NO150564B

NO150564B - Komponent for et vannfortynnbart smoeremiddel for metallbearbeiding og anvendelse av denne komponent

Info

Publication number: NO150564B
Application number: NO810648A
Authority: NO
Inventors: Maans Ola Maanson; Carl-Axel Edvard Sjoegreen; Axel Goeran Bergvall
Original assignee: Perstorp Ab
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1984-07-30
Also published as: DK89181A; DE3107052C2; DK161714B; AT372399B; FI69865B; SE452772B; ATA93181A; FI810635L; SE8101108L; NO810648L; DE3107052A1; NO150564C; NL189308C; NL189308B; DK161714C; BE887689A; GB2072661A; US4405471A; GB2072661B; NL8100954A

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en komponent for et vannfortynnbart smøremiddel for metallbearbeidiing og en anvend-

else av denne komponent.

Ved sponfraskillende metallbearbeiding såsom boring,

dreiing, fresing, gjengeskjæring og sliping anvendes der vanligvis smøremidler basert på mineraloljeprodukter. Dette skyldes først og fremst mineraloljenes relativt lave pris.

Undertiden består smøremidlene av vannemulsjoner. Dessuten

anvendes der en lang rekke tilsetninger, f.eks. smørefor-

bedrende EP-tilsetningsmidler (EP = extreme pressure).

Det i den senere tid stadig økende krav om tilfreds-

stillende arbeidsmiljø og arbeiderbeskyttelse har vakt interesse for nye typer av smøremidler for metallbearbeiding. Utilfredsstillende arbeidsmiljø og medfølgende medisinske

plager er vanlige problemer med de produkter som i dag anvendes i verkstedsindustrien. De mineraloljebaserte pro-

dukter gir således opphav til oljerøk og oljetåke i arbeids-

lokalene, samt nedsmussing på og rundt maskinene. Mineral-

oljen og de anvendte tilsetningsmidler kan forårsake hud-

irritasjon, eksemer og allergier. Risiko for kreft finnes også ved langvarig hudkontakt, og risiko for lungeskader foreligger ved innåndning av den oljeblandede luft.

I de seneste år er det fra flere hold rapportert om

forekomst av kreftfremkallende stoffer i skjærevæsker.

Mineralolje inneholder polyaromatiske hydrokarboner, f.eks. benzopyrener. Dessuten er det på grunn av de høye tempera-

turer som hersker i skjæresonen, sannsynlig at der dannes polyaromater ved bruk av produktene.

For å forsøke å redusere de ovennevnte problemer ved

anvendelse av mineralol jeba,serte smøremidler for metall-

bearbeiding, har man i større og større grad gått over til mineraloljeemulsjoner. Derved reduseres problemene med olje-

tåke og oljerøk noe. Slike produkter er imidlertid langt fra problemfrie fra et miljøsynspunkt.

Mineraloljen har dessuten en begrenset smøreevne, og en rekke forskjellige tilsetningsmidler må derfor tilsettes smøremiddelet. Disse tilsetningsmidler kan på samme måte som mineralolje gi hudirritasjoner. Foruten smøreforbedrende tilsetningsmidler må de kjente mineraloljeemulsjoner blant annet inneholde spesielle emulgatorer, korrosjonsinhibitorer og bakteriedrepende midler. Sammensetningen av en mineral-oljeemulsjon er altså forholdsvis komplisert. Det er derfor vanskelig å fastslå hvilken eller hvilke av de inneholdte bestanddeler som i et bestemt tilfelle medfører problemer.

Der finnes således stort behov for å kunne fremstille et miljøvennlig og høyfunksjonelt smøremiddel for metallbearbeiding, dvs. et miljøvennlig smøremiddel som ved god smøre- og kjøleevne ved høye overflatetrykk og/eller av-sponings- og omformningshastigheter gir detaljer med ønsket utseende, toleranse og overflatefinhet, samtidig som slitasjen på det anvendte verktøy reduseres.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse har man helt uventet kunne tilfredsstille dette behov og skaffet en komponent til et smøremiddel for metallbearbeiding. Komponenten er karakterisert som angitt , i krav 1.

Spesielle fordeler oppnås ved anvendelse av komponenten ifølge oppfinnelsen som eneste komponent eller hovedkomponent i vannbaserte smøremidler. Komponenten kan herunder være oppløst eller emulgert i vann. De fremstilte oppløsninger resp. emulsjoner blir særdeles stabile. De har videre en ekstremt god smøreevne. De korrosjonsbeskyttende egenskaper er dessuten helt enestående. Dette gjelder blant annet for jern, jernlefgeringer, aluminium, aluminiumlegeringer, kobber og kobberlegeringer.

Et vannbasert smøremiddel som er ferdig til bruk, kan inneholde f.eks. 70-99 vektprosent vann, fortrinnsvis 90-99 vektprosent vann, mens resten eller størstedelen av resten ut-gjøres av komponenten ifølge oppfinnelsen.

Det er bemerkelsesverdig at et vannbasert smøremiddel

som inneholder opptil 99 vektprosent vann, kan gi en god smøreevne og gode korrosjonsbeskyttende egenskaper.

Fra både et miljøsynspunkt og et økonomisk synspunkt

er det naturligvis fordelaktig at man ifølge oppfinnelsen kan fremstille et høyfunksjonelt smøremiddel som inneholder så meget vann.

Et vannbasert smøremiddel som er ferdig til bruk, kan

alternativt inneholde f.eks. 1-50 vektprosent vann, mens resten eller mesteparten av resten utgjøres av komponenten ifølge oppfinnelsen. Vannet kan herunder være oppløst eller emulgert i komponenten. Et slikt smøremiddel med relativt høyt innhold av komponenten ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet ved slike metallbearbeidingsoperasjoner hvor kravene til filmstyrke og smøreevne er høye.

Vidére kan komponenten ifølge oppfinnelsen anvendes som delkomponent i et vannbasert smøremiddel, som f.eks. kan inne-

holde mineralolje, syntetiske estere, polyalkenglykoladukter eller fete oljer på vegetabilsk eller animalsk basis. Kompo-

nenten kan herunder utnyttes til å gi bedre smøreevne, bedre korrosjonsbeskyttelse og bedre emulsjonsstabilitet.

En spesielt egnet komponent ifølge oppfinnelsen som er

beregnet for anvendelse i et metallbearbeidings-smøremiddel som er blandbart med vann og foreligger i emulgert eller opp-

løst form, er angitt i krav 2.

Når R1 utgjøres av et umettet radikal, kan dette svovles.

Derved kan EP-virkningen av komponenten ytterligere forbedres.

Andre spesifikke komponenter ifølge oppfinnelsen er an-

gitt i krav 3.

Komponenten ifølge oppfinnelsen fremstilles ved at

n mol av en monokarboksylsyre eller en blanding av to eller

flere monokarboksylsyrer med formelen

hvor R1 har den i krav 1 angitte betydning,

omsettes med ett mol av en alkohol eller en blanding av to eller flere alkoholer med formelen

R - [^hJ — hvor m er 3-8 og betyr antall hydroksylgrupper i alkoholen og R har den i krav 1 angitte betydning, hvoretter det oppnådde reaksjonsprodukt omsettes raea p mol av en to- eller treverdig organisk syre eller en blanding av to eller flere slike syrer med formelen

hvor R2 har den i krav 1 angitte betydning, eller et tilsvarende syreanhydrid eller en blanding av to eller flere tilsvarende syreanhydrider til en komponent med formelen hvoretter komponenten overføres til nøytralisert form ved omsetning med et amin eller et alkalimetall, hvorved komponenten får formelen

Q

hvor R^ har den i krav 1 angitte betydning.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i tilslutning til

de nedenstående utførelseseksempler, hvorav eksemplene 1-7 angår fremstilling av spesifikke komponenter ifølge oppfinnelsen før nøytralisering, mens eksemplene 8-14 angår for-

skjellige smøremidler inneholdende en komponent ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1

1 mol (136,2 g) trimetylolpropan (TMP), mol (273,3 gl oljesyre samt 65 g xylen ble ført inn i en glasskolbe forsynt med rører, vannavskilier, termometer og inertgasstil-førsel. Xylenet ble anvendt for azeotropisk avdestillasjon av dannet forestringsvann.

Temperaturen ble gradvis økt til 250°C, hvoretter dannet forestringsvann ble fraskilt. Ved et syretall på under 3 mg KOH pr. g ble reaksjonen stanset. Gjenværende xylen ble fordampet under vakuum. Det oppnådde produkt 391,5 g TMP-oleat med et OH-tall på 285 mg KOH pr. g var en klar lys olje ved 20°C. Et mol (391,5 g) TMP-oleat som angitt ovenfor ble ved en temperatur på 150°C omsatt med et mol (148,2 g) ftalsyreanhydrid i en glasskolbe utstyrt med rører og termometer. På denne måte ble der oppnådd 539 g TMP-oleatftalat med et syretall på 99 mg KOH pr. g. Dette produkt var en viskøs olje ved 20°C.

Eksempel 2

1 mol (138,4 gl pentaerytritol (PENTAl, 2,7 mol (427,1 g) pelargonsyre (alifatisk Cg-syre) samt 65 g xylen ble til-ført en glasskolbe forsynt med rører,, vannfraskiller, termometer og inertgasstilførsel.

Temperaturen ble gradvis økt til 250°C, hvoretter dannet forestringsvann ble fraskilt.

Ved et syretall på under 3 mg KOH pr. g ble reaksjonen stanset. Gjenværende xylen ble avdampet under vakuum. 517 g PENTA-pelargonat i form av en klar, lys olje ved 20°C og med et OH-tall på 135 mg KOH pr. g ble oppnådd.

1 mol (517 g) PENTA-pelargonat ble ved en temperatur

på 150°C omsatt med 1 mol.(98 g) maleinsyreanhydrid i en glasskolbe forsynt med rører og termometer. På denne måte ble der etter sugefiltrering oppnådd 609 g PENTA-pelargonat-maleat med et syretall på 88 mg KOH pr.g. Produktet var en klar lys olje ved 20°C.

Eksempel 3

1 mol (138,4 g) pentaerytritol (PENTA), 3 mol (432 g) 2-etylheksansyre samt 65 g toluen ble tilført en glasskolbe forsynt med rører, vannfraskiller, termometer og inert-gasstilførsel. Toluenet ble anvendt til azeotropisk avdestillasjon av dannet forestringsvann.

Temperaturen ble gradvis økt til 250°C, hvoretter dannet forestringsvann ble fraskilt. Ved et syretall på under 3 mg KOH pr. g ble reaksjonen stanset. Gjenværende toluen ble fordampet. Der ble oppnådd 517 g PENTA 2-etylheksoat med et OH-tall på 108 mg KOH pr. g. Produktet var en klar, lys olje ved 20°C.

1 mol (517 g) PENTA-2-etylheksoat ble omsatt med 1 mol (146,1 g) adipinsyre i nærvær av toluen ved en temperatur

på 250°C under nitrogengassatmosfære i en glasskolbe forsynt med rører og termometer. Reaksjonen ble tillatt å løpe i 1,5 time, hvoretter dannet forestringsvann ble fraskilt. Deretter ble toluenet fjernet under vakuum. På denne måte

ble der oppnådd 641 g PENTA-2-etylheksoatadipat med et syretall på 82 mg KOH pr. g. Produktet var en lavviskøs olje ved 4 0°C.

Eksempel 4

1 mol (138,4 g} pentaerytritol (PENTAl, 1 mol (273,3 g) oljesyre samt 65 g xylen ble tilført en glasskolbe forsynt med rører, vannfraskiller, termometer og inertgasstilførsel.

Ved et syretall på under 1 mg KOH pr. g ble reaksjonen stanset. Gjenværende xylen ble fordampet under vakuum. Produktet ble trykkfiltrert for fjerning av ikke omsatt PENTA. 370 g PENTA-o1eat med et OH-tall på 226 mg KOH pr. g ble oppnådd. Produktet var en lavviskøs, lysbrun olje ved 20°C.

286 g PEN/TA-oleat ble ved en temperatur på 150°C omsatt med 108 g ftalsyreanhydrid i en glasskolbe forsynt med rører og termometer. Etter filtrering ble der oppnådd 355 g PENTA-oleat-ftalat med et syretall på 98 mg KOH pr. g. Produktet var en viskøs olje ved 20°C.

Eksempel 5

1 mol (136,2 g) TMP, 2,2 mol (317 g) 2-etylheksansyre og 20 g xylen ble tilført en glasskolbe forsynt med rører, vannfraskiller, termometer og inertgasstilførsel. Xylenet ble anvendt for azeotropisk avdestillering av dannet forestringsvann.

Temperaturen ble gradvis Økt til 260°C, hvoretter dannet forestringsvann ble fraskilt. Ved et syretall på under 2 mg KOH pr. g ble reaksjonen stanset. Gjenværende xylen ble drevet ut under vakuum.

411 g TMP-etylheksoat med et OH-tall på 99 mg KOH pr. g ble oppnådd. Produktet var en lys, lavviskøs olje ved 20°C. 1 mol (411 g) TMP-etylheksoat og 0,8 mol (117 g) adipinsyre ble tilført en glasskolbe forsynt med rører, termometer og inertgasstilførsel. Temperaturen ble gradvis økt til 250°C og holdt på dette nivå i 30 minutter ved atmosfæretrykk og deretter ytterligere 30 minutter ved vakuum (trykk på 100 mm Hg). Derved ble der oppnådd 514 g TMP-etylheksoatadipat med et syretall på 91 mg KOH pr. g. Produktet var en lavviskøs olje ved 40°C.

Eksempel 6

1 mol (517 gl PENTA-2-etylheksoat fremstilt som i eksempel 3 ble omsatt med 1 mol (188 gl azelainsyre ved 250°C under nitrogengassatmosfære i en glasskolbe forsynt med rører og termometer. Reaksjonen ble tillatt å forløpe i 1,5 time ved atmosfæretrykk og deretter i ytterligere 30 minutter ved vakuum (trykk på 80 mm Hg). Temperaturen var hele tiden 250°C. Derved ble der oppnådd 680 g PENTA-2-etylheksoatazelat med et syretall på 72 mg KOH pr. g. Produktet var en lavviskøs olje ved 40°C.

Eksempel 7

1 mol (250 g) di-trimetylolpropan (Di-TMP), 2,8 mol

(403 g) 2-etylheksansyre og 30 g xylen ble fylt i en glasskolbe forsynt med rører, vannfraskiller, termometer og inert-gasstilførsel. Xylenet ble anvendt for azeotropisk vannfra-skilling.

Temperaturen ble sakte økt til 260°C samtidig som dannet forestringsvann ble fraskilt. Ved et syretall på under 2 mg KOH pr. g ble oppvarmingen avbrutt og gjenværende xylen fordampet under vakuum. 603 g Di-TMP-etylheksoat med et OH-tall på 109 mg KOH pr. g ble oppnådd. Produktet var en lys, lavviskøs olje ved 20°C. 1 mol (603 g) di-TMP-etylheksoat og 1,2 mol (175 g) adipinsyre ble tilført en glasskolbe forsynt med rører, termometer og inertgasstilførsel. Temperaturen ble gradvis økt til 250°C og holdt på dette nivå i 30 minutter ved atmosfæretrykk og deretter ytterligere 30 minutter ved vakuum (trykk på 100 mm Hg), Derved ble der oppnådd 756 g di-TMP-etylheksoat-adipat med et syretall på 87 mg KOH pr. g. Produktet var en lavviskøs olje ved 40°C.

Eksempel 8

25 g TMP-oleat-ftalat fremstilt som i eksempel 1 ble blandet med 4 g N,N-dimetyletanolamin. Den oppnådde blanding ble under omrøring ført ned i 550 g vann, hvorved der ble oppnådd en 5 prosents,stabil, melkelignende emulsjon. Emulsjonen er velegnet som smøre- og kjølemiddel ved f.eks. skjærende bearbeiding såsom boring og gjenging.

Eksempel 9

25 g PENTA-pelargonat-maleat fremstilt som i eksempel 2 ble blandet med 10 g trietanolamin og 8 g ikke-ionisk emul-gator bestående av etoksylert nonylfenol. Den oppnådde blanding ble under omrøring ført ned i 172 g vann, hvorved der ble oppnådd en 20 prosents, stabil, transparent emulsjon. Denne emulsjon er blant annet meget egnet som platepresse-væske, f.eks. ved dyptrekking av rustfri plate.

Eksempel 10

25 g PENTA-2-etylheksoatadipat fremstilt som i eksempel 3 ble blandet med 10 g trietanolamin. Den oppnådde blanding ble under omrøring ført ned i 1715 g vann, hvorved der ble oppnådd en 2 prosents, stabil, halvtransparent emulsjon. Denne emulsjon er særlig egnet blant annet som slipevæske.

Eksempel 11

25 g PENTA-oleat-ftalat fremstilt som i eksempel 4 ble blandet med 10 g triisopropanolamin. Den oppnådde blanding ble under omrøring ført inn i 665 g vann, hvorved der ble oppnådd en 5 prosents, stabil, melkelignende emulsjon. Denne emulsjon er meget egnet som smøre- og kjølemiddel ved f.eks. skjærende bearbeiding såsom boring og gjenging.

Eksempel 12

25 g TMP-etylheksoatadipat fremstilt som i eksempel 5

ble blandet med 3,6 g dietanolamin og 2,9 g dietylenglykolmonobutyleter. Den oppnådde blanding ble under omrøring ført inn i 598 g vann, hvorved der ble oppnådd en 5 prosents,

stabil, melkelignende emulsjon. Emulsjonen er meget egnet som smøre- og kjølemiddel ved f.eks. skjærende bearbeiding såsom boring og gjenging.

Eksempel 13

25 g PENTA-2-etylheksoatazelat fremstilt som i eksempel.

6 ble blandet med 12 g trietanolamin og 3,7 g dietylenglykolmonobutyleter. Den oppnåadde blanding ble under omrøring ført inn i 773 g vann, hvorved der ble oppnådd en 5 prosents, stabil, transparent emulsjon. Emulsjonen er velegnet som smøre- og kjølemiddel ved f.eks. skjærende bearbeiding såsom boring og gjenging.

Eksempel 14

25 g ai-TMP-etylheksoat-adipat fremstilt som angitt

i eksempel 7 ble blandet med 5,2 g N,N-dimetylaminometyl-propanol og 3,0 g dietylenglykolmonobutyleter. Den oppnådde blanding ble under omrøring ført inn i 627 g vann, hvorved der ble oppnådd en 5 prosents,stabil, melkelignende emulsjon. Emulsjonen er velegnet som smøre- og kjølemiddel ved f.eks. skjærende bearbeiding såsom boring og gjenging.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de viste utførelses-former, idet disse kan modifiseres på forskjellige måter innenfor rammen av oppfinnelsen.

Claims

1. Komponent for et vannfortynnbart smøremiddel for metallbearbeiding, karakterisert ved at den består av en blanding av forbindelser med den generelle formel og R3 betyr et ammoniumion, et protonisert monoetanolamin, dietanolamin, trietanolamin, diisopropanolamin, triisoprop-nolamin, N,N-dimetyletanolamin, N,N-dimetylaminometylpropanol, aminometylpropanol, trietylamin eller morfolin, samtidig som forbindelsene i blandingen bare avviker fra hver-andre ved verdiene for m, n og p, slik at også blandingen kan betegnes med den ovennevnte formel I med middelverdier for m, n og p, idet middelverdien (m) for m ligger på mellom 3 og 8, middelverdien (n) for n er mindre enn rn og middelverdien (p) for p ligger på mellom 0,5 og 8, fortrinnsvis mellom 0,5 og 3.

2. Komponent som angitt i krav 1, karakterisert ved at R^^ betyr C7H15 eller C17H33 , n = 2,0-3,5 , <R>2 betyr C^, C3H6, C^Hg, C?H14, CgH C2H2 eller C H4 , R^ betyr et protonisert trietanolamin, dietanolamin, N,N-dimetylaminometylpropanol, N,N-dimetyletanolamin eller triisopropanolamin , p = 0,5-2,0 og m = 4.

3. Komponent som angitt i krav 1, karakterisert ved at R1 betyr <C>?H15 eller C17H33 , n = 1,0-2,5 R2 betyr C2<H>4<,> C<3Hg>,<C>4<Hg>, C?H14, CgH16,<C>2<H>2 eller CgH4, R3 betyr et protonisert trietanolamin, dietanolamin, N,N-dimetylaminometylpropanol, N,N-dimetyletanolamin eller triisopropanolamin, p = 0,5-1,5 og m = 3.

4. Anvendelse av en komponent som angitt i krav 1, og som er emulgert eller oppløst i vann, i et vannfortynnbart smøre-middel for metallbearbeiding.

5. Anvendelse av en komponent som angitt i krav 2, og som er emulgert eller oppløst i vann, i et vannfortynnbart smøre-middel for metallbearbeiding.