DE2204599A1

DE2204599A1 - Schmiermittel und dessen verwendung

Info

Publication number: DE2204599A1
Application number: DE2204599A
Authority: DE
Inventors: I-Ming Feng
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1972-02-01
Filing date: 1972-02-01
Publication date: 1973-08-09
Also published as: CH588547A5; GB1369515A; FR2168989B1; FR2168989A1; AU459402A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmiermittel zur Metallbearbeitung, das zum Typ der wasseremulgierbaren Schmiermittel gehört. Insbesondere betrifft die Erfindung ein hoehwirksames kühlendes Schmiermittel, das beim Kaltwalzen von Metallen, insbesondere Aluminium, verwendet werden kann.

Bei der Bearbeitung von Metallen, wie zum Beispiel Kupfer, Messing, Aluminium oder ähnlichen Metallen unter Bildung von Platten, Streifen, Blättern oder Folien wird das Metall einem Walzverfahren unterworfen, bei dem man das Metall durch eine Walzstrasse durchlaufen lässt, um es in die geeignete Form zu pressen. Die Walzstrassen, die zu diesem Zweck verwendet werden, bestehen aus parallelen Paaren von gekühlten, zylindrischen Walzen, wobei die beiden Walzen eines Paares entgegengesetzte Drehrichtung besitzen. Die Zwischenräume zwischen den Walzenpaaren

Dr.IM.-mer

20.1.1972 27*164

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werden so eingestellt, dass auf die Metallstange, die zwischen den Walzenpaaren hindurchlaufen, hohe Drucke ausgeübt werden. Dieses Walzverfahren führt dazu, dass die Dicke der Metallstücke durch plastische Kompression und lineare Ausdehnung der Metallstücke verringert wird. Bei dem sogenannten Kaltwalzverfahren wird den Metall während des Walzvorganges von aussen keine Wärme zugeführt. Trotzdem können die Oberflächenternperaturen an denjenigen Metalloberflächen, die mit den Walzen in Berührung stehen, ziemlich hoch sein, was auf die Reibung und andere einwirkende Kräfte zurückzuführen ist. Beim Kaltwalzverfahren v/erden Schmiermittel verwendet, um die Walzen zu kühlen und um eine Schmierwirkung zu erreichen und damit die Reibungskräfte auf ein Minimum herabzusetzen. Die Schmiermittel v/erden auch deshalb verwendet, damit die Oberflächen des gewalzten Metalles glatt werden. Ein zufriedenstellendes Schmiermittel für eine Walzstrasse muss eine ausreichende Verminderung der Dicke des Blattes pro Durchgang durch den Walzensatz erlauben, und es darf ferner zu keiner Flockenbildung auf dem Metallblatt führen und muss ausserdem eine Abnützung der Metalloberflächen bzw. einen Abrieb an den Metalloberflächen verhindern.

Bei einem Kaltwalzverfahren wird üblicherweise so gearbeitet, dass ein Streifen des Metalls durch)3 oder 4 Gruppen von Walzen hintereinander durchlaufen gelassen wird, wobei mit jeder dieser Walzengruppen eine weitere Verminderung der Dicke des Metalls erreicht wird. Eine derartige Walzstrasse kann als Walzstrasse mit 3 bzw. 4 hintereinander geschalteten Walzengerüsten bezeichnet werden, also als Tandem-Walzstrasse mit 3 bzw. 4 VJaIzengruppen. Nach einer typischen Arbeitsweise können Aluminiumstreifen, die eine Dicke von etwa 6,35 mm haben» nach 5 Durchgängen auf eine Dicke von etwa 0,25 mrn vermindert wenden.. Das Ausmass der Verminderung der Dicke, das pro Durchgang

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erreicht werden kann und die Geschwindigkeit, mit der die Metalle durch die Walzstrasse laufen gelassen werden, hängt ziemlich stark von der Wirksamkeit des Schmiermittels, das verv/endet wird, ab.. Ein Faktor, der bezüglich der Verminderung der Dicke pro Durchgang bzw. der Durchgangsgeschwin-digkeit des Metalls eine Grenze setzt, ist die Geschwindigkeit, mit der die Wärme von den Walzen abgeführt werden kann. Aus diesem Grund wurden viele Versuche gemacht, um Emulsionen von OeI in Wasser zu verwenden, damit die Vorteile des guten Kühleffektes des Wassers und der guten Schmierwirkung des Oeles ausgenützt werden. Bei derartigen Arbeitsweisen wird die Emulsion auf die Walzen und auf die zu walzenden Metallstücke gesprüht, im allgemeinen an derjenigen Stelle, wo das Metall zwischen den Walzen hindurchgeht. Die Emulsion wird normalerweise nach Gebrauch aufgefangen und in den Arbeitsvorgang zurückgeführt. Man war bestrebt, eine Schmiermittelemulsion zu entwickeln, die eine rasche Kühlung der Rollen ermöglicht und gleichzeitig eine maximale Verminderung der Dicke des Metallstücks pro Durchgang durch die Walzengruppen erlaubt. Die bisher bekannten Emulsionen waren jedoch nicht völlig zufriedenstellend, weil zwar eine bessere Kühlung im Vergleich zu Schmiermitteln auf reiner Oelbasis erzielt werden konnte, aber es konnte mit derartigen Emulsionen keine gute Schmierwirkung erreicht werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung war es, eine emulgierbare Schmiermittelzusammensetzung zu entwickeln, die dann, wenn sie in Wasser emulgiert wird, eine sehr gute Schmiermischung zur Bearbeitung von Metallen darstellt, insbesondere bei einem Kaltwalzverfahren für Aluminium,

Die erfindungsgemässen Emulsionen ermöglichen es, dass Aluminiunblätter unter Anwendung höherer Lineargeschwindigkeiten gewalzt v/erden und unter Erreichung einer stärkeren Verminderung der Dicke pro Durchgang, als dicßbei bisher bekannten Zusammensetzungen der Fall war.

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Ein wesentlicher Bestandteil dieser Zusammensetzungen ist ein einwertiger aliphatischer Alkohol, der etwa 8 bis etwa 20 Kohlenstoffatome aufweist. Dieser Alkohol zeichnet · sich dadurch aus, dass er in Wasser unlöslich ist. Ein zweiter wesentlicher Bestandteil der Zusammensetzungen ist ein Schmieröl auf Kohlenwasserstoffbasis. Ein dritter wesentlicher Bestandteil ist ein Emulgiermittel, das es ermöglicht, dass die Mischung aus Alkohol und OeI mit Wasser emulgiert werden kann.

Andere wünschenswerte Komponenten des erfindungsgemässen Mittels sind ein die Schmierfähigkeit erhöhendes Mittel oder ein die Oeligkeit erhöhendes Mittel. Zu derartigen Mitteln gehören beispielsweise die höheren Fettsäuren, insbesondere die mit 10 - 18 Kohlenstoffatomen, sowie Ester aus diesen höheren Fettsäuren mit niedrigen aliphatischen Alkoholen.

Die Emulsionen, die sich .bei Verwendung des Mittels bilden, sind Oel-in-Wasser Emulsionen, denn derartige Emulsionen sind als Kühlmittel wirksamer als Wasser-in-0el Emulsionen. Ausserdem neigt der zuletzt genannte Typ an Emulsionen dazu, eine höhere Viskosität zu haben als die Oel-in-Wasser Emulsionen. Ausserdem ist es normalerweise ziemlich schwierig, mehr als etwa 50 % Wasser in eine Wasser-in-Oel Emulsion einzubringen, während es wünschenswert ist, in dem Schmiermittel des Emulsionstyps einen Wassergehalt von 70 - etwa 99 % zu haben, damit eine maximale Kühlwirkung gewährleistet ist.

Wenn eine Oberfläche mit einer Emulsion des Oel-in-Wasser Typs geschmiert wird, dann hängt die Wirksamkeit der .Schmiermittel von der vor zugsv/ei sen Benetzung der Metalloberfläche durch die nicht-wässrige Phase die .in der Emulsion oder Dispersion vorliegt, ab. Bei der Ent-

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wicklung der erfindungsgemässen Schmiermittel "wurde nämlich festgestellt, dass eine Mischung aus höheren Fettal- . koholen und einem Schmieröl auf Kohlenwasserstoffbasis vorzugsweise die Oberfläche des Metalls benetzt und'zwar zu einem viel grösseren Ausmass als dies ein Kohlenwasserstofföl dann tut, wenn es in der üblichen Oel-in-Wasser Emulsion vorliegt. Obwohl der Alkohol in erster Linie als Benetzungsmittel oder Netzmittel wirkt, besitzt er auch bis zu einem gewissen Mass die Wirkung eines schmierfähigkeitserhöhenden Mittels. Trotzdem enthalten bevorzugte erfindungsgemässe Mittel noch ein oder mehrere weitere die Schmierfähigkeit erhöhende Zusätze.

Die erfindungsgemässen emulgierbaren Mittel können näher charakterisiert werden als Zusammensetzungen, die die folgenden Komponenten in den in der Folge angeführten Mengenverhältnissen enthalten, wobei r^ie Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmenge an emulgierbarem Mittel angegeben sind:

Emulgierbare Schmiermittelzusammensetzung

Gewichtsprozent Gewichtsprozent

insbesondere

allgemeiner bevorzugter bevorzugter Bereich Bereich Bereich

aliphatischer Alkohol 3 bis 90 5 bis 70 5 bis 60

Schmieröl 9 bis 85 10 bis 60 10 bis 50

Emulgiermittel 0,1 bis 25 0,2 bis 9 &,5 bis 7

schmierfähigkeit- _Q _We ^ _{χ Mg 50 1 Ms 45} erhöhender Zusatz

In den oben angeführten Zusammensetzungen so.llen

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der aliphatische Alkohol und der die SohmierfähigkeiOerhöhende Zusatz in Summe 10 bis 90 Gewichtsprozent ausmachen. Insbesondere soll die Summe aus diesen beiden Materialien 40 bis 80 Gewichtsprozent der Zusammensetzung betragen.

Die aliphatischen einwertigen Alkohole, die in den erfindungsgemässen Schmiermitteln verwendet werden können, können gesättigte oder ungesättigte Alkohole sein und zwar entweder reine Alkohole wie zum Beispiel Octanol, Decanol, Dodecanol, Tetradecanol, Hexadecanol, Octadecanql, Octadecenol oder Eicosanol oder käuflich erhältliche, technische Alkohole, die hauptsächlich aus einem bestimmten Alkohol bestehen aber im allgemeinen geringe Menge an v/eiteren ähnlichen Alkoholen bzw. Alkoholen einer ähnlichen Kohlenstoffanzahl enthalten.

Derartige technische Alkohole sind Laurylalkohol, Myristylalkohol, Cetylalkohol, Stearyl-alkohol und Oleylalkohol. Diese angeführten Alkohole bestehen in der angegebenen Reihenfolge hauptsächlich aus Dodecyl-, Tetradecyl-, Hexadecyl-, Octadecyl- bzw. Octadeceny!-alkohol. Ein typisches Beispiel für käuflich erhältlichen Myristylalkohol kann 2 Prozent Dodecylalkoliol und 3 Prozent Hexadecylalkohol enthalten. Eine Mischung aus etwa gleichen Anteilen von Cetylalkohol und Oleylalkohol ist aus Walrat erhältlich.

Eine besonders gut verwendbare Mischung aus geradkettigen Alkoholen mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen kann aus Aethylen und Metallalkylen nach dem Ziegler-Verfahren (siehe Encyclopedia of Chemistry, 2. Auflage, Seite 36, Reinhold Publishing Corporation, 1966) erhalten werden. Einige dieser Produkte sind unter der Bezeichnung "Alfol-Alkohole" bekannt und diese sind als Produkte un-

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terschiedlicher Verteilungen in der Kohlenstoffanzahl erhältlich. Andere gemischte Alkohole, die verwendbar sind,' können aus Kokosnussöl durch Reduktion mit Natrium oder durch Hydrierung gewonnen werden. Gereinigte Fraktionen der'zuletzt genannten Alkohole enthalten verschiedene Anteile an Alkoholen mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen und derartige Produkte v/erden unter dem Handelsnamen "Lorol" (siehe USA Patentschrift Nr. 2'721'877, 3. Spalte) vertrieben. Andere Alkohole, die in den erfindungsgemässen Mitteln enthalten sein können, sind Talgalkohole, die aus Talg durch Hydrierung und/oder Reduktion mit Natrium gewonnen werden. Die Talgalkohole sind im Prinzip Mischungen aus Alkoholen mit 16 und 18' Kohlenstoffatomen, wobei geringere Mengen an Alkoholen mit 14 und 20 Kohlenstoffatomen enthalten sind. Alkohole, die durch Hydrierverfahren erhalten werden, bestehen im wesentlichen aus gesättigten Alkoholen, während solche Alkohole, die mittels einer Natriumreduktion hergestellt wurden, auch ungesättigte Anteile enthalten können.

Vorzugsweise sollen die Alkohole flüssig sein, obwohl auch Alkohole, die normalerv/eise fest sind, in den erfindungsgemässen Mitteln enthalten sein können. Eine Mischung aus einem unter Normalbedingungen festen Alkohol und einem unter Normalbedingungen flüssigen Alkohol ergibt in der Regel eine gut verwendbare.Flüssigkeit. Ferner liefern die unter Normalbedingungen festen Alkohole eine flüssige Mischung, wenn sie mit dein Schmieröl auf Kohlenwasserstoffbasis vermischt werden. Alkohole, die 12 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen, sind besonders bevorzugt .

Die Schmierölkomponente der erfindungsgemässen

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Mittel ist normalerweise ein Schmieröl auf Kohlenwasserstoff basis, das eine Viskosität im Bereich von etwa 15 bis etwa 500 SUS (Saybolt-Universal -Sekunden) bei 37,8° C aufweist. Der bevorzugte Viskositätsbereich des Kohlenwasserstoff-Schmieröls liegt bei 25 bis 300 SUS bei einer Temperatur von 37,8° C. Das Schmieröl auf Kohlenwasserstoffbasis soll genügend gut gereinigt sein, damit.es zu keiner Fleckenbildung auf der Metalloberfläche führt. Diese Eigenschaft ist dann, wenn Aluminium bearbeitet werden soll, besonders kritisch. Weisse Petröleumöle (Petroleum white öils) können verwendet werden. Diese weissen OeIe sind bekannt und können durch intensive Behandlung von Erdölfraktionen mit rauchender Schwefelsäure erhalten werden. Ein besonders gut geeignetes Kohlenwasserstoff-Schmiermittel enthält eine stark gereinigte Fraktion mit hohen Anteilen an Isoparaffinen aus gemischten synthetischen Kohlenwasserstoffen. Derartige Materialien werden beispielsv/eise durch eine Alkylierung von isoparaffinischen Kohlenwasserstoffen mit 4 oder 5 Kohlenstoffatomen mit einem Olefin mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen erhalten, beispielsweise durch die Alkylierung von Isobutan und Butylenen. Vorzugsweise wird das OeI einer Reinigung unter Anwesenheit von Wasserstoff (Hydrofining-Verfahren) unterworfen. In diesem Zusammenhang sei auf die USA Patentschrift 3'121^f678 verwiesen.

Die Emulgiermittel, die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens herangezogen werden können, sind vorzugsweise nicht-ionische Emulgiermittel. Zu den Emulgiermitteln, die in den erfindungsgemässen Schmiermitteln enthalten sein können, gehören die folgenden Produkte: Alkylphenyl-polyäthylenglycol-äther wie zum Beispiel "Tergitol NPX" der Carbide and Carbon Chemicals Company; PoIy-

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äthylen-polyoxy^propylenglycol,wie zum Beispiel "Pluronic L-64"der Wyandotte Chemical Company; Harzsäureester von Polyoxyäthylenglycole^wie zum Beispiel "Ethofat 242/25" der Armour Industrial Chemical Company; N-Alkyl-trimethylendiamin-dioleat und ferner Alkylphenyl-polyäthoxy^alkano-Ie, wie zum Beispiel "Triton X-102", welches ein Isooctylphenyl-polyäthoxy-äthanol ist, d.h. das Reäktionsprodukt aus Isooctylphenol mit Aethylenoxyd. Die Alkylphenyl-polyalkoxy-alkanole können erhalten werden, indem man 5 "bis 15 molare Anteile eines Alkylphenols, das Alkylgruppen mit 5 "bis 12 Kohlenstoffatomen aufweist, mit einem Alkylenoxyd umsetzt. Beispiele für derartige Produkte sind das Reaktionsprodukt aus 6 Molen Propylenoxyd mit einem Mol Dodecylphenol, das Reaktionsprodukt aus einer Mischung von 5 Molen Aethylenoxyd und 5 Molen Propylenoxyd mit einem Mol Nonylphenol sowie das Reaktionsprodukt aus. 8 bis 10 Molen Aethylenoxyd mit einem Mol Isooctylphenol.

Zu den besonders nützlichen Emulgiermitteln gehören Fettsäureester des Sorbits bzw. der Sorbit-anhydride, wie zum Beispiel Sorbitan-monolaurat, Sorbitan-monostearat, Sorbitan-monopalmitat und die alkoxylierten Fettsäureester des Sorbits bzw. der Sorbit-anhydride, wie zum Beispiel Polyoxy-äthylensorbitan-monostearat bzw. die entsprechenden Tristearate oder Trioleate. Die verschiedenen Ester des Sorbits bzw. der Sorbit-anhydride, die in der Folge "Sorbitan-ester" genannt werden, wobei die Säurekomponente dieser Ester Fettsäuren sind, werden unter dem Handelsnamen "Spans" vertrieben. Ausserdem sind die Polyoxyäthylenderivate dieser Sorbitan-ester der Fettsäure unter der Bezeichnung"Tweens"im Handel erhältlich. Weitere andere Emulgiermittel sind die folgenden:

Ύ[\ QQ

0ctakis-(2-hydroxypropyl)-saccha, die Kondensationsproduk-

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- ίο. -

te aus Fettsäureamiden und Aethylenoxyd, die äthoxilierten Fettalkohole, Polyoxyäthylen-monostearat, Polyoxyäthylen-monolaurat, Propylenglycol-monooleat, Glycerinmonostearat und Aethanolamin-Fettsäuresalze.

Mittel die die Oeligkeit verbessern oder die Schmierfähigkeit verbessern und in den erfindungsgemässen Mischungen enthalten sein können, sind beispielsweise höhere Fettsäuren mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie zum Beispiel Dodecansäure, Oleinsäure, Stearinsäure usw. Ferner sind auch die Ester derartiger Fettsäuren mit einwertigen und mehrwertigen aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen verwendbar, beispielsweise ■Ricinolsäure-inethylester, Stearinsäure-butylester, der Ester aus Aethylenglycol und Stearinsäure, Oelsäure-amylester,.Cg Oxo-alkohol-ester der Tridecansäure usw. Andere erwünschte die Schmierfähigkeit verbessernde Mittel sind Phosphorsäure.-ester von Phenolen oder Alky!phenolen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen oder gemischte Phosphorsäureestern von Phenolen oder Alkylphenolen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen und aliphatischen Alkoholen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen. Beispiele für derartige Produkte sind: Tricresylphosphat, 2-Aethylhexyl-diphenylphosphat, Tri-(butylphenyl)-phosphat, Dilauryl-monocresylphosphate und ähnlich aufgebaute Materialien.

Die oben genannten Fettsäuren, Fettsäure-ester und Phosphorsäure-ester sind die bevorzugten Mittel zur Verbesserung der Schmierfähigkeit, weil sie zu keiner Fleckenbildung auf dem Metall führen. Andere Materialien, die verwendet werden können, sind tierische OeIe, beispielsweise Schweineschmalzöl, Talg, Klauenöle, Olein, Lanolin und ähnliche Produkte sowie Pflanzenöle, beispiels-

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weise Palmöl, Olivenöl, Erdnussöl und ähnliche OeIe. Die Auswahl des die Oeligkeit oder die Schmierfähigkeit verbessernden Mittels kann in manchen Fällen aufgrund der Anforderungen, die an die Toxizität gestellt werden, "begrenzt sein, insbesondere dann, wenn das Metall, das gewalzt wird, zur Herstellung von Behältern für die Aufbewahrung von Getränken oder Nahrungsmitteln dienen soll.

Die Ester der Fettsäuren mit Sorbit bzw. Sorbit-anhydrid, die im Zusammenhang mit den Emulgiermitteln bereits beschrieben wurden, haben auch die Schmierfähigkeit verbessernde Eigenschaften und sie können daher auch zu diesem Zweck eingesetzt werden. Deshalb dient in manchen der nachfolgend beschriebenen Beispielen dann,, wenn ein Sorbitan-ester zusammen mit einem anderen Emulgiermittel verwendet wird, der Sorbitan-ester in erster Linie als Zusatz zur Verbesserung der Schmierfähigkeit. In den Fällen jedoch,wo der Sorbitan-ester in dem Mittel allein, also ohne anderes Emulgiermittel verwendet wird, dient der Ester hauptsächlich als Emulgiermittel.

Die erfindungsgemässen Mittel können auch geringere Mengen an anderen Zusätzen enthalten, die üblicherweise in Oelen für "Metallwalzverfahren enthalten sind. Derartige Zusätze sind im allgemeinen in einer Menge von weniger als 1 Prozent je Zusatz enthalten, beispielsweise in einer Menge von 0,01 bis 0,5 %» Zu diesen weiteren gegebenenfalls anwesenden Zusätzen gehören übliche Rosthemm-Mittel, beispielsweise Alkanolamin, Aminnaphthenate und ähnliche Materialien, Antioxydantien wie zum Beispiel 2,6-Di-tert.-butyl-p-cresol, Phenyl-α-naphthylamin und ähnliche Produkte, Bakterizide oder antiseptische Mittel, wie zum Beispiel Trichlorphenol, o-Phenlyphenol und ähn-

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liehe Materialien,

Spezielle Ausführungsarten der Erfindung seien nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel

Es wurde ein Mittel hergestellt, indem die in der Folge angegebenen Komponente in den genannten Mengen, angegeben in Gewichtsprozent, miteinander lediglich vermischt wurden.

Sorbitanmonooleat 3»2 %

Stearinsäure-butylester 11,0 % Ricinolsäure-methylester 5,0 % Oleinsäure 4,5 %

Rostschutzmittel* 0,03 % . ■

Synthetisches Kohlenwasserstofföl** 34,3 %

Mischung aus n-Alkoholen mit

12 bis 18 Kohlenstoffatomen*** 42,0 %

*Das verwendete Rostschutzmittel war eine Mischung aus Tetrapropenyl-bernsteinsäure und dem Propylenglycolmonoester dieser Säure.

**Die Viskosität dieses Oeles betrug 50 SUS bei 37,2°C, ■ der Siedebereich war 260 - 316° C, und es wurde nach dem in den USA Patentschrift 3«121'678 beschriebenen Verfahren hergestellt. %

***Die Mischung an η-Alkoholen hatte die folgende Zusammensetzung: 34,7 % Dodecan-1-ol; 5,0 ^ Tetradecanol; 2,1 % Hexadecan-1-ol; 0,2 % Octadecan-1-ol.

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Dieses Mittel wurde in einer Menge von einem Volumsteil pro 4 Volumsteiieii Wasser emulgiert, und es wurde als Schmiermittel bei einem Walzverfahren für Aluminiumblätter getestet» Diese^Aluminiumblätter wurden hergestellt,· indem man kontinuierlich gegossene Aluminiumblätter, die nach dem Giessvorgang eine anfängliche Dicke von etwa 6,35 mm besessen, dem Walzvorgang unterwarf. Kontinuierlich gegossenes Aluminium lässt sich im allgemeinen schwerer walzen als in Barren gegossenes Aluminium. Die prozentuelle Verminderung der Dicke betrug bei diesem fest 52 %_t d.h. das Metall "trat in einer Dicke von 0,058 mm in eine mit 3 Hochwalzen ausgestattete Farrel-Walzstrasse ein, wobei die Walzen dieser Walzstrasse eine Breite von 91»4 cm besassen und das Material trat .aus dieser Walzstrasse in einer Dicke von 0,028 mm aus. Eine erfindungsgemässe Emulsion wurde bezüglich ihrer Schmiereigenschaften mit einem Schmieröl zu Vergleichszwecken verglichen. Der fest wurde ausgeführt, indem man die Walzstrasse mit einer vorher gewählten Geschwindigkeit von 122m/min» in Betrieb setzte und den durchschnittlichen Druck auf den Walzen bestimmte sowie die durchschnittliche Menge an Kraft, die benötigt wurde, um die W/alzstrasse zu betreiben und dabei eine 52 ?S~ ige Verminderung der Dicke des gewalzten Aluminiums zu erreichen. Das zu Vergleichszwecken herangezogene OeI bestand aus dem gleichen synthetischen Kohlenwasserstofföl, das in der oben beschriebenen emulgierbaren Zusammensetzung enthalten war. Zu diesem Kohlenwasserstofföl hatte man übliche die Oeligkeit verbessernde Mittel, sowie Hochdruckmittel zugefügt,- einschliesslich Oleinsäure .und andere Fettsäuren mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen. Das OeI zu Vergleichszwecken war nicht emulgiert. Es stellte sich heraus, dass mit dem Vergleichsöl ein durchschnittlicher Druck von 98,4 bis 105 kg/cm sowie ein Kraftaufwand von

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180 "bis 200 Ampere erforderlich waren, um die Motoren anzutreiben und die gewünschte 52 %-ige Verminderung der Dicke zu erreichen. Im Gegensatz dazu war bei Verwendung der oben beschriebenen Emulsion zur Erreichung einer 52 $o-igen Verminderung der Dicke nur ein Walzendruck von 42,2 bis 49,2 kg/cm erforderlich und zum Betrieb der Motoren musste lediglich eine Stromstärke von 160 Ampere angewandt werden.

Es stellte sich ferner heraus, dass es mit der oben beschriebenen Emulsion möglich war, eine 62 %-lge Verminderung der Dicke zu erreichen, wobei gleichzeitig die Zugabegeschwindigkeit auf 335 m/min, erhöht werden konnte, während noch immer der Walzendruck auf einem Viert von 42,2 bis 49,2 kg/cm gehalten wurde. Bei dieser Arbeitsweise waren 270 Ampere erforderlich, um die Walzstrasse zu betreiben. Die maximale Verminderung der Dicke, die bei der hier verwendeten speziellen Walzstraße möglich war, betrug bei Verwendung der oben beschriebenen Emulsion 74 %, wobei dazu eine durchschnittliche Geschwindigkeit von 122 m/min., ein Walzendruck von 42,2 bis 49,2 kg/cm und ein Strom zum Betrieb der Walzstrasse von 200 Ampere erforderlich war. Die bei diesen Versuchen erzielten Ergebnisse v/erden in der folgenden Tabelle I zusammengestellt. Dabei war die bei diesem Versuch eingesetzte Walzstrasse eine Farrel 3-high-Walzstrasse mit einer W&lzenbreite von 91,4 cm. Das>getestete Material war kontinuierlich gegossenes Aluminium (Continuous Gast 1145 Aluminium), das nach dem Giessen eine Dicke von 6,35 mm besass. Die Breite des Blattes betrug 743 mm.

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Tabelle

Dicke und deren Verminderung

Vor-- Schmiermittel

Anfangs- Austritts— Verminderung Durchlaufge- Strom zum durchschnittl, dielte in dicke in in % schwindigkeit Betrieb in Druckpin mm mm in m/min. Ampere kg/cm

	1	Vergleichsöl	0,058
	2	Emulsion	0,058
	3	Emulsion	0,058
ο	4	Emulsion	0,058
co	5	Emulsion	0,058
00	6	Emulsion	0,094

0,025

0,022·

0,024

122	180 - 200	98,4 - 105
134	160	42,2 - 49,2
244	190	42,2 - 49,2
290	215	42,2 - 49,2
335	270	42,2 - 49,2
76 - 500.	200	42,2 - 49,2
Durchschnitt
etwa 122

- 15 -

Beispiel 2

Die Zusammensetzung des Beispiels 1 wurde in Wasser emulgiert und zwar in einem Mengenverhältnis von 89 Teilen Wasser zu 11 Teilen der Zusammensetzung. Es zeigte sich, dass es mit dieser Emulsion möglich war, eine etwa 86 ^-ige Verminderung der Dicke von käuflichen reinen

WO₇TSeI Aluminiumblättern zu erreichen,/nämlich eine Verminderung der Dicke von 2,03 mm auf 0,28 mm bei einem einzigen Durchgang durch eine Victor Bauer-Walzstrasse bei einer Zugabegeschwindigkeit von 91,5 m/min, erreicht werden konnte. Ein übliches Schmiermittel für Walzstrassen auf Basis von Kohlenwasserstoffölen war nicht in der Lage, eine mehr als 45 bis 50 5i-ige Verminderung der Dicke pro Durchgang unter sonst gleichen Betriebsbedingungen zu ermöglichen.

Beispiel 3

Unter Verwendung der folgenden Bestandteile wurde ein erfindungsgemässes emulgierbares Schmieröl für Walzverfahren hergestellt. Die Bestandteile wurden in den in der Folge angegebenen Mengenverhältnissen eingesetzt:

Tricresylphosphat 12,0%

Sorbitanmonooleat 4,0 %

Dodecan-1-ol 19,2 %

Srtxadecan-l-ol 13,0 %

Hexadecan-1-ol 7,0 %

Octadecan-1-ol 1,3/6

Oleinsäure 3,5 %

Kohlenwasserstoff-Schmieröl

einer Viskosität von 43 SUS 40,0 %

bei 37,8° C

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Beispiel 4

Es v/urde ein emulgierbares Konzentrat hergestellt, bei dem das SorMtan-monooleat hauptsächlich verwendet wurde, um die Schmierfähigkeit des Materials zu erreichen. Die in der Folge angegebenen Gewichtsprozente der Materialien wurden verwendet:

Sorbitan-monooleat 6,5

2-Aethylhexyl-diphenylphosphat 2,0

Oleinsäure 0,35

Stearinsäure 0,1

Hexadeoan-1-ol 3,2

"igepal CO-630** ' 8,2

Synthetisches Kohlenwasserstofföl** 79,65

•^Emulgiermittel auf Basis von Alkylphenoxy-poly-

oxyäthylen-äthanol

**Es wurde das gleiche Kohlenwasserstofföl wie in Beispiel 1 verwendet.

Beispiel 5

Anhand dieses Beispiels soll ein viel höheres Mengenverhältnis des die Schmierfähigkeit ermöglichenden Zusatzes zu dem Fettalkohol veranschaulicht werden. Auch hier sind wieder die Mengen in Gewichtsprozenten angeführt,

Rizinolsäure-methylester 42,0

"Alfol-Alkohole" mit 12 bis
16 Kohlenstoffatomen 6,0

Rostschutzmittel* 0,04

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Antioxidans** 0,06

"Igepal CO-630'·*** 1,9

Synthetisches Kohlenwasserstofföl**** 50,0

*Der Rostinhibitor war der gleiche wie in Beispiel

1.
**Als Antioxidans wurde 2,6-Ditert.-butyl-p-cresol

verwendet.

***Siehe Beispiel 4.
****Siehe Beispiel 4.

Beispiel 6

Ein emulgierbares OeI zum Walzen von Aluminium wurde aus den folgenden Komponenten hergestellt, wobei die Bestandteile in Gewichtsprozent angeführt sind:

Kokosnussöl-Alkohole* 45

Methylester der Talgfettsäuren 20

Emulgator A 2,4

Emulgator B 0,6

Mischung aus Fettsäuren mit

12 bis 18 Kohlenstoffatomen 5

Synthetisches Kohlenwasserstofföl 27

*Die Kokosnussöl-Alkohole bestehen im wesentlichen aus aliphatischen Alkoholen mit 12 Kohlenstoffatomen.

Der Emulgator A wird unter dem Handelsnamen "Emuisogen MS12" verkauft und er enthält Polyglycol-äther von Fettalkoholen.

Der Emulgator B wird unter dem Handelsnamen

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"Emulgin 286" vertrieben und er enthält Alkyl-aryl-polyglycol-äther. ' · :

Das verwendete synthetische Kohlenwasserstofföl ist demjenigen ähnlich, das in Beispiel 1 verwendet wurde, aber es besitzt eine niedrigere Viskosität, nämlich 33 SÜS bei 37,8° C.

Beispiel 7

Es wurde ein emulgierbares OeI für den Walzvorgang hergestellt, das 15,3 % Fettalkohole mit 14 bis 16 Kohlenstoffatomen enthielt sowie eine Kombination an Emulgiermitteln und Mittel zur Verbesserung der .Oeligkeit, die eine Kombination aus Fettsäure-estern.und Phosphatestern waren. Dieses OeI wurde unter Verwendung der in der Folge angegebenen Bestandteile hergestellt, wobei diese wieder in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mittels angegeben sind. Es war beabsichtigt, dass das in dieser Zusammensetzung enthaltene Cyclohexyl^^amin mit einem Teil der im Mittel vorkommenden Fettsäure reagiert, wobei das Reaktionsprodukt einen der anwesenden Emulgatoren darstellen sollte.

Bestandteil Gewichtsprozent

Sorbitan-monooleat	7,0
"Igepal C0-630**	6,5
Hexadecan-1-ol	7,3
Gfetredecan-l-ol	8,0
Cyclohexylamin	0,4
Oleinsäure	2,1
Stearinsäure	0,2
2-Aethylhexyl-diphenylphosphat	9,0

Synthetisches Kohlenwasserstofföl** 59,5

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*Igepal CO-630 ist ein Alkylphenoxy-polyoxyäthylen-äthanol.

**Es wurde das gleiche OeI wie in Beispiel 1 verwendet.

Beispiele

In der Folge wird als Beispiel ein Mittel beschrieben, bei dem der gesamte Gehalt an Fettalkoholen 65,5 Gewichtsprozent ausmacht.

Bestandteil - Gewichtsprozent

Sorbitan-monooleat 4,0

Rizinolsäure 2,5

Dodecan-1-ol 27,0

!fetradecan-1-ol 16,8

Hexadecan-1-ol 20,0

Octadecan-1-ol 1,7

Weisse Erdölfraktion (Petroleum

white oil) mit einer Viskosität 28,0

von 90 SUS bei 37,8° C

Vergleichsbeispiele

Der Einfluss, den das Weglassen des Kohlenwasserstoff Öls aus den erfindungsgemässen Mitteln bewirkt, wird anhand der folgenden Tests veranschaulicht. Es wurden 3 getrennte emulgierbare Zusammensetzungen hergestellt, wobei in jedem Fall die gleiche Mischung an geradkettigen Alkanolen mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen verwendet wurde· Bei den einzelnen Zusammensetzungen wurden unterschiedliche Mengen am Kohlenwasserstofföl eingesetzt, und zwar im ersten

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Fall überhaupt kein OeI, im zweiten Fall 10,8 % OeI und im dritten Fall 21,8 % OeI. Die Zusammensetzungen der Mittel' A_f B und C werden in Tabelle II angegeben. Dabei waren das Kohlenwasserstofföl., das Rostschutzmittel und das Antioxidans die gleichen Materialien wie sie in Beispiel 5 verwendet wurden.

Tabelle

Wasser-dispergierbares	OeI für "Walzverfahren	C 76,0
Zusammensetzung		2,1
Gemischte Fettalkohole mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen	Gewichtsprozent in.der Zusammensetzung	0,04
»Igepal CO-630«	A B 97,8 87,0	0,06
Rostschutzmittel	2,1 2,1	21,8
Antioxidans	0,04 0,04
Kohlenwasserstofföl	. 0,06 0,06
0 10,8

Aus jedem dieser Mittel wurde je eine Emulsion hergestellt, indem man 22 Volumina des dispergierbaren Oeles in 78 Volumina Wasser dispergierte. Die so erhaltenen Emulsionen wurden auf ihre Schmierfähigkeiten in der bekannten Falex-Testvorrichtung geprüft. In der Falex-Testvorrichtung wird ein Stahlstift zwischen zwei V-förmigen Aluminiumblöcken rotiert, wobei die Aluminiumblöcke in das zu testende Schmiermittel eingetaucht sind. Der Test wird bei Zimmertemperatur durchgeführt. Bei dem angewandten Test wurde der Stift mit 290 Umdrehungen pro Minute während einer Zeit von 2 Minuten gedreht und unter einer Belastung von

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45,4 kg. Dann wurde der Stift 5 Minuten lang unter einer· Belastung von 227 kg gedreht, wobei dies das Einbruchsstadium (break-in stage) veranschaulicht. Dann wurde die Belastung in Schritten von 113 kg erhöht, bis das Schmiermittel zusammenbrach, was an einem raschen Anstieg der Tosionskräfte auf 1,6 kg.m (lOQpound.inch) oder an einem Zerbrechen des Teststiftes oder des Abscherstiftes, der den Teststift hält, zu erkennen war. Bei Belastungen bis zu einer Höhe von 680 kg wurde die Testvorrichtung in jeder einzelnen Belastungsstufe zwei Minuten lang laufen gelassen. Bei Belastungen von über 680 kg betrug die Laufzeit der Testvorrichtung bei jedem Belastungsschritt eine Minute. Der Wert der Belastung, bei dem ein Zusammenbrechen des Schmiermittels eintritt, ist für jede der verwendeten Dispersionen in der folgenden Tabelle III angeführt:

Tabelle III -

Zusammenbruchs-Belastung in der Falex-Testvor-

richtuna;

22 ?o-ige wässrige Dis- kg Belastung ben Zu-' persion samraenbruch

A 1*130

B 1*700

C 1'7OO

Es hat sich herausgestellt, dass ein Zusammenhang zwischen der Zusammenbruchs-Belastung in der FaIex-Testvorrichtung und den Eigenschaften eines Schmiermittels auf der Walzstrasse besteht. Dies wird anhand der folgenden Tests .veranschaulicht. 3 getrennte Oel-in-^T«iasser Emulsionen wurden jeweils in der oben beschriebenen Falex-Testvorrich-

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tung geprüft und ausserdein in einer zvreifachen Walzstrasse für Aluminium (2-high aluminum.rolling mill), bei der die Walzen einen Durchmesser von 25,4 cm aufwiesen. In diesen Versuchen wurde eine 3^fOO3 Aluminiumlegierung gewalzt und zwar mit einer Nominalgescliwindigkeit von 100 Umdrehungen pro Minute. Die kumulative Verminderung der Dicke nach 3 Durchgängen wurde als Kennzeichen für die Eigenschaften des Schmiermittels bei einem Walzvorgang herangezogen. Jede der Emulsionen, die getestet wurde, bestand aus JQ % Wasser und 22 % der emulgierbaren Mittel D, E bzw. F, deren genaue Zusammensetzung in der Folge angeführt ist, wobei die Prozentsätze Gewichtsprozent bedeuten.

DE F

Sorbitan-monooleat 4,0 6,0 15,0

Tricresylp!iosphat 2,0 2,0 9,0

Oleinsäure 0,5 0,5 2,1

Stearinsäure - - - 0,2

Ester aus Adipinsäure und _{ft n} an 2 Molen 2-Aethylhexanol °'^u ^ö»^u

Hexadecan-1-ol - - 7,3

Amino-nonylphenol Cyclohexylamin Igepal CO-630* Kohlenwasserstofföl**.

*Wie in Beispiel 4.
**Das gleiche Kohlenwasserstofföl, wie in Beispiel

Die Ergebnisse, die bei den oben beschriebenen Versuchen erzielt vmrden, werden in der folgenden Tabelle IV angegeben:

1,	0	0	,5	mm	4
			-	o,	5
1,	6	3	,3	6,	5
82,	9	79	,7	59,

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	Tabelle IV	Kumulative prozen-.
Wässrige	Zusammenbruchs-Belastung	tuelle Verminderung
Dispersion	in der Falex-Testvor-	der Dicke nach 3
des Mittels	richtung in kg	Durchgängen durch
		die Walzstrasse
		68
D	I¹130	77,4
	1*250	87,5
F	1'81O .

Die in der obigen Tabelle IV angegebenen Werte zeigen, dass ein guter Zusammenhang zwischen der in der Falex-Testvorrichtung bestimmten Zusammenbruchs-Belastung und dem Verhalten auf der Walzstrasse besteht.

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Claims

Ansprüche

1. Emulgierbares Schmiermittel zur Metallbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass es bezogen auf das Gewicht der gesamten Zusammensetzung 3 bis 90 Gewichtsprozent eines einwertigen aliphatischen Alkohols mit 8 bis 20 Kohleristoffatomen oder einer Mischung aus mehreren derartigen Alkoholen, 9 bis 85 Gewichtsprozent eines Schmieröles auf Kohlenwasserstoffbasis, 0,1 bis 25 Gewichtsprozent eines Emulgiermittels und 0 bis 65 Gewichtsprozent an Schmierzusätzen enthält, wobei die Gesamtmenge an Alkoholen plus Schmierzusätzen im Bereich von 10 bis 90 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung liegt.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 5 bis 70 Gewichtsprozent aliphatische Alkohole, 10 bis 60 Gewichtsprozent Schmieröl, 0,2 bis 9 Gewichtsprozent Emulgator und 1 bis 50 Gewichtsprozent Schmierzusätze, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schmiermittels enthält.

3. Schmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in ihm enthaltenen Alkohole hauptsächlich Alkohole mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen sind.

4. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieröl auf Kohlenwasserstoffbasis eine gereinigte Fraktion eines synthetischen Kohlenwasserstoffes ist, der das Produkt einer Alkylierung von Isoparaffinen mit 4 oder 5 Kohlenstoffatomen mit einem Olefin mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen ist.

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5. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieröl eine
weisse Erdölfraktion (petroleum white oil) ist.

6. Schmiermittel nach einem der Anspruchs 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es einen nicht-ionischen Emulgator enthält.

7. Schmiermittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es als Emulgator einen Fettsäure-ester des Sorbits bzw. der Sorbit-anhydride enthält.

8. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es als Schmiermittelzusatz eine Fettsäure mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, einen Ester einer derartigen Fettsäure mit einem aliphatischen Alkohol mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, einen Phosphorsäureester des Phenols oder von Alkylphenolen mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen, oder einen gemischten Phosphorsäure-ester aus Phenol oder Alkylphonolen mit 7 bis 10 Kohlenstoffa-.
tomen und aliphatischen Alkoholen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, oder eine Mischung aus 2 oder mehrerer dieser Materialien enthält.

9. Schmiermittel gemäss einen der Ansprüche 1 bis 8 in Form einer Emulsion zur Durchführung von Metallwalzverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion
eine Emulsion von 1 bis 30 Gewichtsprozent des Schmiermittels in 70 bis 99 Gewichtsprozent V/asser ist.

10. Verwendung der Schmiermittelemulsion nach Anspruch 9 in einem Kaltwalzverfahren zur V/alzung vo.i Ke-

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tallstücken, insbesondere Metallstreifen, dadurch gekennzeichnet, dass man auf die Oberfläche der zu bearbeitenden Metallstücke die Emulsion aufträgt.

Dr.IM.-mer 2Ü.1.1972

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