在以甲烷磺酸(ams)為基礎的含水潤滑劑存在下的金屬加工或成型方法
2023-05-24 07:20:11 1
專利名稱：在以甲烷磺酸(ams)為基礎的含水潤滑劑存在下的金屬加工或成型方法
技術領域：
本發明涉及潤滑劑領域，更具體地涉及含有水溶性的極壓添加劑的含水潤滑劑領域，這些潤滑劑可用於金屬加工或成型。
金屬加工或變形操作需要使用潤滑劑，以便降低在加工件與工具之間存在的應力，排出金屬屑和碎片，冷卻與控制工件或加工金屬板的表面狀態。通常使用油基潤滑劑。這涉及任選添加潤滑性劑、抗磨損(AU)和/或極壓(EP)添加劑的全油或乳液。這些EP添加劑一般是含硫的化合物。在金屬加工的操作期間，含硫化合物碰到在金屬工件之間接觸處的高溫會發生分解。在工件表面形成一層硫化鐵，這樣會妨礙焊接與粘合過程。
這些全油具有優異的潤滑性能，但加工速率高時，需要使用乳液除去熱量。儘管如此，還是傾向於減少使用乳液，因為隨著時間的進程，它們會降解，還產生不好的氣味。
因此越來越多地研製含水流體。這涉及合成的流體，它們是以溶於水的添加劑為主要成分的含水溶液，或者涉及半合成的流體，它們是在水中含有大量乳化劑的微油乳液。但是，如果這些含水流體能非常好地除去熱量，並且具有改善的抗細菌繁殖性，則它們往往限於摩擦與磨損狀況不太嚴重的金屬加工操作。事實上，曾研製過油的EP添加劑，結果是這些添加劑非常難溶於水，因此不適合於含水的流體。
儘管有大量的溶於油的EP添加劑，但是溶於水的EP添加劑的數量明顯少得多。在Lub.Eng.1977，3(6)，291-298中，R.W.Mould等人提到了某些溶於水的含硫添加劑的EP性能，例如硫代水楊酸鈉、2-巰基丙酸鈉、2，2′二硫代二苯甲酸鈉、2，2′-二硫代二丙酸鈉和二硫代二乙醇酸鈉鹽。同樣地，水溶性的3，3′-二硫代二丙酸鹽的應用構成了專利EP 288 375和JP63 265 997的主題。在專利EP183 050中，二硫代二乙二醇與聚氧化亞烷基二醇衍生物結合使用，以改善含水潤滑劑的極壓性能。在含水潤滑劑系統中氨基磺酸衍生物作為添加劑的應用構成了申請WO 8602941的主題。最近，在日本專利申請JP 10 110 181中，在含水的衝壓潤滑劑中，將水溶性的3，3′-二硫代二丙酸鹽與烷基硫代酸結合起來了。
但是，這些產品在水中並不是足夠穩定的。它們有利於細菌的生長，放出硫化氫，使含水流體帶有很濃的氣味。這些產品配方因此需要使用大量的殺菌劑，這與含水潤滑劑中一般接受的量不相容。另外，在這些具有極壓作用的添加劑中，一些添加劑與在合成或半合成配方中通常使用的大部分其它添加劑是不相容的。
近來，含有具有極壓作用的氨基磺酸胺鹽的潤滑劑組合物構成了專利申請WO 00/44848的主題。但是，氨基磺酸是強腐蝕性的。另外，它的低溶解度使其不可能製備出易於在這些配方中使用的液體濃縮物。最後，為了制約在金屬加工和成型領域中使用的潤滑劑配方對環境的影響，特別重要的是使用易於生物降解的添加劑。
現在已發現，在金屬加工的含水配方中使用甲烷磺酸(AMS)或甲烷磺酸鹽是特別有益的。
AMS在水中是穩定的，在室溫下，任何比例的AMS都是完全可溶的。AMS不太腐蝕；在含水溶液中，它不放出H2S。AMS易生物降解(在28天內100％分解)，這樣有利於環境。AMS提供了潤滑劑配方具有特別好的極壓性能。
因此，本發明的目的是一種在含有水溶性的極壓添加劑的含水潤滑劑存在下的金屬加工或成型方法，其特徵在於，這種添加劑是甲烷磺酸(AMS)或水溶性的AMS鹽。
使用成鹽劑中和AMS可以得到本發明的水溶性的AMS鹽。作為本發明的水溶性的AMS鹽，可優選鹼金屬或鹼土金屬鹽，然而也可以使用由符合下述通式化合物所得到的水溶性鹽R1NR2R3式中符號R1、R2和R3相同或不同，它們各自都代表氫原子、有1-22個碳原子的烷基、烯基或烷基芳基，或式(CH2-CH2-O)nH的氧乙基，n是1-20。
在鹼金屬鹽中，可優選用氫氧化鈉或氫氧化鉀中和AMS所得到的鹽。
作為R1NR2R3化合物的非限制性實例，可以列舉鏈烷醇胺，特別是單乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺、含乙氧基的胺，其中可優選R1是有12-22個碳原子的基，R2和R3是含有1-10個環氧乙烷基團的含乙氧基胺。
根據最後配方所需要的pH，以AMS計，可添加化學計量比例的成鹽劑，以AMS計添加過量的成鹽劑，或以AMS計添加不足量的成鹽劑。AMS與成鹽劑的摩爾比優選為1∶1至1∶2。
本發明的水溶性的AMS鹽在室溫水中是極為穩定的，並且能夠得到濃縮或稀釋的含水潤滑劑配方，它們易於保存，不放出H2S，還具有特別好的極壓性能。
此外，這些配方無腐蝕性。
AMS或水溶性的AMS鹽可以呈在以後使用時能稀釋的濃縮物形式，或呈稀溶液形式。它們可以單獨使用，但通常將它們與金屬加工或成型時通常使用的合成或半合成流體的其它添加劑混合起來使用。在這些添加劑中，可以提及殺菌劑、乳化劑、潤滑性劑、具有抗磨損作用的添加劑、消泡劑、腐蝕抑制劑。
這些濃縮物含有10-50重量％，優選地15-35重量％AMS或水溶性的AMS鹽。
可以將本發明的AMS或水溶性的AMS鹽，含有它們的濃縮物與金屬加工或成型含水潤滑劑中通常遇到的其它添加劑添加到金屬加工或成型時通常使用的含水潤滑劑中，更特別地可以加到合成流體(真溶液)或半合成流體(微乳液)中，其重量濃度是0.01-20％，優選地0.1-10％。
根據ASTM D-2783標準，通過4-滾珠極壓試驗，經4滾珠儀分析可測定本發明極壓添加劑的效率這個試驗在於按照下面的測量方案，用負荷值來評價流體的極壓能力，在該負荷以上就會將4顆滾珠彼此粘連在一起，同時防止在處於待試驗流體中的其它3顆滾珠上面的這顆滾珠旋轉，-直徑12.7毫米的100C6鋼滾珠-上面滾珠的旋轉速度每分鐘1500轉-試驗時間10秒-遞增負荷對應於4顆滾珠連在一起的負荷相應於極壓能力；它應該是儘可能最高，典型地≥160kg。
根據下述方案，讓生鐵屑與待試驗的含水潤滑劑接觸，可評價本發明極壓添加劑的抗腐蝕能力-在其底部有濾紙的培養皿中裝5毫升待試驗的含水潤滑劑，用該含水潤滑劑覆蓋2克標準化生鐵屑(ASTM D-4627)-接觸時間在室溫下2小時。
濾紙上出現鐵鏽是抗腐蝕能力的指示；評語彙集於表1
表1
下面實施例可說明本發明，而不限制其發明。指出的百分數是以重量表示的。
實施例1表2匯集了不同試驗配方的組合物和極壓性能；這涉及AMS的或水溶性AMS鹽1∶1的稀含水配方。這些配方含有5重量％水溶性添加劑。
在室溫F，用裝有200毫升二次交換水的300毫升燒杯得到這些配方。在適度磁攪拌下緩慢添加適當量的純AMS。然後添加化學計算比例的氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、單乙醇胺(MEA)、三乙醇胺(TEA)或乙氧基化脂肪胺(CECA公司的NORAMOXC2乙氧基化的椰子基單胺，有2摩爾環氧乙烷，或NORAMOXO2乙氧基化的油酸基單胺，有2摩爾環氧乙烷)，得到含有5重量％活性物質的1∶1鹽。這些溶液是都是透明、穩定的，無特別的氣味。這些組合物中的每種組合物都構成採用測定熔接負荷的4滾珠試驗對象。
表2
研究有關4-滾珠試驗的結果可以看到，本發明的AMS或水溶性AMS鹽基潤滑劑配方能夠得到熔接負荷≥160kg，明顯高於對照試驗使用純水所測量的熔接負荷。加入本發明的AMS或水溶性AMS鹽基添加劑能夠為所使用的金屬加工或成形含水配方提供極壓性能。AMS和AMS的Na和K鹽都能夠達到最高的性能。
實施例2表3表明，兩種含有本發明水溶性AMS鹽的含水潤滑劑具有極壓性能與抗腐蝕性能。這些組合物是用過量的氫氧化鈉(NaOH)或單乙醇胺(MEA)中和AMS製備得到的。這種水溶性鹽在水中重量濃度是5％；這些組合物是透明、穩定的，沒有特別的氣味。
表3
本發明組合物8和9在4-滾珠EP試驗時能夠達到很高的熔接負荷。這些組合物具有良好的抗腐蝕性能。
權利要求
1.一種在含水潤滑劑存在下的金屬加工或成型方法，該含水潤滑劑含有水溶性的極壓添加劑，其特徵在於所述的添加劑是甲烷磺酸(AMS)或水溶性的甲烷磺酸鹽。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於水溶性的AMS鹽是鹼金屬或鹼土金屬鹽，或下式化合物的鹽R1NR2R3式中符號R1、R2和R3相同或不同，它們各自都代表氫原子、有1-22個碳原子的烷基、烯基或烷基芳基，或式(CH2-CH2-O)nH的乙氧基，n是1-20。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於水溶性的AMS鹽是鈉鹽或鉀鹽。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於R1NR2R3化合物是鏈烷醇胺，特別地單乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於R1NR2R3化合物是含乙氧基的胺，其中R1是有12-22個碳原子的基，R2和R3是氧乙基，n是1-10。
6.根據權利要求1-5中任一權利要求所述的方法，其特徵在於這種水溶性的AMS鹽是用AMS與成鹽劑的摩爾比為1∶1至1∶2得到的。
7.根據權利要求1-6中任一權利要求所述的方法，其特徵在於含水潤滑劑中AMS或水溶性的AMS鹽的重量濃度是0.01-20％，優選地0.1-10％。
全文摘要
在本發明的金屬加工或成型方法中，使用一種含有甲烷磺酸(AMS)或水溶性的AMS鹽作為水溶性極壓添加劑的含水潤滑劑。水溶性的AMS鹽是鹼金屬或鹼土金屬鹽、銨鹽、鏈烷醇胺或乙氧基化脂肪胺鹽。本發明的含水潤滑劑具有良好的極壓性能和良好的耐腐蝕性能。
文檔編號C10M135/10GK1585813SQ02822591
公開日2005年2月23日 申請日期2002年11月8日 優先權日2001年11月15日
發明者G·達瓦－于貝爾, F·多明格斯多斯桑託斯, F·吉耶梅 申請人:阿託菲納公司