DE1594412C3

DE1594412C3 - Öl-in-Wasser-Emulsion

Info

Publication number: DE1594412C3
Application number: DE1594412A
Authority: DE
Inventors: Lyle Gove Ferguson Mo. Treat (V.St.A.)
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1965-03-29
Filing date: 1967-01-19
Publication date: 1979-05-10
Also published as: DE1594398A1; DE1594412A1; US3408843A; BE705624A; GB1118224A; FR1514458A; SE342471B; US3409551A; NO122493B; GB1154303A; ES335836A1; NL6701434A; DE1594412B2

Description

Die Erfindung betrifft eine wiederverwendbare Öl-in-Wasser-Emulsion für die Formgebung von Metallen; sie besteht aus

1. Wasser, ' -

2. einem Emulgiermittel,

3. einem Alkalimetall-, Ammonium- oder Aminsalz einer Alkylenaminopolyessigsäure als Polycarbonsäurechelatbildner in einer zur Erzielung einer Härte von 25 bis 400 ppm, berechnet als CaCO^ bzw. eines pH-Wertes von 5 bis 11 erforderlichen Menge und

4. einem öl in einer Menge von 0,5 bis 20 Gew.-%, das in einer Menge von nicht mehr als 0,2 Gew.-% als freies öl in Form von Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 25 μ vorliegt, wobei kein Tröpfchen einen 50 μ übersteigenden Durchmesser aufweist.

Bei Verfahren zur Formgebung von Metallen ist es heute üblich, an Stelle der früher verwendeten nichtwäßrigen Kohlenwasserstoffgleitmittel eine Öl-inWasser-Emulsion zu verwenden. Zum Beispiel ist es beim Auswalzen von Metallen, wie Magnesium oder Stahl, mit Hilfe von Stahlbearbeitungswalzen heute üblich, eine öl-in-Wasser¹ Emulsion zur Berieselung der Walzen und des Werkstückes zu verwenden. Dabei erfüllt die Emulsion zwei Funktionen, nämlich diejenige eines Kühlmittels und diejenige eines Gleitmittels. Als Kühlmittel bei Schneidarbeitsgängen unterstützt die Emulsion die Regelung der Temperatur des Schneidwerkzeuges. Als Gleitmittel dient die Emulsion a) zur Regelung der Reibungskräfte zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungswerkzeug, b) zur Begünstigung der Entwicklung der gewünschten Werkzeugüberzüge während des Formgebungsverfahrens, beispielsweise zum Überziehen der Walze während des Walzens und c) zur Verhinderung eines übermäßigen Übergangs von Metall aus dem Werkstück auf das Werkzeug oder von dem Werkzeug auf das Werkstück.

Typische Öl-in-Wasser-Emulsionen, die als Gleitmittel-Kühlmittel bei Metallformgebungsprozessen verwendet werden, beispielsweise beim Walzen oder Schneiden, bestehen im wesentlichen aus 0,5 bis 20 Gewichtsprozent eines Öls in Wasser, das üblicherweise als »lösliches öl« bezeichnet wird. Derartige lösliche öle sind im Handel in Form von Konzentraten

erhältlich und sie bestehen im allgemeinen aus 70 bis 90 Gewichtsprozent eines Grundöles, beispielsweise eines leichten Mineralöls, 1 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das gesamte lösliche Öl, eines oder mehrerer

anionischer und/oder nichtionischer öl-in-Wasser-Emulgiermittel und zum Rest aus Wasser. Für die meisten Metallformgebungsprozesse muß das lösliche Öl auch 0,5 bis 15 Gewichtsprozent Gleitmittel enthalten, beispielsweise langkettige Fettsäuren und

ίο Salze oder Ester davon, beispielsweise Alkanolaminseifen oder Ester, wie Butylstearat.

Derartige Emulsionen werden .in der Regel durch Vermischen der im Handel erhältlichen, praktisch wasserfreien Konzentrate mit Wasser hergestellt. Die handelsüblichen Konzentrate enthalten üblicherweise bis zu 0,5 Gewichtsprozent eines Bakterizide von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent eines Kupplungsmittels, d. h. einer Substanz, die das Konzentrat während der Lagerung vor dem Gebrauch stabilisiert.

Ein typisches derartiges handelsübliches lösliches öl hat etwa die folgende, auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung:

Leichtes Mineralöl 83% G

Gleitzusätze 11 %
Emulgatoren 4%

Kupplungsmittel 0,5%

Bakterizid 0,5%

Reinigungsmittel 1%

Das zur Hersteilung eines löslichen Öls verwendete Grundöl ist in der Regel ein leichter Kohlenwasserstoff oder ein leichtes Kohlenwasserstoffgemisch mit einer Viskosität von 40 bis 200 Saybolt-Universal-Sekunden (SUS) bei 38° C. Es können aber auch andere Gleitmittel, wie Fettöle, beispielsweise Palmöl oder synthetische Stoffe, beispielsweise Palmölersatzmittel, als Grundöl zur Herstellung des löslichen Öles verwendet werden. Derartige Gleitmittel können Viskositäten bis zu 850 SUS haben.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck »Grundöl« sind die als leichte Mineralöle bekannten leichten Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwassergemische sowie Gleitmittel, wie z. B. pflanzliche öle, beispielsweise

. Palmöl, tierische Fette, beispielsweise Schweineöl, und

Palmölersatzmittel sowie Äquivalente davon, beispiels- ^ weise Polyglykole und Äther und Ester davon zu verstehen, die auf dem zu verformenden Metall keine Flecken bilden.
Zu geeigneten anionischen öl-in-Wasser-Emulgatoren, die in zum Emulgieren des Grundöles ausreichender Menge zugesetzt werden, gehören die Alkariolaminseifen langkettiger Fettsäuren, beispielsweise die Diisopropanolamin-, Diäthanolamin- oder Monoäthanolaminsalze der öl-, oder Stearinsäure, wobei die Salze einzeln oder in Form von Gemischen verwendet werden können.

Die bisher als Kühl- und Gleitmittel in Metallformgebungsprozessen verwendeten Öl-in-Wasser-Emulsionen haben jedoch Nachteile, deren Ursachen auf die nachfolgend beschriebenen Vorgänge zurückzuführen sind:

Die Ansammlung von festem Teilchenmaterial auf der Oberfläche des bearbeiteten Metalls beeinträchtigt die Formgebungsarbeitsgänge, wie z. B. das Walzen.

Das Teilchenmaterial hat nämlich die Neigung, in die Metalloberfläche eingebettet zu werden, wodurch das Aussehen der Metalloberfläche beeinträchtigt wird. Dieses eingebettete teilchenförmige Material stört aber

auch bei anderen Oberflächenbehandlungen, beispielsweise beim Anodisieren oder Überziehen des Metalls.

Bisher war es daher erforderlich, einen Teil der in der Emulsion vorhandenen Verunreinigungen abzuschöpfen und/oder die Feststoffe in Form eines Schlammes am Boden großer Absitzbehälter absitzen zu lassen. Diese Methode erwies sich jedoch nicht als sehr erfolgreich, da die dadurch erzielte Entfernung des unerwünschten Feststoffmaterials keineswegs ausreichend war. Das Abschöpfen hat auch den Nachteil, daß damit zusammen mit den Verunreinigungen die wertvolle Öl-in-Wasser-Emulsion entfernt wird und daß dadurch diese Emulsion ständig ergänzt werden muß. In einigen Fällen hat man nun versucht, die Gleitmittel-Kühlmittel-Emulsion durch Filtrieren von den unerwünschten Feststoffen zu befreien, jedoch hat sich auch dieses Verfahren als wenig erfolgreich erwiesen, da die dafür verwendeten Filter ständig verstopft waren. Es ist zwar nicht genau bekannt, worauf diese Verstopfung der Filter-zurückzuführen ist, doch wird angenommen, daß auf Grund der Verteilungskoeffizienten sich die kontinuierliche freie Ölphase auf dem Filter ansammelt, wodurch dieses für den weiteren Durchgang sowohl der wäßrigen Phase als auch der öltröpfchenphase blockiert wird. Nur solche Filter mit relativ großen PorenöTfnungen, die auch verhältnismäßig große Teilchen passieren konnten, blieben längere Zeit betriebsfähig, derartige Filter erwiesen sich jedoch als relativ unwirksam.

Da es bisher nicht möglich war, die Öl-in-Wasser-Emulsionen von dem unerwünschten Feststoffmaterial auf einfache und wirtschaftliche Art und Weise zu befreien, ist man dazu übergegangen, den gesamten Emulsionsansatz nach drei- bis sechswöchiger Verwendung zu verwerfen. Es gibt bisher nur wenige Systeme mit einem großen Emulsionsreservoir, die sich über längere Zeiträume hinweg störungsfrei verwenden lassen. Bei der Verwendung in einem Walzwerk sind dafür aber erhebliche Mengen an Emulsion erforderlich.

Es hat sich nun gezeigt, daß die vorstehend aufgezeigten Mangel durch eine Öl-in-Wasser-Emulsion der eingangs geschilderten Zusammensetzung beseitigt werden können, die den Polycarbonsäurechelatbildner in einer zur Erzielung einer Härte von 25 bis 400 ppm, berechnet als CaCO^ bzw. eines pH-Wertes von 5—11 erforderlichen Menge und 0,5 bis 20 Gew.-% eines Öls enthält, das in einer Menge von nicht mehr als 0,2Gew.-% als freies öl in Form von Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 25 μ vorliegt, wobei kein Tröpfchen einen 50 μ übersteigenden Durchmesser aufweist. Eine derartige Emulsion ist als Gleitmittel-Kühlmittel für die Formgebung von Metallen geeignet, wobei das Werkstück und das verwendete Werkzeug mit einem fließenden Strom der Öl-in-Wasser-Emulsion in Berührung gebracht werden.

Die erfindungsgemäße Emulsion ist leicht durch ein mechanisches Filter filtrierbar, und sie ist praktisch frei von Feststoffteilchen, deren Durchmesser mehr als 0,5 bis 10 Mikron beträgt, und sie ist auch praktisch frei von einer kontinuierlichen freien ölphase.

Durch die erfindungsgemäße Öl-in-Wasser-Emulsion werden folgende Vorteile erzielt:

a) Die Emulsion ist so stabilisiert, daß sie durch ein mechanisches Filter filtriert werden kann, das zur Entfernung von festem teilchenförmigem Material mit einem Durchmesser von mehr als 10 bis 20 Mikron, vorzugsweise einem Durchmesser von mehr als 1 Mikron, geeignet ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein mit einem kieselsäurehaltigen Überzug versehenes Filter;

b) feste teilchenförmige Verunreinigungen, wie Schmutz, Metallfeinstoffe und Metalloxydteilchen, können von dem Filter leicht entfernt werden, ohne daß eine Filterverstopfung auftritt.

Ein wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der, daß der Teilchendurchmesser der Öltröpfchen mindestens zum Teil eine Funktion des

to pH-Wertes und des Fertiggehältes der Emulsion ist, wobei die Art und Konzentration der vorhandenen emulgierenden Stoffe ebenfalls Regelungsfaktoren darstellen. Wenn auch praktisch die gesamten Härteionen mit dem erfindungsgemäß verwendeten Chelatbildner gewünschtenfalls in einen Chelatkomplex überführt werden können, entsteht wegen des Schäumens der Emulsion während der Pump- und Sprühvorgänge bei den meisten Prozessen ein Problem, wenn der Gehalt an Härteionen auf einen zu geringen Wert abfällt. Wenn die Schaumbildung zu stark und unerwünscht ist, wird vorzugsweise ein Härtewert innerhalb des Bereiches von 100 bis 200 ppm, ausgedrückt als CaCCh, eingehalten, während dann, wenn die Schaumbildung kein Problem darstellt, ein Härtewert innerhalb des Bereiches von 25 bis 100 ppm bevorzugt wird. ·

Zu den Metallen, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Öl-in-Wasser-Emulsion gewalzt oder geformt werden können, gehören beispielsweise Kupfer, Stahl und Magnesium. Diese Metalle können kaltverformt oder bei Temperaturen bis zu etwa 565° C warmverformt werden, wenn dabei die erfindungsgemäße Emulsion verwendet wird.

Die als Gleitmittel-Kühlmittel verwendete erfindungsgemäße Öl-in-Wasser-Emulsion hat bei der Verwendung in Metallformgebungsprozessen, in denen das Werkstück mit einem fließenden Strom der Emulsion in Berührung gebracht wird, in der Regel die folgende Zusammensetzung:

1. 1 bis 20 Gewichtsprozent eines löslichen Öls,

2. eine Polycarbonsäure als Chelatbildner, der mit den Metallionen Calcium, Megnesium, Aluminium und Schwermetallionen belegt ist,

3. bis zu 400 ppm an nicht in Form eines Chelatkomplexes gebundener Härte, ausgedrückt als CaCCh, und

4. als Rest Wasser. Gewünschtenfalls kann die Emulsion auch ein Antischaummittel und/oder einen Korrosionsinhibitor und/oder ein zusätzliches Gleitmittel enthalten, wobei diese Zusätze eine Gesamtmenge von 5 Gewichtsprozent nicht überschreiten.

Die erfindungsgemäße Öl-in-Wasser-Emulsion hat einen pH-Wert innerhalb des Bereiches von 5 bis 11, vorzugsweise von 7 bis 10, und dadurch, daß das darin dispergierte öl in Form von Tröpfchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 1 bis 25 Mikron vorliegt, wobei praktisch keine Tröpfchen einen Durchmesser von mehr als 50 Mikron aufweisen, und dadurch, daß der jeweils festgelegte Tröpfchendurchmesser leicht aufrechterhalten werden kann, ist die erfindungsgemäße Emulsion leicht durch ein mechanisches Filter filtrierbar, das zur Entfernung von Feststoffteilchen mit einem Durchmesser von mehr als 10 bis 20 Mikron, vorzugsweise von mehr als 0,5 bis 5 Mikron, geeignet ist.

Wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Öl-in-Wasser-Emulsion um eine zähe Emulsion handelt, die

beispielsweise für Umkehrzwecke und Schneidarbeitsvorgänge bestimmt ist, ist das Grundöl in Form von öltröpfchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser innerhalb des Bereiches von 1 bis 2 Mikron in der Emulsion dispergiert, wobei praktisch keine Tröpfchen einen Durchmesser von mehr als 5 Mikron aufweisen.

Wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Emulsion um eine Emulsion handelt, die zur Verwendung in einem Tandemwalzwerk oder für andere Arbeitsgänge bestimmt\ist, bei denen: eine, größere Gleitwirkung erwünscht ist, liegt die dispergierte Ölphase in Form von Tröpfchen mit.einem durchschnittlichen Durchmesser innerhalb des Bereiches von 2 bis 5 Mikron vor, wobei praktisch' keine Tröpfchen einen Durchmesser von mehrajs 15 Mikron aufweisen. ■. ■: .

Wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Öl-in-Wasser-Emulsion um eine grobe Emulsion handelt, die zum Kaltwalzen von Stahl oder Aluminium bestimmt ist, liegt die,dispergierte ölphase in der Regel in Form von öltröpfchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser innerhalb des Bereiches von 5 bis-20 Mikron vor, wobei praktisch keine Tröpfchen mit einem Durchmesser von mehr als 50 Mikron vorhanden sind. ....

¹ Jede der erfindungsgemäßen zähen, mittleren oder groben Emulsionen ist leicht filtrierbar, wenn sie, wie vorstehend angegeben, behandelt und verwendet wird. Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Durchmesser der öltröpfchen einreguliert und aufrechterhalten werden kann, während gleichzeitig ein Brechen der Emulsion vermieden wird. In diesem System sind selbst normalerweise metastabile Emulsionen beständig.

Bei den hier verwendeten Ausdrücken »Magnesium«, »Kupfer«, »Eisen« handelt es sich um Magnesium und dessen Legierungen mit einem Gehalt von mindestens 70 Gewichtsprozent Magnesium bzw. Kupfer und dessen Legierungen mit einem Gehalt von mindestens 50 Gewichtsprozent Kupfer bzw. um Eisen und dessen Legierungen, insbesondere Stahl, mit einem Gehalt von mindestens 75 Gewichtsprozent Eisen. Unter »Metallformgebungsprozessen« ist das Walzen, Bearbeiten, Ziehen, · Schneiden, Fräsen, Raspeln, Bohren und Schleifen von Metallen zu verstehen.

Die Ammonium- oder Aminsalze der als Chelatbildungsmittel gemäß der Erfindung verwendeten Polycarbonsäuren werden bei der Herstellung der Öl-in-Wasser-Emulsion dem Wasser zugegeben oder das Chelatbildungsmittel kann der verdünnten Emulsion auf irgendeine Weise, beispielsweise als Lösung, Aufschlämmung oder als trockener teilchenförmiger Feststoff zugegeben werden. Auf jeden Fall wird das Chelatbildungsmittel zweckmäßig in Form einer wäßrigen alkalischen Lösung mit 20 bis 40 Gewichtsprozent in der erforderlichen Menge zugesetzt, um den Härtewert und den pH-Wert in die vorstehend angegebenen Bereiche zu bringen. Im allgemeinen wird das verwendete Wasser oder die fertige Emulsion je nach den Umständen analysiert, um die notwendige Menge des Chelatbildungsmittels zu bestimmen.

Die fertige Öl-in-Wasser-Emulsion wird dann wie folgt verwendet: Im allgemeinen wird die saubere Emulsion von einem Lagertank zu dem Werkstück, wo sie verwendet wird, im Kreislauf geführt. Die von dem Werkstück und dem Werkzeug oder der Walze abfließende Emulsion wird in einem Sumpf gesammelt, zu dem sich ein Teil des vorhandenen teilchenförmigen Materials absetzt. Die Emulsion kann einem weiteren Absitzen in einem System mit einem großen Emulsionsbehälter überlassen werden, jedoch befindet sich im allgemeinen die Emulsion in mehr oder weniger starker ständiger Kreislaufbewegung. Ein kurzer Ruhezeitraum in einem Schmutzabscheidungstank ist vorteilhaft zum Sammeln und Entfernen von Trampölen vor dem anschließenden Filtrieren. Anschließend werden von Zeit zu Zeit Proben für die Analyse der Emulsion entnommen und der Härtewert und der pH-Wert werden entsprechend den Anforderungen der. alkalisehen Lösung des Chelatbildungsmittels eingestellt. Die Emulsion wird dann zum Lagertank gepumpt und gewünschtenfalls kann der Zusatz der Chelatbildungslösung zu der Emulsion in dem Lagerungstank erfolgen..

Bevorzugt wird die Emulsion nach dem Absitzen in dem Schmutzabscheidungsgefäß vor der Probeentnahme filtriert, worauf die Härte und der pH-Wert eingestellt und die Emulsion zum Lagertank gepumpt wird. Die Filtrierung läßt sich bequem und wirksam mit praktisch jedem mechanischen Filter durchführen, beispielsweise solchen, die ein Filterpapier oder eine Membrane verwenden, und besonders günstig ist ein Filter mit einem aufgebrachten Vorüberzug eines kieselsäurehaltigen Materials^ beispielsweise Diatomeenerde. Das Filter muß geeignet sein, um ein feines teilchenförmiges Material, vorzugsweise sämtliches Material größer als 1 Mikron, zu entfernen. Eine sehr wirksame Form eines Filters zur raschen Handhabung großer Volumen der Emulsion stellt ein Filter vom Röhrentyp dar, bei dem eine Reihe von zylindrischen Rohren verwendet wird, die aus einem Drahtgeflecht aus Monelmetall mit Maschenweiten im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm bestehen und mit einem Filterhilfsmittel, z. B. Diatomeenerde (Celite 545), überzogen sind, von der etwa 80% der Teilchen feiner als 40 Mikron sind. Das Filterhilfsmittel bildet einen Filterkuchen auf jedem Rohr, wodurch Feststoffe größer als 1 Mikron in der kürzesten Abmessung zurückgehalten werden. Das Filterrohr erstreckt sich in die zu filtrierende Emulsion hinein und ergibt eine sehr intensive Filtrieroberfläche innerhalb einer kompakten Zone.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung:

Beispiel 1

Es wurde nach dem Verfahren der Patentanmeldung P 15 94 398.3 bei einer Anzahl aufeinanderfolgender Walzwerkdurchgänge gearbeitet. Sowohl die Aluminiumplatte als auch die Wicklung wurden während eines Zeitraums von 7 Tagen gewalzt. Die Härte der Gleitmittelemulsion stieg allmählich auf 250 ppm, berechnet als CaCÖ3. Zu diesem Zeitpunkt wurden 56,9 1 einer wäßrigen 38%igen Tetranatriumäthylendiamintetraessigsäure (Na4EDTA) zugesetzt, um den Härtewert auf 170 ppm, berechnet als CaCCh, zu bringen. Bei sechs weiteren 8stündigen Durchführungen des Betriebes kam die Härte bis auf 200 ppm an CaCO3. Zu diesem Zeitpunkt wurden 191 einer 38%igen Lösung von Na₄EDTA zugesetzt, worauf die Härte auf 180 ppm (als CaCÖ3) abfiel, wenn die Probeentnahme und Analyse 24 Stunden später erfolgte. Dieses Verfahren wurde erneut nach 4 weiteren 8stündigen Durchführungen des Betriebes wiederholt, wobei die Härte auf einen Wert unterhalb 200 ppm eingestellt wurde.

Es wurde etwa eine Härtezunahme von 1 ppm je Stunde aus den Na₄EDTA-Zugaben bei dem System errechnet, wenn die zu walzenden Alumiriiumlegierungen Mg enthielten. In jedem Fall bestand die Wirkung der Na4EDTA-Zugabe in der Erniedrigung und Beibehaltung eines Härtewertes innerhalb des Berei-

ches von 1OO bis 200 ppm.

Während dieses Zeitraumes wurden vier Trommeln von 208 1 Inhalt eines löslichen ölkonzentrats zugegeben, das Emulgiermittel enthielt. Wasserverluste bis zu 18 950 1 innerhalb 24 Stunden wurden durch Zugabe von entionisiertem Wasser ersetzt.

Zu irgendeinem Zeitpunkt traten durch eine Leckstelle 758 1 eines hydraulischen Öles einer SUS Viskosität von 220 bei 38° C in das System ein.

Es war notwendig, das vorüberzogene Filter innerhalb eines Zeitraumes von etwa 32 Stunden sechsmal zurückzuwaschen. Die Emulsion blieb stabil und die öltröpfchen wurden bei einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 Mikron gehalten, wobei keine Teilchen größer als 5 Mikron waren. Die Gleiteigenschaften der Emulsion waren während dieses Zeitraumes vollständig zufriedenstellend und die FiI-trierbarkeit erlaubte eine fortgesetzte Wiederverwendung der Emulsion, die sonst hätte verworfen werden müssen. Die Oberflächenqualität des gewalzten Aluminiumproduktes war während dieses Zeitraums gut bis ausgezeichnet.

Beispiel 2

Das Kaltwalzen des Stahls wurde auf einem 5-ständigen Tandemwalzwerk ausgeführt, wobei das Stahlblech von 0,25 bis.0,38cm auf 0,038 bis 0,125 cm ausgewalzt wurde. Während des Walzens wurden Stahlblech und Walzen mit 37901 einer Öl-in-Wasser-Emulsion aus einem Kreislaufsystem, das 56 8501 Emulsion enthielt, pro Minute geschmiert. 3,79 1 eines löslichen Öles wurden auf 3630 kg des zu walzenden Metalls verwendet. Das zur Herstellung der Emulsion verwendete Grundöl bestand aus Palmöl. Das Palmöl wurde mit Standardemulgatoren emulgiert und bildete 3 Gewichtsprozent der Emulsion. Zu Beginn der Verwendung der Emulsion wurde der pH-Wert der Emulsion auf 8,5 eingestellt und die in der Emulsion vorhandene Härte wurde auf 100 ppm, ausgedrückt als CaCO3_f durch Zugabe der erforderlichen Menge des Trinatriumsalzes der Nitrilotriessigsäure eingestellt. Während des Walzens wurde die über die Walzen strömende und über das Blechmaterial kaskadenförmig laufende Emulsion in einem darunterliegenden Sumpf gesammelt, zum Schmutzlagerbehälter gepumpt, dann durch ein vorüberzogenes mechanisches Filter unter Verwendung eines kieselsäurehaltigen Materials zum Vorüberzug, das zur Entfernung von Feststoffteilchen von größer als 1 Mikron geeignet war, gefiltert. Die filtrierte Emulsion wurde in einem Reinlagerbehälter gesammelt und erneut sofort im Walzwerk wiederverwendet. Periodisch wurde aus der zu dem Filter gepumpten Emulsion eine Probe entnommen, analysiert und die erforderlichen Zusätze des Natriumsalzes der Nitrilotriessigsäure zugegeben, um den pH-Wert der Emulsion im Bereich von 8,5 bis 9,5 und die Härte der Emulsion im Bereich von 100 bis 200 ppm, ausgedrückt als CaCO3, zu halten. Von Zeit zu Zeit erfolgen Zusätze von Wasser und löslichem öl zur Ergänzung der Verluste auf Grund von Verdampfung und Ausschleppen. Von Zeit zu Zeit durchgeführte Untersuchungen zeigten, daß die Größe der öltröpfchen in der Emulsion bei einer Durchschnittsgröße von 15 Mikron Durchmesser stabil blieb, wobei praktisch keine größeren Tröpfchen als solche mit 40 Mikron Durchmesser auftraten.

Nach einem Zeitraum von 19 Monaten war die Emulsion noch stabil und praktisch frei von einer kontinuierlichen freien ölphase, die öltröpfchengröße blieb bei 15 Mikron Durchmesser stabil, das Stahlblech wurde zufriedenstellend in den Walzen heruntergewalzt und die Oberfläche des gewalzten Materials war glatt und glänzend und praktisch frei von Oberflächenfehlern.

Beispiel 3

Das Kaltwalzen von Messing wurde auf einem 2fachen Umkehrvorwalzstreckenwalzwerk, einem 2fachen Halbzeugwalzwerk und einem 4ständigen Tandemfertigwalzwerk durchgeführt. Bei typischem Betrieb wurden kontinuierlich gegossene flache Messingbarren von 66,0 cm Breite, jeweils im Gewicht von etwa 1360 kg, von 8,25 cm Stärke auf flache Platten von 1,37 cm Stärke in der Vorwalzstrecke kalt heruntergewalzt. Es waren 9 Durchgänge und 2 zwischenliegende Temperaturen erforderlich, um diese Stärkeverringerung zu erreichen. Die Walzen und Werkstücke wurden durch eine Strömung und einen Sprühauftrag von 30301 je Minute einer im Kreislauf geführten, filtrierten, als

Gleitmittel-Kühlmittel dienenden Öl-in-Wasser-Emulsion aus einem 60 6001 Emulsion enthaltenden System geschmiert. Die Emulsion hatte eine Konzentration an löslichem öl von 12 Gewichtsprozent, durchschnittliche Durchmesser der öltröpfchen von 1 bis 2 Mikron, einen

25' Härtegehalt von 100 bis 200 ppm, angegeben als CaCO3, und einen pH-Wert von 7,8 bis 8,5. Härte und pH-Wert wurden durch periodische Zugaben des Trinatriumsalzes der Nitrilotriessigsäure zu der Emulsion aufrechterhalten. Durch Abblasen bzw. Abziehen wurden sämtliehe Flecken, die sich auf der gewalzten Platte entwickelt hatten, entfernt.

Bei der Halbzeugwalzung wurde der Messingstreifen von 12,2 bis 2,54 mm Stärke ohne Glüh- oder Temperungsbehandlung gewalzt. Bei dem Fertigwalzwerk wurde der Streifen von 2,54 mm Stärke auf 0,30 mm Stärke mit zwischenzeitlichen Temperungen, falls erforderlich, heruntergewalzt. Die Werkstücke und die Walzen jedes Walzwerkes wurden mit 24601 je Minute einer im Kreislauf geführten, filtrierten, als

Gleitmittel-Kühlmittel dienenden Öl-in-Wasser-Emulsion aus einem gemeinsamen Vorratsraum für 75 8001 der Emulsion gekühlt und geschmiert. Die Emulsion hatte eine Konzentration an löslichem öl von 7%, einen Durchschnittsdurchmesser der öltröpfchen im Bereich von 5 Mikron, einen im Bereich von 25 bis 75 ppm, ausgedrückt als CaCOi gehaltenen Härtewert und einen pH-Wert von 7,3 bis 7,8. Die Emulsion war aus einem löslichen Öl von niedrigem Schwefelgehalt hergestellt worden und war für Kupfer und Kupferlegierangen nicht fleckenbildend. Härte und pH-Wert wurden durch periodische Zugabe des Tetrammoniumsalzes der Äthylendiamintetraessigsäure zu dem System aufrechterhalten. Übliche Verluste an Emulsion wurden durch Zugabe von neuer Emulsion zu dem System ergänzt.

Nach fortgesetztem Betrieb jedes Walzwerkes und des Emulsionssystems über 12 Monate hinweg zeigte es sich, daß das Walzen zufriedenstellend ausgeführt wurde, die gewalzten Messingprodukte ein ausgezeichnetes Oberflächenaussehen hatten, und die wiederverwendeten Emulsionen sauber und stabil und durch ein Filter filtrierbar waren,, das zur Entfernung von größeren Feststoffteilchen als 1 Mikron Größe geeignet war.

Beispiel 4

In einer Fabrik für Präzisionsschleifung wurde eine Öl-in-Wasser-Emulsion, die 1 Gewichtsprozent lösliches

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Öl enthielt, zur Schmierung und Kühlung der Werkstükke und der Schleifscheiben zu jeder von 15 Schleifbänken in einer Menge von 75,8 1 je Minute zugeführt. An jeder Schleifbank floß die verwendete Emulsion auf eine Sammelplatte mit einer zentralen Vertiefung, die durch ein Grobsieb mit 0,51 cm Sieböffnungen abgedeckt war und wurde durch Rohrleitungen von der Sammelplatte zu einem gemeinsamen Sumpf abgezogen. Die in dem Sumpf gesammelte Emulsion wurde zu einem Filter gepumpt, in dem eine Mikrocel-Membrane verwendet wurde, durch die keine größeren Teilchen als 1 bis 2 Mikron Größe gingen. Die filtrierte Emulsion wurde in einem Sauberlagerungsbehälter bis zur Zurückführung zu den Schleifbänken gesammelt. Die Emulsion hatte einen durchschnittlichen Durchmesser der öltröpfchen im Bereich von 1 bis 2 Mikron, einen im Bereich von 100 bis 200 ppm, ausgedrückt als CaCCh, gehaltenen Härtewert und einen pH-Wert zwischen 8,5 und 9,5. Härte und pH-Wert wurden durch periodische Zugaben des Dinatriumsalzes von N-2-Hydroxyäthyliminodiessigsäure aufrechterhalten. Emulsionsverluste wurden durch Zugabe von frischem löslichem öl und Leitungswasser und von ausreichend Natriumsalz der N-2-Hydroxyäthyliminodiessigsäure zur Aufrechterhaltung des Härtewertes ersetzt. Nach einem Betrieb von 12 Monaten war das Emulsionssystem sauber und stabil und die Größe der Emulsionströpfchen hatte sich nicht wesentlich geändert, während die Emulsion leicht filtrierbar und wiederverwendbar für Schleifarbeitsgänge verblieben war.

Die gemäß der Erfindung behandelten und unter Einschluß einer Feinstoff-Filtrierstufe wiederverwendeten Emulsionen zeichnen sich weiterhin durch überraschend niedrige Ionenkonzentration an Metallen, wie Aluminium, Eisen und Silicium aus, deren jeweilige lonenkonzentrationen im allgemeinen unterhalb eines Wertes von etwa 1 bis 30 ppm bleiben. Darüber hinaus scheinen Metalloberflächen, die in kontinuierlicher oder wiederholter Berührung mit den auf die vorliegende

ίο Weise behandelten Emulsionen stehen, gegenüber den Emulsionen passiviert zu werden, so daß nur eine sehr geringe Metallionenaufnahme stattfindet.

Zu den Vorteilen der Erfindung gehört noch, daß eine Bakterienbekämpfung erzielt wird, ohne daß es notwendig ist, ein Bakterizid zuzugeben. Die angewandten Chelatbildungsmittel fangen wesentliche Anteile der Metallionen in der Emulsion ab, die sonst mit Metalloberflächen unter Bildung von molekularem Wasserstoff reagieren wurden. Die Bildung von molekularem Wasserstoff, der einen starken katalytischer! Effekt auf das Wachstum von anaeroben Bakterien hat, wird dadurch weitgehend vermieden. Weiterhin wird, da eine Feinstoffiltrierung ausgeführt wird, ein anfängliches Bakterienwachstum im starken Ausmaß ausfiltriert, so daß sich keine Kolonien bilden können. Durch Entfernung von Metallfeinstoffen durch Filtration werden auch Metallfeinstoffe entfernt, die sonst zu einer elektrochemischen Wirkung beitragen, bei der der unerwünschte molekulare Wasserstoff gebildet wird.

Claims

Patentanspruch:

Wiederverwendbare Öl-in-Wasser-Emulsion für die Formgebung von Metallen, bestehend aus Wasser, einem Emulgiermittel, einem Alkalimetall-, Ammonium- oder Aminsalz einer Alkylenaminopolyessigsäure als Polycarbonsäurechelatbildner und aus Öl, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Polycarbonsäurechelatbildner in einer zur Erzielung einer Härte von 25 bis 400 ppm, berechnet als CaCO3, bzw. eines pH-Wertes von 5 bis 11 erforderlichen Menge und 0,5 bis 20 Gew.-% eines Öls enthält, das in einer Menge von nicht mehr als 0,2 Gew.-% als freies öl in Form von Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 25 μ vorliegt, wobei kein Tröpfchen einen 50 μ übersteigenden Durchmesser aufweist.