DE2318131A1 - Wasserklar einstellbare polymerlatices als waessrige kuehlschmiermittel - Google Patents

Wasserklar einstellbare polymerlatices als waessrige kuehlschmiermittel

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Description

Wasserklar einstellbare Polymerlatices als wäßrige Kühlschmiermi11 e 1
Kühlschmierstoffe sol3.en bei der Metallbearbeitung neben einer guten Kühlwirkung aucii eine Reibungsverminderung zwischen Werkzeug und Werkstück bewirken. Beide Forderungen lassen sich, jedoch nur schwer miteinander in Einklang bringen.
Bekannte Kühlschmiermittel sind z.B. wäßrige Emulsionen von Mineralölen, Seifen oder Fetten oder auch wäßrige Lösungen von Natriumnitrit und Triäthanolamin, ferner wäßrige Lösungen von (Tri)Alkanolaminborat allein oder in Kombination mit Fettsäurealkanolaminsalzen (deutsche Patentschrift 818 67I » deutsche Auslegeschrift 1 205 903)· Zum Zwecke des Korrosionsschutzes können derartige Kühlschmiermittel Zusätze von z.B. Alkali- oder Aminsalzen aromatischer Sulfonatnidocarbonsäuren enthalten (deutsche Auslegeschrift 1 297 798).
Es hat sich nun gezeigt, daß Kühlschmiermittel der vorstehend genannten Zusammensetzung zwar einen guten Kühleffekt und einen guten Korrosionsschutz bei der Metallbearbeitung zeigen, ihre Schmierwirkung aber bei schwereren Bearbeitungsvorgängen nicht ausreicht.
Zur Verbesserung der Schmierwirkung sind bereits zahlreiche Vorschläge gemacht worden. So wurden in die wäßrigen Kühlschmiermittel z.B. an sich bekannte Extrem-Pressure (EP-) Additive auf Chlor-, Phosphor- und Schwefelbasis eingearbeitet. Die hierdurch
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erzielbarcn Verbesserungen sind jedoch geringfügig, und in manchen füllen zeigen sich im Verlaufe des Gebrauchs Nachteile durch hydrolytische Spaltung der Additive.
In der deutschen Offonl.egungsschrift 1 59^ 6"51 wird vorgeschlagen, den wäßrigen. Kühl.schriiiennit bein Polyolefindispersxonen zuzumischon. Biese Maßnahme bringt zwar eine Verbesserung der Schmier werte, führt aber bei an sich klaren'Schmiermitteln zu einer Tx'übung und bei von Natur aus schon vorhandener Trübung zu einer Verstärkung der Trübung, da die Polyolefindispersionen Teilcliengrößen aufweisen, welche in der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichts bzw. darüber liegen und somit das einfallende Licht stark streuen. Trübe Kühlschmiermittel sind jedoch, in hoheiii Maße unerwünscht, weil die Beobachtunsmöglichkeit des Verkstücks während der Bearbeitung eingeschränkt wird. Erfahrungsgemäß ist auch die Standzeit von Emulsionen mit verhältnismäßig grobdispersen Teilchenaufschlämmungen relativ kurz, so daß Entmischungen auftreten können.
Der vorliegenden Erfindung Ing nun die Aufgabe zugrunde, die Schmiereigenschafton wäßriger Kühlschmiermittel ohne Beeinträchtigung ihrer Klarheit zu verbessern.
Dies ist überraschenderweise dadurcli möglich, daß man den wäßrigen Kühlschmiermitteln überubgend auf Acrylat-Basis aufgebaute, sog. wasserklare Polymeridisipersionen zuführt.
Die Erfindung betrifft daher die Verwendung von durch Aminzusatz wasserklar einstellbaren Polymerlatices auf Acrylat- bzw. Methacrylat-Basis als die Schmierwirkung verbesserndes Additiv zu wäßrigen Kühlschaiiormitteln für die Metallbearbeitung in einer nach dem Feststoffgehalt des Latex berechneten Menge von 0,01 bis 20 cß>, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kühlschinlermittels.
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Die erfindungsgemäß zuzusetzenden Polymerlatices verbessern die Schmierwirkung der wäßrigen Metallbcarbeitungsflüssigkeiten in mindestens ebenso hohem Maße wie Polyolefindispersionen, ohne jedoch wie diese die Transparenz zu beeinträchtigen. Kühlschmier-· mitteli die die beanspruchten Zusätze enthalten, zeichnen sich darüberhinaus durch die sehr gute Emulsionsstabilität bei tiefen und hohen Temperaturen aus. Unter wasserklaren Dispersionen sind wäßrige Copolymerlatices auf (Meth-)Acrylatbasis zu verstehen, welche durch einen Gehalt von raindestesn 10 Gew. -fo (Meth-) Acrylsäure sowie von 0,1 - 5 Gew.-^o einer Polymerketten abbrechend wirkenden Substanz wie Polyhalogenverbindungen oder Mercaptanen gekennzeichnet sind. Derartige Dispersionen, die Feststoffgehalte zwischen 20 und 60, vorzugsweise 35 bis 45 Gew.-$ besitzen, werden durch Zusatz von in Wasser löslichen Aminen wie Ammoniak, niedrigen Alkylaminen oder Triäthanolaminen u.a.m. wasserklar durchsichtig.
Die Zusammensetzung und Herstellung der wasserklaren Dispersionen sind im Prinzip bekannt und z.B. in den deutschen Offenlegungsschriften 1 811 247, 1 811 012 und 2 059 6O6 ausführlich beschrieben.
Die als Zusätze vorgeschlagenen wasserklaren Dispersionen unterscheiden sich in ihrem chemischen Aufbau und ihrem physikalischen Verhalten ganz wesentlich von Polyolefindispersionen. Während sich letztere an die auf dem Schmierstoffsektor altbekannten Mineralöle bzw. Paraffine anlehnen und Aufschlämmungen von wasserunlöslichen Polymerteilchen in Wasser darstellen, wird ersteren durch die Ester bzw. Säuregruppierung der einpolymerisierten (Meth-)Acryloononieren die Eigenschaft verliehen, unter Aufnahme von Wasser so stark anzuquellen, daß sie sieh im Boreich des sichtbaren Lichts in ihrem Brechungsindex vom umgebenden wäßrigen Medium nicht mehr unterscheiden und damit das Kriterium "wasserklar" besitzen. Die Latices stellen bereits für sich allein im Prinzip recht brauchbare Bohr- und Schneidöle, sowie Hilfsmittel . für die spanlose Metallbearbeitung, wie z.B. das Ziehen von Drähten und den Tiefzug, dar, da sie die hohe Kühlwirkung wäßriger Systeme mit den guten Schmiereigenschafton von Polymer-
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dispersionen vereinen. In der Praxis ist es jedoch,meist von Vorteil, sie mit Zusatzstoffen wie Korrosionsschutzraitteln, Bakteriziden, Mineralöletnulsionen mit oder ohne Zusatz von bekannten chlor-, phosphor- ixnd/odei^ schwefelhaltigen Additiven, Schaumverhindorern und dgl. mehr zu versetzen, um ihre anwendungstechnischen Eigenschaften optimal zu gestalten.
Ii die Anwesenheit der wassorklaren Copolymer-Latices in den üblichen Kühlschmiennitteln in einer Menge von 0,01 bis 20, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kühlschmieriaittels, wird im Miechreibungsgebiet sowohl die Reibzahl als auch der Verschleiß zwischen Metallflächen, die unter Belastung aufeinander gleiten, in starkem Maße vermindert. Vermutlich beruht dieser Effekt darauf, daß sich an den beanpruchten Metallflächen unter dem Einfluß der Reibungswärme und der hohen Scherkräfte ein schmierwirksamer Polymerfilm ausbildet.
Für die Bewertung der Schmiereigenschaften wurden die Reib-
2 verschleißwaage nach Reichert, wobei die Abriebfläche F in mm
und die spezifische Flächenpressung in kp/cm gemessen werden, sowie der Vierkugelapparat - VIcA - herangezogen. Mit dem VkA wurden die Reibzahl bei 100 kg Belastung und der Verschleißdurchmesser in mm an den Standkugeln ermittelt.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Sie zeigen auf, daß wasserklar einstellbare Dispersionen den PoIyolefindispersionen und den herkömmlichen Bohrölen überlegen sind.
Beispiele 1-10
Es wurde die Schmierwirkung verschiedener Polyacrylat-Dispersionen (Feststoffgehalt 0,5, 1,0 und 5,0 Gew.-^) im Vergleich zu gleichkonzentrierten Polyäthylen-Dispersionen und einem Bohrölkonzentrat auf Mineralölbasis auf der Reibverschleißwaage nach Reichert und
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Hoe 73/F 801 (Ge h 82)
im Vierkugelapparat nach Shell-Boerlage bei 100 kg Belastung untersucht. In nachstehenden Tabellen 1 und 2 sind in Spalte 2 die Zusammensetzung des jeweiligen Polymerisats bzw. die Rezeptur dos Schmiermittels angegeben, in den Spalten 3-5 sind die zugehörigen Prüfungsergebnisse verzeichnet.
Die Abkürzungen bedeuten:
MMA = Methylmethacrylat BuA = Butylacrylat
ÄA =s Äthylacrylat ' MeAS = Methacrylsäure DDM = Dodecylmercaptan BTM = Bromtrichlormethan
Die Herstellung eines geeigneten Polymerlatex (des in Beispiel 1 verwendeten) wird z.B. wie folgt vorgenommen:
Zu 708 g entsalztem Wasser werden 37 * 5 S einer ^fO ^.igen wäßrigen Lösung des Triäthanolaminsalzes eines Alkylsulfats und 2,5 β Ainmoniumpersulfat sowie 35 S einer Mischung von
275 g MMA
25 g BuA
25 g ÄA
175 g MeAS und
10 g DDM
zugegeben. Dann wird unter Rühren auf 80 C erwärmt. Bei dieser Temperatur wird der Rest des Monomerengemisehes im Laufe von zwei Stunden zudosiert. Danach werden 0,5 g Ammoniumporsulfat, gelöst in 20 g Wasser, zugegeben, worauf weitere zwei Stunden bei dieser Temperatur nachgerührt wird. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird mit verdünnter Ammoniaklösung auf einen ρ..-Wert von 7 - 7»5 eingestellt. Die erhaltene Dispersion hat einen Feststoffgehalt von 40,3 Gew.-^a.
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Tabelle Beispiel
Nr.
Monomer enzusarntnensetzung und Emulgatorsystem
Reichert-Prüfung
Vierkugelapparat-Prfg.
Spez .Flächen-Pressg,
in kp/c:rr;3O kp Be-
lstg.
1OO ra Reibweg
Latex in Trinkwassei
pil 7 iReibzahl
kp,
Min.
Verschleiß-
durclimesser
kp, 1 Min
'/oiger Latex in Trinkwasser p.
• H 7
1,0
Transparenz
<iiiger Latex in Trinkwasser
PH 7
CD CO OO ·*» CO
MMA:BuA:AA:MeAS=55:5:5:35; 2 <jo DDM; 3 ϋ,ο Triäthanolaminalkylsulfat (als Emul-i gator)
¥ie Eeispiel 1 ; Veriiältnis 65:5:5:25; 2 <p DDM; 2 ^ Triäthanolaminalkylsulfat
Wie Beispiel 1 j Verhältnis 58:13:13:16; 3 # BTM; 3 ^ Na-Alkylpolyglykoläthersulfat
Vie Beispiel 1; Verhältnis 65:10:10:15;, 3 # BTM; 3 ^
Triäthanolaminalkylsulfat
¥ie Beispiel 1; Verhältnis! 5.6:15:15:14; 3 <?& DDM; 2 # Arr.moniumalkylpolyglykoläthersulfat
Wie Beispiel 55 3$ DDM; 1 ^o Ammoniumalkylpolyglykolathersulfat
340
340
580
330
330
ofo4o
0,055
0,050
0,010
0,592
0,616
0,438
0,722
klar
klar
klar'
klar
klar
klar
S O CJ!
Tabelle 2,
Beispiel
Nr.		 Monomerenzusammensetzung
und Emulgatorsystem bzw.
(bei 10) Rezeptur dee
Schmiermittels		 Reichert-Prüfung 1,0 £ig Vierkugelapparat-Prfg. Vorschleiß-
durchmesser
100 kp,1 Min.		 0,^54
0,442
0,454		 Transparenz
5 $iger Latex
in Trinkwasser
pH 7
7
8
{Vergl.)
9
(Vergl.)
10
(Vergl.)		 Wie Beispiel 5 <
3 <$> DDM; ohne Emulgator
Äthylen; 0 $ Tetrapropy
lenbenzolsulfonat; 3 /β
Paraffinsulfonat
Äthylen
12$ Ba-Laurat
Bohrölkonzentrat auf
Mineralölbasis mit ca.
13 $ Cl(aus Chlorparaf-
fin?XCurtis S7)		 Spez.Flächen-Pressg.
in kp/cm2$30 kp Be
lastung
100 Reibweg
Latex in Trinkwasser
PH 7		 390
285
208
190		 Reibzahl
100 kp,
1 Min.		 5 $iger Latex in Trink
wasser ρ H -		 klar
trüb
trüb
trüb
0,5 $>±g 0,0675
0,0500
0,0675
370
Hoe 73/F 801 (Ge.482)
Beispiel 11
Es wurde ein Kühlschmierniittelkonzentrat durch Vermischen nachstehender Substanzen erhalten:
70 Gew.-TIe. 30 Gew.-TIo.
100 Gew.-TIe.
Aminsalz einer aromatischen Sulfonamidocarbo'nsäure (Korrosionsschutzmittel)
Polymerdispersion nach Beispiel 3 (40 Gew.-ίο Festkörper) (Schmiermittel)
Wasser mit 20
Das Konzentrat enthält 6 Gew.-^o Polymerkörper und ist in Wasser
mit 20
d.H. klar löslich.
Für die Prüfung" des Schmiexwertes wurde das Konzentrat im Verhältnis 1:9 mit Wasser verdünnt und mit einer 3»5 $igen wäßrigen Lösung des Korrosionsscliutzmittels allein verglichen. Das Korrosionsverhalten wurde nach dem Ilerbert-Test ' an wäßrigen Lösungen (1:50 bzw. 1:100) von Schmiermittelkonzentrat bzw. Korrosionsschutzmittel allein bestimmt. Versuch a) = Schmierrait-telkombination, Versuch b) = Korrosionsschutzmittel allein. Prüfbedingungen wie in Tabelle 1 und 2.
Versuch Spez.Flächen-
Pressung
(ileichert-Waage)		 *)
Korrosionsschutz '
in Wasser		 1 : 100 Transparenz 10 joige
Verdünnung
a)
b)		 295 kg/cm2
90 kg/cm2 		1 : 50 1 / 1
0 / 0		 Konzentrat klar
klar
0 / 0
0/0		 klar
Herbert-Test nach "IP-Standards for Petroleum and its Products Nr. 125". Bei dieser Prüfung werden mit der Testlösung getränkte Stahlspäne in kleinen Häufchen auf eine Platte aus Stahlguß aufgesetzt. Nacli 24 Stunden beurteilt man die gegebenenfalls erfolgte Rostbildung nach Wertzahlen, wobei 0 ohne Korrosion und 6 stark angegriffen bedeutet, jeweils unterteilt in Korrosion der Platte (Zahl vor dem Schrägstrich) und Korrosion der Späne (Zahl nach dem Schrägstrich).
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Q -
Hoe 73/F 801 (Ge 482)
Wie ersichtlich, verursacht der Latex-Zusatz keine Trübung des Kühlschmiermittels und verbessert die· Schmierwirkung ganz erheblich, obwohl nur 0,6 Gew.-^o Polymerfestkörper enthalten sind.
Beispiel 12
Dieses Beispiel zeigt, daß der Latex-Zusatz die Schmiereigenschaften ohne Beeinträchtigung der Transparenz verbessert. In 85 Gew.-TIe. eines Bohrölkonzentrats auf Mineralölbasis mit ca. 135» Chlorgehalt aus enthaltenem Chlorparaffin werden 15 Gew.-TIe, einer kO galgen Polymerdispersion nach Beispiel 3 eingearbeitet. Das erhaltene Kühlschmiermittelkonzentrat wurde in 10 ^iger, wäßriger Verdünnung im Vergleich zu dem in gleicher Weise verdünnten Bohrölkonzentrat ohne Zusatz und zu einem weiteren Boliröl mit einem Chlorgehalt von 3»8 $ und einem Schwefelgehalt von 1 ,3 i> geprüft.
Substanz Spez.Flächen-
Pressung
(Reichert-
Waage)		 *)
Korrosionsschutz
in Wasser		 1 : 100 Trans parenz Verdünnung
Mischung
Vergl. 1
Vergl. 2		 260
125
185		 1 : 50 0/0
0/0
0/0		 Konzentrat transparent
klar
transparent
klar
milchig-trüb
0/0
0/0
0 / 0		 klar
klar
klar
Herbert-Test IP 125
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- 10 -

Claims (2)

  1. Patentansprüche
    . ■ ■■ Verwendung von durch. Aminzusatz wasserklar einstellbaren Polyrnerlatic.es auf Acrylat- bzw. Methacrylat-Basis als die Schuld, er wirkung verbesserndes Additiv zu wäßrigen Kühlschiniormitteln für die Metallbearbeitung in einer nach dem Feststoffgehalt des Latex berechneten Menge von 0,01 bis 20 Gew. -fo, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kühlschmiermittels.
  2. 2. Wasserklare, wäßrige Kühlschmiermittel für die Metallbearbeitung, bestehend aus einer Mischung aus
    a) bekannten, wäßrigen Kühlschmiermitteln auf der Basis von Emulsionen bzw. Lösungen von Mineralölen, Seifen, Fetten, Fettsäur©alkanolaminealzen, Alkanolaminboraten, Alkalinitriten u.a., welche auch Korrosionsinhibitoren, Schaumverhinderer, Bakterizide und dgl. enthalten können, mit
    b) wasserklar einstellbaren Polymerlatices auf Acrylat- bzw. Methacrylat-Basis, wobei die Menge des Polymeren bei 0,01 bis 20 Gew. ~°p, bezogen auf Polymeren-Festkörper und Gesamtmenge des Kühlschmiermittels, liegt.
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