DE19532208A1 - Verwendung von Phosphonsäurederivaten in wasserhaltigen Schmier- und Kühlschmierstoffen - Google Patents
Verwendung von Phosphonsäurederivaten in wasserhaltigen Schmier- und KühlschmierstoffenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Phosphonsäurederivaten
in wasserhaltigen Schmier- und Kühlschmierstoffen und Zusammensetzungen,
die diese enthalten.
Bei der Bearbeitung metallischer Werkstoffe, wie Bohren, Schneiden, Fräsen und Stanzen,
werden Kühlschmierstoffe verwendet, um den Verschleiß der Bearbeitungswerkzeuge so
gering wie möglich zu halten. Als Kühlschmierstoffe hat sich eine Vielzahl von chemischen
Verbindungen bewährt, welche in Formulierungen mit sogenannten Grundölen, wie
beispielsweise Mineralölen, Polyethylen- und Polypropylenglykolen und Fettsäureestern,
Anwendung finden. Als verschleißmindernde Komponenten sind Chlorparaffine, chlorierte
Carbonsäureglyzeride, Phosphorsäureester, Zinkdialkyldithiophosphate, verschiedene
Schwermetallsulfide und andere mehr bekannt. Alle diese genannten Verbindungsklassen
werden in wasserunlöslichen Formulierungen angewendet. Auf Grund der verschärften
Vorschriften im Umweltschutz wird der Einsatz dieser Verbindungsklassen zunehmend
schwieriger, einige davon wurden sogar mittlerweile als Schadstoffe deklariert, andere
neigen zur Bildung krebserzeugender N-Nitrosoamine oder bei thermischer Belastung zur
Bildung von Benzo(a)pyren. (Lit.: "Kühlschmierstoffe", Sonderausgabe des
Mitteilungsblattes "sicher arbeiten" der Maschinenbau- und Metall-Berufsgenossenschaft,
3. Auflage Februar 1993).
Das derzeit am häufigsten verwendete und preiswerteste Kühlschmiermittel ist zweifellos
Chlorparaffin, welches unverdünnt oder im Gemisch mit den erwähnten Grundölen zum
Einsatz kommt. Die Entfernung dieser Kühlschmierstoffe vom bearbeiteten Werkstück war
solange unproblematisch, wie die Reinigungsanlagen mit Lösungsmitteln auf Basis von
Chlorkohlenwasserstoffen (beispielsweise Perchlorethylen oder Trichlorethylen) betrieben
wurden. Die Reinigungsflotten wurden durch Destillation wieder aufbereitet und der
Destillationssumpf konnte als Sondermüll entsorgt werden.
Mit Inkrafttreten der TA-Luft im Jahre 1986 und der damit verbundenen drastischen
Reglementierungen von Emissionen in die Luft, wurden Reinigungsanlagen auf Basis von
Chlorkohlenwasserstoffen von Reinigungssystemen auf Tensid-Basis abgelöst. Die
Effektivität ist allerdings bei weitem nicht so hoch wie bei Lösungsmittelsystemen und kann
deshalb nur mit Hilfe mehrerer Reinigungszyklen erreicht werden.
Zu den technischen Schwierigkeiten bei der Reinigung der unter Verwendung von
Chlorparaffinen bearbeiteten Werkstücke treten außerdem noch andere umweltrelevante
Aspekte auf. Chlorparaffine haben sich auf Grund ihres breiten Anwendungsspektrums
weltweit in Gewässern und deren Sedimenten verteilt (VDI-Nachrichten Nr. 21, 26. Mai
1995).
Der Großteil der kurzkettigen Chlorparaffine stammt aus dem Bereich der
Metallbearbeitung. Sie belasten die Ökosysteme auch auf Grund ihres nur sehr langsamen
biologischen Abbaus in der Natur und lassen sich unter anderem in der Nahrungsmittelkette
eindeutig nachweisen. Die Verbindungsklasse der Chlorparaffine wurde außerdem
zwischenzeitlich in die Liste der gefährlichen Arbeitsstoffe (MAK-Liste) aufgenommen und
in die Gruppe III B eingeordnet (" begründeter Verdacht auf krebserregendes Potential").
Alle diese Fakten zeigen auf, wie notwendig die vollständige Substitution der Chlorparaffine
in ihrer technischen Anwendung ist.
Die Verwendung von Polyethylen- und Polypropylenglykolen in Substanz oder in Form von
wäßrigen Lösungen als Kühlschmiermittel, weist nicht diese technischen, ökologischen und
medizinischen Nachteile auf. Sie sind vom Werkstück leicht entfernbar, biologisch leicht
abbaubar und auch nicht gesundheitsgefährdend. Neben ihrer guten Schmierwirkung und
ihrem hohen Benetzungsvermögen zeigen sie eine gute Verträglichkeit mit anionischen und
kationischen Verbindungen. Nachteilig wirkt sich hingegen ihre begrenzte
Temperaturstabilität aus, was die Verwendung von Additiven notwendig macht, welche die
Thermostabilität der Polyglykole wesentlich erhöht.
Für diesen Einsatzzweck werden Verbindungen wie Phenothiazin, Phenyl-α-Naphthylamin,
2,6-Di-t-butyl-4-methylphenol, Tocopherol, Di-n-oktylphosphit, Triphenylphosphit und
andere verwendet. Fast alle diese Verbindungen sind toxikologisch bedenklich, und ihre
biologische Eliminierbarkeit ist sehr gering. Eine Entsorgung dieser Kühlschmiermittel über
öffentliche Kläranlagen ist infolgedessen äußerst problematisch, wenn nicht gar unmöglich.
Somit ergibt sich die Forderung nach Kühlschmiermitteln, welche - gegebenenfalls unter
Erneuerung verbrauchter Komponenten - wieder im Kreislauf verwendet werden können,
deren Wirksubstanzen somit auch bei hohen Temperaturen nicht oxidativ abgebaut werden
und dadurch keine schädlichen Abbauprodukte bilden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Bereitstellung eines
Kühlschmierstoffes für die Metallverarbeitung und einer Zusammensetzung, die
diesen Kühlschmierstoff enthält. Diese Kühlschmierstoffe sollen die folgenden
Eigenschaften:
- - eine hohe mechanische Belastbarkeit (Schmierwirkung) im unverdünnten Zustand und in wäßriger Lösung,
- - eine hohe Thermostabilität,
- - toxikologische Unbedenklichkeit aufweisen.
Darüber hinaus sollten sie wasserlöslich oder
- - selbst emulgierend und
- - biologisch eliminierbar sein.
Die eingangs genannte Aufgabe wurde überraschender Weise mit Phosphonsäure
derivaten der allgemeinen Formeln (1A), (1B) und (1C)
wobei
R₁ = Alkyl CnH2n+1 (n = 1-20, vorzugsweise 1 oder 8-16)
oder Cycloalkyl CmH2m-1 (m = 6 oder 8)
oder 2-Phenylethyl,
R₂ = -CH₃, -C₂H₅, -C₂H₄OH, -(C₂H₄O)rH und/oder
-[CH(CH₃)CH₂O]rH
-(C₂H₄O)r R₅ (r = 1-20) mit
R₅ = CpH2p+1 (p = 1-20), Phenyl, Alkylphenyl (Alkyl = Oktyl, Nonyl, Dodecyl oder t-Butyl)
R₃ = -O(C₂H₄O)q, -O[CH(CH₃)CH₂O]q (q = 5-15),
M = H, Li, Na, K, NH₄, Mg/₂, Ca/₂, Al/₃, Ti/₄, Zr/₄, HOC₂H₄NH₃, (HOC₂H₄)₂NH₂,
(HOC₂H₄)₃NH, Morpholinium
R₁ = Alkyl CnH2n+1 (n = 1-20, vorzugsweise 1 oder 8-16)
oder Cycloalkyl CmH2m-1 (m = 6 oder 8)
oder 2-Phenylethyl,
R₂ = -CH₃, -C₂H₅, -C₂H₄OH, -(C₂H₄O)rH und/oder
-[CH(CH₃)CH₂O]rH
-(C₂H₄O)r R₅ (r = 1-20) mit
R₅ = CpH2p+1 (p = 1-20), Phenyl, Alkylphenyl (Alkyl = Oktyl, Nonyl, Dodecyl oder t-Butyl)
R₃ = -O(C₂H₄O)q, -O[CH(CH₃)CH₂O]q (q = 5-15),
M = H, Li, Na, K, NH₄, Mg/₂, Ca/₂, Al/₃, Ti/₄, Zr/₄, HOC₂H₄NH₃, (HOC₂H₄)₂NH₂,
(HOC₂H₄)₃NH, Morpholinium
(w+x+y+z = 0-30, vorzugsweise 5-20),
(x+y+z = 0-30, vorzugsweise 5-20)
(s+t+u+v = 0-30, vorzugsweise 5-20)
oder der allgemeinen Formel II
oder der allgemeinen Formel II
wobei R₁ und R₂ die gleiche Bedeutung wie in Formel I A haben, sowie
den Polyphosphonsäuren Ethylendiamintetramethylenphosphonsäure,
Diethylentriaminpentamethylenphosphonsäure, 1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsäure,
Morpholinomethandiphosphonsäure und deren Partialsalzen mit Li, Na, K, Mg, Ca, Al, Ti
und Zr als Kationen
gelöst.
gelöst.
Die vorstehend genannten Kühlschmierstoffe können erfindungsgemäß in
Substanz oder in wasserhaltigen Zubereitungen verwendet werden. Wenn die
Kühlschmierstoffe in wasserhaltigen Zubereitungen verwendet werden,
liegt ihr Anteil im Bereich von 1 bis 99 Gewichtsprozent der Gesamtmenge
der verwendeten Zubereitung.
Darüber hinaus können die Kühlschmierstoffe in Kombination mit Mineralölen,
Carbonsäureestern und/oder Polyalkylenglykolen verwendet werden.
Die Zusammensetzungen, die die Kühlschmierstoffe enthalten, die zur
Bearbeitung von metallischen Werkstoffen verwendet werden, setzen sich
aus 1 bis 99 Gewichtsprozent Kühlschmierstoffen, 0 bis 95 Gewichtsprozent
Mineralöl und/oder Carbonsäureester und 0 bis 95 Gewichtsprozent
Polyalkylenglykol zusammen.
Im folgenden werden die bekannten wasserunlöslichen und wasserlöslichen
Kühlschmierstoffe mit den erfindungsgemäßen Kühlschmierstoffen anhand
von technischen Prüfdaten verglichen.
Die technische Prüfung der mechanischen Belastbarkeit der beanspruchten Verbindungen
wird mit einem Schmierstoffprüfgerät nach Brugger (DIN 51347-1 und DIN 51347-2 in
Vorbereitung) durchgeführt. Als Standard wird die Schmierwirkung bzw. mechanische
Belastbarkeit von Chlorparaffin mit 40% Chlorgehalt im unverdünnten Zustand gewählt.
Die mechanische Belastbarkeit B wird definiert als
Die thermische Stabilität Δ der zu prüfenden Substanzen und Substanzgemische wird im
Trockenschrank bei einer Temperatur von 200°C und einer Verweilzeit von 30 min.
ermittelt. Dazu werden die Substanzen in Aluminiumschalen eingewogen (0,500 g). Nach
der Prüfzeit läßt man sie in einem Exsikkator abkühlen und wägt zurück. Der verbleibende
Rückstand, in Prozenten ausgedrückt, ist das Maß für die Thermostabilität.
Claims (6)
1. Verwendung von Phosphonsäurederivaten der allgemeinen Formeln (1A), (1B), (1C)
und (II),
wobei
R₁ = Alkyl CnH2+1 (n = 1-20, vorzugsweise 1 oder 8-16)
oder Cycloalkyl CmH2m-1 (in = 6 oder 8)
oder 2-Phenylethyl,
R₂ = -CH₃, -C₂H₅, -C₂H₄OH, -(C₂H₄O)rH und/oder
-[CH(CH₃)CH₂O]rH
-(C₂H₄O)r R₅ (r = 1-20) mit
R₅= CpH2p+1 (p = 1-20), Phenyl, Alkylphenyl
(Alkyl = Oktyl, Nonyl, Dodecyl oder t-Butyl)
R₃ = -O(C₂H₄O)q, -O[CH(CH₃)CH₂O]q (q = 5-15), (w+x+y+z = 0-30, vorzugsweise 5-20), (x+y+z = 0-30, vorzugsweise 5-20) (s+t+u+v = 0-30, vorzugsweise 5-20)
M = H, Li, Na₁ K, NH₄, Mg/₂, Ca/₂, Al/₃, Ti/₄, Zr/₄, HOC₂H₄NH₃, (HOC₂H₄)₂NH₂, (HOC₂H₄)₃NH, Morpholinium wobei R₁ und R₂ die gleiche Bedeutung wie in Formel IA haben,
sowie der Polyphosphonsäuren Ethylendiamintetramethylenphosphonsäure, Diethylentriaminpentamethylenphosphonsäure, 1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsäure, Morpholinomethandiphosphonsäure und deren Partialsalzen mit Li, Na, K, Mg, Ca, Al, Ti und Zr als Kationen, als Kühlschmierstoffe in der Metallbearbeitung.
R₁ = Alkyl CnH2+1 (n = 1-20, vorzugsweise 1 oder 8-16)
oder Cycloalkyl CmH2m-1 (in = 6 oder 8)
oder 2-Phenylethyl,
R₂ = -CH₃, -C₂H₅, -C₂H₄OH, -(C₂H₄O)rH und/oder
-[CH(CH₃)CH₂O]rH
-(C₂H₄O)r R₅ (r = 1-20) mit
R₅= CpH2p+1 (p = 1-20), Phenyl, Alkylphenyl
(Alkyl = Oktyl, Nonyl, Dodecyl oder t-Butyl)
R₃ = -O(C₂H₄O)q, -O[CH(CH₃)CH₂O]q (q = 5-15), (w+x+y+z = 0-30, vorzugsweise 5-20), (x+y+z = 0-30, vorzugsweise 5-20) (s+t+u+v = 0-30, vorzugsweise 5-20)
M = H, Li, Na₁ K, NH₄, Mg/₂, Ca/₂, Al/₃, Ti/₄, Zr/₄, HOC₂H₄NH₃, (HOC₂H₄)₂NH₂, (HOC₂H₄)₃NH, Morpholinium wobei R₁ und R₂ die gleiche Bedeutung wie in Formel IA haben,
sowie der Polyphosphonsäuren Ethylendiamintetramethylenphosphonsäure, Diethylentriaminpentamethylenphosphonsäure, 1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsäure, Morpholinomethandiphosphonsäure und deren Partialsalzen mit Li, Na, K, Mg, Ca, Al, Ti und Zr als Kationen, als Kühlschmierstoffe in der Metallbearbeitung.
2. Verwendung von Kühlschmierstoffen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sie in Substanz oder in wasserhaltiger Zubereitung
angewendet werden.
3. Verwendung von Kühlschmierstoffen gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Konzentration an Kühlschmierstoffen in wasserhaltigen
Zubereitungen im Bereich zwischen 1 und 99 Gewichtsprozent liegt.
4. Verwendung von Kühlschmierstoffen gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kühlschmierstoffe in Kombination mit Mineralölen,
Carbonsäureestern und/oder Polyalkylenglykolen angewendet werden.
5. Verwendung von Kühlschmierstoffen, gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Menge an Kühlschmierstoffen 1 bis 99
Gewichtsprozent, die Menge an Mineralöl und/oder Carbonsäureester 0 bis 95
Gewichtsprozent und die Menge an Polyalkylenglykolen 0 bis 95 Gewichtsprozent
beträgt.
6. Zusammensetzungen enthaltend die Kühlschmierstoffe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Menge an Kühlschmierstoffen 1 bis 99
Gewichtsprozent, die Menge an Mineralöl und/oder Carbonsäureester 0 bis 95
Gewichtsprozent und die Menge an Polyalkylenglykolen 0 bis 95 Gewichtsprozent
beträgt.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19532208A DE19532208A1 (de) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | Verwendung von Phosphonsäurederivaten in wasserhaltigen Schmier- und Kühlschmierstoffen |
| PCT/EP1996/003781 WO1997008279A1 (de) | 1995-08-31 | 1996-08-28 | Verwendung von phosphonsäurederivaten in wasserhaltigen schmier- und kühlschmierstoffen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19532208A DE19532208A1 (de) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | Verwendung von Phosphonsäurederivaten in wasserhaltigen Schmier- und Kühlschmierstoffen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19532208A1 true DE19532208A1 (de) | 1997-03-06 |
Family
ID=7770952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19532208A Withdrawn DE19532208A1 (de) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | Verwendung von Phosphonsäurederivaten in wasserhaltigen Schmier- und Kühlschmierstoffen |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19532208A1 (de) |
| WO (1) | WO1997008279A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998008919A2 (en) * | 1996-08-30 | 1998-03-05 | Solutia Inc. | Novel water soluble metal working fluids |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE585000A (de) * | 1958-11-27 | |||
| US3702824A (en) * | 1970-06-12 | 1972-11-14 | Texaco Inc | Friction reducing agent for lubricants |
| JPS5337705A (en) * | 1976-09-20 | 1978-04-07 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Cutting oil composition for skiving and hobbing with carbide tool |
| JPS59227990A (ja) * | 1983-06-10 | 1984-12-21 | Kao Corp | 水可溶性金属加工用潤滑剤組成物 |
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| DE4131951A1 (de) * | 1991-09-25 | 1993-04-08 | Boehme Chem Fab Kg | Wasserloesliche bzw. dispergierbare mittel zur stabilisierung thermooxidativ labiler verbindungen |
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1995
- 1995-08-31 DE DE19532208A patent/DE19532208A1/de not_active Withdrawn
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1996
- 1996-08-28 WO PCT/EP1996/003781 patent/WO1997008279A1/de active Application Filing
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| WO1998008919A2 (en) * | 1996-08-30 | 1998-03-05 | Solutia Inc. | Novel water soluble metal working fluids |
| WO1998008919A3 (en) * | 1996-08-30 | 1999-10-28 | Solutia Inc | Novel water soluble metal working fluids |
| US6706670B2 (en) | 1996-08-30 | 2004-03-16 | Solutia, Inc. | Water soluble metal working fluids |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1997008279A1 (de) | 1997-03-06 |
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