Wässrige Emulsionen zur Metallbearbeitung und Konzentrate für deren Herstellung

Abstract

 Wäßrige Emulsionen vom Öl-in-Wasser-Typ zur Metailbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 0,1 bis 2 Teile, bezogen auf 100 Teile der Emulsion, eines sek. C₁₀-C₁₈Alkansulfonats oder einer Mischung aus einem solchen Salz mit Petroleumsulfonaten in Form ihrer Alkalisalze mit einem Molekulargewicht von 400 bis 600 im Verhältnis 1:3 bis 3:1, vorzugsweise im Verhältnis 1:1, enthalten.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft neue technische Flüssigkeiten zur Metallbearbeitung.

[0002] Zur Metallbearbeitung im großtechnischen Maßstab benötigt man bestimmte Flüssigkeiten, die z.B. zur Kühlung des Werkzeuges und des bearbeiteten Werkstückes dienen und einen guten Korrosionsschutz gewährleisten. Im allgemeinen verwendet man als Flüssigkeiten zur Metallbearbeitung Öl-in-Wasser-Emulsionen. Wichtig ist hierbei, daß das Öl leicht emulgierbar ist und daß die gebildete Emulsion stabil ist und gute Korrosionsschutz- und Schmierwirkung besitzt. Solche Emulsionen enthalten neben Wasser und einem Mineralöl einen Emulgator und Zusätze, die unter anderem gleichzeitig die Schmierwirkung und Korrosionsschutzeigenschaften verbessern. Als Emulgatoren und Rostschutzmittel verwendet man häufig in solchen Formulierungen Petroleumsulfonate mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 bis 600, die jedoch eine hohe Viskosität besitzen und stark schäumen, was nicht erwünscht ist.

[0003] Es wurde nun gefunden, daß man auf einfache Art und Weise Emulsionen ohne die oben genannte Neigung zur Schaumbildung erhalten kann, wenn man diese Petroleumsulfonate ganz oder teilweise durch sek. Alkansulfonate ersetzt, wobei die zu erzielenden übrigen gewünschten Eigenschaften, so insbesondere Stabilität, Spaltbarkeit und die antikorrosiven Eigenschaften einerseits vom Verhältnis Petroleumsulfonate:Alkansulfonate und andererseits vom Gehalt der Emulsion an Alkansulfonaten oder an einem Gemisch aus diesen Salzen mit Petroleumsulfonaten abhängen. Überraschend und unerwarteterweise hat man nämlich eine synergistische Wirkung zwischen den Petroleumsulfonaten und den basischen Alkansulfonaten festgestellt, wodurch die Herstellung der Emulsion erleichtert wird und wodurch es möglich ist in einem breiten Bereich die Schaumbildung zu unterdrücken und eine antikorrosive Wirkung zu gewährleisten.

[0004] Die vorliegende Erfindung betrifft daher wässrige Emulsionen vom Öl-in-Wasser-Typ zur Metallbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein sek. Alkansulfonat oder ein Gemisch eines solchen Salzes mit Petroleumsulfonaten in Form des Alkalisalzes mit einem Molekulargewicht von 400 bis 600 im Verhältnis 1:3 bis 3:1, vorzugsweise im Verhältnis 1:1, enthalten.

[0005] Die Menge des sek. Alkansulfonats oder des Gemisches aus diesem Salz mit den Petroleumsulfonaten in der Emulsion beträgt vorzugsweise zwischen 0,10 und 2 Teilen auf 100 Teile der Emulsion bezogen.

[0006] Als Alkansulfonsäuren finden beispielsweise gemäß den von C.Bluestein und B.R.Bluestein beschriebenen Verfahren (Siehe Surfactant Science Series - Band 7 - Anionic Surfactants - Teil II, Seiten 331-34 - Marcel Dekker Verlag, New York, 1976) erhältliche Mischungen aus der Sulfonierung von (^C₁₀-C₁₈)-Paraffinen durch Schwefelsäureanhydrid in Gegenwart von Sauerstoff unter UV-Bestrahlung Verwendung. Als Beispiele hierfür seien insbesondere (C₁₀-C₁₈)-Alkansulfonsäuren mit einer Sulfogruppe am zweiten Kohlenstoffatom erwähnt. Die Salze, hier insbesondere die Natrium- und Kaliumsalze kann man nach bekannten Methoden durch Neutralisierung dieser Säuren mit Natronlauge bzw. Kalilauge erhalten.

[0007] Als Petroleumsulfonate verwendet man vorzugsweise in Öl lösliche Natriumalkylarylsulfonate mit einer oder mehreren Alkylketten, wie beispielsweise das Natriumsalz der Polypropylenbenzolsulfonsäure. Diese Petroleumsulfonate entstehen unter anderem als Nebenprodukte bei der Hydrierung von Erdölen.

[0008] Neben der (den.beiden) oben genannten Komponente(n) enthalten die erfindungsgemäßen Emulsionen natürlich Wasser, ein Mineralöl und die für solche Emulsionen üblichen Bestandteile wie beispielsweise Seifen, Fettsäurealkanolamide, Alkyl- oder Arylsulfamidocarbonsäuresalze nicht-ionische Tenside, Natriumnitrit, Triäthanolaminborat oder Phosphorsäurederivate.

[0009] Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Konzentrate zur Herstellung obiger Emulsionen mit einem Gehalt von 1 bis 10 %, vorzugsweise 3 bis 6 %, an diesen Konzentraten.

[0010] Solche Konzentrate enthalten 3 bis 20 % sek. Alkansulfonate oder einer Mischung aus einem solchen Salz mit Petroleumsulfonaten in Form von Natriumsalzen, ein Mineralöl oder ein Spindelöl mit oder ohne die für Emulsionen üblichen Zusätze.

[0011] Die obigen Konzentrate enthalten vorzugsweise 3 bis 20 % eines Kaliumalkansulfonats oder eines Gemisches aus diesem Salz mit Petroleumssulfonaten in Form von Natriumsalzen, im Verhältnis

[0012] Die Haupteigenschaften der entweder alleine oder im Gemisch eingesetzten erfindungsgemäßen Verbindungen sowie der diese enthaltenden Emulsionen und Konzentrate werden aus den nachfolgenden Tabellen I bis III ersichtlich, die die vorliegende Erfindung veranschaulichen.

[0013] In den Tabellen I und II sind die Werte verschiedener physikalischer Eigenschaften der Konzentrate und der aus diesen Konzentraten hergestellten Emulsionen, wie beispielsweise Aussehen der Konzentrate, sowie Aussehen, Spaltbarkeit, Stabilität, pH-Wert, antikorrosive Eigenschaften (Filterpapiertest) und Schaumvermögen der Emulsionen, entsprechend der gewichtsmäßigen Zusammensetzung der erfindfungsgemäßen Konzentrate, aufgeführt.

[0014] Aus diesen Tabellen wird ersichtlich, daß diese Eigenschaften abhängig sind von der Konzentration der Emulsionen, davon, ob die Emulsion einen oder zwei Komponenten enthalten und schließlich vom Verhältnis der beiden komponenten in der Emulsion.

[0015] Aus der Tabelle III wird der synergistische Effekt auf die Viskosität der Emulsionen nach Kombination der erfindungsgemäßen Alkansulfonate mit dem Petroleumsulfonat ersichtlich.

[0016] Bezüglich der in den Tabellen I und II als physikalische Eigenschaft der Emulsion aufgeführten Spaltbarkeit wäre anzumerken, daß es sich dabei um ein Kriterium für die Dispergierbarkeit der Ölphase unter einfachem manuellen Rühren handelt. Diese Eigenschaft wird ebenso wie die Stabilität (in Stunden) visuell beurteilt.

[0017] Der pH-Wert der 3 %igen Emulsionen wird mit Hilfe einer Glaselektrode bestimmt.

[0018] Die antikorrosiven Eigenschaften werden in 20° warmen Wassers normaler Härte gemäß DIN 51 360-1 (Filterpapiertest) bestimmt, wobei der Korrosionsgrad durch die folgenden Ziffern ausgedrückt wird:

Korrosionsgrad.

[0019] Diese Bestimmungen wurden an 2- und 3 %igen Emulsionen durchgeführt.

[0020] Das Schaumvermögen wird bei 25 + 3°C gemäß der Citroennorm LC 1425 folgendermaßen bestimmt: Man läßt 1 Liter einer 3 %igen wässrigen Emulsion 5 Stunden mittels einer Pumpe mit einer Geschwindigkeit von 250 1/Std. zirkulieren. Dann läßt man die Emulsion durch eine Düse mit einem inneren Durchmesser von 5 mm aus 75 mm Höhe in ein Reagenzglas von 2 Litern Inhalt mit einem Durchmesser von 80 mm fließen und führt sie durch einen Stutzen unten am Reagenzglas wieder zurück. Nachdem man die Pumpe abgestellt hat, mißt man nach 5 Stunden das Volumen der Flüssigkeit im Reagenzglas (wobei 1000 angibt, daß keine Schaumbildung stattfindet). Das Schaumvermögen wird in cm³ angegeben.





Die Viskositätswerte in obiger Tabelle III sind in Millipascal-Sekunden (mPas) angegeben. Sie wurden bei 50°C mit Hilfe eines Brookfield Viskosimeters, Typ RVT mit einem Rotor Nr. 5 und einer Geschwindigkeit von 10 Umdrehungen pro Minute bestimmt. Die erhaltenen Werte zeigen einen klaren Viskositätsabfall beim Einsatz von Mischungen und insbesondere von 50/50 Mischungen.

Ansprüche

1. Wässrige Emulsionen vom Öl-in-Wasser-Typ zur Metallbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 0,1 bis 2 Teile, bezogen auf 100 Teile der Emulsion, eines _sek. _C10-_{C18 Alk}ansulfonats oder einer Mischung aus einem solchen Salz mit Petroleumsulfonaten in Form ihrer Alkalisalze mit einem Molekulargewicht von 400 bis 600 im Verhältnis 1:3 bis 3:1, vorzugsweise im Verhältnis 1:1, enthalten.

2. Wässrige Emulsionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Alkansulfonate deren Kalium- oder Natriumsalze enthalten.

3. Wässrige Emulsionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Petroleumsulfonate in Öl lösliche Natriumalkylarylsulfonate mit einer oder mehreren Alkylketten enthalten.

4. Wässrige Emulsionen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Petroleumsulfonate das Natriumpolypropylbenzolsulfonat enthalten.

5. Wässrige Emulsionen nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Wasser, ein Mineralöl und die für solche Emulsionen üblichen Bestandteile wie Seifen, Fettsäurealkanolamide, Alkylsulfamidocarbonsäuresalze, nicht-ionische Tenside, Natriumnitrit, Triäthanolaminborat und Phosphorsäurederivate enthalten.

6. Konzentrate zur Herstellung der Emulsionen nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie 3 bis 15 % der obigen Salze, ein Mineralöl oder ein Spindelöl mit oder ohne der für die Herstellung dieser Emulsionen üblichen Zusätze enthalten.

7. Konzentrate nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie

8. Emulsionen nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1 bis 10 %, vorzugsweise 3 bis 6 %, eines Konzentrats nach Ansprüchen 6 oder 7 enthalten.