Wässrige Emulsionen zur Metallbearbeitung und Konzentrate für deren Herstellung

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 Werkstücks dienen und einen guten Korrosionsschutz gewährleisten. Im allgemeinen verwendet man als Flüssigkeiten zur Metallbearbeitung ÖI-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 obengenannte 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 ÖI-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 Gemischs 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 Sufactant Science Series - Band 7 - Anionic Surfactants - Teil 11, Seiten 331-334 - 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 auch als Nebenprodukte bei der Behandlung von Erdöl mit Schwefelsäure.

[0008] Neben der (den beiden) obengenannten 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 Petroleumsulfonaten in Form von Natriumsalzen, im Verhältnis 1 : 3 bis 3 : 1, vorzugsweise 1 : 1;

30 bis 80% Mineralöl oder Spindelöl;

1 bis 10% organische Carbonsäure wie Naphthensäure oder Ölsäure;

1 bis 10% nicht-ionische Tenside wie beispielsweise oxäthylierte Nonylphenole, Alkohole oder Fettsäuren;

3 bis 25% Fettsäurealkanolamide;

3 bis 25% Alkyl- oder Arylsulfamidocarbonsäuresalze und, falls erforderlich,

1 bis 30% Chlorparaffine.

[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 1 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 erfindungsgemäßen 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. 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.

[0016] Der pH-Wert der 3%igen Emulsionen wird mit Hilfe einer Glaselektrode bestimmt.

[0017] 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

[0018] Diese Bestimmungen wurden an 2- und 3%igen Emulsionen durchgeführt.

[0019] 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 VStd. 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.

[0020] Die Viskositätswerte in obiger Tabelle 111 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.

Ansprüche

1.Wäßrige Emulsionen vom ÖI-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-Alkansulfonats 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

3 bis 20% eines Kaliumalkansulfonats oder einer Mischung aus einem solchen Salz mit Petroleumsulfonaten in Form des Natriumsalzes im Verhältnis 1 : 3 bis 3 : 1, vorzugsweise 1 : 1,

30 bis 80% eines Mineral- oder Spindelöls,

1 bis 10% organische Carbonsäuren,

1 bis 10% nicht-ionische Tenside,

3 bis 25% Fettsäurealkanolamide,

3 bis 25% Alkyl- oder Arylsulfamidocarbonsäuresalze und, und falls erforderlich,

1 bis 30% Chlorparaffine,
enthalten.

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.

Claims

1. Aqueous emulsions of the oil-in-water type for metal processing, characterized in that they contain at least from 0.1 to 2 parts, relative to 100 parts of the emulsion, of a secondary C₁₀-C₁₈-alkane sulfonate, or a mixture of such a salt with petroleum sulfonates in the form of their alkali metal salts having a molecular weight of from 400 to 600, in a ratio of from 1 : 3 to 3 : 1, preferably in a ratio of 1 : 1.

2. Aqueous emulsions as claimed in Claim 1, characterized in that they contain as alkane sulfonates the potassium or sodium salts thereof.

3. Aqueous emulsions as claimed in Claim 1, characterized in that they contain as petroleum sulfonates oil-soluble sodium alkylaryl sulfonates having one or more alkyl chains.

4. Aqueous emulsions as claimed in Claim 3, characterized in that they contain as petroleum sulfonate sodium polypropylbenzene sulfonate.

5. Aqueous emulsions as claimed in Claims 1 to 4, characterized in that they contain water, a mineral oil and the components usual for such emulsions such as soaps, fatty acid alkanolamides, alylsulfamidocarboxylic acid salts, nonionic surfactants, sodium nitrite, triethanolamine borate or phosphorus acid derivatives.

6. Concentrates for the preparation of the emulsions as claimed in Claims 1 to 5, characterized in that they contain from 3 to 15% of the above salts, a mineral oil or a spindle oil, with or without the additives usual for the preparation of these emulsions.

7. Concentrates as claimed in Claim 6, characterized in that they contain

3 to 20% of a potassium alkane sulfonate or a mixture of such a salt with petroleum sulfonates in the form of the sodium salt, in a ratio of 1 : 3 to 3 : 1, preferably 1 : 1,

30 to 80% of a mineral oil or a spindle oil,

1 to 10% of organic carboxylic acids,

1 to 10% of nonionic surfactants,

3 to 25% of fatty acid alkanolamides,

3 to 25% of alkyl- or arylsulfamidocarboxylic acid salts, and, if necessary,

1 to 30% of chlorinated paraffins.

8. Emulsions as claimed in Claims 1 to 5, characterized in that they contain from 1 to 10%, preferably 3 to 6% of a concentrate as claimed in Claims 6 or 7.

Revendications

1. Emulsions aqueuses du type huile dans l'eau utilisées pour l'usinage des métaux, caractérisées par le fait qu'elles renferment au moins 0,10 à 2 parties pour 100 parties d'émulsion d'un sel basique d'acides alcanesulfoniques de C₁₀ à C₁₈ et possédant le groupe sulfo sur un atome de carbone secondaire ou d'un mélange d'un tel sel et de sulfonates de pétrole sous forme de sels alcalins de poids moléculaire compris entre 400 et 600 dans des proportions respectives de ces deux constituants variant de 1/3 à 3/1 et avantageusement dans une proportion de 1/1.

2. Emulsions aqueuses selon la revendication 1, caractérisées par le fait que les sels d'acides alcanesulfoniques sont des sels de potassium ou de sodium.

3. Emulsions aqueuses selon la revendication 1, caractérisées par le fait que les sulfonates de pétrole sont les sels de sodium solubles dans l'huile d'acides alkylarylsulfoniques possédant une ou plusieurs longues chaînes alkylées.

4. Emulsions aqueuses selon la revendication 3, caractérisées par le fait que les sulfonates de pétrole sont du type polypropylènebenzènesulfonate de sodium.

5. Emulsions aqueuses selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisées par le fait qu'elles contiennent naturellement de l'eau, de l'huile minérale et les constituants habituels de telles émulsions choisis parmi ceux du type des savons, des alcanolamides d'acides gras, des sels d'acides alkylsulfamidocarboxyliques, des tensio-actifs non ioniques, du nitrite de sodium, du borate de triéthanolamine, des dérivés de l'acide phosphorique.

6. Concentràts convenant à la préparation des émulsions selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisées par le fait qu'ils contiennent de 3 à 15% des sels tels que définis, une huile minérale ou une huile de spindle additionnée ou non des additifs habituellement utilisés par les réalisations desdites émulsions.

7. Concentrats selon la revendications 6, caractérisées par le fait qu'ils contiennent: de 3 à 20% de sel de potassium d'acides alcanesulfoniques ou d'un mélange d'un tel sel et de sulfonates de pétrole sous forme de sels de sodium dans des proportions respectives de 1/3 à 3/1, avantageusement de 1/1,

de 30 à 80% d'huile minérale ou d'huile de spindle,

de 1 à 10% d'acides organiques carboxyliques tels que les acides naphténiques ou l'acide oléique,

de 1 à 10% de tensioactifs non ioniques tels que le nonylphénol éthoxylé, un alcool éthoxlé ou un acide gras éthoxylé,

de 3 à 25% d'alcanolamides d'acides gras,

de 3 à 25% de sels d'acides alkylsulfamidocarboxyliques ou arylsulfamidocarboxyliques et, si nécessaire,

de 1 à 30% de chloroparaffines.

8. Emulsions selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisées par le fait qu'elles renferment de 1 à 10%, avantageusement de 3 à 6% d'un concentrat selon l'une des revendications 6 ou 7.