DD262016A1 - Waessrige kuehl- und spuelmedium fuer die bearbeitung von glas durch schleifen bzw. trennschleifen - Google Patents

Abstract

Zur Bearbeitung des Glases in den technologischen Abschnitten der Trennoperationen (Trennschleifen zum Zerteilen der Glasbloecke; Schleifen bei den nachfolgenden Zerteilungs- und Formgebungsprozessen) sind effektiv wirkende Kuehl- und Spuelmedien (Kuehlschmiermedien) notwendig. Weit verbreitet ist hierfuer immer noch Petroleum. Aufgrund verschiedener Nachteile besteht die Forderung nach Abloesung des Petroleums durch waessrige Medien. Da aber fuer die Belange der Glasbearbeitung noch keine optimalen Loesungen bezueglich der Zusammensetzung der in Betracht kommenden Medien gefunden wurden, greift man haeufig auf solche Kuehlschmiermedien zurueck, die in Form von Emulsionen und Fluiden fuer die Metallbearbeitung zur Verfuegung stehen. Der erfindungsgemaesse Vorschlag besteht darin, eine fuer das Trennschleifen und Schleifen von Glas geeignete waessrige Fluessigkeit unter Einsatz kationischer Tenside vom Typ als der wirksamen Komponente aufzubauen. Formel

Description

in Kombination mit mehrwertigen Alkoholen bzw. Alkanolaminen zum Einsatz kommen, wobei R¹ einen Alkylrest mit 12 bis 22, bevorzugt 16 bis 18 Kohlenstoffatomen, R² und R³ eine CH₃- oder C₂H₅-Gruppe oder ein Η-Atom, R⁴ eine CH₃- oder C₂H₅-Gruppe, X~ ein Anion, vorzugsweise CH₃OSO₃" bzw. C₂H₅OSO₃ oder Cl" und m und η ganze Zahlen mit der Summe m + η = 2 bis 10, bevorzugt m + η = 3 bis 5, bedeuten.

2. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kationischen Tenside im Konzentrationsbereich zwischen 2 · 1CT²mol/l und 10~³mol/l vorliegen.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kühl- und Spülmedium, das beim Zerteilen von Glasblöcken durch Trennschleifen sowie bei der Fertigung optischer Bauelemente aus Glas sowie Artikeln aus Wirtschaftsglas durch Schleifen eingesetzt werden kann. Möglichkeiten für den Einsatz würden weiterhin bei der Randbearbeitung von Beleuchtungsgläsern, technischen Hohlgläsern und Flachgläsern (Spiegelherstellung, Kantenschliff) sowie bei der Bearbeitung von Glasrohren durch Trennschleifen und Außenrundschleifen bestehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Zerteilung von Glasblöcken durch Trennschleifen sowie die weitere Bearbeitung des Glases durch Schleifoperationen setzt den Einsatz einer effektiv wirkenden Kühl- und Spülflüssigkeit voraus. Ein solches Medium hat die Aufgabe, die beim Bearbeitungsprozeß entwickelte Wärme abzuführen und den Abtransport der Abschliffteilchen zu gewährleisten, wobei eine rasche Sedimentation des Abschliffs in den angeschlossenen Absetzgefäßen notwendig ist. Das Sediment muß anschließend leicht entfernbar sein.

Noch immer dominiert unter den beim Schleifen und Trennschleifen von Glas eingesetzten Flüssigkeiten das Petroleum. Mit Petroleum ist eine hohe Produktivität, verbunden mit geringem Werkzeugverschleiß, zu erreichen. Petroleum bewirkt ferner ein gutes Sedimentationsverhalten des Abschliffs. Ferner besteht bei der Verwendung von Petroleum keine Gefahr der Korrosion von Metallteilen.

Negativ beim Einsatz von Petroleum sind die hohe Brandgefahr und die Geruchsbelästigung. Nachteilig ist außerdem, daß Petroleum beim bearbeiteten Material die Tiefenrißbildung fördert, was einen höheren Aufwand bei den Folgeprozessen, insbesondere beim Polieren zur Folge hat. Weitere Nachteile von Petroleum sind die im Vergleich zu wäßrigen Kühl- und Spülmedien niedrigere Wärmekapazität sowie die relativ geringe Wärmeleitfähigkeit.

Äußerst schlecht ist weiterhin, daß in Mauerwerk eingedrungenes Petroleum im Laufe der Zeit beträchtliche Gebäudeschäden verursachen kann. Außerdem können durch Petroleum bei denT3eschäftigten Hautallergien hervorgerufen werden. Aufgrund der angeführten Nachteile strebt man daher an, bei der Bearbeitung von Glas das Petroleum durch andere Medien zu ersetzen. Häufig greift man dabei auf konventionelle wäßrige Kühl- und Spülmedien (Emulsionen, Fluide) zurück, die in der Metallbearbeitung in Gebrauch sind. So werden oft Bohrölemulsionen eingesetzt, z.B. DDR 126250; DDR 234528; GB 2018821. Ebenso finden speziell für die Metallbearbeitung entwickelte ölfreie Kühlflüssigkeiten bei den Schleifoperationen der Glasbearbeitung Anwendung (z. B. DDR 75115; DDR 93970; DDR 154264). Demgegenüber steht nur in wenigen Fällen der Einsatz bei der Glasbearbeitung unmittelbar im Vordergrund (UdSSR 253284; UdSSR 522225; UdSSR 596613; UdSSR 721462; UdSSR 767181; UdSSR785344; UdSSR 876702; UdSSR 973600; UdSSR 1058998A; UdSSR 1074895; USA B 357402; USA2968621; USA 3453784; USA 3715312). Der Nachteil der ölhaltigen Medien (Bohrölemulsionen) sind Probleme bei der Entsorgung, da emulgierte Öle im Abwasser eine große Belastung für den biologischen Abbau darstellen. Verbrauchte Mineralölemulsionen müssen daher einem Spaltprozeß unterworfen werden, der mit erheblichem Aufwand verbunden ist. Aus diesem Grunde wird der Einsatz ölfreier Medien bei den genannten Bearbeitungsschritten angestrebt. Die Wirkung derartiger Medien ist durch in der Lösung anwesende grenzflächenaktive Stoffe (Tenside) bedingt. Als solche kommen insbesondere nichtionische Tenside (Alkylpolyglycolether, Alkylarylpolyglycolether, Ethoxylierungsprodukte von Carbonsäureestern und Carbonsäureamiden) sowie anionische Tenside (vorwiegend auf Basis Oleinseifen, Sulfonaten, Alkylsulfaten und Salzen der Sulfamidocarbonsäuren

[Sulfamidoessigsäure]) in Betracht. Als weitere Komponenten enthalten wäßrige Schleifmedien mitunter noch mehrwertige Alkohole (Glycerol, Ethylenglycol, Diethylenglycol, Sorbit, auch Sorbitverbindungen) sowie Alkanolamine (Triethanolamin, Diethanolamin).

Im Gegensatz zu den genannten oberflächenaktiven Stoffen, die generell nichtionischer bzw. anionischer Natur sind, ist über die Wirkung kationischer Tenside auf Produktivität und Oberflächenbeschaffenheit beim Schleifen und Trennschleifen von Glas nichts bekannt. Lediglich in Eu 0164053 (B24B1/00) werden kationische Tenside (Triethylalkylammoniumchlorid bzw. -bromid sowie Dimethyldialkylammoniumchlorid bzw. -bromid) vorgeschlagen, um die Haftung von Läpp- und Poliermittelresten sowie Glasstaub an bearbeiteten Glasoberflächen zurückzudrängen und die bearbeiteten Glasoberflächen leichter reinigen zu können (maschinell oder manuell). Die Einwirkung auf den eigentlichen Schleifprozeß, die Beeinflussung des Schieifergebnisses, steht hierbei nicht im Mittelpunkt.

Die Rolle, die Tenside im Schleifprozeß spielen, ist außerordentlich komplex. Bekannt ist, daß infolge Anwesenheit von Tensiden bei Zerkleinerungsvorgängen (Mahlen, Bohren, Schleifen) der zur Zerkleinerung notwendige Energieaufwand gesenkt werden kann (Rebinder-Effekt), gleichzeitig aber durch die Bildung von Grenzschichten die Reibung zwischen der Werkzeug- und Werkstückoberfläche beim Eingriff des Werkzeuges vermindert wird.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung dient dem Ziel, eine Kühl- und Spülflüssigkeit für den Schleif- und Trennschleifprozeß von Gla^zu entwickeln. Die Flüssigkeit soll bezüglich Produktivität und Oberflächenbeschaffenheit der erhaltenen Proben sowie Werkzeugverschleiß dem bisher eingesetzten Petroleum mindestens gleichwertig sein, aber keinerlei Ölanteile enthalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Schleif- und Trennschleifprozeß von Glas eine geeignete wäßrige Kühl- und Spülflüssigkeit aufzufinden, die eine effektive Durchführung dieses Bearbeitungsabschnittes ermöglicht und sich durch unkomplizierte und kostengünstige Zusammensetzung, einfache Herstellung und Handhabbarkeit sowie problemlose Beseitigung nach dem Gebrauch auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Herstellung der Schleifflüssigkeit als wirksame Komponente kationische Tenside, die am quatemären Stickstoffatom einen längeren Alkylrest mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen sowie zwei Polyglycolethergruppierungen mittlerer Länge (m + η = 2 bis 10, bevorzugt 3 bis 5) entsprechend

1 /

R- K- R

(CH₂-CH-O-)_m-H

(CHp-CH-O-) -H

(R², R³: H-, CH₃- oder C₂H₅-; R⁴: CH₃- oder C₂H₅-; R¹: C_nH_2n+1- Rest, η = 12-22; X": CH₃OSO₃, auch C₂H₅OSO₃ oder CD

tragen, und im Konzentrationsbereich zwischen 10 ³mol/l und 2-10 ²mol/l in Kombination mit mehrwertigen Alkoholen bzw. Alkanolaminen eingesetzt werden. Ein so zusammengesetztes Medium zeichnet sich durch einen erhöhte Produktivität im Vergleich mit konventionellen Schleifmedien aus. Da die vorgeschlagene Schleifflüssigkeit keinerlei Ölanteile enthält, entfallen die bei der Entfernung verbrauchter Schleifflüssigkeit sowie des anfallenden Glasabschliffs auftretenden Entsorgungsprobleme. Es besteht keine Brandgefahr. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Mediums ist seine Transparenz. Als Ursache für die günstige Beeinflussung der Produktivität durch die erfindungsgemäße Schleifflüssigkeit ist der Anteil der darin enthaltenen kationischen Tenside zu sehen. Von derartigen Verbindungen ist bekannt, daß mit der Glasoberfläche starke Wechselwirkungen in Gestalt von Protonen-Donator-Akzeptor- bzw. ilektronen-Donator-Akzeptor-Wechselwirkungen stattfinden. Außerdem sind elektrostatische Wechselwirkungen zwischen der kationischen Gruppierung und der Glasoberfläche von beträchtlicher Stärke vorhanden. Die infolge des Wirkens dieser Mechanismen eintretende starke Fixierung der Tensidmoleküle an der Glasoberfläche ist Vorbedingung für die Erleichterung der zur Zerteilung des Glases notwendigen Bruch- und Splittervorgänge, die durch das Ritzen der Diamantschneiden des Werkzeuges eingeleitet werden.

Ein weiterer Grund für den erfolgreichen Einsatz der vorgeschlagenen Schleifflüssigkeit kann in der günstigen Beeinflussung des Sedimentationsverhaltens der Abschliffteilchen durch die anwesenden kationischen Tenside gesehen werden. Die Sedimentation erfolgt rasch; das gebildete Sediment ist dennoch relativ locker und daher unschwer entfernbar. Infolge des alkalischen pH-Wertes der Schleiflösung ist die Korrosion der Metallteile der Maschine weitgehend eingeschränkt.

Ausführungsbeispiele

Abbildungsunterschrift Fig. 1:

Vergleich der Abtrag raten (Bearbeitungsdauer 15min) bei der Bearbeitung von Borkronglas in Gegenwart verschiedener Schleifmedien bei verschiedenen Trenngeschwindigkeiten (Kurve 1 —vorgeschlagene Medium; Kurve 2 — Petroleum; Kurve 3 — eine Schleifemulsion auf Basis Petroleum)

1,8mol Ethylenglycol werden mit einer 40%igen Lösung von 0,17 mol eines Alkyl-Polyglycoletherammonium-Methylsulfats

-3- 262 018

V ^CH

(CH₂-CH₂-O-J₂-

CH₀OSO₃

bei ca. 70°C unter Rühren vermischt, wobei sich eine Änlagerungsverbindung zwischen beiden Komponenten bildet.

Das erhaltene Konzentrat wird sodann in einen 1-l-Meßkolben überführt und mit destilliertem Wasser bis zur Marke aufgefüllt. Zu der entstandenen wäßrigen Lösung gibt man noch 0,45 mol Triethanolamin unter guter Vermischung. Der pH-Wert der

entstandenen Lösung beträgt nach dieser Operation ca. 10. Die erhaltene Lösung kann unmittelbar im Schleifprozeß eingesetzt werden.

— Durchführung der Schleifversuche

Zwecks Beurteilung der Eignung des vorgeschlagenen Mediums bei Schleifoperationen an Glas wurden labormäßige

Schleifversuche an einem Borkronglas durchgeführt. Hierzu standen zwei Laborschleifmaschinen zur Verfügung, mit denen bei unterschiedlichen Trenngeschwindigkeiten (Drehzahl der Werkzeugspindel ca. 2800min"¹ [Bearbeitungsgruppe I]) bzw. ca. Vio dieses We_trtes [Bearbeitungsgruppe H]) gearbeitet werden konnte. Die quantitative Einschätzung des Schleifergebnisses erfolgte anhand der erzielten Abtrennmassen (bzw. der Zeitspanvolumina) sowie der Oberflächenrauhigkeiten der bearbeiteten Proben.

Außerdem wurde im Zusammenhang mit den erzielten Abtrennmassen der Werkzeugverschleiß eingeschätzt. Generell erfolgte die Bearbeitung des Glases mittels Diamantringwerkzeugen definierter Diamantkorngröße und -konzentration.

Tab. 1.: Vergleich verschiedener Schleif medien hinsichtlich der erzielten Abtragrate A beim Schleifen eines Borkronglases unter gleichen Maschinen- und Werkzeugbedingungen

Emulsionen Fluide Glycerol Petroleum vorgeschlagenes

ab abcdefg (10%) Medium

Aing/h

(Bearbeitungsgruppe I) 6,3 2,5 5,0 3,2 6,5 3,4 5,3 4,6 8,4

Aing/h

(Bearbeitungsgruppe II) 0,25 0,27 0,19 0,18 0,56 0,36 0,58 0,27 0,44 0,30 0,30 0,56

Tab. 2.: Vergleich verschiedener Schleifmedien bezüglich der erreichten Oberflächenrauhigkeit (ausgedrückt durch die arithmetischen Mittenrauhwerte R₃) beim Schleifen von Borkronglas unter gleichen Maschinen- und Werkzeug bedingungen

Emulsionen Fluide Glycerol Petroleum vorgeschlagenes

ab abcdefg (10%) Medium

R_a in pm 0,66 0,91 0,35 1,38 1,12 1,33 0,72 0,86 1,51 1,39

(Bearbeitungsgruppe II)

Die Ergebnisse sind in Fig. 1 sowie Tab. 1 zusammengefaßt. Die mit dem vorgeschlagenen Medium erzielbare höhere Produktivität beim Schleifen von Glas wird in Fig. 1 veranschaulicht. Für verschiedene Trenngeschwindigkeiten sind hier am Beispiel der Bearbeitung eines Borkronglases die nach einer bestimmten Zeit erhaltenen Abtrennmassen unter Verwendung des vorgeschlagenen Mediums einerseits und andererseits für bisher eingesetzte Schleifflüssigkeiten (Petroleum und eine Schleifemulsion) dargestellt. Man erkennt, daß beide Medien deutlich niedriger liegende Werte ergeben

Auch aus Tab. 1 geht die günstige Wirkung des vorgeschlagenen Mediums hervor. Sämtliche anderen zum Vergleich herangezogenen Medien (Bohröle u.a. Ölemulsionen, konventionelle Fluide wie Ferrosol, K50, Almaz u.a. Handelsprodukte) ergeben in der Zeiteinheit geringere Produktivität, charakterisiert durch die niedriger liegenden Abtragraten

Ebenfalls weist die Oberflächengüte der mit der vorgeschlagenen Flüssigkeit bearbeiteten Proben brauchbare Werte auf. So sind im Vergleich zu anderen Schleifmedien keine signifikant höher liegenden Oberflächenrauhwerte zu verzeichnen (vgl. Tab.2)

Auch das Benetzungsverhalten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schleifflüssigkeit auf der Metallbindung der Schleifwerkzeuge kann als gut eingeschätzt werden. Bei an Bronzematerialien durchgeführten Randwinkelmessungen zur Charakterisierung des Benetzungsvermögens ergab die vorgeschlagene Schleifflüssigkeit Werte im Bereich zwischen 38° und 44° (vgl. Tab. 3), die gegenüber Wasser bzw. Glycerollösungen (10%) deutlich verringert sind.

Tab. 3: Vergleich des Benetzungsvermögens verschiedener Schleifmedien an Bronzematerialien mittels der Randwinkel

	Wasser	Glycerol	Fluide	b	Emulsionen	vorgeschlagenes
		(10%)	a	ca. 24°		Medium
Bronze	ca. 80°	90°	18°		38°-41°	ca. 44°
(kompakt)				ca. 33°
Bronze	ca. 80°	90°	ca. 25°		41°-42°	ca. 38°
(gepreßt)

Wie ferner Benetzungsversuche an Diamantspitzen zeigen, wird auch das Diamantkorn von der im Patent vorgeschlagenen Schleifflüssigkeit gut benetzt. Das Benetzungsverhaiten an der Diamantspitze ist mit den Werten für Petroleum vergleichbar. Das vorgeschlagene Medium zeichnet sich also durch ein gutes Benetzungsvermögen sowohl im Hinblick auf das Bindungsmaterial als auch bezüglich der in der Bindung eingelassenen Diamanten aus.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Wäßriges Kühl- und Spülmedium für: den Trennschleif- und Schleifprozeß von Glas, dadurchgekennzeichnet, daß als wirksame Komponente(n) kationische Tenside mit quaternärem Stickstoff vom Typ

   ,(CH₂-OII-O- )_m-H

   (CHp-GH-O-) -H