AQUEOUS EMULSIONS FOR METAL WORKING AND CONCENTRATES FOR THEIR PREPARATION

Abstract: 1. Aqueous emulsions of the oil-in-water type for metal processing, characterized in that they contain at least from 0.1 to 2 parts, relative to 100 parts of the emulsion, of a secondary C10 -C18 -alkane sulfonate, or a mixture of such a salt with petroleum sulfonates in the form of their alkali metal salts having a molecular weight of from 400 to 600, in a ratio of from 1:3 to 3:1, preferably in a ratio of 1:1.

Description: Technische Flüssigkeiten zur Metallbearbeitung Die vorliegende Erfindung betrifft neue technische Flüssig- keiten zur Metallbearbeitung. Zur Metallbearbeitung im grosstechnlschen Massstab benötigt man bestimmte Flüssigkeiten, die z.B. zur Kühlung des Werkzeuges und des bearbeiteten Werkstückes dienen und einen guten Korrosionsschutz gewährleisten. Im allgemeinen verwendet man als Flüssigkeiten zur Metallbearbeltung Öl-in Wasser-Emulsionen. Wichtig ist hierbei, dass das öl leicht emulgierbar ist und dass die gebildete Emulsion stabil ist und gute Korrosionsschutz- und Schmierwirkung besitzt. Solche Emulsionen enthalten neben Wasser und einem Mineral öl einen Emulgator und Zusätze, die unter anderem gleichzeitig die Schmierwirkung und Korrosionsschutzeigenschaften verbessern. Als Emulgatoren und Rostschutzmlttel verwendet man häufig in solchen Formulierungen Petroleumsulfonate mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 bis 600, die jedoch eine hohe Viskosität besitzen und stark schäumen, was nicht erwünscht ist. Es wurde nun gefunden, dass man auf einfache Art und Weise Emulsionen ohne die oben genannte Neigung zur Schaumbildung erhalten kann, wenn man diese Petroleumsulfonate ganz oder teilweise durch sek. Alkansulfonate ersetzt, wobei die zu erzielenden übrigen gewünschten Eigenschaften, so insbesondere Stabilität, Spaltbarkelt und die antikÏrrosiven Eigenschaften einerseits vom Verhältnis Petroleumsulfonate: :Alkansulfonate und andererseits vom Gehalt der Emulsion an Alkansulfonaten oder an einem Gemisch aus diesen Salzen mit Petroleumsulfonaten abhängen. Überraschend und unerwarteterweise hat man nämlich eine synergistische Wirkung zwischen den Petroleumsulfonaten und den basischen Alkansulfonaten festgestellt, wodurch die Herstellung der Emul sion erleichtert wird und wodurch es möglich ist in einem breiten Bereich die Schaumbildung zu unterdrücken und eine antikorrosive Wirkung zu gewährleisten. Die vorliegende Erfindung betrifft daher wässrige Emulsion nen vom Öl-in-Wasser-Typ zur Metallbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein sek. Alkansulfonat oder ein Gemisch eines solchen Salzes mit Petroleumsulfonaten in Form des Alkalisalzes mit einem Molekulargewicht von 400 bis 600 im Verhältnis 1:3 bis 3:1, vorzugsweise im Verhältnis 1:1, enthalten. Die Menge des sek. Alkansulfonats oder des Gemisches aus diesem Salz mit den Petroleumsulfonaten in der Emulsion beträgt vorzugsweise zwischen 0,10 und 2 Teilen auf 100 Teile der Emulsion bezogen. Als Alkansulfonsäuren finden beispielsweise gemäss den von C.Bluestein und B.R.Bluestein beschriebenen Verfahren (Siehe Surfactant Science Series - Band 7 - Anionic Surfactants - Teil II, Seiten 331-3 - Marcel Dekker Verlag, New York, 1976) erhältliche Mischungen aus der Sulfonierung von (C10-C18)-Paraffinen durch Schwefelsäureanhydrid in Gegenwart von Sauerstoff unter UV-Bestrahlung Verwendung. Als Beispiele hierfür seien insbesondere (C10-C18)-Alkansulfonsäuren mit einer Sulfogruppe am zweiten Kthlenstoffatom erwähnt. Die Salze, hier insbesondere die Natrium- und Kaliumsalze kann man nach bekannten Methoden durch Neutralisierung dieser Säuren mit Natronlauge bzw. Kalilauge erhalten. Als Petroleumsulfonate verwendet man vorzugsweise in Öl lösliche Natriumalkylarylsulfonate mit einer oder mehreren Alkylketten, wie beispielsweise das Natriumsalz der Polypropylenbenzolsulfonsäure. Diese Petroleumsulfonate entstehen unter anderem als Nebenprodukte bei der Hydrierung von Erdölen. Neben der (den beiden) oben genannten Komponente(n) enthalten die erfindungsgemässen Emulsionen natürlich Wasser, ein Mineralöl und die für solche Emulsionen üblichen Bestandteile wie beispielsweise Seifen, Fettsäurealkanolamide, Alkyl- oder Arylsulfamidocarbonsäuresalze nicht-ionische Tenside, Natriumnitrit, Triäthanolaminborat oder Phosphorsäurederivate. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Konzentrate zur Herstellung obiger Emulsionen mit einem Gehalt von 1 bis 10 %, vorzugsweise 3 bis 6 %, an diesen Konzentraten. Solche Konzentrate enthalten 3 bis 20 % sek. Alkansulfonate oder einer Mischung aus einem solchen Salz mit Petroleumsulfonaten in Form von Natriumsalzen, ein Mineralöl oder ein Spindelöl mit oder ohne die für Emulsionen üblichen Zusätze. Die obigen Konzentrate enthalten vorzugsweise 3 bis 20 % eines Kaliumalkansulfonats oder eines Gemisches aus diesem Salz mit Petroleumssulfonaten in Form von Natriumsalzen, im Verhältnis 1:3 bis 3:1, vorzugsweise 1:1; 30 bis 80 % Mineralöl oder Spindelöl; 1 bis 10 % organische Carbonsäure wie Naphthensäure oder Ölsäure; 1 bis 10 % nicht-ionische Tenside wie beispielsweise ox- äthylierte Nonylphenole, Alkohole oder Fett säuren; 3 bis 25 % Fettsäurealkanolamide; 3 bis 25 % Alkyl- oder Arylsulfamidocarbonsäuresalze und, falls erforderlich, 1 bis 30 % Chlorparaffine. Die Haupteigenschaften der entweder alleine oder im Gemisch eingesetzten erfindungsgemässen Verbindungen sowie der diese enthaltenden Emulsionen und Konzentrate werden aus den nachfolgenden Tabellen I bis III ersichtlich, die die vorliegende Erfindung veranschaulichen. In den Tabellen I und II sind die Werte verschiedener physikalischer Eigenschaften der Konzentrate und der aus diesen Konzentraten hergestellten Emulsionen, wie beispielsweise Aussehen der Konzentrate, so wie Aussehen, Spaltbarkeit, Stabilität, pH-Wert, antikorrosive Eigenschaften (Filterpapiertest) und Schaumvermögen der Emulsionen, entsprechend der gewichtsmässigen Zusammensetzung der erfindfungsgemässen Konzentrate, aufgeführt. Aus diesen Tabellen wird ersichtlich, dass diese Eigenschaf- ten abhängig sind von der Konzentration der Emulsionen, davon, ob die Emulsion einen oder zwei Komponenten enthalten und schliesslich vom Verhältnis der beiden Komponenten in der Emulsion. Aus der Tabelle III wird der synergistische Effekt auf die Viskosität der Emulsionen nach Kombination der erfindungsgemässen Alkansulfonate mit dem Petroleumsulfonat ersichtlich. Bezüglich der in den Tabellen I und II als physikalische Eigenschaft der Emulsion aufgeführten Spaltbarkeit wäre anzumerken, dass es sich dabei um ein Kriterium für die Dispergierbarkeit der Ölphase unter einfachem manueller: Rühren handelt. Diese Eigenschaft wird ebenso wie die Stabilität (in Stunden) visuell beurteilt. Der pH-Wert der 3 %igen Emulsionen wird mit Hilfe einer Glaselektrode bestimmt. Die antikorrosiven Eigenschaften werden in 200 warmen Wassers normaler Härte gemäss DIN 51 360-1 (Filterpapiertest) bestimmt, wobei der Korrosionsgrad durch die folgenden Ziffern ausgedrückt wird: Korroslonsgrad 0 = keine Korrosion 1 = Spuren einer Korrosion 2 = leichte Korrosion 3 = beachtliche Korrosion ii = starke Korrosion Diese Bestimmungen wurden an 2- und 3 %igen Emulsionen durchgeführt. Das Schaumvermögen wird bei 25 + 3 0C gemäss der Citroennorm LC 1425 folgendermassen bestimmt: Man lässt 1 Liter einer 3 %igen wässrigen Emulsion 5 Stunden mittels einer Pumpe mit einer Geschwindigkeit von 250 1/Std. zirkulieren. Dann lässt man die Emulsion durch eine Düse mit einem inneren Durchmesser von 5 mm aus 75 mm Höhe in ein Reagenzglas von 2 Litern Inhalt mit einem Durchmesser von 80 mm fliessen und führt sie durch einen Stutzen unten am Reagenzglas wieder zurück. Nachdem man die Pumpe abgestellt hat, mit man nach 5 Stunden das Volumen der Flüssigkeit im Reagenzglas (wobei 1000 angibt, dass keine Schaumbildung stattfindet). Das Schaumvermögen wird in cm3 angegeben. Tabelle I --------- Bestandteile der Konzentrate : 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 7 : 8 : 9 : 10 Zusammensetzung in Gew. - % ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------sek. Kaliumalkansulfonate : 5 : : : : 3,75 : 2,5 : 1,25 : 3,75 : 2,5 : 1,25 Natriumpetroleumsulfonate : , : : : : : : : : : mittleres Molekulargewicht 520: : 5 : : : 1,25 : 2,5 : 3,75 : : : " " 440: : : 5 : : : : : 1,25 : : " " 560: : : : 5 : : : : : 2,5 : 3,75 Tallölfettsäurediäthanolamid : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 Natriumtriäthanolamin-Alkyl- : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 : 5 sulfonamidocarbonsäuresalz : : : : : : : : : : Fettalkohol mit 3 Mol EO : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 Ölsäure : 1.6 : 1,6 : 1,6 : 1,6 : 1,6 : 1,6 : 1,6 : 1,6 : 1,6 : 1,6 Butylenglykol : 1,4 : 1,4 : 1,4 : 1,4 : 1,4 : 1,4 : 1,4 : 1,4 : 1,4 : 1,4 Mineralöl : 80 : 80 : 80 : 80 : 80 : 80 : 80 : 80 : 80 : 80 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Aussehen der Konzentrate : trüb : klar : klar : klar : leicht : klar : klar : klar : klar : klar : : : : : trüb : : : : : Aussehen der 3 %igen Emulsion : fett : weiss : weiss : weiss : fett : bläu-: mil- : mil- : bläu- : weiss : : : : : : lich : chig : chig : lich : Spaltbarkeit der Emulsion : gut, :schlecht:schwie-:schwie- : gut : gut : gut :schlecht: gut : gut : : :rig :rig : : : : : : Stabilität der Emulsion : 24 h : 72 h : 72 h : 72 h : 48 h : 72 h : 72 h : 72 h : 72 h : 72 h pH-Wert der 3 %igen Emulsion : 8,8 : 8,8 : 8,8 : 8,8 : 8,8 : 8,8 : 8,8 : 8,8 : 8,8 : 8,8 Papierfiltertests : : : : : : : : : : -2 %ige Emulsion : 3 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 -3 %ige Emulsion : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : : : : : : : : : Schäumungstest, : : : : : : : : : : -3 %ige Emulsion : 0 : 50 : 150 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 Tabelle II ----------- Bestandteile der Korzentrate : 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 7 : 8 : 9 : 10 Zusammensetzung in Gew. -% -----------------------------------------------------------------------------------------------------------sek. Kaliumalkansulfonate : 11,25 : : : : 8,45 : 5,625 : 2,8 : 8,45 : 5,625 : 2,8 Natriumpetroleumsulfonate : : : : : : : : : : mittleres Molekulargewicht 520: : 11,25 : : : 2,8 : 5,625 : 8,45 : : : " " 440: : : 11,25 : : : : : : : " " 560: : : : 11,25 : : : : 2,8 : 5,625 : 8,45 Tallölfettsäurediäthanolamid : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 Natriumtriäthanolamin-Alkyl- : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 sulfonamidocarbonsäuresalz : : : : : : : : : : Nonylphenol mit 6 Mol EO : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 : 2,5 Naphthensäuren : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 : 3,75 wässr. 50 %ige Pottasche : 1,25 : 1,25 : 1,25 : 1,25 : 1,25 : 1,25 : 1,25 : 1,25 : 1,25 : 1,25 56 %ige Chlorparaffine : 25 : 25 : 25 : 25 : 25 : 25 : 25 : 25 : 25 : 25 Spindelöl : 50 : 50 : 50 : 50 : 50 : 50 : 50 : 50 : 50 : 50 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 : 100 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Aussehen der Konzentrate : trüb : klar : klar : klar : trüb :leicht : klar : klar : klar : klar : : : : : : trüb : : : : Aussehn der 3 %igen Emulsion : fett : mil- : mil- : weiss : mil- : weiss : bläu- : weiss : bläu- : mil : : chig : chig : : chig : : lich : : lich : chig Spaltbarkeit der Emulsion : gut :schlecht: sehr : gut : gut : gut : gut : gut : gut : gut : : :schlecht: : : : : : : Stabilität der Emulsion : 24 h : 72 h : 72 h : 72 h : 48 h : 72 h : 72 h : 48 h : 72 h : 72 h pH-Wert der 3 %igen Emulsion : 8,6 : 8,7 : 8,7 : 8,7 : 8,7 : 8,6 : 8,6 : 8,6 : 8,6 : 8,6 Papierfiltertests : : : : : : : : : : -2 %ige Emulsion : 3 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 -3 %ige Emulsion : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 Tabelle III Bestandteile Zusammensezung in Gew.-% Kaliumalkansulfonate 100% 75% 50% 25% 75% 50% 25% Natriumpetroleumsulfonate mittlers Molekulargewickt 520 100% 25% 50% 75% mittlers Molekulargewickt 560 100% 25% 50% 75% Viskosität (mPas) 36000 50000 5600 1000 1300 10800 3400 2800 2200 Die Viskositätswerte in obiger Tabelle III sind in Millipascal-Sekunden (das) angegeben. Sie wurden bei 500C mit Hilfe eines Brookfield Viskosimeters, Typ RVT mit einem Rotor Nr. 5 und einer Geschwindigkeit von 10 Umdrehungen pro Minute bestimmt. Die erhaltenen Werte zeigen einen klaren Viskositätsabfall beim Einsatz von Mischungen und insbesondere von 50/50 Mischungen.

Claims: Patentansprüche: 1. Wässrige Emulsionen vom Öl-ln-Wasser-Typ zur Metallbe arbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens 0,1 bis 2 Teile, bezogen auf 100 Teile der Emulsion, eines sek. C10-C18 Alkansulfonats oder einer Mischung aus einem solchen Salz mit Petroleumsulfonaten in Form ihrer Alkalisalze mit einem Molekulargewicht von 400 bis 600 im Verhältnis 1:3 bis 3:1, vorzugsweise im Verhältnis 1:1, enthalten. 2. Wässrige Emulsionen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass sie als Alkansulfonate deren Kalium- oder Natriumsalze enthalten. 3. Wässrige Emulsionen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass sie als Petroleumsulfonate in öl lösliche Natriumalkylarylsulfonate mit einer oder mehreren Al kylketten enthalten. Wässrige Emulsionen nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass sie als Petroleumsulfonate das Natrium polypropylbenzolsulfonat enthalten. 5. Wässrige Emulsionen nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie Wasser, ein Mineralöl und die für solche Emulsionen üblichen Bestandteile wie Seifen, Fettsäurealkanolamide, Alkylsulfamidocarbonsäuresalze, nicht-ionische Tenside, Natriumnitrit, Triäthanolamin borat und Phosphorsäurederivate enthalten. 6. Konzentrate zur Herstellung der Emulsionen nach Ansprü chen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie 3 bis 15 % der obigen Salze, ein Mineralöl oder ein Spindelöl mit oder ohne der für die Herstellung dieser Emulsionen üblichen Zusätze enthalten. 7. Konzentrate nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie 3 bis 30 % eines Kaliumalkansulfonats oder einer Mi schung aus einem solchen Salz mit Petroleum sulfonaten in Form des Natriumsalzes im Verhältnis 1:3 bis 3:1, vorzugsweise 1:1, 30 bis 80 % eines Mineral- oder Spindelöls, 1 bis 10 % organische Carbonsäuren 1 bis 10 % nicht-ionische Tenside 3 bis 25 % Fettsäurealkanolamide, 3 bis 25 % Alkyl- oder Arylsulfamidocarbonsäuresalze und, und falls erforderlich 1 bis 30 % Chlorparaffine, enthalten. 8. Emulsionen nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass sie 1 bis 10 %, vorzugsweise 3 bis 6 %, eines Konzentrats nach Ansprüchen 6 oder 7 enthalten.

Inventors: VOETZ, FRANZ JOSEF
Applicants: HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: C10M1
IPC codes: C10M173