DE2757322C2 - Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel für die metallverarbeitende Industrie - Google Patents

Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel für die metallverarbeitende Industrie

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Description

Die Erfindung betrifft Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel für die metallverarbeitende Industrie.
Die metallverarbeitende Industrie benötigt zur Bewerkstelligung von Verformurigsvorgängen an Metallen, sei es, daß diese spanlos oder spanabhebend durchgeführt werden, Kühlmittel, die die Verformungsvorgänge erleichtern und die insbesondere in der Lage sind, die auftretende Wärmeenergie abzuführen und gleichzeitig und anschließend das verformte Metall vor Korrosionen zu schützen.
Bekanntlich werden solche Mittel allgemein als Kühl-Schneidmittel oder auch als Kühl-Schmiermittel bezeichnet. Die Entwicklung dieser Kühl-Schneidmittel war im vergangenen Jahrzehnt infolge der allgemeinen Tendenz zur Rationalisierung der Fertigungsvorgänge besonders rasch, wobei diese Entwicklung zu Produkten führte, die ihrem Wesen und ihrer Zusammensetzung nach als kolloiddisperse Systeme von unverseifbaren Mineralölen im Gemisch mit oberflächenaktiven Substanzen in Wasser definiert werden können.
Durch die Rationalisierung der Fertigung innerhalb der metallverarbeitenden Betriebe war es notwendig geworden, von der früher üblichen Verwendung reiner Mineralölemulsionen, die aus Petrolsulfonaten und Mineralölen hergestellt wurden, abzugehen, da diese Mineralölemulsionen nicht mehr den gestiegenen Anforderungen genügten. Einerseits besaßen diese Mineralölemulsionen nämlich infolge des hohen Mineralölgehalts nur eine schlechte bzw. unbefriedigende Kühlwirkung, andererseits besaßen diese Mineralölemulsionen wegen ihrer geringen ünverdünnbarkeit mit Wasser auch nur ein schlechtes bzw. unbefriedigendes Korrosionsschutzverhalten; ein dritter Nachteil dieser Mineralölemulsionen besteht schließlich in ihrer geringen Beständigkeit gegenüber Mikroorganismen, wodurch unerwünschtermaßen eine Faulstoffbildung, eine Geruchsbelästigung und insgesamt eine hohe Umweltbelastung entstand.
Die Entwicklung zu besser kühlenden, die Umwelt weit weniger belastenden und weniger Mineralöl enthaltenden Kühl-Schneidmittel führte dazu, daß erstmalig komplexe Seifen von Äthanolaminen mit natürlichen Fettsäuren zur Anwendung gelangten, die nach besonderen Verfahren unter dem Einfluß der Borsäure bei Temperaturen von insbesondere zwischen 230 und 2000C gewonnen wurden. Diese neuen Kühl-Schneidmittel wurden beispielsweise bereits mit großem Erfolg in der metallverarbeitenden Industrie eingesetzt; so wurde zum Beispiel in Metallverarbeitungsaniagen bzw. Metallverformungsanlagen, in denen die bisherigen Kühlmittel nur wenige Wochen unter Zusatz von Konservierungsmitteln gehalten werden konnten, mit den oben beschriebenen neuartigen Produkten Verweilzei-
to ten von 80 Wochen und mehr erzielt ohne daß Konservierungsstoffe zugesetzt werden mußten. Allein dieser Vorteil bedeutet eine sprunghafte Verringerung der Kosten, eine Verringerung der Entsorgung und ehe Steigerung des Rationalisierungseffektes um ein Vielfaches. Darüber hinaus verschwanden bei Einsatz der oben beschriebenen neuartigen Produkte die durch die Konservierungsmittel bedingten Hautkrankheiten der Beschäftigten vollständig.
Es zeigte sich ferner, daß mit den vorgenannten neuartigen Kühl-Schneidmitteln, die kolloid-disperse Systeme darstellen, auch Schneidleistungen an hoch legierten Stählen für Flugzeugturbinen durchgeführt werden konnten, die man bis dahin nicht erzielen konnte und die auch nicht für möglich gehalten wurden.
Für zahlreiche Anwendungsfälle sind also diese neuen oben beschriebenen Kühl-Schneidmittel sehr befriedigend.
Es zeigte sich jedoch im Verlauf einer sehr breiten technischen Anwendung, daß für bestimmte Anwendungsgebiete noch gewisse Nachteile in Kauf genommen werden mußten, die im Rahmen des bisherigen Standes der Technik der neuen oben beschriebenen Kühl-Schneidmittel-Generation noch nicht beseitigt werden konnten.
Diese Problematik lag insbesondere darin begründet, daß alle bekannten Fettsäuren Kalkseifen bilden, die zu Ausfällungen führen, die ihrerseits wieder mit dem aus den Maschinen stammenden Mineralöl zu unerwünschten Rückständen führen, die wegen ihrer Unlöslichkeit in Wasser nicht oder nur schwer entfernbar sind.
Diese Problematik mutet zunächst geringfügig an, hat aber neuerdings in der Praxis eine außerordentliche Bedeutung erlangt, und zwar insbesondere bei den immer mehr zum Einsatz gelangenden numerisch gesteuerten Maschinen und Fertigungsprozessen. Deren Fertigungsleistung kann nämlich bereits durch das Festkleben kleiner Metallsplitter an den Gleitbahnen gestört oder auch ganz unterbunden werden.
Weiterhin bilden die ausgefällten Kalkseifen, die sich in den Zuleitungssystemen absetzen können, einen Nährboden für Mikroorganismen, die ihrerseits die organischen Bestandteile der Kalkseifen verzehren und unlösliches Kalziumoxyd bzw. unlösliche Kalziumkarbonate hinterlassen. Diese Kalkablagerungen, die sich dann in den Rohrleitungssystemen verfestigen, führen dazu, daß die Rohrleitungen von Außen nach Innen zuwachsen und sich damit verstopfen können.
So beschreibt die DE-OS 16 20 447 Verfahren zur Herstellung von wasserlöslichen, korrosionsverhindernden, biologisch abbaufähigen, Kühl-, Schmier- und Reinigungskonzentraten mit einer Kondensationsreaktion unter Bildung von Piperazinderivaten aus Aminoalkohol, Borsäure und Carbonsäure.
So wird beispielsweise ein Reaktionsprodukt aus Diethanolamin und Borsäure unter Ausscheidung von Wasser erhalten, das mit Myristinsäure unter Auskondensation von Wasser zum Endprodukt umgesetzt wird (Beispiel 4, DE-OS 16 20 447). Das so erhaltene Produkt
weist den Nachteil der Ausfällung von Kalkseifen und resultierender Betriebsbeeinträchtigungen auf.
Demgegenüber liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel für die metallverarbeitende Industrie zu schaffen, die insbesondere auch für numerisch gesteuerte Metallbearbeitungsmaschinen geeignet sind, wobei das Festkleben auch kleiner Metallsplitter unterbunden wird und ferner eine Ausfällung von Kalkseifen und damit eine gegebenenfalls stattfindende Verstopfung der Zuleitungssysteme ausgeschlossen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei Mitteln d sr eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß diese Mittel erhältlich sind durch eine Kondensationsreaktion eines überschüssigen Aminoalkohole mit Borsäure unter Hinzufügung einer durch Äthoxylierung von Fettalkohol und anschließender Umsetzung mit Natriumchloracetat gewinnbaren Oxaäthancarbonsäure zu dem in diesem Reaktionssystem gebildeten komplexen borhaltigen Diamin.
Beansprucht wird weiterhin ein erfindungsgemäß hergestelltes Mittel, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Oxaäthancarbonsäure eine Fettsäure hinzugefügt worden ist, sowie ein erfindungsgemäß hergestelltes Mittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Aminoalkohol Monoäthanolamin und Diäthanolamin und die Oxaäthancarbonsäure Lauryl(poly-1 -oxapropen)oxaäthancarbonsäure ist.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die oben dargestellte technische Aufgabenstellung erfindungsgemäß dadurch gelöst wird, daß neue Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel durch eine bestimmte Kondensationsreaktion geschaffen werden. Diese erfindungsgemäßen neuen Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel besitzen überraschenderweise die oben geschilderten positiven Eigenschaften.
Die Kondensationsreaktion wird zwischen einem überschüssigen Aminoalkohol mit Borsäure und Zufügen einer Carbonsäure zu dem in diesem Reaktionssystem gebildeten komplexen borhaltigen Diamin hergestellt. Dabei besteht die Carbonsäure aus einer Oxaäthancarbonsäure und insbesondere aus Lauryl-(polyl-oxapropen)oxaäthancarbonsäure. Letztere hat die Formel
Ci2H25(OCH2CH2)nOCH2COOH
(n = 1 —4) und die für Oxaäthancarbonsäuren charakteristische Gruppierung -OCH2COOH.
Bezüglich der eingesetzten Verbindungsklasse der Oxaäthancarbonsäure wird auf das Standardwerk von Dr. J. G. Aalbers, 1966 Druckerij WED. G. Van Soest N. V. Amsterdamm, insbesondere auf Seiten 26 bis 33 verwiesen.
Allgemein gesagt werden die Oxaäthancarbonsäuren durch Äthoxylierung von Fettalkoholen und anschließender Umsetzung mit chloressigsaurem Natrium (Na-Chloracetat) gewinnbar.
Bezüglich der Verwendung der erfindungsgemäßen neuen Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel und insbesondere der Einzelheiten der Anwendung wird als nächstkommender Stand der Technik auf die DE-OS 16 20 447 verwiesen.
Überraschenderweise wurde ferner gefunden, daß auch die Kombination der bisher gebräuchlichen Fettsäuren, also beispielsweise der Laurinsäure oder der Myristinsäure mit einer Oxaäthancarbonsäure zu Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel für die metallverarbeitende Industrie führt, die die oben aufgeführten technischen Probleme zu lösen im Stande sind.
Das Wesen vorliegender Erfindung wird nun im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiterhin erläutert, wobei in den Ausführungsbeispielen auch die überraschend positiven Wirkungsangaben mit enthalten sind.
Beispiel 1
Kondensationsreaktion mit Diäthanolamin, Borsäure und Lauryl(poly-1 -oxapropenjoxaäthancarbonsäure. Die Produkte stehen im folgenden Molverhältnis zueinander:
7 Mole Diäthanolamin
3,3 Mole Borsäure (= Orthoborsäure) 1 Mol Lauryl(poly-i-oxapropen)-oxaäthancarbonsäure
Die auskondensierte Wassermenge beträgt 8,3 Mole.
Das Kondensationsprodukt ist hellgelb, dickflüssig, löst sich klar in Wasser mit einem pH-Wert von 9,0.
Mit Spindelöl wird eine Grundemulsion erzeugt, indem man das Produkt im Verhältnis 2:1 mit Wasser mischt und dann 2 bis 3 Teile Spindelöl zusetzt Diese klare Grundemulsion löst sich transparent b.;s milchig weiß in Wasser. Ein solches Produkt hat eine ausgezeichnete Korrosionshemmwirkung und erfüllt die Bedingungen des Herbert-Tests (siehe deutsches Patent 16 20 447) einer Verdünnung von 1 :100.
Beispiel 2
Kondensationsreaktion mit Diäthanolamin, Borsäure, Lauryl(poly-l-oxapropen) oxaäthancarbonsäure und einer pflanzlichen Mischölfettsäure.
Die Produkte stehen in folgendem Molverhältnis zueinander:
8 Mole Diäthanolamin
1 Mol Borsäure (= Orthoborsäure) 3 Mole Lauryl(poly-l-oxapropen)-
oxaäthancarbonsäure 1 Mol pflanzliche Mischölfettsäure
Die auskondensierte Wassermenge beträgt 11,1 Mole.
Das Kondensationsprodukt ist braungold, flüssig, klar, löst sich klar in Wasser mit einem pH-Wert von 9,0.
Mischt man gleiche Teile des Produkts mit Spindelöl, so ergibt sich eine dickflüssige klare Lösung, die sich in Wasser mit milchig weißer bis transparenter Farbe löst. Das Produkt hat eine ausgezeichnete Korrosionshemmwirkung und erfüllt die Bedingungen des Herbert-Tests noch in einer Verdünnung von 1 -.100.
Beispiel 3
Kondensationsreaktion mit Monoäthanolamin,
Borsäure und Lauryl (poly-1 -oxapropen)oxaäthancarbonsäure
Die Produkte stehen in folgendem Molverhältnis zueinander:
7 Mole Monoäthanolamin
3,3 Mole Borsäure (= Orthoborsäure)
1 Mol Lauryl(poly-l-oxapropen)-oxaäthancar bonsäure
Die auskondensierte Wassermenge beträgt 8,5 Mole.
Das Kondensationsprodukt ist gelb und wird nach dem Erkalten fest Es löst sich als weiße Emulsion in Wasser mit einem pH-Wert von 9,0.
Eine Mischung von einem Teil Wasser mit einem Teil Spindelöl ergibt eine weiße beständige Emulsion. Das Produkt hat eine ausgezeichnete Korrosionshemmwir- w kung und erfüllt die Bedingungen des Herbert-Tests noch in einer Verdünnung von 1 :100.
Beispiel 4
15
Kondensationsreaktion aus Diäthanolamin,
Borsäure, Lauryl-(poly-1 -oxapropen)-oxaäthancarbonsäure und Mischöifettsäure
Die Produkte stehen in folgendem Mclverhältnis zueinander:
9 Mole Diäthanolamin
3 Mole Borsäure (= Orthoborsäure) 1 MoI Lauryl(poly-l-oxapropen)-
oxaäthancarbonsäure 3 Mole Mischöifettsäure
Die auskondensierte Wassermenge beträgt 5 Mole.
Das Kondensationsprodukt ist braun und relativ dickflüssig. Es löst sich milchig weiß in Wasser mit einem pH-Wert von 9,0.
Mit gleichen Teilen Spindelöl und Wasser gemischt ergibt sich eine dicke, fettartige, weiße Emulsion, die sich in Wasser mit weißer Farbe löst Man erhält eine bessere Löslichkeit der Grundemulsion, wenn man zu 100 Teilen der Stammemulsion noch 4% freie Lauryl(poly-l-oxapropen) oxaäthancarbonsäure zusetzt. Das Produkt hat eine ausgezeichnete Korrosionshemmwirkung und erfüllt die Bedingungen des Herbert-Tests noch in einer Verdünnung von 1 :100.
50
s.s
60

Claims (3)

Patentanspiüche:
1. Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel für die metallverarbeitende Industrie, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel erhältlich sind durch eine Kondensationsreaktion eines überschüssigen Aminoalkohole mit Borsäure unter Hinzufügang einer durch Äthoxylierung von Fettalkohol und anschließender Umsetzung mit Natriumchloracetat gewinnbaren Oxaäthancarbonsäure zu dem in diesem Reaktionssystem gebildeten komplexen borhaltigen Diamin.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Oxaäthancarbonsäure eine Fettsäure hinzugefügt worden ist
3. Mittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aminoalkohol Monoäthanolamin oder Diäthanolamin und die Oxaäthancarbonsäure Lauryl(poly-l-oxapropen) oxaäthancarbonsäure ist
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