DE2014658C3

DE2014658C3 - Schmiermittel

Info

Publication number: DE2014658C3
Application number: DE2014658A
Authority: DE
Inventors: Frank J. West St. Paul Minn. Obermeier (V.St.A.)
Original assignee: Economics Laboratory Inc St Paul Minn (vsta)
Current assignee: Economics Laboratory Inc St Paul Minn (vsta)
Priority date: 1969-05-05
Filing date: 1970-03-26
Publication date: 1974-05-09
Also published as: US3657129A; JPS491925B1; BE749396A; DE2014658A1; GB1287163A; DE2014658B2; FR2042398A1; SE358181B; BR7017310D0; FR2042398B1

Description

4. Schmiermittel gemäß dsn 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 4° erhöhen. Es wird im allgemeinen angenommen, daß enthält, in welcher die Summe von χ und y 2 bis 20 das Rosten bzw. die Korrosion bei Kohlenstoff stählen 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 K.oL->snußfettamin 45 ursacht wird. Das Chlor reagiert mit der Feuchtigkeit mit 2 Mol Äthylenoxyd und e^;nem Talgfettamin unter Bildung von Salzsäure, die sodann die Korromit 5 Mol Äthylenoxyd enthäl* 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, bsvor 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 Metallverar'ocitung, 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 athoxylierten Fettaminen

das Metal) 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

können außerdem von den Metallteilen mittels wäß- öllöslichkeit zeigen. Durch Einsatz geeigneter Ver-

riger 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)₁H des erfindungsgemäß verbesserten Schmiermittels.

R _/_],)__ r'_\_n' Im allgemeinen werden solche äthoxylierten Fett-

/ 1 \ amine in Mengen von 1 bis 12 Gewichtsprozent

I .* „.. .,„ ) (CH₂CH₂O)j,H _ao ,_z g 3 _{bis 9} Gewichtsprozent) auf der gleichen Basis

\ (CH₂CH₂O)₁H /„, 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

Kchlenwasserstoffrest, x, y und ζ ganze Zahlen sind, 15 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%).

weniger Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 6 Kohlen- 30 Die chlorierten Öle werden durch Chlorierung von

Stoffatomen (z. B. der Trimethylenrest). x, y unc ζ sind Paraffin-Kohlenwasserstoffen erhalten, wobei hier-

vorzugsweise Zahlen, deren Summe 2 bis 10 beträgt. unter sowohl Leichtöle (z. B. Paraffinöle mit 12 Koh-

Die äthoxylierten Fettamine der vorsiehend 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 CU q

Fettamine oder-diamine (z. B. Oieylamin) mit Äthylen- ^{24 43il} *'⁹'

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

a 1 ist, mehr kationisch sind als diejenigen, in denen öle) auf der Basis des Gesamtgewichts der Schmier-

a 0 ist. Die äthoxylierten Fettamine der allgemeinen mittel enthalten. Im allgemeinen enthalten die erfin-

Formel, in ikr a 0 ist, sind im allgi—seinen in öl besser dungsgemäßen Schmiermittel jedoch mindestens 20%,

löslich als diejenigen der allgemeinen Formel, in der vorzugsweise mindestens 40, insbesondere mindestens

a\ 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 fü> jpezielle 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 Fettkelte eine Ver- Reinigungsmitteln wie alkalischen Reinigungsmitteln, ringerung des Schmelzpunktes des Produktes. Eine 60 entfernt werden können. Fs können natürlich auch Erhöhung des Äthylenoxydgehaltes in dem Produkt auf Lösungsmitteln, ? B. Trichlorethylen, 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 α 0 ist, Produkte mit 10 Mol Die Beispiele 1 bis 8, deien Daten in der folgenden

Äthylenoxyd (d. h. jc + ν -= 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 Feitaminen (Beispiele 3 bis 8) und den Einsatz eiies Gemisches aus zwei chlorierten Ölen mit verschiedenem Chlorgehalt (Beispiel 8).

Die in diesen Beispielen eingesetzten chlorierten öle sind chlorierte Paraffinöle.

Das mil »Α« 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 mit dem Stickstoffatom verbunden sind. Dieses Produkt enthält 10 Mol Äthylenoxyd.

Das in Tabelle I mit »D« gekennzeichnete äthoxylierte Fettamin ist ein Diamin, das durch Umsetzung von N-(Talgölfettrest)-trimethylendiamin mit Äthylenoxyd erhalten wird. Dieses Produkt enthält 10 Mol Äthylenoxyd.

Tabelle I Schmiermittel

Bestandteile

Beispiele

4 I 5

1. Chloriertes öl

a) 40% Chlor

b) 50% Chlor

c) 60% Chlor

2. Mineralöl

3. Lösungsmittel auf Erdölbasis

4. Kupferkorrosionsinhibitor ..

5. Äthoxyliertes Fettamin

a) A

b) B

c) C

d) D

90

10

20

77

95

92,5

2,5

79
16

54,2

25,7

15,0

0,1

2,5 2,5

65

15

is

2,5
2,5

25 30 35

B e i s ρ i e 1 c 9 bis 24

Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung darzulegen, wurde die korrosionsvermindernde Wirksamkeit verschiedener äthoxylierter Amine unter kontrollierten Laboratoriumsbedingungen getestet. Der Test wurde wi<· Wgt 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^DC erhitzten Ofen gelejt. Sodann wurde das Teststück geöffnet, während es heiß war. Sofort wurden die beiden Teststückc in eine Feuchtigkeitskammer gegeben, die auf 98% relulive Feuchtigkeit und 21° C 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 II wiedergegeben.

Jedes der in Tabelle II 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 Ol mit dem bekannten Emulgator Igepal CO-53° (Monylphenoxypolyäthoxyäthanol). Unter den Testbedingungen waren die Teststückc, 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 Teststücke, die mit dem Schmiermittelprodukt »Kontrolle 2« beschichtet waren, waren schon nach 2 Stunden unter den Testbedingungen vollständig mit einer starken Rostschicht bedeckt.

In scharfem Gegensatz, hierzu zeigten die Teststücke, 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 11 Auswertung eines äthoxylierten Fettamins in einem chlorierten Öl im Laboratorium

Spuren Rost Spuren Rost Spuren Rost

Stunden ; 2 Stunden j 24 Stunden | ^l>h Stunde

Kontrolle 1
Kontrolle 2
9

Sojabohnen-

fettamin

Sojabohnen-

fettamin

Kokosnuß-

fettamin

Kokosnuß-

fettamin

Kokosnuß-

fettamin

fettamin Sojabohnen-

Kokosnuß

iettamin

Talgicttamin

Talgfettamin Trime thykr,

Talgfettamin

Beispiel

23

24

Preßformungen g Schmiera.ittelprodi.kt

to Spuren Rost Spuren Rost

Spuren Rost Spuren Rost Spuren Rost

Spuren Rost geringe
Spur Rost Spuren Rost

Spuren Rost Spuren Rost

sommerlicher 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 Ticfziehverfahrer unter Anwendung eines Schmiermittelproduktes wiem Gemisch 55 dcrholt, das im wesentlichen aus 95 °/₀ eines äquivalen irgehalt von ten chlorierten Paraffinöles mit einem Chlorgehal (Ein von etwa 50⁰Z_n Chlor und 5% eines im Hände erhältlichen oberflächenaktiven Stoffes (N onylphenoxy polyäthoxyäthanol) bestand. Schon 1 bis 2 Tag nach dem Ziehverfahren begannen die tiefgezogenei Zylinder Rost anzusetzen. Dementsprechend mußte die Zylinder gründlich, z. B. mittels Drahtbürst gereinigt werden, um die Zylinder nach dreiwöchige Hitze und hoch- Lagerung vom Rost zu befreien.

Claims

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 «^nem .^dönn» öffito beschichtet wird wodurch das mehrerer chlorierter öle und bearbeitete Metallstuck von dem Metall des Bearbei-

, _λ . .... .. , ρ, . , „ . tungswerkzeuges getrennt wird. Sind die zwischen den

b) einem athoxylierten Fettamin der allgemeinen _aufeinanderliegenden Metalloberflächen wirkenden ^hormel ίο Kräfte (z. B. die Kräfte zwischen einem Metallteil

und einer Form) groß, hängt der Erfolg oder das Versagen des Schmiermittels zum Teil von der Stärke des dünnen Schmiermitteltrennfilmes ab.

(CH CH ) OH / * * Außer daß ein Metallbearbeitungsschmiermittel die

^{2 2Z} 15 beabsichtigte Metallbearbeitung verbessert (z. B. durch

worin R ein Fettalkylrest, R' ein zweiwertiger Erhöhung der Ziehbarkeit beim Tiefziehen von Metall)

Kohlenwasserstoffrest, die Summe von χ, ν darf e.n solches Schmiermittel auch in bezug auf dje

und ζ 1 bis 15 und a O oder 1 ist, als Zusatz- Metallteile (d h. die Werkstücke) nicht korrosiv

_stoff< wirken und muß von dem Metaliteil nach Beendigung

, ' . „ ... .... , ao der Bearbeitung leicht entfernt werden können.

c) gegebenenfalls Mineralöl und Chlorierte öle wurden lange Zeit als Hauptbestandteil

d) gegebenenfalls einem Verdünnungsmittel be- j_n flüssigen Schmierstoffen für die Metallbearbeitung ^steht· eingesetzt, insbesondere weil sie die gewünschten

2. Schmiermittel gemäß Anspruch 1, dadurch Wirkungen unter extremen Druckbedingungen ausgekennzeichne', daß es als Komponente b ein as 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° ^daß ™^{η s}°l^chen Schmiermitteln Emulgatoren beirierten Öles mit mindestens 40 Gewichtspro- ^- ^D" ^Einsatf gewisser Emulgatoren (z B. von zent Chlor und Nonyl-phenoxypolyithoxyathanol) ermöglicht die Ent-

, s . .. , ,. _ . . , fernung chlorierter öle von den Metallteilen nach der

b) einem athoxylierten Fettamin der oben- _Behan|_{lung d},_{jrch Waschen mit Wasser}. Die Korro genannten algemeinen Formel in welcher R _{sion der} ^_τ^^_η _{und so ger}einigten Metallteil, ein Fettalky.rest mit 10 bis 20 Kohlenstoff- _{stdU jedoch auch} ^ _{Eimalz zahlreich} ⁶ _{er Ernu}i_gatorcn atomen ist, besteht. _{immer noch ejn erhebiicnes} p_roblem dar. Tatsächlich