DE2014658B2 - Schmiermittel - Google Patents

Schmiermittel

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Description

4. Schmiermittel gemäß den Ansprüchen 2 oder 3, sind einige Emulgatoren so hygroskopisch, daß sie dadurch gekennzeichnet, daß es ein äthoxyliertes das sowieso auftretende Rosten noch wesentlich Fettamin der obengenannten allgemeinen Formel 40 erhöhen. Es wird im allgemeinen angenommen, daß enthält, in welcher die Summe von .y und ν 2 bis 20 das Rosten bzw. die Korrosion bei Kohlenstoffstählen beträgt. und anderen Metallen durch die teilweise durch Hitze
5. Schmiermittel gemäß den Ansprüchen 2 bis 4, und Druck bewirkte Zersetzung der chlorierten Öle dadurch gekennzeichnet, daß es als äthoxyliertes und die hierdurch bewirkte Abgabe von Chlor ver-Amin ein Gemisch aus einem Kokosnußfettamin 45 ursacht wird. Das Chlor reagiert mit der Feuchtigkeit mit 2 Mol Äthylenoxyd und einem Talgfettamin unter Bildung von Salzsäure, die sodann die Korromit 5 Mol Äthylenoxyd enthält. sion bzw. den Vorgang des Röstens auslöst. Im allge-
6. Verwendung der Schmiermittel gemäß den meinen muß der Rost von den eisenhaltigen Metallen Ansprüchen 1 bis 5 als Schmiermittel beim Ver- entfernt werden, bevor das bearbeitete Metallteil arbeiten von Metallen, insbesondere im Tiefzieh- 50 fertiggestellt werden kann (auch Entfernung von verfahren. Flecken, die sich auf anderen Metallen, wie z. B.
gewissen Kupferlegierungen gebildet haben).
Dementsprechend war es das Ziel sowohl der
Schmiermittelhersteller als auch der metallverarbeiten-
55 den Industrie, einen Weg zu finden, um die guten Eigenschaften der chlorierten Öle bei der Metallverarbeitung
Schmiermittel werden in großen Mengen bei vielen auszunutzen und die zugleich mit der Verwendung
Metallverarbeitungsverfahren eingesetzt. Dabei bildet solcher chlorierter Öle allgemein auftretende Korro-
das Schmiermittel einen Schutzfilm auf dem in sion und das hiermit verbundene Reinigungsproblem
Bearbeitung befindlichen Metall, wodurch der Kon- 60 zu vermindern oder sogar auszuschalten,
takt zwischen dem bearbeiteten Metall und dem Es wurde nun gefunden, daß flüssige Schmiermittel,
Metall des Bearbeitungswerkzeuges und damit die die ein oder mehrere chlorierte Öle enthalten, zur
Reibung hierzwischen vermindert wird und Reibungs- Verwendung bei der Metallverarbeitung, insbesondere
wärme abgeleitet wird, so daß das Metall leichter beim Tiefziehen von Kohlenstoffstählen, durch Zugabe
bearbeitet (z. B. tiefgezogen) werden kann, ohne daß 65 zusätzlicher Mengen an äthoxylierten Fettaminen
das Metall reißt, Falten oder Kratzer gebildet werden, verbessert werden können. Diese verbesserten Schmier-
durch Wärme verzogen wird und dergleichen uner- mittel wirken auf die verarbeiteten Metallteile weniger
wünschte Nebenerscheinungen auftreten. Außerdem korrosiv ein als die vorbekannten Schmiermittel. Sie
3 4
können außerdem von den Metallteilen mittels wäß- öllöslichkeit zeigen. Durch Einsatz geeigneter Verriger Methoden leicht entfernt werden. dünnungsmittel (z. B. solchen auf Mineralölbasis)
Die verbesserten Schmiermittel gemäß der vor- und/oder durch Einsatz höherer Addukte (z. B. liegenden Erfindung können durch einfaches Ver- solchen mit 15 Mol Äthylenoxyd) bei gleichzeitigem mischen eines chlorierten Öles mit einem äthoxy- 5 Einsatz oder Zumischung der mehr öllöslichen Addukte lierten Fettamin erhalten werden, wie nachfolgend (z. B. mit 2 Mol Äthylenoxyd) können jedoch noch beschrieben ist. Die erfindungsgemäßen Schmiermittel brauchbare Öllöslichkeiten erzielt werden. Befriedikönnen gegebenenfalls mit anderen Schmiermitteln gende Löslichkeiten in Öl konnten jedoch nicht bei (z. B. Mineralöl), Verdünnungsmitteln (z. B. Lösungs- einem Äthylenoxydgehalt erhalten werden, der wesentmitteln auf Erdölbasis) und bekannten Schmiermittel- io lieh über 15 Mol (z. B. 50 Mol Äthylenoxyd) lag. zusatzstoffen (z. B. Schaumverhinderungsmitteln, Färb- Die äthoxylierten Fettamine werden in den Schmierstoffen u. dgl.) vermischt werden. mitteln erfindungsgemäß in geringeren, jedoch wir-
Die in den erfindungsgemäßen Schmiermitteln kungsvollen Mengen eingesetzt. Im allgemeinen beverwendeten äthoxylierten Fettamine haben die fol- trägt die Menge des zugefügten äthoxylierten Fettgende allgemeine Formel: 15 amins (oder eines Gemisches solcher Amine) bis zu
15 Gewichtsprozent auf der Basis des Gesamtgewichts (CH2CH2O)^H des erfindungsgemäß verbesserten Schmiermittels.
R _/_ N R'_\_N *m allgemeinen werden solche äthoxylierten Fett-
/1 \ . amine in Mengen von 1 bis 12 Gewichtsprozent
I ,Xu /-u^Lj I (CH2CH2U)^H i0 (z B 3 bis 9 Gewichtsprozent) auf der gleichen Basis
\ (CH2CH2U)2H Ja, eingesetzt.
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist auf
worin R ein Fettrest mit 8 bis 26 Kohlenstoffatomen jedes der beim Metallziehen allgemein eingesetzten (z. B. ein C10-C20-Fettalkylrest), R' ein zweiwertiger chlorierten öle anwendbar. Alle chlorierten öle Kohlenwasserstoffrest, x, y und ζ ganze Zahlen sind, 25 geben jedoch nicht die gleiche Wirksamkeit. Die deren Summe 1 bis 15 beträgt, und a 0 oder 1 ist. besten Eigenschaften in bezug auf die Metallver-Geeignete Fettreste sind diejenigen, die man aus arbeitung geben offensichtlich die chlorierten öle mit Kokosnußfettsäuren, Sojabohnenfettsäuren, Talgfett- hohem Chlorgehalt (z. B. Chlorgehalten über 30%, säuren u.dgl. erhält. R' ist vorzugsweise ein zwei- über 40%, über 50% und selbst über 60%).
wertiger Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 6 Kohlen- 30 Die chlorierten öle werden durch Chlorierung von stoffatomen (z. B. der Trimethylenrest). x, y und ζ sind Paraffin-Kohlenwasserstoffen erhalten, wobei hiervorzugsweise Zahlen, deren Summe 2 bis 10 beträgt. unter sowohl Leichtöle (z. B. Paraffinöle mit 12 Koh-
Die äthoxylierten Fettamine der vorstehend be- lenstoffatomen) und die Paraffinwachse verstanden schriebenen Art sind im Handel erhältlich und sind werden. Solche chlorierten Öle stellen oft leicht gelb auf Grund ihrer oberflächenaktiven Eigenschaften dem 35 bis bernsteinfarbige Flüssigkeiten dar. Eine typische Fachmann wohlbekannt. Solche äthoxylierten Amine Durchschnittsformel für solche Produkte ist
können durch Kondensation der entsprechenden CH Cl
Fettamine oder -diamine (z. B. Oleylamin) mit Äthylen- 24 43>1 6*'
oxyd hergestellt werden. Diese äthoxylierten Fettamine Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können 15 %
sind kationischer Natur, wobei diejenigen, in denen 40 chloriertes Öl (oder eines Gemisches einiger chlorierter α 1 ist, mehr kationisch sind als diejenigen, in denen öle) auf der Basis des Gesamtgewichts der Schmieren 0 ist. Die äthoxylierten Fettamine der allgemeinen mittel enthalten. Im allgemeinen enthalten die erfin-Formel, in der a 0 ist, sind im allgemeinen in öl besser dungsgemäßen Schmiermittel jedoch mindestens 20 %, löslich als diejenigen der allgemeinen Formel, in der vorzugsweise mindestens 40, insbesondere mindestens α 1 ist, bei gleichem Äthylenoxydgehalt. 45 50 % chloriertes Öl. Das chlorierte öl oder das
Aus den vorstehenden Erläuterungen ist es ersieht- Gemisch aus chlorierten Ölen kann gegebenenfalls lieh, daß man die Kettenlänge des Fettrestes, seine in einer Menge von mehr als 60 bis 80 Gewichtsprozent gesättigte Natur sowie die Länge und Stellung der im Schmiermittel anwesend sein.
Polyoxyäthylenketten variieren kann. Diese Variations- Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können auch
möglichkeiten erlauben es für spezielle Anwendungs- 50 noch ein oder mehrere andere Schmiermittel (z. B. zwecke, die jeweils geeigneten äthoxylierten Fettamine Mineralsiegelöl) oder Verdünnungsmittel (z. B. ein herzustellen. Im Hinblick hierauf können die folgenden Lösungsmittel auf Erdölbasis) enthalten.
Verallgemeinerungen getroffen werden. Neben der Eigenschaft der erfindungsgemäßen
Durch Erhöhung der Anzahl der Kohlenstoffatome Schmiermittel, die Korrosion der bearbeiteten Metallin dem Fettrest werden höherschmelzende Produkte 55 teile zu vermindern, haben diese Schmiermittel noch erhalten und wird die Löslichkeit der Produkte in öl den weiteren Vorteil, daß sie von den bearbeiteten erhöht und die Löslichkeit in Wasser verringert. Metallteilen durch Waschen mit Wasser, gegebenen-Erhöhung des Sättigungsgrades des Fettrestes bewirkt falls in Anwesenheit von Detergentien oder anderen bei gleichem Kohlenstoffgehalt der Fettkette eine Ver- Reinigungsmitteln wie alkalischen Reinigungsmitteln, ringerung des Schmelzpunktes des Produktes. Eine 60 entfernt werden können. Es können natürlich auch Erhöhung des Äthylenoxydgehaltes in dem Produkt auf Lösungsmitteln, z. B. Trichloräthylen, basierende (d. h. Verlängerung der Polyoxyäthylenketten) bewirkt Reinigungsmethoden angewandt werden; derartige eine Erhöhung der Löslichkeit des Produktes in teure Reinigungsmethoden sind jedoch nicht erforder-Wasser und eine Verminderung seiner Löslichkeit in öl. Hch.
Die Löslichkeit der äthoxylierten Fettamine in öl 65 B e i s ρ i e 1 e 1 bis 8
ist wichtig. Es wurde gefunden, daß bei den Aminen der
allgemeinen Formel, in der a 0 ist, Produkte mit 10 Mol Die Beispiele 1 bis 8, deren Daten in der folgenden
Äthylenoxyd (d. h. χ + y = 10) gerade noch eine gute Tabelle I angegeben sind, erläutern die Herstellung
der erfindungsgemäßen Schmiermittel. Die Beispiele zeigen die einfache Anwendung (Beispiel 1), den Einsatz von Verdünnungsmitteln und anderer Schmiermittel (Beispiele 2 und 5 bis 7), den Einsatz von Gemischen von äthoxylierten Fettaminen (Beispiele 3 bis 8) und den Einsatz eines Gemisches aus zwei chlorierten ölen mit verschiedenem Chlorgehalt (Beispiel 8).
Die in diesen Beispielen eingesetzten chlorierten Öle sind chlorierte Paraffinöle.
Das mit »A« identifizierte äthoxylierte Fettamin ist ein tertiäres Amin mit einem (von Kokosnußfettsäure abgeleiteten) Fettrest und zwei Polyoxyäthylenresten, wobei alle drei Reste mit dem Stickstoffatom verbunden sind. Dieses Produkt enthält 2 Mol Äthylenoxyd.
Das »B« gekennzeichnete äthoxylierte Fettamin ist ein tertiäres Amin mit einem (von Talgfettsäuren abgeleiteten) Fettrest und zwei Polyoxyäthylenresten, wobei wiederum alle drei Reste mit dem Stickstoffatom verbunden sind. Dieses Produkt enthält 5 Mol Äthylenoxyd.
Das in Tabelle I mit »C« gekennzeichnete äthoxylierte Fettamin ist ein tertiäres Amin mit einem (von Sojabohnenfettsäuren abgeleiteten) Fettrest und zwei Polyoxyäthylenresten, wobei wiederum alle drei Reste
ίο mit dem Stickstoffatom verbunden sind. Dieses Produkt enthält 10 Mol Äthylenoxyd.
Das in Tabelle Γ mit »D« gekennzeichnete äthoxylierte Fettamin ist ein Diamin, das durch Umsetzung von N-(Talgölfettrest)-trimethyIendiamin mit Äthylenoxyd erhalten wird. Dieses Produkt enthält 10 Mol Äthylenoxyd.
Tabelle I Schmiermittel
Bestandteile
Beispiele
4 I 5
1. Chloriertes Öl
a) 40°/0 Chlor
b) 50% Chlor
c) 60°/0 Chlor
2. Mineralöl
3. Lösungsmittel auf Erdölbasis
4. Kupferkorrosionsinhibitor .
5. Äthoxyliertes Fettamin
a) A
b) B
c) C
d) D
90
10
20 95 92,5 79 54,2 65
16 25,7
15,0
77 0,1 15
1 2,5 15
3 4 2,5
2 5 2,5
3 2,5 2,5
25
30
35
B e i s ρ i e 1 e 9 bis 24
Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung darzulegen, wurde die korrosionsvermindernde Wirksamkeit verschiedener äthoxylierter Amine unter kontrollierten Laboratoriumsbedingungen getestet. Der Test wurde wie folgt durchgeführt. Jedes Schmiermittel wurde auf die Oberfläche eines Teststückes aus Stahl aufgetragen. Sodann wurde eine zweite Testoberfläche aufgelegt. Die beiden Teststücke wurden fest miteinander verbunden. Das resultierende Doppelteststück wurde sodann 15 Minuten in einen auf 135" C erhitzten Ofen gelegt. Sodann wurde das Teststück geöffnet, während es heiß war. Sofort wurden die beiden Teststücke in eine Feuchtigkeitskammer gegeben, die auf 98% relative Feuchtigkeit und 21cC eingestellt war. 0, 2, 24 und 96 Stunden nach Beginn des Feuchtigkeitstests wurden die Oberflächen der Teststücke visuell untersucht. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle Il wiedergegeben.
Jedes der in Tabelle Il erwähnten Schmiermittelprodukte war ein einfaches Gemisch eines chlorierten Paraffinöls mit einem Chlorgehalt von etwa 40% und der jeweils angegebenen Menge Zusatzstoff. Zu Vergleichszwecken wurden zwei Kontrollprodukte hergestellt.
Das erste Kontrollprodukt (Kontrolle 1) bestand lediglich aus dem chlorierten Öl ohne jeden Zusatzstoff. Das zweite Kontrollprodukt (Kontrolle 2) bestand aus dem chlorierten Öl mit dem bekannten Emulgator Igepal CO-530 (Monylphenoxypolyäthoxyäthanol). Unter den Testbedingungen waren die Teststücke, die mit dem Schmiermittelprodukt »Kontrolle 1« beschichtet waren, nach 24 Stunden vollständig mit einer leichten Rostschicht bedeckt. Außerdem ließ sich das Schmiermittelprodukt »Kontrolle 1« nur schwer von den Metallprobestücken entfernen und konnte mit den üblichen Methoden unter Anwendung von Wasser als Waschflüssigkeit nicht wirksam entfernt werden. Die TesUtiicke, die mit dem Schmiermittelprodukt »Kontrolle 2« beschichtet waren, waren schon nach 2 Stunden unter den Testbedingungen vollständig mit einer starken Ro;.tschicht bedeckt.
In scharfem Gegensatz hierzu zeigten die Teststiicke, die mit dem erfindungsgemäßen, ein äthoxyliertes Fettamin enthaltenden Schmiermittelprodukten selbst nach Belassen der Teststücke in einer Atmosphäre hoher Luftfeuchtigkeit für 96 Stunden kein Rosten. Außerdem ließen sich die erfindungsgemäßen Schmiermittelprodukte von den metallenen Teststücken nach den üblichen, Wasser benutzenden Reinigungsmethoden leicht entfernen.
7 8
Tabelle II Auswertung eines äthoxylierten Fettamins in einem chlorierten Öl im Laboratorium
R R' Ar « = 0 t des Zusatzes Zusatz
stoff
7,5 0Stunden|2Stunden OK Aussehen 96 Stunden
Beispiel χ ~\~ y a= I Gewichts OK leichte
χ -f- y + ζ prozent 1,0 stark 24 Stunden Rostschicht
0 leicht rostig leichte stark rostig
Kon 15,0 fleckig OK Rostschicht
trolle 1 OK stark rostig Spuren Rost
Kon 7,5 OK
trolle 2 Sojabohnen- 5 OK Spuren Rost Spuren Rost
9 fettamin 7,5 OK
Sojabohnen- 5 OK OK Spuren Rost
10 fettamin 3,75 OK
Kokosnuß- 2 OK Spuren Rost Spuren Rost
11 fettamin 3,75 OK
Sojabohnen- 10 OK OK Spuren Rost
12 fettamin 3,75 OK
Kokosnuß- 2 OK OK Spuren Rost
13 fettamin 3,75 OK
Kokosnuß- 10 OK OK Spuren Rost
14 fettamin 3,75 OK
Sojabohnen- 2 3,75 OK Spuren Rost Spuren Rost
15 fettamin 3,75 OK
Sojabohnen- 10 OK OK Spuren Rost Spuren Rost
16 fettamin 3,75 OK OK Spuren Rost
Talgfettamin 2 7,5 OK Spuren Rost Spuren Rost
17 Talgfettamin 5 OK Spuren Rost
18 Kokosnuß- 2 7,5 OK OK Spuren Rost Spuren Rost
19 fettamin OK geringe
Talgfettamin 5 3,75 OK Spuren Rost Spur Rost
20 Talgfettamin Trime- OK geringe Spuren Rost
21 thylen 3 3,75 OK Spur Rost
Talgfettamin Trime- OK OK Spuren Rost
22 thylen 10 OK
Talgfettamin Trime- OK OK Spuren Rost
23 thylen 3
Talgfettamin Trime- OK
24 thylen 10
Beispiel 25
Dies Beispiel erläutert die Verwendung der verbesserten Schmiermittelprodukte gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Tiefzieh Vorgang:
Es wurden Gaszylinder durch drei fortschreitende Preßformungen tiefgezogen. Das hierbei verwendete Schmiermittelprodukt bestand aus einem Gemisch aus 95°/o chloriertem öl mit einem Chlorgehalt von etwa 50% und aus 5°/o äthoxyliertem Amin (Ein 50: 50-Gemisch aus zwei äthoxylierten Talgfettaminen der obengenannten Formel, in der a = 0 ist). Eines der beiden Amine enthielt 2 Mol Äthylenoxyd, während das andere 5 Mol Äthylenoxyd enthielt.
Unter Verwendung dieses Schmiermittelproduktes konnten die Zylinder tiefgezogen werden und sodann 3 Wochen bei hochsommerlicher Hitze und hochsommerlicher Feuchtigkeit gelagert werden, ohne daß irgendeine sichtbare Spur Rost sich bildete. Am Ende dieser Zeit (d. h. etwa nach 3 Wochen) konnte das Schmiermittelprodukt leicht von den Zylindern mit Wasser abgewaschen werden.
Im Vergleich hierzu wurde das Tiefziehverfahren unter Anwendung eines Schmiermittelproduktes wiederholt, das im wesentlichen aus 95 % eines äquivalenten chlorierten Paraffinöles mit einem Chlorgehalt von etwa 50% Chlor und 5% eines im Handel erhältlichen oberflächenaktiven Stoffes (Nonylphenoxypolyäthoxyäthanol) bestand. Schon 1 bis 2 Tage nach dem Ziehverfahren begannen die tiefgezogenen Zylinder Rost anzusetzen. Dementsprechend mußten die Zylinder gründlich, z. B. mittels Drahtbürste gereinigt werden, um die Zylinder nach dreiwöchiger Lagerung vom Rost zu befreien.
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Claims (3)

1 2 dient das Schmiermittel dazu, die aus Metall herge-Patentansprüche: stellten Bearbeitungswerkzeuge (z. B. die Form und den Stempel) zu schützen.
1. Schmiermittel, dadurch gekenn- Flüssige Schmiermittel (z.B. Mineralöle) wirken
zeichnet, daß es aus 5 dadurch, daß das in Bearbeitung befindliche Metall mit
a) mindestens 15 Gewichtsprozent eines oder einem dünnen Ölfilm beschichtet wird wodurch das mehrerer chlorierter Öle und bearbeitete Metailstuck von dem Metall des Bearbe«-
... ... ,. „ · , ,, · tungswerkzeuges getrennt wird. Sind die zwischen den
b) einem athoxyl.erten Γ-ettam.n der allgemeinen aufeinanderliegenden Metalloberflächen wirkenden
ormel ίο Kräfte (z. B. die Kräfte zwischen einem Metallteil
(CH2CH2O).! H und einer Form) groß, hängt der Erfolg oder das
R' _\ _ M Versagen des Schmiermittels zum Teil von der Stärke
(CHXH O), H ^es dünnen Schniiermitteltrennfilmes ab.
2 2" Außer daß ein Metallbearbeitungsschmi
i ) (CHXH O), H
(CH,CH ),OH / 2 2" Außer daß ein Metallbearbeitungsschmiermittel die
2 2 * "' »5 beabsichtigte Metallbearbeitung verbessert (z. B. durch
worin R ein Fettalkylrest, R' ein zweiwertiger Erhöhung der Ziehbarkeit beim Tiefziehen von Metall)
Kohlenwasserstoffrest, die Summe von x, y dff ein solches Schm.ermittel auch in bezug auf die
und ζ 1 bis 15 und a O oder 1 ist, als Zusatz- Metallteile (d. h. die Werkstucke) nicht korrosiv
s(ofC wirken und muß von dem Metallteil nach Beendigung
! ,„»,·,,_, 20 der Bearbeitung leicht entfernt werden können.
c) gegebenenfalls Mineralöl und Chlorierte Öle wurden lange Zeit als Hauptbestandteil
d) gegebenenfalls einem Verdünnungsmittel be- ;n flüssigen Schmierstoffen für die Metallbearbeitung steht, eingesetzt, insbesondere weil sie die gewünschten
2. Schmiermittel gemäß Anspruch 1, dadurch Wirkungen unter extremen Druckbedingungen ausgekennzeichnet, daß es als Komponente b ein 25 üben. Chlorierte Öle selbst lassen sich jedoch nicht äthoxyliertes Fettamin der obengenannten allge- leicht von den Metallteilen nach Bearbeitung entmeinen Formel enthält, in welcher a O bedeutet. fernen, und häufig ist eine Entfettung mittels Dampf
3. Schmiermittel gemäß Anspruch 1 oder 2, notwendig. Dieses Reinigungs- bzw. Schmiermitteldadurch gekennzeichnet, daß es aus entfernungsproblem wurde schon dadurch vermindert,
a) mindestens 50 Gewichtsprozent eines chlo- 3° daßn s°!.chen Schmiermitteln Emulgatoren beirierten Öles mit mindestens 40 Gewichtspro- fte-, D u er binsatz gewisser Emulgatoren (z B. von zent Chlor und Nonyl-phenoxypolyathoxyathanol) ermöglicht die Ent-
.... _ . , fernung chlorierter Öle von den Metallteilen nach der
b) einem athoxyl.erten Fettamm der oben- Behandlung durch Waschen mit Wasser. Die Korrogenannten allgemeinen Formel in welcher R 35 sion der bearbeiteten und so gereinigten Metaliteile ein Fettalkylrest mit IO bis 20 Kohlenstoff- stellt jedoch auch bei Einsatz zah|reicher Emulgatoren atomen ist, besteht. jrnmer noch ejn erheb|icnes prob|em dar. Tatsächlich
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