DE2442844C3 - Korrosionshemmende wäßrige Lösung für spanabhebend bearbeitete Werkstücke aus Metallen und Kunststoffen - Google Patents

Korrosionshemmende wäßrige Lösung für spanabhebend bearbeitete Werkstücke aus Metallen und Kunststoffen

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Description

3—5 Gewichtsprozent
20 25 Gewichtsprozent
9— 11 Gewichtsprozent
2—3 Gewichtsprozent
6—9 Gewichtsprozent
4—6 Gewichtsprozent
5 Gewichtsprozent
2 Gewichtsprozent
10—30 Gewichtsprozent
Triäthanolamin-para-
tertiär-Butylbenzoat
Borax
Fettsäurealkanolamide
Äthylenoxid-Propylen-
oxid-
Polyadditionsprodukt
Olein
Triäthanolamin
Kokospalmkernseife
Natronlauge
Duftöl und
Wasser
den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus
22.3 Gewichtsprozent
3,3 Gewichtsprozent
20,8 Gewichtsprozent
10.4 Gewichtsprozent
2,6 Gewichtsprozent
7,8 Gewichtsprozent
6,0 Gewichtsprozent
5,0 Gewichtsprozent
2,0 Gewichtsprozent
19,8 Gewichtsprozent
Triäthanolamin-paratertiär- Butylbenzoat
Borax
Fettsäurealkanolamid
Äthylenoxid-Propylenoxid-Polyadditionsprodukt
Olein
Triäthanolamin
Palmkernseife
Natronlauge
Duftöl
Wasser
besteht. «>
3. Korrosionshemmende, wässerige Lösung nach besteht.
4. Verwendung einer korrosionshemmenden, wässerigen Lösung nach den Ansprüchen 1 bis 3, in unterschiedlicher Verdünnung als Kühlschmiermittel und als Waschmittel.
5. Verwendung einer korrosionshemmenden wässerigen Lösung nach den Ansprüchen 1 bis 4, in einer Konzentration von 2 bis 10 Gewichtsprozent als Kühlschmiermittel.
6. Verwendung einer korrosionshemmenden wässerigen Lösung nach den Ansprüchen 1 bis 4, in einer Konzentration von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent als Waschmittel.
Die Erfindung betrifft eine korrosionshemmende wäßrige Lösung für spanabhebend bearbeitet? Werkstücke aus Metallen und Kunststoffen. i<>
Bekannte korrosionshemmende Kühlschmierstoffe für die spanabhebende Bearbeitung sind beispielsweise mineralölhaltige Produkte mit sehr unterschiedlichen ölgehalten von 20 bis 75%, bezogen auf das Konzentrat.
Die die Emulsion der bekannten mineralölhaltigen 4> Kühlschmierstoffe stabilisierenden Stoffe (Emulgatoren) werden durch die gemeinsame Wirkung von chemischen und bakteriologischen Vorgängen ziemlich schnell zerstört. Die Folge ist eine Trennung des ölbestandteils vom Wasser. Dies hat Rostbefall der ■> <) bearbeiteten Werkstücke zur Folge. Weitere Begleitumstände sind üble Gerüche, verbunden mit einer Verfärbung des Kühlschmierstoffes durch entstehendes Eisensulfid. Diese Vorgänge treten zum Teil schon nach wenigen Wochen auf und müssen daher durch dauernde Überwachung und Zugabe von Emulgatoren und Konservierungsmitteln unterdrückt werden.
Während sich eine Überwachung auf Bakterien, PiIz- und Hefebefall bei größeren zentralen Kühlschmiermittelanlagen noch einigermaßen wirtschaftlich durchfüh- m> ren läßt, ist dies bei Maschinen mit Einzelversorgung meist nicht mehr der Fall. Hier ist die Standzeit oft sehr kurz, und die Kosten einschließlich Beseitigung des Kühlschmiermittels, bezogen auf die Standzeit, sind außerordentlich hoch. μ
Die Praxis hat gezeigt, daß die Zerstörung der Emulgatoren und die damit verbundene Instabilität der Kühlschrnierstoffe durch Oxidationsvorgänge vor. ein gebrachten Metallspänen eingeleitet wird. Die Oxidation fördert das Wachstum der Mikroben, welche dann ihrerseits die Zerstörung beschleunigen.
Aus der DE-PS 20 00 035 ist ein Kühlschmiermittel für die zerspanende Metallbearbeitung bekannt, bestehend aus Salzlösungen mit Beimischungen von Nitrit, Polyalkoholen und Aminen. Die Anwendung dieses Kühlschmiermittels soll eine Erhöhung der Standzeiten von Schneidwerkzeugen, eine Steigerung der Arbeitsproduktivität beim Spanen und die Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit der Werkstücke, sowie eine bessere Spanungsmöglichkeit schwerspanbarer Werkstoffe bewirken. Zum Zwecke des Korrosionsschutzes werden bekannte Zusätze, z. B. grenzflächenaktive Substanzen und Inhibitoren beigefügt.
Zur Prüfung der im Rahmen der Patentanmeldung interessierenden Eigenschaften wurde ein Kühlschmiermittel mit einem pH-Wer von 8,4 gemäß Anspruch 2 der genannten Patentschrift folgenden Tests unterzogen:
1. Korrosionstest:
Zwei Platten aus Grauguß GG 25 wurden in die Versuchslösung unter Zusatz von Pril 2 Minuten bei einer Temperatur von 22° eingetaucht und dann naß aufeinandergelegt. Nach 8 Stunden wurde starke Kontaktkorrosion zwischen den Platten festgestellt.
2. Waschtest:
Stahlteile aus 16 Mn Cr 5 wurden mit Schneidöl Aral CSS spanend bearbeitet und danach mit der
Versuchslösung gewaschen. Folgende Ergebnisse wurden festgestellt:
Bei 500C: keine Waschwirkung,
bei 80° C: nur ganz geringe Wasch wirkung,
die durch die Viskositätsminderung bei dieser höheren Temperatur zustande gekommen ist Bei beiden Temperaturen zeigte sich bereits während der Trocknung starke Korrosion an ölfreien Stellen. ι ο
3. Hautverträglichkeit:
Bei Eintauchen der Hand und Antrocknen der Lösung trat starke Hautreizung auf. Ein dauernder Hautkontakt mit einer solchen Lösung (wie in der Praxis nicht zu vermeiden) führt zu Dermatosen. r> z. B. zu Nickelkrätze! Außerdem sind Nickelsalze carcinogen.
4. Abwasseraufbereitung:
Triethanolamin bildet mit Nickelsulfat wasserlösliche Verbindungen. Ein Ausfällen als Ni-Hydroxid -< > gelingt nur unvollständig, so daß der für Abwässer zulässige Nickelgehalt von 0,5 mg/ltr. nicht realisierbar ist.
Nach den vorgenannten Prüfergebnissen und wegen -'"> der in bekannter Weise nachteiligen Eigenschaften ist das bekannte Kühlschmiermittel für die industrielle Praxis nicht verwendbar.
Aus der DE-OS 21 60 100 ist ein Korrosionsschutzmittel zur Verwendung in wäßrigen Systemen, z. B. so Kühlwasseranlagen von Automobilen und Warmwasserheizungen bekannt Ein Stoffgemisch nach Beispiel 4 der DT-OS mit folgender Zusammensetzung:
20 Gewichtsprozent Gemisch erhalten aus Isononan- π
säure und
Morpholin im Beisein von Wasser 40 Gewichtsprozent Emulgatorgemisch 3 Gewichtsprozent Bakterizid
10 Gewichtsprozent EP Additiv 4»
10 Gewichtsprozent Mineralöl 17 Gewichtsprozent Wasser
soll als wasserlösliches Kühlschmiermittel für die Metallbearbeitung verwendbar sein. 4 >
Hiergegen spricht der geringe Mineralölanteil, der eine ungenügende Schmierung und dementsprechend kurze Werkzeugstandzeiten zur Folge hat. Ein Gehalt von 3 Gewichtsprozent Bakteriziden liegt an der untersten Grenze der handelsüblichen mineralölhalti- ">o gen Kühlschmierstoffe.
Das genannte Stoffgemisch enthält keine waschaktiven Substanzen. In Verbindung mit solchen Substanzen würde es waschaktive Seifenbestandteile unwirksam machen. Die Seife würde ausfallen und die Lösung schmierig werden. Das bekannte Mittel kann daher immer nur als zusätzliches Rostschutzmittel, jedoch nicht für sich allein weder als Kühlschmiermittel noch als Waschmittel verwendet werden.
Ein weiteres Korrosionsschutzmittel für Wasserkreis- e>o laufe ist aus der US-PS 28 32 742 bekannt. Es ist ein Reaktionsgemisch aus para-tertio-Butylbenzoat. Diäthanolamin und einem Petroleumderivat Alox 425. Letzterer Bestandteil macht das Gemisch als Kühlschmier- und Waschmittel ungeeignet, da die Werkstük- b5 ke nach dem Waschen in Wasser wieder rosten wurden.
Die US-PS 30 71 545 behandelt eine Schneidflüssigkeii. deren Bestandteile in folgender Tabelle entspre chenden Bestandteilen einer erfindungsgemäßen Lösung gegenübergestellt werden:
Schneidfiüssigkeit der US-PS 30 71 545
Bestandteile einer erfindungsgemäßen Lösung
Rizinusöl-Fettsäuren
natriamverseifte
Pflanzenöle
1 Teil pt-BB und
1 Teil Triethanolamin
Reaktionsprodukt
1 Teil pt-BB und
2 Teile Petroieumfraktion
+ ) Phenol -
Phosphorsäure —
+) Ortho- Phenyl-Phenol — (Na-SaIz)
+ ) Methylester p-Hydroxil — Benzoesäure
■f) Natriumnitrit —
Die Rizinusöl-Fettsäuren sind noch mit Glycerin verestert, während dieses bei der Verseifung entfernt wird. Eine Seife nach Patentanspruch ist daher glycerinfrei, und die Lösung klebt nicht Als Rostschutz werden entsprechend der US-Patentschrift 30 71545 Phosphorsäure und Nitrite verwendet Phosphorsäure hat den Nachteil, daß es die Werkstückoberflächen phosphatiert. Außerdem wirkt Phosphor bekanntlich eutrophierend.
Durch die in der bekannten Schncidflüssigkeit vorhandenen Glyceride und Mineralöle ist das Produkt bakterienanfällig. Es müssen deshalb Bakterizide, wie Phenol, Ortho-Phenyl-Phenol (Na-SaIz) und Methylester der p-Hydroxyl-Benzoesäure zugegeben werden. Die in der Tabelle angekreuzten Stoffe sind biologisch nicht abbaubar und aus dem Abwasser praktisch nicht entfernbar. Phenol ist ein starkes Gift und wirkt außerdem stark ätzend. Auch Nitrit ist ein Gift Es kann mit sekundären Aminen krebserregende Nitrosamine bilden. Die Rezeptur nach den Patentansprüchen enthält dagegen weder giftige, noch hautschädigende, noch abwasserfeindliche Stoffe.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine korrosionshemmende Lösung als Kühlschmierstoff für spanabhebend zu bearbeitende Werkstücke zu entwickeln, die dem Angriff von Bakterien widersteht und damit eine lange Standzeit erreicht. Sie soll einen nachhaltigen Korrosionsschutz gewähren, als Gleitmittel zwischen Werkzeug und zu bearbeitendem Material wirken und ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bis 3 geltend gemachte technische Lehre gelöst.
Die Patentansprüche 4 bis 6 betreffen die Verwendung einer Lösung nach der Erfindung in unterschiedlichen Verdünnungen als Kühlschmiermittel und/oder Waschmittel.
Das Antioxidans in Form des Triäthanolaminsalzes der para-tertio-Butylbenzoesäure ist in der Lage, die bei der Oxidation entstehenden peroxidischen Radikale abzufangen und eine durch Autoxidation eventuell entstehende Kettenreaktion zu unterdrücken.
Der Anteil des Triäthanolaminsalzes der Butylbenzoesäure hat die Wirkung eines Korrosionsschutzmittels. Es entsteht durch Neutralisieren der para-tertio-Butylbenzoesäure mit Triäthanolamin. Durch Kombination mit Dinatriumtetraborat (Borax) und einem
Fettsäurealkanolamid erhält man einen Inhibitor, welcher
1. den Kühlschmierstoff haltbar macht,
2. das Metall gegen den im Wasser gelösten Sauerstoff schützt,
3. auf der Metalloberfläche einen Schutzfilm mit nachhaltigem Korrosionsschutz bildet und
4. keine elektronischen Grenzflächenpotentiale zuläßt.
Die Forderung nach ausreichender Ableitung der beim Bearbeiten entstehenden Wärme wird durch die Verdünnung mit Wasser mit seiner hohen spezifischen Wärme erfüllt Als Gleitmittel werden verwendet:
Palmkernseife (natronverseift) und Olein, das mit Triäthanolamin in situ neutralisiert wird. Das Gemisch aus diesen verschiedenen Seifen wirkt reibungsmindernd und schaumregulierend.
Um auch ein Schäumen bei starker Turbulenz und bei hohen Konzentrationen zu vermeiden, wird ein Äthylenoxid-Propylenoxid-Polyadditionsprodukt als zusätzliche Schaumbremse zugegeben.
Die pH-Wert-Einstellungen werden mit Natronlauge so vorgenommen, daß das fertige Konzentrat einen pH-Wert von 9,0 bis 9,2 aufweist, um auch bei hohen Konzentrationen einen Angriff auf die Haut zu vermeiden.
Die para-tertiär-Butylbenzoesäure wird bei 800C mit Triäthanolamin neutralisiert (pH 8). Die pH-Wert-Anhebung auf pH 9,0 bis 9,2 wird mit 50%iger Natronlauge vorgenommen.
Das in der Lösung nach der Erfindung als Inhibitor wirksame Fettsäurealkanolamid sowie die als Gleitmittel dienenden Seifen sind von ihrem Aufbau her zugleich waschaktive Substanzen. F.inc Lösung nach der Erfindung is! daher auch als Waschmittel für die bearbeiteten Werkstücke verwendbar. Wegen der hohen Waschkrait der vorhandenen Seifen und ihrer gebremsten Schaumkraft kann die Lösung beispielsweise in einer Konzentration von 1 Gewichtsprozent bei 600C und 800C in Spritzwasdimaschinen für Metalle eingesetzt werden. Nach dem Trocknen besitzen die Teile durch das Antioxidans einen nachhaltigen Korrosionsschutz.
Jc nach Waschtemperatur sind Konzentrationen von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent der Lösung anwendbar.
Um einen ausreichenden Korrosionsschutz der nach der Bearbeitung naß gelagerten Werkstücke zu sichern, wird der Kühlschmierstoff nach der Erfindung in einer Konzentration der Lösung von 2 bis 10 Gewichtsprozent in Wasser hergestellt.
Die im Patentanspruch 2 geltend gemachten prozentualen Zusammensetzungen des Stoffgemischkonzentrats stellen Ausführungsformen der Erfindung dar. Die geltend gemachten Vorzugswei te nach Anspruch 3 ergeben optimalen Korrosionsschutz der Werkstoffe und geringsten Reibverschleiß der Sohneidwerkzeuge bei Anwendung in den nach Anspruch 5 bzw. 6 vorgesehenen Konzentrationen.
Eine 5°/oige Lösung des Stoffgemisches emulgiert etwa 1% Mineralöl ein. Das Mineralöl läßt sich im Ultrafiltrationsverfahren ohne Schwierigkeiten abtrennen. Das Permeat kann wieder verwendet werden.
Die durch die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erzielbaren Vorteile sind wie folgt zusammengefaßt:
L Lange Standzeit,
2. keine, oder nur geringe Bakterizid- und Fungizidzugaben,
3. guter und nachhaltiger Korrosionsschutz bereits ab ίο 2%iger Lösung bei Stahl und ab 3%iger Lösung bei
Grauguß,
4. geringer Wartungsaufwand, Kontrolle der Konzentration mit dem Handfrak'ometer genügt,
5. keine speziellen Mischgeräte zum Anmischen erforderlich,
6. keine toxischen Stoffe,
7. gute Hautverträglichkeit,
8. einemulgierter Fremdölanteil etwa 1%. Dadurch viel weniger Ölanfall beim Trennen als bei
Öl-in-Wasser Emulsionen,
9. durch Verwendung desselben Mittels zum Waschen und Bearbeiten vereinfachte Lagerhaltung und vereinfachte Abwasseraufbereitung,
10. umweltfreundliche Eigenschaften, 2> 11. keine ölnebel bei starken Zerspanungen,
12. auch bei längeren Betriebspausen ist weder Luftflotation noch Umwälzung erforderlich,
13. kein Verschmutzen und Zusetzen von Kühlschmiersloffleitungen,
jo 14. keine chemischen Angriffe auf Armaturen und Pumpen,
15. keine Verwendung von Additiven, l. B. Chlorparaffinen, die hautaggressive Reaktionsprodukte bilden,
r, 16. einfache Abtrennung des Mineralölanteils im
Ultrafiltrationsverfahren,
17. Wiederverwendung des Permeats als Waschmitlei und nach Hinzufügen von Konzentrat auch als Kühlschmiermittel,
18. Schleifscheiben mit Bornitrid-Belag (Borazon) bleiben auch bei hohen Konzentrationen frei.
Die Standzeiten der Lösung beim Einsatz als KUhlschinierstoff sind 3- bis 4mal so lang wie die der 4r> handelsüblichen Öl-in-Wasser-Stoffe. Letztere erfordern wöchentliche Zugaben an Bakteriziden und Fungiziden und dazu eine labormäßige Überwachung. Durch die genannte erheblich längere Standzeit der neuen Lösung sinken die zu verwerfenden und jo abwassertechnisch aufzubereitenden Mengen auf χΙϊ bis 1A der bisherigen Flüssigkeitsmengen. Dies ist umwelttechnisch von größler Bedeutung.
Da das Kühlschmiermittel nach der Erfindung auch
als Waschmittel in den Waschmaschinen verwendet j werden kann, braucht nur ein einziges Mittel aufbereitet zu werden, und die Aufbereitungsanlagen können optimal auf dieses Mittel ausgerichtet werden.
Durch den bisher üblichen Einsatz verschiedener Wasch- und Kühlschmierstoffe entstehen erhebliche Wi Mehrkosten und Schwierigkeiten bei der Abwasseraufbereitung.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Korrosionshemmende wässerige Lösung für spanabhebend bearbeitete Werkstücke aus Metallen und Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Triäthanolamin-para-tertiär Butylbenzoat, Fettsäure-AIkanolamiden, Borax, einem Äthylenoxid- Propylenoxid- Polyadditionsprodukt. Olein, Triäthanolamin, Palmkernseife, Natronlauge und Wasser besteht.
2. Korrosionshemmende, eine Dichte von 1,06 bei 200C und eine Viskosität von 35OcSt bei 200C aufweisende, wässerige Lösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus
22—30 Gewichtsprozent
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