DE936107C

DE936107C - OElemulsion fuer die Metallbearbeitung

Info

Publication number: DE936107C
Application number: DEST3507A
Authority: DE
Original assignee: Standard Oil Development Co
Current assignee: Standard Oil Development Co
Priority date: 1950-06-24
Filing date: 1951-06-16
Publication date: 1955-12-07
Also published as: US2632734A; GB705194A

Description

Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung von

Ölemulsionen für die Metallbearbeitung, insbesondere von solchen Emulsionen, die dazu bestimmt sind, die Kaltbearbeitung von Metallen, insbesondere Eisenmetallen, zu erleichtern.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung unerwarteter Vorzüge bei Verwendung einer komplexen Emulsion aus einer Öl-in-Wasser- und einer Wasserin-Öl-Emulsion. Für die Metallbearbeitung werden

ίο wie bekannt Schmiermittel verwendet, die eine größere »Schmierfähigkeit« als einfache Mineralöle besitzen. Wegen der Kühlwirkung von Wasser als Bestandteil werden, nahezu ausschließlich wäßrige Emulsionen zur Metallbearbeitung verwendet. Die bisherigen emulsionsartigen Schmiermittel sind einfache Emulsionen von verschiedenem Beständigkeitsgrad des Öl-in-Wasser-Typus. Diese haben die Metall bearbeitung zwar verbessert, besitzen aber nicht die erwünschte Wirksamkeit.

Es besteht ein großes Bedürfnis an einem Metallbearbeitungsschmiermittel, welches das Walzen, Ziehen oder andere Metallverformung mit weniger Kraftanwendung erleichtert und auch eine stärkere Reduzierung oder Verformung des Metalls bei jedem Durchgang durch die Walzen, Ziehringe od. dgl. ermöglicht.

Es wurde nun gefunden, daß man sehr brauchbare Ölemulsionen für die Metallbearbeitung auf der Grundlage von Mineralölen und fetten Ölen mit einem Gehalt an Emulgatoren vom Typ Öl-in-Wasser und Wasser-in-Öl dadurch erhält, daß man in diesen Emulsionen die nichtwäßrige Phase aus 25 bis 90 Gewichtsprozent eines Mineralschmieröls, 2 bis 50 Gewichtsprozent aliphatischer Fettsäuren mit 10

bis 24 Kohlenstoffatomen und/oder · Harzsäuren und/oder der entsprechenden Fettalkohole oder GIyceride, 2 bis 25 Gewichtsprozent Öl-in-Wässer-Emulgatoren aus einer Mischung von wenigstens zwei nichtionischen oberflächenaktiven komplexen Estern oder ester-ätherartigen Verbindungen, und 0,3 bis 3 Gewichtsprozent Wasser-in-Öl-Emulgatoren aus einem von einem fetten Öl oder einer Fettsäure mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen hergeleiteten Erdalkaliseife oder einem Metallsalz eines mehrwertigen Metalls mit einer Petroleumsulfosäure eines Molgewichtes unter 650, oder einem nichtionischen Wasser-in-Öl-Emulgator zusammensetzt.

Es sind zwar schon Schmiermittelgemische. vorgeschlagen worden, die aus Mineralölen,'fetten Ölen, Emulgatoren des Öl-in-Wasser-Typs und wasserunlöslichen Seifen mehrwertiger Metalle mit* ungesättigten höheren Fett- oder Naphthensäuren bestehen; hierbei waren aber die Öl-in-Wasser-Emulao gatoren solche ionogener Art, während nach vorliegender Erfindung Gemische von mindestens 2 nichtionischen Öl-in-Wasser-Emulgatoren verwendet werden, und demgemäß ergaben die so bereiteten Schmiermittelgemische beim Zusammenbringen mit Wasser je nach dessen Menge entweder nur Öl-inWasser- oder nur Wasser-in-Öl-Emulsionen, wobei ein bestimmter Übergangspunkt bei einem bestimmten Mischungsverhältnis von Äusgangsgemisch zu Wasser vorlag. Gegenüber diesen entweder dem einen oder anderen Typ angehörenden Fertig-Emulsionen zeichnen sich jedoch die nach vorliegender Erfindung herstellbaren komplexen Emulsionen, die sowohl Emulsionen vom Wasser-in-Öl- wie auch vom Öl-inWasser-Typ enthalten, durch noch bessere Kühl-, Schmier- und Hafteigenschaften aus.

Bei der Überführung der Erfindung in die Technik sind auch andere Faktoren außer der Neuheit der Erfindung betrachtet worden. Wenn Kosten, Verfügbarkeit, Geruch, Stabilität oder Rostbildung in Betracht gezogen werden, ist festzustellen, daß zur Zeit Lardöl sich als der bevorzugte Fettbestandteil bewährt hat. Aber die anderen erwähnten Stoffe sind meistens fast ebenso befriedigend.

Als Öl-in-Wasser-Emulgator werden Kombinationen von mindestens zwei verschiedenen oberflächenaktiven Stoffen von der nichtionischen komplexen Ester- oder Ätherart verwendet, z. B. Sorbitan^ ester gewöhnlicher Fettsäuren, aromatische PoIy- : glycoläther und Polyoxyäthylensorbitolfettsäureester. U. a. sind die im Handel unter der Bezeichnung ■»Spans« erhältlichen Sorbitan-Monooleate und die unter der Bezeichnung »Tweens« erhältlichen PoIyoxyäthylen-Sorbitan-Monooleate mit etwa 2 bis 8 Oxyäthylengruppen geeignet. Sie werden vorzugsweise in Verbindung mit einem öllöslichen Metallsulfonat angewendet. Mitunter kann das Sulfonat fortbleiben. Wenn Sulfonate benutzt werden, bevorzugt man solche, die durch energische Behandlung von Mineralölen mit starker Schwefelsäure erhalten werden; aber .auch andere Arten können benutzt werden. Bevorzugt werden Sulfonate, die durch Neutralisieren von Erdölsulfosäuren mit'einem MoIe^- kulargewicht von mindestens 350 erhalten werden- — Man kann zwar verschiedene Metallsulf onate benutzen, doch sind die Alkalimetallsulfonate, insbesondere Natriumerdölsulfonate, mit Molekulargewichten von 350 bis .650 am geeignetsten.

Als Wasser-in-Öl-Emulgator wird die Seife eines mehrwertigen Metalls mit einem fetten Öl oder einer Fettsäure mit etwa 10 bis 24 C-Atomen im Molekül bevorzugt. Die Erdalkalimetalle werden besonders bevorzugt, d. h. Calcium-, Barium- und Strontiumseifen, obwohl auch andere wie die des Aluminiums angewandt werden können. Sulfonate mehrwertiger Metalle¹, wie Calciumerdölsulfonate genügend hohen Molekulargewichts, um öllöslich zu sein, können auch benutzt werdeji. Man nimmt vorzugsweise Sulfonate, die sich von Sulfosäuren mit Molekulargewichten von mindestens 350, vorzugsweise mehr, bis zu 650, herleiten. Da Calciumseifen wohlfeil, leicht zugänglich und leicht herstellbar sind, ist Calcium das bevorzugte Metall. Wegen ihrer größeren Löslichkeit im Mineralöl werden die Oleat- und Sulfonatseifen bevorzugt. Nichtionische Wasser-in-Öl-Emulsionen ergebende Emulgatoren, z. B. Pentaerythritolmonooleat, wurden gleichfalls als wirksam befunden.

Besonders wirkungsvolle Mischungen entstehen aus einem verhältnismäßig leichten mineralischen Schmieröl von etwa 50 bis 100 S. S. U. (Sekunden Saybolt Universal) bei 37,78° C mit einem Gehalt von etwa go 10 bis 20 Gewichtsprozent, berechnet auf die ganze Vermischung, aus-Lardöl, etwa 3 bis 10 Gewichtsprozent eines Teilfettsäureesters eines mehrwertigen Alkohols, z. B. eines Gemisches von »Span 80« und »Tween 81 cc, 0,4 Gewichtsprozent Natriumerdölsulfonat mit einem Molekulargewicht zwischen 375 bis 550 und Oj5 bis 2 Gewichtsprozent, einer öllöslichen Calciumseife, z. B. Calciumoleat,

Die Anteile der verschiedenen obenerwähnten Bestandteile können innerhalb weiter Grenzen schwanken. Das Mineralöl selbst kann von sehr leichter bis zu sehr viskoser Konsistenz sein, z. B. von etwa 45 S. S. U, bei 37,78° bis 200 S. S. U. bei 98,89° C. Wegen der besseren reinigenden Wirkung nach dem Wälzen von .Metallblechen liegt beispielsweise die bevorzugte Viskosität etwa bei"'60 S. S.TI. oder zwischen 50 bis 100 S. S. U. bei 37,78° C. Die Gesamtmenge an Emulgatoren wird gewöhnlich 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht, nicht überschreiten und liegt in der Regel zwischen etwa 5 bis 12 Gewichtsprozent. Der Seifenanteil ist gering und. überschreitet gewöhnlich nicht etwa 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht, weil es nicht erwünscht ist, soviel Seife zu verwenden, daß das Öl zu einer schmierfettartigen Konsistenz verdickt wird. Die zur Erzeugung der Wasser-in-Öl-Phase angewendeten Seifenmengen Hegen deshalb vorzugsweise zwischen 0,5 bis 3 Gewichtsprozent der Gesamtvermischung. .Die Mengen an Fettsäuren, Harzsäuren oder fetten Ölen liegen vorzugsweise zwischen 10 bis 20 Gewichtsprozent des Gemisches.

Ein besonders geeignetes geprüftes und - als besonderes .Beispiel dienendes Produkt besteht aus einem Mineralöl von etwa 60 S. S. U. Viskosität bei 37,78⁰C mit i'5 Gewichtsprozent, berechnet auf die Gesamt-Vermischung an Lardöl, 4 Gewichtsprozent Polyoxy-

äthylensorbitanmonooleat mit 2 bis 8 Oxyäthylengruppen (Tween 81), 1 Gewichtsprozent Sorbitanmonooleat (Span 80), 2 Gewichtsprozent öllöslichem Natrium salz von Erdölsulf onsäur en mit einem MoIekulargewicht zwischen 400 und 500 und 1 Gewichtsprozent Calciumoleat. Dieses Produkt zeigt eine auffallende Adhäsion an Metall in Gegenwart von Wasser und kann nur schwer durch das.Kühlwasser der Blechwalzwerke abgewaschen werden. Fabrikationsversuche haben eine verbesserte Reduzierung beim Durchgang für das Auswalzen von Stahlblech zu Konservenblech erwiesen, zusammen mit einer annehmbareren Verlängerung und Gefügestruktur des Metalls. Es ist besonders für das Kaltwalzen von Stahl und auch für das Ziehen von Draht und Rohren aus Kupfer, Messing und Aluminium brauchbar.

Die eben beschriebene Vermischung wurde mit ausgezeichneten Ergebnissen auf einem Umkehr-Blechwalzwerk 4-hoch 91,44 cm und auch auf einem kontinuierlichen 5-Standwalzwerk üblicher Art geprüft. Bemerkenswerte Verbesserungen in der Reduzierung beim Durchgang werden beobachtet, wenn die komplexe Emulsion als Oberflächenschicht auf das zu verformende Metall aufgebracht wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Ölemulsion für die Metallbearbeitung auf der Grundlage von Mineralölen und fetten Ölen mit

einem Gehalt an Emulgatoren vom Typ Öl-inWasser und Wasser-in-Öl, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer wäßrigen Emulsion besteht, deren nichtwäßrige Phase 25 bis 90 Gewichtsprozent eines Mineralschmieröls, 2 bis 50 Gewichtsprozent aliphatischer Fettsäuren mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen und/oder Harzsäuren und/oder der entsprechenden Fettalkohole oder Glyceride, 2 bis 25 Gewichtsprozent Öl-in-Wasser-Emulgatoren aus einer Mischung von wenigstens zwei nichtionischen oberflächenaktiven komplexen Estern oder esteräther-artigen Verbindungen, und 0,3 bis 3 Gewichtsprozent Wasser-in-Öl-Emulgatoren aus einer von einem fetten Öl oder einer Fettsäure mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen hergeleiteten Erdalkaliseife, oder einem Metallsalz eines mehrwertigen Metalls mit einer Petroleumsulfonsäure eines Molgewichts unter 650, oder einem nichtionischen Wasser-in-Öl-Emulgator enthält.
2. Ölemulsion für die Metallbearbeitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öl-in-Wasser-Emulgator aus einer Mischung von Fettsäureestern mit Sorbitan und/oder aromatischen Polyglycoläthern und/oder Polyoxyäthylenthioäthern und/oder Polyoxyäthylen-Sorbitolfettsäureestern besteht.
3. Ölemulsion für die Metallbearbeitung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öl-in-Wasser-Emulgator Alkalimetallsalze der Erdölsulfonsäuren eines Molgewichts über 350 und vorzugsweise unter 650 enthält.
4. Ölemulsion für die Metallbearbeitung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öl-in-Wasser-Emulgator aus einer Mischung von Teilestern der Ölsäure mit Sorbitan und/oder Polyoxyäthylenderivaten solcher Teilester, z. B. mit 2 bis 8 Oxyäthylengruppen, und öllöslichen Metallsulfonaten besteht.

Angezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 214 634.

1 509590 12.55