AT231046B

AT231046B - Emulgierbares Ölgemisch

Info

Publication number: AT231046B
Application number: AT629160A
Authority: AT
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1959-08-19
Filing date: 1960-08-17
Publication date: 1964-01-10

Description

Emulgierbares Ölgemisch
Die Erfindung bezieht sich auf ein emulgierbares Ölgemisch für die Anwendung bei der Bearbeitung von Metallen, insbesondere bei der Kaltbearbeitung von Metallen, wie Walzen, Tiefziehen, Prägen und Stanzen.
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mittel dient und auch für die Abführung der bei der Bearbeitung entstehenden Wärme sorgt. Zu diesem Zweck wird wasserfreies Mineralöl oder ein fettes Öl oder eine wässerige Emulsion des Mineralöls oder des fetten Öls verwendet. Eine Emulsion hat den Vorteil der gsseren spezifischen Wärme als ein wasserfreies Öl und ist daher besser geeignet zum Abführen der bei der Kaltbearbeitung entstehenden Wärme.

Es ist bekannt, Emulsionen aus Wasser und einem Mineralöl oder einem fetten Öl durch Verwendung von Emulgatoren zu stabilisieren. Die verwendeten Emulgatoren sind ionenbildende oder nichtionenbildende Emulgatoren. So beschreibt z. B. die belgische Patentschrift Nr. 554927 eine wässerige Emulsion eines Mineralöls, welche einen nichtionischen Emulgator enthält, wie z. B. da : Kondensationsprodukt aus einem aliphatischen Alkohol mit 8 - 10 Kohlenstoffatomen und einem Alkylenoxyd in Kombination mit einem anionischen Emulgator, z. B. einem AlkoyarylsulfoHat. Die USA-Patentschrift Nr. 2, 258, 552 beschreibt als Walzöl eine Emulsion aus Palmöl, Triäthanolamin, Tallöl und Wasser, in welcher die Kombination von Tallöl und Triäthanolamin als Emulgator wirkt.

Nach der Kaltbearbeitung von Metall wird das behandelte Material, z. B. ein gewalztes Blech oder ein Streifen, oft einer Hitzebehandlung unterworfen, um die Eigenschaften des Metalls zu verbessern. Da eine glänzende Oberfläche gewünscht wird, wird diese Wärmebehandlung in einem nicht oxydierenden Medium durchgeführt, um die Bildung von Oxyden usw. zu vermeiden. Ein ernstlicher Nachteil der üblichen Kaltbearbeitungsöle besteht darin, dass Ruckstände derselben im allgemeinen Verfärbung und Fleckenbildung auf der Oberfläche des Metalls während der Wärmebehandlung hervorrufen ; es kann sogar gelegentlich vor oder nach der Wärmebehandlung Rostbildung auftreten.

Die Erfindung bezieht sich auf ein emulgierbares Öl, dessen Rückstände keine Verfärbung, Fleckenoder Rostbildung auf der Oberfläche des Metalls während der Wärmebehandlung des bearbeiteten Metalls auftreten lassen.

Da die erwähnte Wärmebehandlung meistens nach dem Walzen des Metalls zu einem Blech oder einem Streifen angewendet wird, ist die Erfindung besonders von Bedeutung fur das Kaltwalzen der Metalle.

Es wurde gefunden, dass das vorerwähnte Ziel der Erfindung durch Anwendung eines emulgierbaren Öls erreicht werden kann, das aus aromatenfreiem oder aromatenarmen Kohlenwasserstoffdestillat besteht, welches einen nichtionenbildenden Emulgator, eine ungesättigte aliphatische Carbonsäure und einen Aminoalkohol enthält.

Gegenstand der Erfindung ist also ein emulgierbares Ölgemisch, das einen nichtionenbildenden Emulgator, eine ungesättigte aliphatische Carbonsäure mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen und einen Aminoalkohol enthält, welches Gemisch dadurch gekennzeichnet ist, dass das Mineralöl ein Kohlenwasserstoffdestillat mit einem Aromatengehalt von nicht mehr als 15 Gew. -'10 ist. Unter Aromatengehalt wird der Gehalt verstanden, der durch Sulfonierung mit 98'1figer Schwefelsäure gefunden wird.

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684 sind bereits emulgierbareÖlgemische bekannt geworden,nichtionenbildenden Emulgatoren.

Als nichtionenbildende Emulgatoren sind auch die Kondensationsprodukte aus Alkylenoxyden, wie Äthylenoxyd und Propylenoxyd, und Diaminen brauchbar. Bevorzugte Vertreter dieser Kondensationsprodukte sind solche, welche durch Umsetzung von Äthylenoxyd mit Diaminen erhalten werden, welche die allgemeine Formel
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aufweisen. In dieser Formel bedeutet R ein Alkyl mit 6 - 22 Kohlenstoffatomen und n ist eine Zahl zwischen 2 und 6.'
Die ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren haben wie bereits erwähnt eine Kohlenstoffkette von mindestens 8 Kohlenstoffatomen. Besonders geeignet sind die ungesättigten, aliphatischen Caruonsäuren mit 8 - 22 Kohlenstoffatomen. Beispiele dieser ungesättigten Säuren sind die Undecylen-, Öl-, Elaidin-, Eruca- und die Brassidinsäure.

Die Gemische aus gesättigten und ungesättigten Säuren mit 8-22 Kohlenstoffatomen, wie sie in der Technik durch Verseifen pflanzlicher oder tierischer Öle und Fette hergestellt werden, sind ebenfalls sehr gut geeignet, wie auch die Säuregemische, die durch Verseifen von Tallöl erhalten worden sind.

Die verwendeten Aminoalkohole sind vorzugsweise solche, die von Ammoniak abgeleitet werden können oder von einem aliphatischen, primären bzw. sekundärer Amin mit einer Alkylgruppe von nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen, indem man ein oder mehrere Wasserstoffatome am Stickstoffatom durch eine Hydroxyalkylgruppe mit nicht mehr als 3 Kohlenstoffatomen ersetzt. Beispiele solcher Aminoalko-
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amin, Monoäthanoldibutylamin und Diäthanolbutylamin. Die entsprechenden Propanol- und Isopropanolamine können ebenfalls verwendet werden. Diäthanolamin und Triathanolamin werden bevorzugt. Di- äthanolamin ist für die Zwecke der Erfindung ganz besonders geeignet. Die ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren und die Aminoalkohole können getrennt mit den ändern Komponenten vermischt werden.

Sie können auch zu den ändern Komponenten in Form einer Mischung zugegeben werden. Wenn sie zu den andern Komponenten in Form einer Mischung zugesetzt werden, ist es nicht erforderlich, dass die ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren und die Aminoalkohole bei Zimmertemperatur vermischt werden.

Sie können auch bei höheren Temperaturen gemischt werden.

Das Mengenverhältnis, in welchem die Komponenten in dem emulgierbaren Öl gemäss der Erfindung vorliegen, kann innerhalb gewisser Grenzen schwanken. Die Menge des dem emulgierbaren Öl einverleibten Kohlenwasserstoffdestillats beträgt 50 - 90 Gew. lu, vorzugsweise 60-80 Gew.-'%, ganz besonders 70-85 Gew.- o und für die besten Ergebnisse 73 - 78 Gew. -0/0. Die ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren und die Aminoalkohole werden zweckmässig in einem Molverhältnis von 0, 9 : 1 bis 1, 1 : 1
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dungen ab.

Die Menge des nichtionenbildenden Emulgators in der Ölmischung ist vorzugsweise (nach Gew.-%) nicht grösser als die Gesamtsumme an Gew. -0/0 der verwendeten aliphatischen Carbonsäure und des Aminoalkohols.

Die bevorzugten Prozentanteile des nichtionenbildenden Emulgators, der ungesättigten aliphatischen Carbonsäure und des Aminoalkohols sind also definiert durch die oben angegebenen Grenzen für die gegenseitigen Verhältnisse und durch die Menge des verwendeten Kohlenwasserstoffdestillats. Beispielsweise besteht ein emulgierbares Öl nach der Erfindung aus 75 Gew.-Teilen eines nach Edeleanu behandelten Spindelöls mit einer Viskosität von 45 sec Redwood I bei 600C und einem Aromatengehalt von 5 Gel.-%, welches 4 Gew.-Teile des Kondensationsproduktes aus 6 Mol Äthylenoxyd und 1 Mol Nonylphenol, 15 Gew.-Teile Ölsäure und 6 Gew.-Teile Diäthanolamin enthält.

Es ist weiter gefunden worden, dass die spontane Emulgierung des emulgierbaren Öls verbessert wird durch die Einverleibung eines Alkalicarbonats, insbesondere von Kaliumcarbonat. Das Alkalicarbonat wird vorzugsweise in der Form einer wässerigen Lösung einverleibt. In Ölgemischen, die 50-90 Gew.-% des Kohlenwasserstofföls enthalten, können die Gemische zusätzlich noch bis zu 4 Gew.-lo K aliumcarbo- nat enthalten.

Bei Anwendung des emulgierbaren Öls wird eine wässerige Emulsion hergestellt, in welcher die Konzentration an emulgierbarem Öl von technischen und wirtschaftlichen Überlegungen abhängt. Die Emulsion kann einen Gehalt von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 3-5 Gew.-%, aufweisen. Gewünschtenfalls können geringe Mengen von Konservierungsmitteln, z. B. Bactericide, wie Metakresol, und Antioxydantien der Emulsion zugesetzt werden. Diese Konservierungsmittel können dem emulgierbaren Öl vor der Emulgierung zugegeben werden. Gewünschtenfalls kann bei der Herstellung der Emulsion ein das Mischen erleichterndes Mittel angewendet werden, z. B. ein niederer Alkohol oder ein Teilester eines mehrwertigen Alkohols, wie Glyzerindioleat.

Die aus dem emulgierbaren Öl gemäss der Erfindung hergestellten Emulsionen können für die Kaltbehandlung von Stahl, Stahllegierungen, Aluminium, Kupfer und Kupferlegierungen verwendet werden. Bei der anschliessenden Wärmebehandlung wird das Metall in einem nicht oxydierenden Medium erhitzt. Dies kann beispielsweise in einem Propangasofen oder in Generatorgas erfolgen, wobei sich das bearbeitete Metall in einer Propanatmosphäre oder einer Atmosphäre aus Generatorgas befindet. Der Ofen mit dem bearbeiteten Metall wird langsam auf die gewünschte Temperatur erhitzt, z. B. während 3 - 4 h. Nachdem diese Temperatur während einiger Zeit, z. B. 3-4 h, aufrechterhalten worden ist, wird der Ofen langsam gekühlt, z. B. im Verlaufe von 16 h.

Es ist klar, dass die zum Aufheizen und zum Abkühlen verwendete Zeit von der Grösse des Ofens und von der Behandlungstemperatur abhängt. Bei Stahl und Stahllegierungen beträgt diese Temperatur 650 - 7000C, für Aluminium 350-450 C, für Kupfer 370 - 6500C und für Kupferlegierungen 400 - 7500C (abhängig von der Zusammensetzung der Legierung).

Beispiel 1: 6,25 Gew.-Teile eines nichtionenbildenden Emulgators, der durch Kondensation von 6 Mol Äthylenoxyd und 1 Mol Nonylphenol erhalten worden war, sowie 18, 75 Gew. -Teile eines Gemisches aus Ölsäure und Diäthanolamin wurden zu 65 Gew.-Teilen eines nach Edeleanu behandelten Spindelöls mit einem Aromatengehalt von 5 Gel.-% und einer Viskosität von 45 sec Redwood I bei 60 C zugesetzt. Das Gemisch wurde durch Vermischen von Ölsäure und Diäthanolamin in einem Molverhältnis von 1 : 1, 7 bei einer Temperatur von 1300C hergestellt.

Beispiel 2 : 4 Gew.-Teile eines durch Kondensation von 6 Mol Äthylenoxyd und 1 Mol Nonylphenol erhaltenen nichtionenbildenden Emulgators, 15 Gew.-Teile Ölsäure und 6 Gew.-Teile Diäthanolamin wurden zu 75 Gew.-Teile eines nach Edeleanu behandelten Spindelöls mit einem Aromatengehalt von 5 Gew. -0/0 und einer Viskosität von 45 sec Redwood I bei 600C zugesetzt. Das Molverhältnis von Ölsäure zu Diäthanolamin betrug 1 : 1, 07.

Beispiel 3 : 14, 6 Gew.-Teile raffiniertes Tallöl, 4,2 Gew.-Teile Diäthanolamin und l Gew.Teil eines nichtionenbildenden Emulgators, der durch Kondensation von 4, 5 Mol Äthylenoxyd und 1 Mol Isooctylphenol erhalten worden war, wurden zu 80, 2 Gew.-Teilen eines nach Edeleanu behandelten Gas- öls mit einem Aromatengehalt von 7, 5 Gew.-% zugesetzt. In diesem Fall betrug das Molverhältnis von Säure zu Diäthanolamin 1 : 1.

Bei sp i el 4 : Zu 70, 2 Gew.-Teilen eines nach Edeleanu behandelten Spindelöls mit einem Aroma-
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Viskositätzugesetzt :
3, 75 Gew.-Teile eines nichtionenbildenden Emulgators, der durch Kondensation eines Gemisches aus 1 Mol Oleylalkohol und 1 Mol n-Cetylalkohol mit 12 Mol Äthylenoxyd erhalten worden war ; ein Gemisch aus 14 Gew.-Teilen Ölsäure und 6, 1 Gew.-Teilen Diäthanolamin, dat durch Vermi- schen der Komponenten bei 1300C hergestellt worden war ; 0, 95 Gew.-Teile eines o-Phenylphenols, das als Konservierungsmittel zugegeben wurde ;
5, 0 Gew.-Teile einer 40% gen wässerigen Lösung von Kaliumcarbonat.

Mit den in den Beispielen 1, 2,3 und 4 beschriebenen emulgierbaren Ölen wurden Emulsionen hergestellt, welche 5 Gel.-% vol enthielten. Diese Emulsionen wurden dem Korrosionstest unterworfen, wie er in der Veröffentlichung des"Institute of Petroleum"mit dem Titel "Standard Methods for testing Petroleum and its Products", 18. Auflage vom Feber 1959, unter r. 125/52T beschrieben worden ist.

Bei diesem Tebt wird eine Gusseisenprüfplatte mit Stahl-Frässpänen und Emulsionen bedeckt. Nach einer Berührungszeit von 24 h wird die korrodierende Wirkung der Emulsion durch zwei Zahlen festgelegt. Die erste Zahl ist ein Mass für die Grösse der angegriffenen Fläche, während die zweite Zahl die Intensität des Angriffes zum Ausdruck bringt.

Die aus den emulgierbaren Ölen nach den Beispielen 1, 2,3 und 4 hergestellten Emulsionen wurden alle mit der Zahl 0-0 beurteilt, d. h. der Angriff erstreckte sich auf weniger als 1/6 der Fläche und die Stärke des Angriffes war äusserst gering.

Die Emulsionen wurden auch in einer Konzentration von 3, 5 Gew.-% des emulgierbaren Öls in einem
Walztest geprüft, der wie folgt durchgeführt wurde : Stahlstreifen von etwa 104 mm Breite wurden kalt gewalzt, während sie durch die Emulsion geschmiert und gekühlt wurden. In der Walzvorrichtung betrug die Walzenbreite 400 mm und der Walzendurchmesser 180 mm. Es wurden Stahlstreifen (schwach koh- lenstoffhaltiger Stahl 35 mit 0, 08-0, 1 Gew.-% Kohlenstoff) von 3 mm und von 1 mm Dicke gewalzt.

In beiden Fällen betrug die Reduktion in der Dicke 75%. Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0, 6 bis 0, 7 Gew.-% wurde darauf in einer ähnlichen Reihe von Versuchen geprüft.

Die gewalzten Streifen wurden dann in einem Ofen in Propangasatmosphäre auf 7000C erhitzt. Nach einer Aufheizperiode von 4 h wurde die Temperatur während 3 h auf 7000C gehalten, worauf der Ofen im Verlaufe von 16 h abgekühlt wurde.

Nach dieser Wärmebehandlung wurde die Oberfläche der gewalzten Streifen nach der Zahl der Flecken beurteilt. Eine Bewertung mit 0 besagt, dass viele Flecken vorlagen und eine Beurteilung mit der Zahl 5 besagt, dass keine Flecken oder nur wehr wenige, kaum feststellbare Flecken vorlagen.

Die Emulsion, welche aus dem emulgierbaren Öl gemäss Beispiel 1 hergestellt war, ergab die Wert- zahl 5. Die Emulsion, welche von dem emulgierbaren Öl gemäss Beispiel 2 hergestellt worden war, ergab den Wert 5 ; die aus dem emulgierbaren Öl nach Beispiel 3 hergestellte Emulsion ergab die Bewertung 4 und die Emulsion aus dem emulgierbaren Öl nach Beispiel 4 ergab den Wert 5.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Emulgierbares Ölgemisch auf Basis eines Mineralöls, welches einen nichtionenbildenden Emulgator, eine ungesättigte, aliphatische Carbonsäure mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen und einen Aminoalkohol enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Mineralol ein Kohlenwasserstoffdestillat mit einem Aromatengehalt von nicht mehr als 15 Grew.-% ist.

Claims

2. Ölgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenwasserstoffdestillat einen Aromatengehalt von 10 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 5 Grew.-% oder weniger, aufweist.

3. Ölgemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenwasserstoffdestillat eine Viskosität von nicht mehr als 100 sec Redwood I bei 600C aufweist.

4. Ölgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenwasserstoffdestillat ein nach Edeleanu behandeltes Spindelöl mit einem Aromatengehalt von etwa 5 Gew. -0/0 ist.

5. Ölgemisch nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kohlenwasserstoffdestillats mindestens 50 und nicht mehr als 90 Gew.-%, vorzugsweise 73-78 Gew.-%, beträgt.

6. Ölgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es 75 Gew.-% eines nach Edeleanu behandelten Spindelöls mit einer Viskosität von 45 sec Redwood I bei 600C und einem Aromatengehalt von 5 Gew. enthält.

7. Ölgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich ein Alkalicarbonat, z. B. Kaliumcarbonat, vorzugsweise in Form einer wässerigen Lösung, enthält.

8. Ölgemisch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich bis zu 4 Gew.-% Kaliumcarbonat enthält.

9. Emulsion bestehend aus einer wässerigen Phase und einer aus einem emulgierbaren Ölgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bestehenden Ölphase in einer Menge von 1 bis lolo, bezogen auf das Gewicht der gesamten Emulsion.