100⁰C mit Anteilen von5. The method according to claim 1, characterized in that the synthesis product according to claim 2, the intermediate product of the first stage according to claim 4 and deposited in the various reaction stages water of reaction at 40 to 100 ⁰ C with proportions of 76-84% Syntheseprodukt nach Anspruch 2
8-12% Zwischenprodukt nach Anspruch 4
8-12% Reaktionswasser
zu einem emulgierbaren, die Metallkorrosion inhibierenden EP-Wirkstoff aufgemischt werden.76-84% synthesis product according to claim 2
8-12% intermediate product according to claim 4
8-12% water of reaction
be mixed to an emulsifiable, the metal corrosion inhibiting EP active ingredient. Hierzu 1 Seite Zeichnung
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