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CN109401810A - 无胺无voc的金属加工液 - Google Patents

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CN109401810A
CN109401810A CN201811507250.9A CN201811507250A CN109401810A CN 109401810 A CN109401810 A CN 109401810A CN 201811507250 A CN201811507250 A CN 201811507250A CN 109401810 A CN109401810 A CN 109401810A
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Abstract

本申请涉及一种无石油油料、无链烷醇胺且无胺的微乳液状的水性金属加工组合物，VOC含量少于1％重量，当在微攻丝测试中检测时具有平均扭矩数不大于300N·cm的润滑性，其在浓缩物中或用在稀释剂中的水稀释浓缩物后包含：0.002至40wt％的润滑剂组分(a)，其包含具有至少一个疏水性脂族链和至少一个极性基团的至少一个水‑不溶性化合物(a)；0.002至40wt％的组分(b)，其包含至少一个水‑溶性的、抑制腐蚀的化合物(b)；0.002至45wt％的至少一个乳化剂和分散剂(c)；0.002至30wt％的碱化剂(d)；和0.004至99wt％的主要含水的转运组分(e)；以及涉及使用这样的水性金属加工组合物作为冷却剂、作为润滑剂等的方法，及其制备水方法和金属加工工艺过程。

Description

无胺无VOC的金属加工液
本申请是申请号为201280033543.2发明专利申请的分案申请，原申请的申请日为2012年5月3日，发明名称为“无胺无VOC的金属加工液”。
技术领域
本发明涉及水-基的金属加工组合物领域。
本发明具体涉及水性的、对环境友好的、可再生的(recyclable)、合成的、无胺、无石油油料和无voc的金属加工组合物，其为高程度的无害材料且其与广泛范围的金属合金相适合。
发明背景
金属加工组合物被用于许多金属处理操作，诸如切削、磨削、成形、叠接(lapping)、拉拔、成形、压制、冲孔、辗压、压印，和另外地润滑和冷却金属加工工具，从加工件冲洗掉金属性碎屑和杂质(如果加工件存在一些的话)，和尽可能地保护工具和机器的部件免于损坏、磨损和腐蚀。这样的处理包括显示金属切削的切割操作，如磨削、车削、铣削、攻丝、拉削和滚齿，以及显示通常无金属切削的成形操作，如弯曲、热轧和冷轧、拉拔、锻造、压印和冲裁。金属加工组合物可辅助从这些金属性组分中冲洗掉油和碎片。且它们会向这些组分提供防腐蚀保护。
金属加工组合物的主要类别是直链油型且是水-基类型。
水-基类型可进一步细分为以下类型：
A)可溶性油典型地包括按重量计至少70％的石油油料、乳化剂、任何润滑性添加剂、链烷醇胺和按重量计小于2％的水。
B)半-合成的流体典型地包含按重量计5至60％的石油油料、高含量的乳化剂、任何润滑性添加剂、链烷醇胺和按重量计10至60％的水。半-合成的流体的劣势是低热容量，这样它们具有低的冷却效应，差的乳化稳定性，常常出现细菌生长和石油油料残渣的易净化性问题。
C)合成的流体是无石油油料的且典型地含有任何水-溶性润滑性添加剂，如水-溶性短链羧酸、水-溶性聚亚烷基二醇和水-溶性EO/PO嵌段共聚物的混合物，还有抑制腐蚀和用于pH缓冲性能的任何水-溶性腐蚀抑制剂、链烷醇胺和非常高含量的水。合成的金属加工组合物C)具有以下优势：没有石油油料的清洁问题，具有良好的硬水稳定性和微生物控制，和油槽寿命长。但是，现有的合成的金属加工组合物的缺点典型地是以下问题：清洁由所加的润滑性添加剂引起的残渣，在与相同成本基础上的含石油油料产品比较时降低了润滑性，增加油槽寿命和机器保养腐蚀问题，和潜在的对工人的皮肤刺激。
D)新的-合成的流体使用植物油和/或动物油替代石油油料，和典型地含额外的任何乳化剂、腐蚀抑制剂、链烷醇胺和一定含量的水。但是它们典型地仅具有中等高度的润滑性和具有这样的劣势，即乳液常常很不稳定并且极其常见地有细菌生长。
在本领域的现有技术状态下，许多金属加工组合物为水和油的石油油料-基分散液或乳液。现在，用富含石油油料的金属加工组合物进行多于80％的金属加工操作。但是在任何金属加工组合物中的一定含量的石油油料引起如下几个问题：1.)热传导性差，以致具有较低的冷却效应，2.)其使微生物能够生长和可对工人有害，3.)石油油料引起薄雾和难以清洗掉的残余物，4.)处置问题和对环境不友好和5.)水硬度可影响乳液稳定性。因此，存在进一步开发无石油油料的金属加工组合物的需求。因此，行业转向水-基金属加工组合物的应用。
链烷醇胺具有诸多缺点，即它们中的一些是非常有害的化合物和对环境不友好，它们中的一些引起高度挥发性有机内容物VOC和它们中的一些引起皮肤和身体的刺激性和疾病。此外，这些化合物可导致强烈的气味。
市场中的合成的无石油油料的金属加工组合物的润滑性和稳定性仍然是十分有限的。行业仍然寻求更好的产品，它们具有更好的润滑性，具有更好的和更长的稳定性和具有少量的有害化合物。
此外，金属加工组合物应该能够从金属性组分中隔离和排除残留物、污染物和油，并且应该对所有的金属性组分提供良好的防腐蚀保护。但是进一步地，这样的组合物通常是微-乳液或大乳液(macro-emulsion)，其必须是稳定的尽可能地不使乳液分离，同时作为浓缩物和作为已经通过用低或高量的水稀释浓缩物获得的稀释物。金属加工操作越严格，所应用的金属加工组合物的浓度应该越高。对于低需求的金属加工操作如磨削而言，稀释至按重量计5％的金属加工组合物的稀释物可为足够的。对于中度严格需求的金属加工操作如磨削而言，应该使用稀释至按重量计10至15％的金属加工组合物的稀释物。此外，当应用于任何金属加工操作时，这些组合物必须是非-发泡的或低发泡的组合物。并且这些组合物应该越来越对环境友好。近年来，使用几种含胺的金属加工组合物，因为胺和特别是链烷醇胺对抗生物作用、防腐蚀保护和乳液稳定性有帮助，但是几种胺是非常有毒的并且也掺入挥发性有机化合物VOC。不使用任何胺的水性金属加工组合物的形成更加困难。对于一种金属加工组合物的普遍应用，期望覆盖性质和机会的全范围。
如将在下面描述的，本发明涉及一种水性金属加工组合物，它无需针对各种金属材料的任何石油油料的辅助而提供了非常良好的润滑性和非常好的稳定性。由于已经测试用于铝基金属材料和用于钢的不同的金属加工组合物，相信这些测试材料代表不同金属材料的绝大部分，如果即使不是所有种类的金属材料，以满足多种-金属的目的。因此，本发明的金属加工组合物适合而不腐蚀广泛的各种各样的金属和合金。它们良好地从金属零部件排除石油油料、污垢和残留物。它们是对环境友好、低发泡性、防腐蚀、可再生的、长时间使用的，并且可抵抗生物生长。
此外，这样的组合物可用于冷成形操作，其中冷成形包括：例如焊接的或无缝管材、空心型材(hollow profiles)、棒材、实心型材或线材的滑动拉拔(slide drawing)(在拉伸和压制条件的组合下成形)；例如条状、片状或中空部件的展薄拉伸和/或深拉，以形成中空部件；例如空心或实心部件的冷挤压(在压制条件下形成)，和/或例如线材截面的冷锻，以形成连接件诸如，例如螺母或螺钉坯件。
US 7,018,959 B2公开了水-基的、可再生的金属加工流体，其包含聚亚烷基二醇、链烷醇胺、聚乙二醇表面活性剂、多元醇表面活性剂、杀生物剂包和腐蚀抑制剂的水性溶液。
US 2009/0149359 A1涉及水性金属加工组合物的组成和水性金属加工组合物的成分，任何细节仅在实施例中描述至一定程度。这些组合物的pH将至少为3，但是酸性pH值仅对于铝基金属材料而不是对钢是可接受的。针对钢的水性金属加工组合物的应用比对于铝基金属材料要复杂得多，并且常常需要高的pH值。公开获得的最佳性能适用样品C，这也将在本申请的表4中作比较。该出版物指出了胺和甚至链烷醇胺以及许多其他化合物的使用。
本申请的目的是提出对环境友好的金属加工组合物，其显示高的润滑性、高的稳定性和良好的防腐蚀保护。
本申请的另一个目的是提出组合物，其可很好地用于多种-金属的金属加工操作。此外，有一个目的是提出制备稳定的金属加工乳液的方法。
已经发现基于US 2009/0149359 A1讲述的水性金属加工组合物的性能，必须经进一步修改和优化，因为这些组合物似乎仅对铝基材料有益，且如在本表4中详细公开的。
发明内容
本发明的水性金属加工组合物，其在浓缩物或用在稀释剂中的水稀释浓缩物后包含以下组分、由以下组分基本组成或由以下组分组成：
-按重量计0.002至40％的组分(a)，其为润滑剂，包含具有至少一个疏水性脂族链和至少一个极性基团的至少一个水-不溶性化合物(a)，且在20℃时水溶解度小于0.1g/升，且其选自以下的化合物：
·(a1)彼此独立的至少一个具有12至100个碳原子的一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物，
·(a2)彼此独立的至少一个甘油三酯的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物
·(a3)至少一个具有12至5,000个碳原子的化合物(a1)或(a2)或两者的衍生物，和
·(a4)彼此独立的至少一个具有12至40个碳原子的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的水-不溶性脂族醇，
所述化合物(a)选自单体、寡聚体、聚合物、共低聚物和共聚物；
-按重量计0.002至40％的组分(b)，其包含至少一个水-溶性的、抑制腐蚀的化合物(b)，在20℃时的水-溶解度大于0.1g/升且其选自：
·(b1)彼此独立地具有4至80个碳的、链长4至12个碳原子的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的水-溶性化合物，选自如下的化合物：一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸及它们的碱金属盐、碱土金属盐、它们的酯及它们的乙氧基化物，
·(b2)硼酸及它们的衍生物，
·(b3)咪唑、咪唑啉及它们的衍生物，
·(b4)噻唑及它们的衍生物，和
·(b5)三唑及它们的衍生物；
-按重量计0.002至45％的至少一个乳化剂和分散剂(c)，其含至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)，其为水-溶性的、水-易混溶的或水-可分散的且其选自非离子型、阴离子型和两性离子型表面活性剂；
-按重量计0.002至30％的碱化剂(d)，含选自氢氧化物和碳酸盐的至少一个碱性的水-溶性化合物(d)；和
-按重量计0.004至99％的主要含水的转运组分(e)。
本发明涉及制备水性金属加工组合物的方法，该方法通过首先将任何的化合物(b)和(d)加入水中，然后加入任何的化合物(a)和继而加入(c)，在此期间，采用混合程序一直进行至加热至从30至50℃范围的温度并搅动，然后任选地加入所有其他的化合物。
本发明还涉及应用本发明的水性金属加工组合物的方法，所述组合物作为冷却剂、作为润滑剂和/或用于弯曲、用于冲裁、用于镗孔、用于拉削、用于冷却、用于切削、用于拉拔、用于钻孔、用于锻造、用于磨削、用于滚齿、用于珩磨、用于液压成形、用于叠接、用于润滑、用于成形、用于铣削、用于压制、用于冲孔、用于铰孔、用于冷轧、用于热轧、用于锯切、用于压印、用于攻丝、用于车螺纹、用于车削或它们的任何组合。
本发明最终涉及金属加工工艺过程，其特征在于用本发明的水性金属加工组合物，通过喷液冲洗(flushing)、喷雾、高压喷雾、刷涂、流溢涂(flowing)、槽铣涂(fluting)、辊涂、浸镀(immersion)或其任何组合，实施金属加工操作。
具体地，本发明涉及如下实施方案：
1.一种水性金属加工组合物，其在浓缩物中或用在稀释剂中的水稀释浓缩物后包含：
-按重量计0.002至40％的组分(a)，其为润滑剂，包含具有至少一个疏水性脂族链和至少一个极性基团的至少一个水-不溶性化合物(a)，且在20℃时具有小于0.1g/升的水溶解度，且其选自以下化合物：
·(a1)彼此独立的至少一个具有12至100个碳原子的一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物，
·(a2)彼此独立的至少一个甘油三酯的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物，
·(a3)至少一个具有12至5,000个碳原子的化合物(a1)或(a2)或两者的衍生物，和
·(a4)彼此独立的至少一个具有12至40个碳原子的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的水-不溶性脂族醇，
所述化合物(a)选自单体、寡聚体、聚合物、共低聚物和共聚物；
-按重量计0.002至40％的组分(b)，其包含至少一个水-溶性的、抑制腐蚀的化合物(b)，在20℃时具有大于0.1g/升的水-溶解度且其选自：
·(b1)彼此独立的具有4至80个碳的、链长4至12个碳原子的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的水-溶性化合物，选自以下化合物：一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸及它们的碱金属盐、碱土金属盐、它们的酯及它们的乙氧基化物，
·(b2)硼酸及它们的衍生物，
·(b3)咪唑、咪唑啉及它们的衍生物，
·(b4)噻唑及它们的衍生物，和
·(b5)三唑及它们的衍生物；
-按重量计0.002至45％的至少一个乳化剂和分散剂(c)，其含至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)，其为水-溶性的、水-易混溶的或水-可分散的，且其选自非离子型、阴离子型和两性离子型表面活性剂；
-按重量计0.002至30％的碱化剂(d)，含选自氢氧化物和碳酸盐的至少一个碱性的水-溶性化合物(d)；和
-按重量计0.004至99％的主要含水的转运组分(e)。
2.实施方案1的水性金属加工组合物，其中组分(a)化合物对组分(b)化合物对组分(c)化合物的重量比在从1:(0.1至10):(0.01至30)范围内。
3.实施方案1或2的水性金属加工组合物，其中的金属加工组合物在浓缩物中包含以下含量的组分：含量在从10至20％重量范围内的(a)，含量为5至10％重量的(b)，含量在从10至20％重量范围内的(c)，含量在从5至15％重量范围内的(d)，含量在从70至25％重量范围内的(e)和总含量为0或在从0.01至10％重量范围内的任选的组分。
4.实施方案1至3的任一项的组合物，其具有0-VOC的或无石油油料或无链烷醇胺或无胺，或没有它们的任何组合。
5.实施方案1至4的任一项的组合物，该浓缩物是清澈的或半透明的微-乳液。
6.实施方案1至5的任一项的组合物，其在25℃时为分散液、乳液和/或溶液，并且其中按重量计至少95％的组合物在25℃时是液态。
7.实施方案1至6的任一项的组合物，其pH在从5至13范围内。
8.实施方案1至7的任一项的水性金属加工组合物，其对多-金属目的是特别有用的，和/或其为乳液，其疏水性微滴的平均疏水性微滴大小在特别适于浓缩物的从10至200nm范围内，和其为乳液，其疏水性微滴的平均微滴大小在特别适于稀释物的从10nm至30μm范围内。
9.实施方案1至8的任一项的水性金属加工组合物，当在微攻丝测试中用MicrotapGmbH的攻丝扭矩仪器Microtap Megatap II-G8检测时，其具有如所检测的平均扭矩数不大于300N·cm的润滑性。
10.实施方案1至9的任一项的水性金属加工组合物，其具有稳定性，以致没有分离出用肉眼可见的任何相，且其在用纯水或用最多至1200ppm Ca含量的硬水稀释的组合物中，为清澈的或半透明的微-乳液或透明的、朦胧的、或多或少牛奶样的大乳液。
11.实施方案1至10的任一项的水性金属加工组合物，其具有防腐蚀保护作用和/或其稳定对抗发泡。
12.实施方案1至11的任一项的水性金属加工组合物，其中的组合物包含具有4至42个碳原子的一元羧酸脂肪酸、二元羧酸脂肪酸、三元羧酸脂肪酸和多元羧酸脂肪酸或至少一个其酯或两者的至少一个化合物(a)，它们彼此独立地选自直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物。
13.实施方案1至12的任一项的水性金属加工组合物，其中的组合物包含具有30至140个碳原子的至少一个甘油三酯(a2)或至少一个其衍生物或两者，它们彼此独立地为直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物。
14.实施方案1至13的任一项的水性金属加工组合物，其中的组合物另外包含至少一个具有14至40个碳原子的水-不溶性脂族醇(a4)或至少一个其衍生物或两者，它们彼此独立地为直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物。
15.实施方案1至14的任一项的水性金属加工组合物，其中的疏水性润滑剂(a)含至少两个或至少三个或至少四个不同的化合物(a)，特别是达到最佳润滑性时。
16.实施方案1至15的任一项的水性金属加工组合物，其中所含的组分(a)的含量在按重量计从0.01至28％范围内。
17.实施方案1至16的任一项的水性金属加工组合物，其中的抑制腐蚀的化合物(b)选自每个化合物总共具有6至40个碳原子的羧酸及它们的盐。
18.实施方案1至17的任一项的水性金属加工组合物，其中的抑制腐蚀的组分(b)含至少两个或至少三个或至少四个不同的化合物(b)，特别是达到最佳防腐蚀保护时。
19.实施方案1至18的任一项的水性金属加工组合物，其中包含按重量计在从0.01至28％范围内的组分(b)。
20.实施方案1至19的任一项的水性金属加工组合物，其中的乳化剂和分散剂(c)具有在从1至40范围内的HLB。
21.实施方案1至20的任一项的水性金属加工组合物，其中至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)选自由以下组成的非离子型、阴离子型和两性离子型表面活性剂的组：
·(c1)烷基醇，
·(c2)烷基酚，
·(c3)链烷酸、脂肪酸、醚羧酸盐和/或其他有机酸，
·(c4)嵌段和无规共聚物，
·(c5)烷基多聚葡糖苷，
·(c6)具有至少一个硫酸根或磺酸根基团的阴离子型表面活性剂，
·(c7)醚硫酸盐，
·(c8)醚磷酸盐，
·(c9)磷酸酯，
·(c10)甘油一酯，
·(c11)甘油三酯，
·(c12)脂肪胺，
·(c13)失水山梨醇及其衍生物，
·(c14)琥珀酸及其衍生物，和
·包括这些表面活性剂(c1)至(c14)的衍生物。
22.实施方案1至21的任一项的水性金属加工组合物，其中的乳化剂和分散剂(c)含至少两个或至少三个或至少四个不同的化合物(c)，特别是获得宽泛的分布的HLB时。
23.实施方案1至22的任一项的水性金属加工组合物，其中的碱化剂(d)选自碱金属的和碱土金属的氢氧化物和碳酸盐。
24.实施方案1至23的任一项的水性金属加工组合物，其中包含的碱化剂(d)在从0.01至15％重量或从0.1至12％重量或从1至10％重量或从3至12％重量范围内。
25.实施方案1至24的任一项的水性金属加工组合物，其中按重量计至少98％的转运组分(e)是水。
26.实施方案1至25的任一项的水性金属加工组合物，其中的组合物另外包含按重量计总共0.002至60％的选自任选组分A至D的至少一个任选的化合物。
27.实施方案1至26的任一项的水性金属加工组合物，其中的组合物包含至少一个任选的赋予润滑性的组分A或赋予润滑性的化合物A，其为植物油、动物油、任何这些油的乙氧基化的、丙氧基化的或乙氧基化-丙氧基化的衍生物或任何组合，但其仅包含在本发明的金属加工组合物中的含量在其组分(a)含量的按重量计从1至200％的范围内。
28.实施方案1至27的任一项的水性金属加工组合物，其中的组合物包含至少一个杀生物剂B、至少一个杀真菌剂B或两者。
29.实施方案1至28的任一项的水性金属加工组合物，其中的组合物包含至少一个防泡剂C和/或至少一个消泡剂C。
30.实施方案1至29的任一项的水性金属加工组合物，其中的组合物包含至少一个任选的组分D，其基于丙烯酰胺、丙烯酸/甲基丙烯酸、丁烷、环氧化物、乙烯、离子聚合物、异丁烯、聚-α-烯烃、聚酰胺、聚甘油、聚异丁烯、丙烯、苯乙烯、聚磺酸、尿烷、它们的酯和/或它们的盐的单体、寡聚体、共低聚物、聚合物和/或共聚物。
31.一种制备实施方案1至30的任一项的水性金属加工组合物的方法，该方法通过首先将任何化合物(b)和(d)加入水中，然后加入任何化合物(a)，然后加入(c)，在此期间采用混合程序一直进行至此，加热至从30至50℃范围的温度并搅动，然后任选地加入所有的其他化合物。
32.一种应用实施方案1至31的任一项的水性金属加工组合物的方法，所述组合物作为冷却剂、作为润滑剂和/或用于弯曲、用于冲裁、用于镗孔、用于拉削、用于冷却、用于切削、用于拉拔、用于钻孔、用于冷成形、用于热成形、用于锻造、用于磨削、用于滚齿、用于珩磨、用于液压成形、用于叠接、用于润滑、用于成形、用于铣削、用于压制、用于冲孔、用于铰孔、用于冷轧、用于热轧、用于锯切、用于压印、用于攻丝、用于车螺纹、用于车削或它们的任何组合。
33.一种金属加工工艺过程，其特征在于金属加工操作用实施方案1至30的任一项的水性金属加工组合物，通过喷液冲洗、喷雾、高压喷雾、刷涂、流溢涂、槽铣涂、辊涂、浸镀或其任何组合实施。
具体实施方式
优选地，本发明的水性金属加工组合物具有低VOC，其典型地意味着按重量计小于1％的含量的挥发性有机化合物。更优选地，本发明的水性金属加工组合物是0-VOC的，或优选地无石油油料，或优选地无链烷醇胺，或是无胺的，或优选地没有它们的任何组合，至少直至其开始应用于金属加工操作是这样。
"VOC"意指“挥发性有机化合物”和在实践中包含石油油料和特别是低-分子量石油油料、有机溶剂和链烷醇胺。最优选的是，在许多实施方案中，金属加工组合物甚至是无胺的或没有在金属加工组合物的制剂和制备期间故意添加任何胺，至少直至其开始应用于金属加工操作是这样。在很少的实施方案中，本申请的金属加工组合物可包含链烷醇胺或烷基胺或油含量或其任何组合，它们的总含量在按重量计从0.01至小于5％的范围内，或以美国政府环境保护署(Environmental Protection Agent of US government)的测试方法EPA24不允许探测到VOC含量的这样一种含量存在。但在现实中，极微痕量的胺有时在以下情况下可能的无法避免的，假如在它们以痕量包含在是混合物的任何原料中，或如果在工艺过程中存在杂质，或如果金属加工组合物用了更长的时间或其循环使用或它们的任何组合。即使应该有小含量的胺，如链烷醇胺或烷基胺或任何其他胺基物质或油或其任何组合，已经发现，依据EPA24测试的VOC仍不经常被允许探测出一定含量的VOC。那么，有时没有必要是无胺的、无链烷醇胺的、无石油油料或无油的或无任何这样的组合。此外，优选的是，水性金属加工组合物不含任何铵含量和氨含量，至少直至其开始应用时是这样。优选地，本组合物基本上不含或完全不含有机溶剂、强酸性化合物、蜡、链长≤C12的氯化的脂肪酸及它们的酯和/或重金属如铬和镍。
优选地，对于浓缩物以及对于稀释的组合物而言，组合物一般具有的pH在从5至14范围内，更优选从7至13.5或从8至13或9至12或10至11范围内。但是即使在pH>13时，用金属加工组合物未出现技术问题。因此，大多数组合物为稍微碱性或强碱性的。对于防腐蚀保护、乳化作用和乳液稳定性和生物稳定性而言，碱度可能是必要的。碱度程度各自的pH值往往不影响水性金属加工组合物的稳定性或润滑性。如果存在低pH，这可导致腐蚀和在各部件和机器上生锈以及细菌的生长。本组合物的碱度主要是通过加入至少一个碱化剂(d)的化合物引起。低碱度对应于低pH。在pH为5至6时，组合物可具有良好的润滑性，特别是在铝基金属部件上，但一个非常差的防腐蚀保护作用。显著低于最佳的任何pH值可增加在金属加工乳液中相分离的危险，并因此增加不协调的润滑作用的危险。在pH为13至14时，本组合物对金属材料可具有不显示碱性侵蚀的良好的防腐蚀保护和良好的润滑性，但是铝、锌及它们的合金可在pH大于12溶解。在pH从7至10的范围内常常获得最好的结果。
可将化学化合物施用于水性金属加工组合物中，所述化合物彼此独立地以由存在的原子的数量和类型定义的任何其他化学物种类的离子、不稳定的或稳定的、假设的、未反应的和/或任何反应的形式呈现，以及以有适当定义的分子的化合物呈现。
本发明涉及水性金属加工组合物，其在浓缩物中或用在稀释剂中的水稀释浓缩物后，包含来自组分(a)、(b)、(c)、(d)和(e)的每个类别的化合物中的至少一个化合物：
依据本发明的组合物的首要必需的成分是其主要的赋予润滑性的组分(a)，其含主要赋予润滑性的化合物。优选地，化合物(a)是水-不溶性的。大部分情况是，化合物(a)贡献额外的良好的耐腐蚀性和良好的乳化作用。
如何添加或如何制备赋予润滑性的混合物，有几种不同的方式：然而优选的是，植物油、动物油分别含完全不同的羧酸及它们的衍生物的混合物。可通过它们的任何组合，彼此独立地纯化、精制、调节(conditioned)、化学修饰、合成或制备这样的油。此外，添加至金属加工组合物中的，有至少一个特定的化合物(a)或具有作为主要化合物的化合物(a)的至少一个化学产物和任选的任何其他化合物(a)。在许多情况下，将优选的是，添加至金属加工组合物中的，是两个、三个或四个不同的特定的化合物(a)或具有作为它们的主要化合物的各自的化合物(a)的两个、三个或四个不同的化学产物。这使得能够有机会产生协同性能效应(synergistic property effects)。
优选地，组分(a)或疏水性润滑剂(a)的至少一个化合物的含量范围是，从0.1至36％重量，或从0.3至32％重量，或从0.7至28％重量，或从1至24％重量，或从1.5至20％重量，或从2至17％重量，或从3至14％重量，或从4至12％重量，或从5至10％重量，或从6至8％重量，独立地，如果它是浓缩物或稀释物。如果组分(a)的含量要是较低，则金属加工组合物将不会有效，但是如果要是具有较高的含量，则其经常是不稳定的组合物。
组分(a)化合物为选自化合物(a1)、(a2)、(a3)和/或(a4)的化合物。最优选的化合物(a)是化合物(a1)、(a2)和/或(a3)中的任何化合物，其可任选地通过加入任选的化合物A协助。
在许多实施方案中，金属加工组合物含至少一个化合物(a1)，其彼此独立地为直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸化合物和彼此独立地具有12至100个碳原子。其可额外具有至少一个芳族基团。
优选地，化合物(a1)为脂肪酸。更优选的化合物选自月桂酸/十二烷酸、肉豆蔻酸/十四烷酸/肉豆蔻烯酸、十五烷酸、棕榈酸/十六烷酸/棕榈烯酸/十六烷多烯酸、十七烷酸/十七烯酸、蓖麻酸、硬脂酸/十八酸、亚油酸/二十烷酸、油酸、亚油酸/亚麻酸/十八碳四烯酸、二十酸/二十碳-9-烯酸(gadoleic)/二十碳二烯酸/花生四烯酸/二十碳五烯酸、二十一酸、二十二酸/山嵛酸/芥酸/二十二碳多烯酸(docosapolyenoic acid)、二十二碳六烯酸、二十四烷酸及它们的衍生物和任何组合。羧酸(a1)及它们属于化合物(a3)的各自的衍生物优选每条链具有12至26或16至22个碳原子。
更优选的碱使用(spend)，如油酸或类似的化合物(a1)，如在含有基础含量时，如在油菜籽油、蓖麻油、椰子油、大豆油、向日葵油、猪油或其任何组合中。这样的化合物优选具有从14至56个，或从16至50个，或从18至46个，或从20至42个，或从22至38个，或从24至34个，或从26至32个碳原子。特别优选的衍生物是具有14至120个或18至100个或24至80个碳原子的脂肪酸的酯和缩合产物。如果这样的油或化合物的碳原子数要是低于每条链12个，可出现这些化合物的润滑性不会有效的情况，但是如果碳原子数要是高于每条链24个，则可出现金属加工组合物是不稳定的组合物的情况。
例如，油酸具有18个碳原子。例如，蓖麻油含按重量计约85至95％的、也具有18个碳原子的蓖麻酸。因为蓖麻油以甘油三酯存在，该酯可基于一个丙三醇单位与三个蓖麻酸单位，蓖麻油中的碳原子的总数常为约57。另一种常见的可用作润滑性添加剂的植物油是油菜籽油。油菜籽油的按重量计通常为约41％的是芥酸。芥酸的甘油三酯的碳原子的总数是69。
本发明的水性金属加工组合物优选包含至少一个具有30至140个碳原子的甘油三酯(a2)，或至少一个它的衍生物(a3)或两者，它们彼此独立地为直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物。
在一些实施方案中，金属加工组合物含有至少一个化合物(a2)，其彼此独立地为直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的至少一个甘油三酯的化合物。
优选地，至少一个甘油三酯(a2)选自各自彼此独立地具有24至80个碳原子的甘油三酯。
优选地，这些化合物具有36至2,000个，或42至1,000个，或48至800个碳原子。它们特别优选的衍生物(a3)是酯。如果分子的碳原子数要是低于30，则可出现这些化合物的润滑性不有效发挥的情况，但是如果碳原子数要是高于5,000，则可出现金属加工组合物是不稳定的组合物的情况。
甘油三酯显示各自独立地为相同或不同的侧链，而甘油三酯的脂肪酸彼此独立地具有“中等链长”或“长的链长”。如果它们彼此独立地分别含有6至12个碳原子、14至24个碳原子，则这样的链被称为“中等链长”或“长的链长”。甘油三酯是衍生于丙三醇和三个脂肪酸的酯。它是植物油和动物脂肪的主要成分。不饱和脂肪甘油三酯的具体实例是基于丙三醇和基于另一侧的棕榈酸、油酸和α-亚麻酸、C55H98O6。甘油三酯是丙三醇的三酯。多个优选的水-不溶性甘油三酯(a2)中的一些是三个相同的或两个或三个不同的羧酸的甘油三酯，且特别是基于油酸、硬脂酸、蓖麻酸、芥酸、二十四烷酸和/或月桂酸的三酯。
在一些实施方案中，金属加工组合物含至少一个化合物(a3)，其为化合物(a1)或(a2)的衍生物或两者，并且彼此独立地具有12至5,000个碳原子。
优选的衍生物(a3)是氯化的或硫化的衍生物-其也可任选地被用作极压添加剂-，酯、醚、乙氧基化物、乙氧基化物-丙氧基化物、丙氧基化物、碱金属盐、碱土金属盐和/或已经与至少一个羧酸如蓖麻酸缩合的化合物。更优选的衍生物是酯、乙氧基化物、乙氧基化物-丙氧基化物和/或丙氧基化物。优选地，衍生物具有从14至170个，或从16至130个，或从18至100个，或从20至70个，或从22至52个，或从24至42个碳原子。这样的衍生物的具体实例是蓖麻酸酯和聚合的蓖麻酸酯，后者可为约四个分子的缩合产物。作为甘油三酯乙氧基化的蓖麻油的实例，可使用各自具有12至120个碳原子的蓖麻油。
本发明的水性金属加工组合物优选包含至少一个具有14至36个，或16至32个碳原子的水-不溶性脂族醇(a4)或至少一个其衍生物(a4)或其任何组合，它们彼此独立地为直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物。
水-不溶性脂族醇和/或它们的衍生物具有一个或多个OH基团，优选1个或2个或3个OH基团。优选地，它们具有从14至28个，或从16至24个，或从18至22个碳原子。即使如果有3个OH基团，它们是水-不溶性的。如果水-不溶性脂族醇的碳原子数要是低于12，则可出现这些化合物不具有效的润滑性的情况，但是如果碳原子数要是高于40，则可出现金属加工组合物不是稳定的组合物的情况。
在一些实施方案中，金属加工组合物含至少一个化合物(a4)，其彼此独立地为直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的水-不溶性醇和彼此独立地具有12至40个碳原子。
水-不溶性聚醇(a4)显示分子含至少三个羟基部分和至少三个碳原子，且优选含大于10个或6个或4个或3个羟基部分，和进一步优选地含不大于10个或6个或4个或3个碳原子。多个优选的水-不溶性脂族醇(a4)中的一些为月桂醇(十二烷醇、1-十二烷醇)、肉豆蔻醇(1-十四烷醇)、十五烷基醇(1-十五醇、十五醇)、鲸蜡醇(1-十六烷醇)、油醇(顺式-9-十八烯-1-醇)和蓖麻油醇(12-羟基-9-十八烯-1-醇)。
所有这些化合物(a)选自单体、寡聚体、聚合物、共低聚物和共聚物。
优选地，赋予润滑性的化合物(s)(a)在20℃时有/具有的水-溶解度小于0.05g/升或小于0.001g/升。由于不相信存在于化合物(a)的盐中的具体的阳离子对所获得的性能具有任何显著的作用，故阳离子的浓度未作进一步的详细说明。优选地，这些阳离子选自碱金属和碱土金属。作为阳离子，钠和钾是最优选的，但是也可使用其他的阳离子。在制备工艺过程、稀释或应用于实际的金属加工组合物中可改变酸或盐的中和或离子化程度。所有这些不同的状况均纳入本发明的一般检测中。
依据本发明的组合物的另一个必要的成分是组分(b)，其包含至少一个水-溶性抑制腐蚀的化合物(b)。优选地，金属加工组合物含按重量计0.002至30％的组分(b)，其包含至少一个水-溶性抑制腐蚀的化合物(b)，其在20℃时具有的水-溶解度大于0.1g/升。更优选地，水-溶性抑制腐蚀的化合物(b)在20℃时有/具有的水-溶解度大于0.5g/升，或大于1g/升，或大于5g/升。水-溶性化合物(b)对水性金属加工组合物的生物-稳定性起作用。水-溶性化合物(b1)和(b3)至(b5)可有助于金属加工组合物改善乳液的稳定性。
优选地，组分(b)或至少一个化合物(b)含量范围为从0.1至36％重量，或从0.3至32％重量，或从0.7至28％重量，或从1至24％重量，或从1.5至20％重量，或从2至17％重量，或从3至14％重量，或从4至12％重量，或从5至10％重量，或从6至8％重量，如果其独立地为浓缩物或稀释物的话。如果至少一个抑制腐蚀的化合物(b)的金属加工组合物的含量要是较低，可出现组分(b)不是有效的情况，但是如果要是具有较高的含量，可出现金属加工组合物是不稳定的组合物的情况。在许多情况下，添加至金属加工组合物中的，是两个、三个或四个不同的具体化合物(b)，或是两个、三个或四个不同的、作为它们的主要化合物的化合物(b)的化学产物将是优选的。优选地，抑制腐蚀的组分(b)含至少两个或至少三个或至少四个不同的化合物(b)，特别是优化防腐蚀保护。因为这样的抑制腐蚀的化合物的混合物可强烈地增进防腐蚀保护作用，而不需添加太多量的这样的化合物。这样的混合物使得能够有机会产生协同性能效应。
优选地，金属加工组合物含至少一个抑制腐蚀的化合物(b)，其选自或多或少适当的水-溶性化合物(b1)、(b2)、(b3)、(b4)和(b5)：
·(b1)羧酸及它们的衍生物，
·(b2)硼酸及它们的衍生物，
·(b3)咪唑,咪唑啉及它们的衍生物，
·(b4)噻唑及它们的衍生物，和
·(b5)三唑及它们的衍生物。
在一些实施方案中，金属加工组合物含至少一个化合物(b1)，其彼此独立地为直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的水-溶性化合物，且其彼此独立地具有4至80个碳原子和具有4至12个碳原子的链长。更优选地，化合物(b1)彼此独立地每条脂族链具有6至10个，或6至8个碳原子。化合物(b1)选自一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸及它们的碱金属盐、碱土金属盐以及它们的酯的化合物。优选地，使用一元羧酸、二元羧酸和/或它们的衍生物。例如，C8-一元羧酸(辛酸)于20℃在水中的水溶解度是0.7g/升。
优选的化合物(b2)是硼酸、其盐，如其碱金属盐及其碱土金属盐和硼酸酯。含硼的化合物(b2)还可有助于生物-稳定性。
优选的化合物(b3)是咪唑、咪唑啉及它们的衍生物如它们的酯和盐，特别是如它们的碱金属盐和碱土金属盐，例如苯并咪唑及它们的盐。
优选的噻唑及它们的衍生物(b4)特别包含它们的碱金属盐、碱土金属盐和酯，例如苯并噻唑、巯基苯并噻唑及它们的盐和酯。
优选的三唑及它们的衍生物(b5)特别包含它们的盐和酯，且作为实例，苯并三唑,甲苯基三唑C7H7N3，及它们的衍生物以及三唑的碱金属盐、碱土金属盐和酯。
最优选的化合物(b)是任何化合物(b1)、(b2)和/或(b5)。
依据本发明的组合物的另一个必要的成分是含至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)的组分(c)。优选地，金属加工组合物含按重量计0.002至45％的至少一个乳化剂和分散剂(c)，其含至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)，其为水-溶性的、水-易混溶的或水-可分散的并选自非离子型、阴离子型和两性离子型表面活性剂和在一些情况下其甚至可为抑制腐蚀的。由于化合物(a)和(b)常常是疏水性的，如果没有添加乳化剂和分散剂，组合物将分离成微滴或甚至更大的滴，或分层，或其任何组合。
如果将会用到较低含量的组分(c)，那么金属加工组合物将不会有效，但是如果要是具有较高的含量，则将往往不是稳定的组合物。优选地，包含在本发明的金属加工组合物中的乳化剂和分散剂(c)的范围是从0.01至40％重量，或从0.05至35％重量，或从0.1至32％重量，或从0.5至25％重量，或从1至20％重量，或从3至15％重量，或从5至12％重量，独立地，如果其是浓缩物或稀释物的话。
优选地，乳化剂和分散剂(c)具有的HLB在1至40，或6至24，或8至16，或10至12的范围内。优选地，乳化剂和分散剂(c)选自所有具有从1到40，或6至24，或8至16，或10至12的范围的HLB值的表面活性剂。优选地，单个的乳化性和/或分散性化合物(c)具有的HLB值在1至40，或6至24，或8至16，或10至12的范围内。优选地，乳化剂和分散剂(c)包含至少两个或至少三个或至少四个不同的化合物(c)，特别是获得在一个组合物中的HLB的宽泛分布。不同的化合物(c)的这种组合提供了协同效应的机会。
如果水性金属加工组合物具有不充足的乳化效应，乳液可易于分离成两层或层加层的(one above the other)更多层。如果水性金属加工组合物由于错的HLB范围而具有不足够乳化效应，如尽管添加高量的化合物(c)，乳液可可易于分裂成两层或层加层的更多层。如果水性金属加工组合物具有太高的乳化效应，乳液可具有显著降低的润滑性，可以是高发泡性的和可具有不充足的防腐蚀保护效应。
优选地，至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)选自以下的非离子型、阴离子型和两性离子型表面活性剂：
·(c1)烷基醇，
·(c2)烷基酚，
·(c3)链烷酸、脂肪酸、醚羧酸盐和/或其他有机酸，
·(c4)嵌段和无规共聚物，
·(c5)烷基多聚葡糖苷，
·(c6)具有至少一个硫酸根或磺酸根基团的阴离子型表面活性剂，
·(c7)醚硫酸盐，
·(c8)醚磷酸盐，
·(c9)磷酸酯，
·(c10)甘油一酯，
·(c11)甘油三酯，
·(c12)脂肪胺，
·(c13)失水山梨醇及其衍生物，
·(c14)琥珀酸及其衍生物，和
·包括这些表面活性剂(c1)至(c14)的衍生物。
优选地，选择相互独立地为乙氧基化的或乙氧基化的-丙氧基化的和没有或有端基封端的这些表面活性剂。
更优选地，所述至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)选自以下的非离子型、阴离子型和两性离子型表面活性剂：
(c1)乙氧基化的烷基醇、乙氧基化的-丙氧基化的烷基醇、端基封端的乙氧基化的烷基醇，和端基封端的乙氧基化的-丙氧基化的烷基醇，且特别地，烷基醇的烷基基团是饱和的或不饱和的，并具有的碳原子平均数的范围为从4至24个，并且具有或者直链或者支链结构；
(c2)乙氧基化的烷基酚、乙氧基化的-丙氧基化的烷基酚、端基封端的乙氧基化的烷基酚，和端基封端的乙氧基化的-丙氧基化的烷基酚，且特别地，烷基酚的烷基基团－饱和的或不饱和的－具有范围从4至18个的碳原子平均数，并且具有或者直链或者支链结构；
(c3)乙氧基化的或乙氧基化的-丙氧基化的链烷酸、乙氧基化的或乙氧基化的-丙氧基化的脂肪酸和/或其他的乙氧基化的或乙氧基化的-丙氧基化的有机酸，诸如萜烯酸，如松香酸，且特别地，烷基酸具有烷基基团(饱和的、不饱和的和/或环状的)，其具有范围从4至24个的碳原子平均数，并且其具有直链或者支链结构；
(c4)嵌段共聚物，含至少一个聚氧化乙烯嵌段和至少一个聚氧化丙烯嵌段以及无规共聚物，且特别是，嵌段共聚物具有包含平均数为2至100个氧化乙烯单位的聚氧化乙烯嵌段，和包含平均数为2至100个氧化丙烯单位的聚氧化丙烯嵌段，和任选地，分子含一个或多个彼此独立的聚氧化乙烯嵌段或聚氧化丙烯嵌段，其中这些嵌段共聚物中的一些也可贡献组合物的润滑性，其中这些嵌段共聚物可有时也具有抗发泡和消泡特性；
(c5)烷基多聚葡糖苷，其烷基基团-饱和的或不饱和的-具有的碳原子平均数范围从4至18，且或者直链或者支链结构，和具有平均至少一个糖的1至5个单位，和任选地，糖的单位经糖苷键(glucosidically)连接至烷基基团，其中术语“糖”被理解为包括所有糖类和所有其他糖样化合物；
(c6)阴离子型表面活性剂，其烷基基团-饱和的或不饱和的-具有碳原子平均数范围从4至24个，且或者是直链或者是支链结构，和任选地，烷基部分具有一个或多个芳族基团，且特别是有至少一个硫酸根或磺酸根基团存在于分子中，其中烷基醇链优选地具有平均数10至14个碳原子和其中苯优选地被结合为芳族基团；
(c7)醚硫酸盐，其乙氧基化的烷基醇或乙氧基化的-丙氧基化的烷基醇具有硫酸根基团，且特别是烷基醇的烷基基团-饱和的或不饱和的-具有的碳原子平均数范围从4至24个且或者是直链或者是支链结构，其中任选地，氧化乙烯链具有平均数2至30个氧化乙烯单位，且此外，任选地，氧化丙烯链具有平均数1至25个氧化丙烯单位，且其中的烷基部分任选具有一个或多个芳族和/或酚基；
(c8)醚磷酸盐，其乙氧基化的烷基醇或乙氧基化的-丙氧基化的烷基醇具有磷酸根基团，且特别是烷基醇的烷基基团-饱和的或不饱和的-具有的碳原子平均数范围从4至24个且或者是直链或者是支链结构，和任选地，氧化乙烯链具有平均数2至30个氧化乙烯单位，和任选地，氧化丙烯链具有平均数1至25个氧化丙烯单位，其中的烷基部分任选具有一个或多个芳族和/或酚基基团；
(c9)磷酸酯，其一个或两个烷基基团-饱和的或不饱和的-独立地各自具有的碳原子平均数范围从4至24个且或者是直链或者是支链结构，和任选地，烷基部分具有一个或多个芳族和/或酚基基团，其中有一个磷酸根基团存在于分子中；
(c10)甘油一酯，乙氧基化的、丙氧基化的、乙氧基化的-丙氧基化的或特别是带有封闭的末端基团的乙氧基化的甘油一酯，其中这些甘油一酯有时也可具有抗发泡和消泡特性；
(c11)甘油三酯，乙氧基化的、丙氧基化的、乙氧基化的-丙氧基化的或特别是带有封闭的末端基团的乙氧基化的甘油三酯；
(c12)脂肪胺以及乙氧基化的、丙氧基化的、乙氧基化的-丙氧基化的或特别是带有封闭的末端基团的乙氧基化的脂肪胺；
(c13)失水山梨醇和失水山梨醇衍生物包含乙氧基化的、丙氧基化的、乙氧基化的-丙氧基化的或带有封闭的末端基团的乙氧基化的失水山梨醇，以及例如聚山梨醇酯、失水山梨醇油酸酯以及它们的衍生物；(c14)琥珀酸和琥珀酸的衍生物，包含它们的酯和盐，以及例如烷基琥珀酸盐(酯)、琥珀酸氢盐(酯)、磺基琥珀酸盐(酯)、琥珀酰胺酸盐(酯)、磺基琥珀酰胺酸盐(酯)，以及它们的衍生物；和
其中也包括在这些化学物类别中的(c1)至(c12)化合物的衍生物。
优选地，乳化性化合物或分散性化合物或两者(c)选自具有EO基团的总数为1至20个单位的非离子型表面活性剂，或选自具有EO和PO基团的总数为2至40个单位的非离子型表面活性剂。EO基团的数目越高，其越是乳化剂，EO基团的数目越小，其越是分散剂。
至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)将在水相中、在使固体颗粒分布中、在使分散液稳定中帮助分散第二相，和将帮助-如果必须-形成乳液。术语分散液在本文将包括乳液和溶液。最优选地，这样的化合物(c)被用作乳化剂或分散剂或两者。因此，其可在许多实施方案中，有助于添加至少两个或至少三个不同的表面活性剂，其中的第一个主要起着乳化剂的作用，和至少一个其他的主要起着分散剂的作用，分别作为消泡剂。这使得可能有机会产生协同性能效应。
此外，需要添加含至少一个碱性的水-溶性化合物(d)的碱化剂(d)。碱化剂促进乳液的更高的的稳定性和在耐腐蚀性中起作用，也经常在生物-稳定性中起作用。碱度助剂(alkalinity assists)，如阴离子型表面活性剂可变得更稳定。
如果金属加工组合物要是碱性不足够，则乳液将不会是足够稳定的，这样润滑性将降低，甚或失去，耐腐蚀性则也可降低，且抗微生物性也将降低。这样，金属加工组合物获得更好的防腐蚀保护，且其可出现乳化剂不起作用的情况。如果碱度要是太高，工人的皮肤可变得受刺激。在某些实施方案中，优选水性金属加工组合物将不具有高于12的pH值，但是浓缩物可为高得多的碱性。在一些实施方案中，约14的pH值不妨碍。
优选地，金属加工组合物含按重量计0.002至30％的碱化剂(d)，其包含选自氢氧化物和碳酸盐的至少一个碱性的水-溶性化合物(d1)。但是，尽管如此，在很少的实施方案中，有可能是，即使添加少量的链烷醇胺或烷基胺或两者(d2)，其可选自伯链烷醇胺，如氨基-甲基丙醇AMP、二乙二醇胺DGA、甲醇胺MEA和单异丙基胺MIPA，仲链烷醇胺，如二乙醇胺DEA和二异丙醇胺DIPA和正-丁基乙醇胺nBEA，叔链烷醇胺，如三乙醇胺TEA和正-丁基二乙醇胺nBDEA，以及具有1至10个碳原子和1至3个OH基团的烷基胺，如双环己基胺DCHA。链烷醇胺或烷基胺或两者的这样的含量，优选地在从0.01至小于5％重量，或从0.1至小于2％重量，或从0.2至0.8％重量的范围内。优选地，碱化剂(d)的含量在从0.01至25％重量，或从0.1至20％重量，或从1至15％重量，或从3至12％重量的范围内。
如果要是有较低含量的碱化剂(d)，防腐蚀保护可为不充分的，但是如果含量较高，则润滑性可能太低，且碱性敏感性金属材料可受化学性侵袭和溶解。优选地，以达到预定的pH值的量添加至少一个碱性化合物(d)。
更优选地，所述碱化剂(d)选自碱金属和碱土金属的氢氧化物和碳酸盐(d1)，例如氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠或这些化合物的任何混合物。钠和钾化合物是最优选的碱化剂。许多其它的碱化剂可以替代以上化合物使用，这对于本领域技术人员而言将是显而易见的。但是，例如大量的链烷醇胺和/或通常是所有种类的胺可导致高的VOC，与这样的组合物接触对人体皮肤有刺激和可产生强烈的气味。因此，链烷醇胺和/或通常是所有种类的胺因此是不想要的。
最后，必须将至少含水的转运组分(e)加到混合物中。按重量计0.004至99％或0.01至95％的转运组分(e)主要含水。首先，主要的，几乎全部或仅有水是包含在金属加工组合物中作为转运组分(e)或作为水的液体化合物。正常地，金属加工组合物具有含量为按重量计比5％大得多的和直至约60％的石油油料。对于本发明，优选的是没有添加石油油料至金属加工组合物中，或仅添加含量按重量计最多至1％或最多至3％的石油油料至金属加工组合物中，该含量至少直至其开始应用于金属加工是这样。无石油油料的金属加工组合物是特别优选的，该组合物可仅通过在任何金属加工操作中的应用被任何石油油料污染。在这种情况下，金属加工组合物将通常仅在直至第一次应用之前，才是无石油油料的。如果没有石油油料内容物，则组合物在许多实施方案中是0VOC的；典型地在最常规的金属加工组合物中，它们具有一定量的、基于链烷醇胺诸如三乙醇胺、有机溶剂、石油油料和低分子量石油油料的任何化合物，所有这些引起中值的或常常高值的挥发性有机化合物VOC。
在很少的实施方案中，转运组分(e)可包含即使是小量的有机溶剂如醇。水性金属加工组合物则可含很少超过按重量计1％的醇。但是在大多数情况下，这样的溶剂不是故意添加的，但是可包含在原料中或是工艺过程中的杂质。已经发现，如果添加任何量的石油油料或有机溶剂，大多数组合物变得不稳定，以致需要不同类型的乳化剂。另一方面，优选加工无VOC和对环境高度友好的，这样，优选的是-这取决于金属加工组合物的应用和需求-避免任何内容物，避免任何添加或一定量的石油油料或按重量计大于5或3或1％的任何有机溶剂。此外，对于其用作合成的冷却剂而言，金属加工组合物应该不含任何石油油料或任何有机溶剂。
本发明的水性金属加工组合物，其中按重量计至少98％的转运组分(e)是水，其中此是经计算的，这样全部转运组分(e)总量按重量计最多可至100％。在少数的实施方案中，转运剂(e)的水含量可为较低的，例如按重量计至少75％。对于这样的很少的实施方案，转运组分(e)含按重量计最多可至20％的醇或最多至5％的石油油料或两者。但是，在大多数实施方案中，转运剂(e)的水含量较高，例如按重量计至少99％。通常想要的是避免使用任何有机溶剂，特别是易燃溶剂和被分类为挥发性有机化合物的溶剂。
对于为浓缩物的组合物而言，金属加工组合物中转运剂(e)的含量优选在按重量计从0.1至90％的范围内，或在按重量计从1至80％的范围内，且特别优选的是在按重量计从10至70％的范围内，或在按重量计从20至60％的范围内。经常是，浓缩物中的转运剂的含量在按重量计从30至50或从35至45％范围内。这样的组合物典型地显示pH在从6至13或从7至12范围内。当然，浓缩物不需要在其使用前被稀释。
以下的具有在从5至14范围内的pH的、低-VOC或0-VOC、无石油油料和大多数或总是无链烷醇胺的金属加工组合物是特别优选的制剂：
-按重量计0.01至35％的组分(a)，其为润滑剂，包含具有至少一个疏水性脂族链和至少一个极性基团的至少一个水-不溶性化合物(a)，且在20℃时水溶解度小于0.1g/升，且其选自以下的化合物：
·(a1)彼此独立的至少一个具有12至100个碳原子的一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物，
·(a3)至少一个具有12至5,000个碳原子的化合物(a1)的衍生物，和
·(a4)彼此独立的至少一个具有12至40个碳原子的直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的水-不溶性脂族醇，
所述化合物(a)选自单体、寡聚体、聚合物、共低聚物和共聚物；
-按重量计0.01至35％的组分(b)，其包含至少一个在20℃时的水-溶解度大于0.1g/升的、水-溶性抑制腐蚀的化合物(b)，其选自：
·(b1)彼此独立的具有4至80个碳原子、具有4至12个碳原子链长的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的水-溶性化合物，其选自如下的化合物：一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸及它们的碱金属盐、碱土金属盐、它们的酯及它们的乙氧基化物，
·(b2)硼酸及它们的衍生物，
·(b3)咪唑、咪唑啉及它们的衍生物，
·(b4)噻唑及它们的衍生物，和
·(b5)三唑及它们的衍生物；
-按重量计0.01至40％的至少一个乳化剂和分散剂(c)，其含至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)，其为水-溶性的、水-易混溶的或水-可分散的，且其选自非离子型、阴离子型和两性离子型表面活性剂；
-按重量计0.01至25％的碱化剂(d)，含选自氢氧化物和碳酸盐的至少一个碱性的水-溶性化合物(d1)；和
-按重量计0.01至98％的转运组分(e)，其基本上由或由水组成，和
-任选一定含量的至少一个任选的赋予润滑性的组分A或赋予润滑性的化合物A，其为植物油、动物油、乙氧基化的、丙氧基化的或乙氧基化的-丙氧基化的衍生物或任何组合或任何这些的任何部分，但是其仅包含在本发明的金属加工组合物中的含量在按重量计其组分(a)的含量的从1至200％范围内。
通过加水制备稀释的组合物。这些“稀释物”优选地具有的水含量在按重量计从20至99.5％或按重量计从30至99％的范围内，或更优选在按重量计从40至98％、按重量计从50至96％、按重量计从60至94％、按重量计从70至92％或按重量计从80至90％的范围内。它们经常显示的pH在从6.5至11范围内。
组分(a)的化合物对组分(b)的化合物的重量比，或组分(a)的化合物对组分(c)的化合物的重量比，或组分(a)的化合物对组分(d)的化合物的重量比，优选地在从1:(0.2至5)的范围内，或在从1:(0.3至3)的范围内，或在从1:(0.5至2)的范围内，或在从1:(0.8至1.5)的范围内，或在从1:(0.8至1.3)的范围内，或在从1:(0.9至1)的范围内，或接近1:1。相同的重量比优选地适用于组分(b)的化合物对组分(c)的化合物的重量比，或组分(b)的化合物对组分(d)的化合物的重量比。相同的重量比优选地适用于组分(c)的化合物对组分(d)的化合物的重量比。
优选地，本发明的水性金属加工组合物具有组分(a)的化合物对组分(b)的化合物对组分(c)的化合物的重量比，在从1:(0.1至10):(0.01至30)的范围内。
优选地，组分(a)的化合物对组分(b)的化合物对组分(c)的化合物的重量比，优选在从1:(0.2至5):(0.05至12)的范围内，或在从1:(0.3至3):(0.1至5)的范围内，或在从1:(0.5至2):(0.2至3)的范围内，或在从1:(0.8至1.5):(0.3至1.8)的范围内或在从1:(0.8至1.3):(0.8至1.3)的范围内，或在从1:(0.9至1):(0.9至1)的范围内，或接近1:1:1。
优选地，组分(a)化合物对组分(b)化合物对组分(c)化合物和对组分(d)化合物的重量比优选地在从1:(0.2至5):(0.05至12):(0.05至5)的范围内，或在从1:(0.3至3):(0.1至5):(0.1至2)的范围内，或在从1:(0.5至2):(0.2至3):(0.2至1.5)的范围内，或在从1:(0.8至1.5):(0.3至1.8):(0.2.5至1)的范围内，或为从1:(0.8至1.3):(0.8至1.3):(0.3至1.1)的范围内，或接近从1:(0.9至1):(0.9至1):(0.4至1)的范围内。
在本发明优选的实施方案中，选择组合物的组分及调节它们的相对比例和浓度，以提供单相制剂或两相制剂。
优选的是，稀释的组合物具有的化合物(a)至(d)的总含量在按重量计从80至0.5％的范围内，在按重量计从70至1％的范围内，在按重量计从60至2％的范围内，在按重量计从50至4％的范围内，在按重量计从40至6％的范围内，在按重量计从30至8％的范围内，或更优选在按重量计从20至10％的范围内。
表1公开了一些实例，这些实例指出在浓缩物和稀释物中的含量的更优选的变化。
表1：在依据本发明的一些浓缩物和稀释物中的不同的组分的含量的实例，其中(e)仅为水
更优选地，在浓缩物中，金属加工组合物含以下含量的组分或基本上由或由以下含量的组分组成：
(a)，其为(a1)、(a2)、(a3)和/或(a4)的总和，含量范围按重量计从10至20％，
(b)，其为(b1)、(b2)、(b3)、(b4)和/或(b5)的总和，含量范围按重量计从5至10％，
(c)，其为(c1)、(c2)、(c3)、(c4)、(c5)、(c6)、(c7)、(c8)、(c9)、(c10)、(c11)、(c12)、(c13)和/或(c14)的总和，含量范围按重量计从10至20％，
(d)，其为(d1)和甚至任选(d2)的总和，含量范围按重量计从5至15％，
(e)含量范围按重量计从70至25％，和
任选的组分，如总含量为0或在按重量计从0.01至10％的范围内的、选自A至D的任何组分，
更优选地，在稀释物中，金属加工组合物含以下相对重量含量的组分或基本上由或由以下相对重量含量的组分组成：(a):(b):(c):(d)，其比率为(1至2)的(a):(0.5至1)的(b):(1至2)的(c):(1至2.5)的(d)；而余下的是(e)-特别是以在按重量计从95至30％的范围内的含量-和任选的组分，如选自A至D的任何组分。
本发明的水性金属加工组合物可显示不同的性质，这取决于其具体的应用和组合物。优选地，对于多-金属目的而言是特别有用的，和/或它是乳液，特别是对于浓缩物而言，其疏水性微滴的平均疏水性微滴大小在从10至200nm的范围内，和它是乳液，特别是对于稀释物而言，其疏水性微滴的平均微滴大在从10nm至30μm的范围内。
可通过以下手段调整金属加工乳液的平均微滴大小至想要的微滴大小：1.)在早期阶段，通过改变乳化性化合物(c)的量和类型，特别是通过改变它们的HLB值，和2.)在应用于金属加工操作之前，通过用或多或少的水稀释的程度和通过使用纯的或多或少的硬水用于稀释。然后，优选的是，使平均微滴大小适应这样的尺寸，其大致为将要金属加工的金属表面的平均粗糙度Ra。另一方面，通过控制平均微滴大小、润滑度、乳液的稳定性、发泡度、耐腐蚀性和/或生物-稳定性经常影响到更好或更差的质量。因此，典型地在金属加工操作过程中，将任何乳化性和/或分散性化合物(c)补充到再循环的金属加工组合物中，以调整乳化度和其他性质，如作为箱边加液(tank side addition)。
优选地，本发明的组合物在25℃时是分散液、乳液和/或溶液。最经常地，浓缩物以及由其制备的稀释剂是乳液。优选地，按重量计至少95％的组合物在25℃时处于液态。
对于(a)至(d)的单个化合物而言，在室温下和在例如，从10至40℃的范围的有效工作温度下，这些化合物可呈液体的形式，如溶解于水中，或为固体，典型地在室温下，尽管它们的大多数在室温下是液体。当然，化合物，如KOH也可为固体，但是将易于溶解于水。
如果组合物应该含有像蜡的颗粒，这些颗粒或这些中的超过90％优选地小于100nm。
如果组合物含有呈液滴形式的疏水性液体，平均微滴大小可在约5nm和约80μm之间变化。已经发现，平均微滴大小大于50μm的微滴可导致金属加工组合物的稳定性，这样，组合物可易于分裂成两个不易混溶的液体层。已经发现，甚至超过30μm的平均微滴大小，也可导致这样的不稳定性。另一方面，可有所加的任何物质的析出，其可沉淀下来，且应尽可能避免沉淀。
在许多情况下，依据本发明的金属加工组合物是乳液。通常有两种类型的乳液：
1.)可存在为微-乳液或大乳液的乳液，其显示的平均微滴大小优选从约100nm最多至约50μm。该乳液平均微滴大小在从约0.1μm或约0.15μm至约0.3μm范围内，通常看起来几乎是清澈的或半透明的。如果看起来接近半透明至淡牛奶样，其可被称为看起来是朦胧的。平均微滴大小在从约0.3μm至1μm范围内的乳液通常看起来呈淡牛奶样。平均微滴大小在大于1μm范围内的乳液通常看起来像牛奶样。然而，对于稳定的乳液，平均微滴大小常常小于30μm。
2.)微-乳液通常显示平均微滴大小在从5nm至150nm的范围内或在从20nm至100nm的范围内。尽管如此，浓缩物是通常看起来清澈如清澈的溶液的或为半透明的微-乳液。因为不清澈的微-乳液的浓缩物通常是不很稳定的，优选的是，浓缩物是均匀清澈的微-乳液。
已经发现，如果浓缩物是清澈的或半透明的，它是一种微-乳液，且它是稳定的。如果浓缩物看起来是朦胧的或非常朦胧的或牛奶样的，则该浓缩物可为稳定的或可为不稳定的。对于稀释物，这不是问题，如果它们看起来不是清澈的或半透明的，而是朦胧的或非常朦胧的或牛奶样的。它们可以看起来是清澈的或半透明的，但是它们不需要这样。它们并不需要是清澈的或半透明的微乳液-或大乳液。
在大多数情况下，本发明的水性金属加工组合物是乳液，其作为浓缩物，大多数是微-乳液，而其作为稀释物时，大多数是微乳液-或大乳液。稀释物常常显示出稳定性，以致没有用肉眼可见的任何相的分离，和在用纯水或最多至1200ppm Ca含量的硬水稀释的所述组合物中，存在清澈的或半透明的微-乳液，或透明的、朦胧的或多或少牛奶样的大乳液。
如果增加组分(a)的量和/或如果减少组分(c)的量，有时可与金属加工组合物相一致地，从微-乳液改变成大乳液；和正常地反之亦然。
如果任何组分(a)、(b)和/或(c)的量增加或减少，有时可与金属加工组合物相一致地，也从微-乳液改变成大乳液。
最优选的，本发明的金属加工组合物包含以下组分的组合或基本上由或由组分的组合组成：[(a1)和/或(a3)]和(b1)和(c3)和(d1)和(e)，其作为浓缩物，优选地为微-乳液或甚至是清澈的微-乳液，和其作为稀释物，优选地为微乳液-或大乳液。各个组分在本文中由添加的或包含的或两者中的至少一种物质表示。最优选的，这些组分按以下含量被包含在浓缩物中：[(a1)和/或(a3)]，其总含量在按重量计从10至20％的范围内；(b1)，其含量按重量计为5至10％；(c3)，其含量范围按重量计从10至20％；(d1)任选与(d2)一起，其总含量在按重量计从5至15％的范围内，其中(d2)是或者0或者在按重量计从0.05至4.8或在从0.1至1.8％的范围内，(e)，其含量在按重量计从70至25％的范围内，和任选的组分，如选自A至D的任何组分，其总含量为0或在按重量计从0.01至10％的范围内。
优选地，浓缩物或稀释物的乳液显示平均微滴大小主要地在从10nm至50μm的范围内，或更优选在从50nm至10μm的范围内。平均微滴大小的合理的范围常常在从0.15至50微米或从0.15微米至30微米的范围内。当将金属加工组合物如浓缩物稀释时，可形成真溶液，清澈的微-乳液，特别是具有平均微滴大小在从5至150nm的范围内的真溶液，或形成乳液(＝大乳液)，特别是具有平均微滴大小在从150nm至50微米的范围内乳液。
在金属加工组合物包含固体颗粒的情况下，分散液(浓缩物或稀释物)优选显示出平均颗粒大小主要在从10nm至10μm的范围内，或更优选的范围从50nm至1μm。因为可存在于金属加工组合物中作为颗粒的固体化合物，可以包含蜡、研磨颗粒(grinding particles)和/或精磨颗粒(lapping particles)。但是这样的固体颗粒化合物用的非常少，且典型地仅以低量使用。
术语“多-金属目的”意指该金属加工组合物通常对至少两种不同的金属材料具有良好的润滑性，金属材料可优选地选自铝、镁、钛、锌、任何它们的合金、黄铜和钢。在本申请的实施例中，用于润滑性的测试仅分别在铝合金和钢上实施。该测试表明对不同的金属材料而入可用性好，如果在铝和钢上的润滑性测试提供良好的结果。
优选地，水性金属加工组合物在25℃时常常具有的粘度在从0.05至10Pa S的范围内，或更优选在从0.2至3Pa S的范围内。
在很少的实施方案中，本发明的组合物还可包括，如果需要的话，一个或多个选自任选组分的A至D的添加剂。
本发明的水性金属加工组合物可优选地还包含总共按重量计的0.002至60％的选自任选组分的A至D的至少一个任选化合物。可以包含按重量计0％或在按重量计从0.002至30％的范围内或优选地在按重量计从1至20％的范围内的含量的组分A。可以包含按重量计0％或在按重量计从0.002至5％的范围内、在按重量计从0.1至2％的范围内的含量的组分B。可以包含按重量计0％或在按重量计从0.002至3％的范围内、在按重量计从0.1至1.5％的范围内的含量的组分C。可以包含按重量计0％或在按重量计从0.002至30％的范围内或优选地在按重量计从1至20％的范围内的含量的组分D。
优选地，水性金属加工组合物包含至少一个任选的赋予润滑性的组分A或赋予润滑性的化合物A，其为植物油、动物油、乙氧基化的、丙氧基化的或乙氧基化的-丙氧基化的衍生物或任何这些的组合或任何这些的任何部分，但是其仅包含在本发明的金属加工组合物中的含量在按重量计从1至200％的组分(a)的含量的范围内，优选地在按重量计从20至180％的范围内或在按重量计从40至160％的范围内或在按重量计从60至140％的范围内。至少一个任选的赋予润滑性的组分A或赋予润滑性的化合物A可为水-溶性的、水-可分散性、水-易混溶的或水-不溶性化合物。特别优选的化合物A是乙氧基化的衍生物，其任选可为在任何植物油或动物油或两者中含有的化合物，其被通过其任何组合纯化、精制、调节、化学修饰、合成或制备。
优选地，水性金属加工组合物包含至少一个杀生物剂B、至少一个杀真菌剂B或两者。
优选地，本发明的水性金属加工组合物包含至少一个防泡剂C和/或至少一个消泡剂C。优选地，任选组分C选自聚乙二醇、硅氧烷类、聚硅氧烷类和蜡。
最后，一定含量的有机聚合物材料可添加至或包含在本发明的水性金属加工组合物中，作为任选的组分D。这样的有机聚合物材料D可主要含有以下物质或由以下物质组成：基于离子聚合物、丙烯酰胺、丙烯酸/甲基丙烯酸、丁烷、环氧化物、乙烯、异丁烯、聚-α-烯烃、聚酰胺、聚甘油、聚异丁烯、丙烯、苯乙烯、聚磺酸、尿烷的单体、寡聚体、共低聚物、聚合物和/或的共聚物，它们的酯和/或它们的盐。优选地，水性金属加工组合物包含至少一个任选的组分D，其为基于丙烯酰胺、丙烯酸/甲基丙烯酸、丁烷、环氧化物、乙烯、离子聚合物、异丁烯、聚-α-烯烃、聚酰胺、聚甘油、聚异丁烯、丙烯、苯乙烯、聚磺酸、尿烷的单体、寡聚体、共低聚物、聚合物和/或共聚物，它们的酯和/或它们的盐。优选的有机材料包含，例如：丙烯酰胺-(甲基)丙烯酸酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物、尿烷-碳酸盐(酯)共聚物、尿烷-碳酸盐(酯)-共聚物、尿烷-酯-碳酸盐(酯)共聚物、异丁烯-丁烯共聚物、聚磺酸。有时可添加作为固体、作为乳液或作为液体的这些有机材料。这样的有机聚合物材料D可有助于进一步增强组合物的润滑性和同时增强组合物的生物-稳定性。可将其添加至和用于需要高度润滑性的许多类型的切削、成形和冷成形操作中。在水性金属加工组合物中，这样的有机聚合物材料D的含量可选择在按重量计从0.1至50％的范围内，或在按重量计从1至30％的范围内，或在按重量计从3至15％的范围内，或在按重量计从5至10％的范围内。
制备本发明的水性金属加工组合物的方法的特征在于：首先将任何的化合物(b)和(d)添加至水中，然后添加任何化合物(a)和继而添加(c)，在此期间采用混合程序一直进行至加热至从30至50℃的温度范围并搅动-其中采用这种连续的混合，加热和搅动，以得到稳定的乳液-和然后任选加入所有其他化合物。按要求，可用水稀释制备的浓缩物至想要的稀释度。
本发明的水性金属加工组合物的应用，可通过喷雾、高压喷雾、刷涂、辊涂、浸镀或其他的如流水(flowing water)这样的方法实施。然后可对涂覆的金属物质进行金属加工，如切削、研磨或以所需的手段机械加工，其中流体流动的金属加工组合物提供有益的润滑效应。
本发明的水性金属加工组合物的应用方法的特征在于，水性金属加工组合物可用作为冷却剂和/或作为润滑剂和/或用于弯曲、用于冲裁、用于镗孔、用于拉削、用于冷却、用于冷成形、用于热成形、用于切削、用于拉拔、用于钻孔、用于锻造、用于磨削、用于滚齿、用于珩磨、用于液压成形、用于叠接、用于润滑、用于成形、用于铣削、用于压制、用于冲孔、用于铰孔、用于冷轧、用于热轧、用于锯切、用于压印、用于攻丝、用于车螺纹、用于车削或用于它们的任何组合。
令人惊讶的是，本发明的水性金属加工组合物显示对非常不同的金属材料如此高的润滑性，以致它们可出色地用于多-金属目的。
还令人惊讶的是，本发明的水性金属加工组合物显示对非常不同的金属材料的出色的防腐蚀保护作用。
又令人惊讶的是，本发明的水性金属加工组合物显示对浓缩物以及对稀释物的出色的乳液稳定性。
再令人惊讶的是，本发明的水性金属加工组合物导致已经用这种组合物进行金属加工完成的金属部件的整洁、有光泽的和平滑的金属表面。
最终令人惊讶的是，本发明的水性金属加工组合物显示出行业需求所期望的几乎所有的特性，甚至典型的低-发泡性和高的生物-稳定性，以及尽管对环境高度友好的组合物如0-VOC，没有链烷醇胺和/或没有石油油料。
实施例和比较实施例
可通过考虑以下的实施例，包括优选的实施方案(其并不意欲以任何方式限制本发明)，进一步详细地领会本发明。
性质及它们的检测：
本发明的水性金属加工组合物，当在微攻丝测试中用德国的Microtap GmbH的Microtap Megatap II-G8的攻丝扭矩仪(tapping torque instrument)检测时，优选具有如检测的平均扭矩数不大于300N·cm的润滑性。
这样的攻丝扭矩仪(tapping torque instrument)常常被称为Microtap仪器。可依据ASTM D5619，通过钻入金属或合金棒，特别是钻入铝6061或钢1018或两者的棒，实施本测试。依据此标准不精确地进行Microtap测试，但是其按仪器制造商推荐的测试程序应用，用于按重量计10％或很少下降至按重量计5％的稀释物。通常已经对金属棒预钻孔。将金属加工组合物的样品加到孔中。然后，用螺丝攻(tap)钻通孔进行攻丝，且仪器将检测扭矩数，对于铝6061棒，使用14.4mm深度、660rpm的速度、700N·cm的扭矩和5N·cm的力，而对于钢1018棒，使用14.4mm深度、500rpm的速度、700N·cm的扭矩和5N·cm的力。在Microtap测试中，用螺丝攻(tap)钻通填充水性金属加工组合物的孔，而仪器输出数据显示以N·cm计的平均扭矩数。对铝及其合金的非常好的数据显示≤200N·cm，和钢的非常好的数据显示≤230N·cm。
优选本发明的水性金属加工组合物具有稳定性，这样未有用肉眼可见的任何相的分离，只有在仅用纯水或用具有Ca含量最多至1200ppm Ca的硬水稀释的组合物中的清澈的或透明的或多或少牛奶样的乳液或其任何组合。如果有不稳定的乳液，其将随时间过去而分裂成层并用眼可见该分裂。有两种类型的稳定性试验：
A)为了检测浓缩物的稳定性：
1.)于50℃的烘箱试验进行3个循环且各个循环为24小时。
2.)冻结/解冻试验。在约-16℃下使浓缩物样品冻结，然后在室温下解冻，它也被用于3个周期。
B)为了检测稀释的乳液的稳定性：
用纯水制备稀释物和用至少300ppm Ca的硬水制备另一稀释物，各为想要的浓度，通常为按重量计5％或10％，然后，至少一周后用眼睛观察稳定性(乳液稳定性试验)。
无乳液的分离意指该组合物未分裂成层，且没有乳液的下沉的部分(settledpart)。稳定的浓缩物可具有清澈的、透明的或朦胧的外观。如果是清澈的、透明的或朦胧的，则其没有关系，只要金属加工组合物不分裂成层：则是稳定的。乳液甚至可或多或少为牛奶样的，但是只要它是稳定的，则其不要紧，是稀释乳液具有的外观。
为了测定金属加工组合物的稳定性，已经将以下的稳定性试验方法用于浓缩物和稀释物，其中仅用眼睛检核浓缩物或稀释物的稳定性仍然是最常见的方式：
对于浓缩物样品：
在50℃烘箱试验中，将浓缩物样品留在50℃烘箱中24小时，然后取出样品并将其放在工作台上直至浓缩物样品的温度降至室温。如果没有观察到用眼睛可见的分离，则样品是稳定的。于50℃再重复该试验两次。浓缩物样品应该是稳定的，此意味着，其必须是清澈的、透明的或朦胧的，但是不应该有眼睛可见的任何分离现象。
在冻结/解冻试验中，将浓缩物样品放入冷冻室24小时使样品冻结。然后从冷冻室取出样品并将其放在工作台上直至解冻回复到液态。再重复冻结和解冻两次。应该没有由我们的眼睛观察到的分离。
对于稀释的样品：
在含600ppm的乙酸钙的硬水中制备5％的稀释液。将该溶液留在50℃烘箱中三天。应该没有观察到分离，这样稀释物样品显现为清澈、朦胧的或牛奶样的。
优选地，本发明的水性金属加工组合物具有腐蚀的保护作用。优选采用铸铁片试验(cast iron chip test)CIC检核防腐蚀的保护作用，如果铸铁棒或更优选的且本文使用的，使用小的清洁片和在与去离子水中的、按重量计2％的稀释组合物接触24小时测试，该试验导致腐蚀等级为2或更小。铸铁片试验(CIC)的试验程序是相似的，但是少有检测值与标准试验方法ASTM D4627和DIN 51360-2中的数据不相同：薄片尺寸较小，且为2至3mm，其中在带盖的塑料碟(petro-dish)中使用2g的薄片和2g的5％于Dl-水中稀释的水性金属加工液和24小时。等级值越小越好。最差的结果显示等级为5，最好的为0。开始用等级值3，这样的水性金属加工组合物似乎不被行业所接受。
如果金属加工组合物已经在CIC中成功试验超过24小时，期望应该在许多情况下该金属加工组合物对工具和机器部件没有任何腐蚀作用。
优选地，本发明的水性金属加工组合物对抗发泡是稳定的，特别是在金属加工的特定的操作条件下更是如此。在几个金属加工操作中，想要的是，即使高压喷雾也不能给泡沫产生造成麻烦。此外，金属加工操作期间产生的泡沫应该在金属加工操作后1分钟内或小于1分钟消解，为低发泡的组合物。
优选地，金属加工组合物对抗发泡是稳定的，这样在如在混合器方法中进行的泡沫试验中不再有泡沫，该方法在1000ml烧杯中，用200ml的金属加工组合物，其具有按重量计5％的浓缩物，所述浓缩物具有的活性物质在水中的浓度按重量计为5％，用Black和Decker 12-档速度的混合器，在速度10下进行5分钟，这样，则泡沫消散的泡沫破裂时间(foam break time)小于30秒。泡沫破裂意指所有的泡沫消散，即在溶液表面上0泡沫。
泡沫试验方法TM#2142是一个内部的测试方法。泡沫试验没有标准的方法。5％稀释液意指在按重量计95％Dl水中的5％的浓缩物样品。本试验的目的是测定在一个高度搅拌系统下所产生的泡沫的量和泡沫消散所需的时间。使用1000ml Kimax烧杯，以限定烧杯的高度、100ml量筒、带有定时器的Black和Decker 12-档速度的混合器和秒表。
泡沫测试程序：
1.检测倒入1000ml Kimax烧杯中的190ml的生产用水。
2.加入10ml的将要试验的产品到烧杯中。
3.将烧杯置于混合器的搅拌器下。
4.在速度10下混合5分钟。
5.当混合停止时，开始计时并检测泡沫的总毫升数。
6.检测泡沫消散的时间。
7.将结果纪录为泡沫高度和泡沫消散时间。
依据EPA24方法的VOC试验：
依据测试涂料(Coatings)中挥发性含量的ASTM D 2369-81、87、90、92、93或95，标准测试方法，测试组合物的VOC含量。将金属加工流体浓缩物的样品置于110℃下至少60分钟或直至重量变得恒定，以排除所有的水和挥发性有机材料。然后可通过重量损失(以克/升计)计算VOC含量。
乳液的平均微滴大小的测试：
采用配备光散射技术如Marvern Mastersizer的仪器，检测乳液的平均微滴大小的测试。使光束或激光束穿过乳液并击中乳液颗粒或油微滴，其使光散射并改变光强度。从光强度与角度的变化，可计算平均液滴尺寸。
由于已经试验用于铝基金属材料和钢的不同的金属加工组合物，相信这些试验材料代表绝大多数的不同金属材料，如果即使不是所有种类的金属材料，这样也满足多-金属目的。
通过不同于表3中“成分”列中的标准化学名认定的材料，以及用于这样的实施例和测试的其他成分，具有如在下表2中提及的以下特征。它们是将要用于金属加工组合物的、更优选的化合物。
表2：一些用于实施例和比较性实施例的成分的选择和这些成分的化学信息
MW＝分子量，EO＝乙氧基化的，PO＝丙氧基化的。
为了从试验中得知哪一个是较好和最好的水性金属加工组合物，在许多实施例中，保持添加至组合物的组分(b)和(c)的化合物，以观察不同的化合物(a)和其他化合物对化学系统的影响。
通过首先将选择的化合物(b)和(d)加至水中，然后加入选择的化合物(a)和继而加入选择的化合物(c)，制备用于这些实施例的和进一步试验这些的水性金属加工组合物。在该混合程序过程中，加热至在从30至50℃范围内的温度并搅动，以得到乳液-，且然后任选加入选择的所有其他化合物。按要求，用水稀释所制备的浓缩物至想要的稀释度。
表3显示从用于测试它们的润滑性和稳定性的接近400个不同的组合物中所选择的20个组合物及它们的性质。确定所测试的赋予不同润滑性的化合物的不同润滑度，和确定所测试的不同乳化化合物(c)的不同乳化度是令人惊讶的。此外，令人惊讶的是，稳定的金属加工组合物对铝基金属材料的润滑性作用良好，与此同时对钢的润滑性作用良好，这不是自我理解(self-understanding)。因此，知道如何组成和稳定用于多-金属目的的金属加工组合物是必要的。令人惊讶的是，用于多-金属目的的、具有稳定的、良好-润滑的金属加工组合物是可能的，其在防腐蚀保护方面仍然是不充分的。因此，获得良好满足以上所有提及的需求和包括与此同时低发泡的金属加工组合物是不容易的。
表3：组合物的选择和润滑性和稳定性试验结果
表3显示，如果该乳液是稳定的，则即使朦胧的和牛奶样的金属加工浓缩物也可显示优异的性能。如果浓缩物或稀释物显示清澈的或半透明的外观，则所述视觉外观不被提及。浓缩物的稳定性的重要性超过其视觉外观。所有的比较性实施例显示朦胧的或牛奶样的浓缩物和所有它们均是不稳定的或分裂成层的，即使是CE4。
润滑性的数据有大的差异，即使是好的至极好的实例。润滑性数据越低，该组合物的润滑性越好。铝及其合金的非常好的扭矩数据显示≤200N·cm，钢的非常好的扭矩数据显示≤230N·cm。显示最低的扭矩数据的许多组合物，使得它们可用于严苛的金属加工操作。
CE1组合物是失败的，因为它不具有足够的乳化化合物(c)。CE2组合物是失败的，因为它具有适当的乳化化合物(c)，尽管化合物(c)已经增加了。CE3组合物是失败的，因为它没有足够的适当的乳化化合物(c)，尽管即使其进一步增量。假设不同的乳化化合物(c)的组合的HLB值影响乳化效应，这样不但任何的乳化化合物(c)的量是重要的，而且甚至这样的化合物的化学特性也要经选择以按某种方式稳定乳液。因此，必须采取特别的谨慎来适当选择乳化化合物(c)。
表4显示如在US 2009/0149359 A1中的实施例1和2中指出的的组合物C与依据本申请的组合物的结果的比较结果。
表4：选择的本发明的组合物及它们的性质以及US 2009/0149359 A1的最好的样品C的组合物和试验结果
CE4的带*的数据在本出版物中提及，而CE4的不带*的数据现在已经试验，将原始的非公开的制剂与依据本申请的组合物的结果进行比较。C＝CE4是US 2009/0149359 A1的最好的实施例。
该表清楚地表明，根据此出版物，未加入化合物(a)及(d)。CE4的pH值显著低于E21至E25的。由钢的攻丝扭矩数据检测的CE4的润滑性比E21到E25的润滑性差。如在CIC试验中检测的，与E21到E25的耐腐蚀性比较时，CE4的耐腐蚀性也明显地不好。甚至在与E21至E25的稀释的乳液稳定性比较时，如在对用纯水和/或用硬水稀释的稀释物的乳液稳定性试验中检测的，CE4的稀释的乳液的稳定性也是较低的。
此外，对非常不同的金属材料进行长期的实地试验，其证实了在工业规模的本发明的金属加工组合物的金属加工操作的优异表现和性质，这在之前实验室试验中已经发现并在上文中部分显示。

Claims (21)

1.一种无石油油料、无链烷醇胺且无胺的微乳液状的水性金属加工组合物，所述组合物的VOC含量少于1％重量，所述组合物可用于多金属应用中，当在微攻丝测试(Microtaptest)中用Microtap GmbH的Microtap Megatap II-G8的攻丝扭矩仪(tapping torqueinstrument)检测时，具有如检测的平均扭矩数不大于300N·cm的润滑性，所述组合物在浓缩物中或用在稀释剂中的水稀释浓缩物后包含：
-按重量计0.002至40％的组分(a)，其为润滑剂，包含具有至少一个疏水性脂族链和至少一个极性基团的至少一个水-不溶性化合物(a)，且在20℃时具有小于0.1g/升的水溶解度，且其由以下化合物组成：
·(a1)彼此独立的至少一个具有12至100个碳原子的一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的化合物，和
·(a3)至少一个具有12至5,000个碳原子的化合物(a1)衍生物，该衍生物是氯化的或硫化的衍生物、酯、醚、乙氧基化物、乙氧基化物-丙氧基化物、丙氧基化物、和/或已经与至少一个羧酸如蓖麻酸缩合的化合物；
·所述化合物(a)选自单体、寡聚体、聚合物、共低聚物和共聚物；
-按重量计0.002至40％的组分(b)，其包含至少一个水-溶性的、抑制腐蚀的化合物(b)，在20℃时具有大于0.1g/升的水-溶解度且其选自：
·(b1)彼此独立的具有4至80个碳的、链长4至12个碳原子的、直链和/或支链的、饱和和/或不饱和的水-溶性化合物，选自以下化合物：一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸和多元羧酸及它们的碱金属盐、碱土金属盐、它们的酯及它们的乙氧基化物，
-按重量计0.002至45％的至少一个乳化剂和分散剂(c)，其含至少一个乳化性和/或分散性化合物(c)，其为水-溶性的、水-易混溶的或水-可分散的，且其选自非离子型、阴离子型和两性离子型表面活性剂且选自(c3)链烷酸、脂肪酸、醚羧酸盐和/或其他有机酸，相互独立地为乙氧基化的或乙氧基化的-丙氧基化的；
-按重量计0.002至30％的碱化剂(d)，含选自碱金属和碱土金属的氢氧化物和碳酸盐的至少一个碱性的水-溶性化合物(d1)；和
-按重量计0.004至99％的主要含水的转运组分(e)。
2.权利要求1的水性金属加工组合物，其中组分(a)化合物对组分(b)化合物对组分(c)化合物的重量比在从1:(0.1至10):(0.01至30)范围内。
3.权利要求1或2的水性金属加工组合物，其中的金属加工组合物在浓缩物中包含以下含量的组分：含量在从10至20％重量范围内的(a)，含量为5至10％重量的(b)，含量在从10至20％重量范围内的(c)，含量在从5至15％重量范围内的(d)，含量在从70至25％重量范围内的(e)和总含量为0或在从0.01至10％重量范围内的任选的组分。
4.权利要求1至3的任一项的组合物，该浓缩物是清澈的或半透明的微-乳液。
5.权利要求1至4的任一项的组合物，其在25℃时为分散液、乳液和/或溶液，并且其中按重量计至少95％的组合物在25℃时是液态。
6.权利要求1至5的任一项的组合物，其pH在从5至13范围内。
7.权利要求1至6的任一项的水性金属加工组合物，其对多-金属目的是特别有用的，和/或其为乳液，其疏水性微滴的平均疏水性微滴大小在特别适于浓缩物的从10至200nm范围内，和其为乳液，其疏水性微滴的平均微滴大小在特别适于稀释物的从10nm至30μm范围内，其中所述疏水性微滴的平均疏水性微滴大小采用Marvern Mastersizer的光散射技术测定。
8.权利要求1至7的任一项的水性金属加工组合物，当在微攻丝测试中用MicrotapGmbH的攻丝扭矩仪器Microtap Megatap II-G8检测时，其具有如所检测的平均扭矩数不大于300N·cm的润滑性。
9.权利要求1至8的任一项的水性金属加工组合物，其中的组合物包含至少一个选自如下的化合物(a1)：月桂酸/十二烷酸、肉豆蔻酸/十四烷酸/肉豆蔻烯酸、十五烷酸、棕榈酸/十六烷酸/棕榈烯酸/十六烷多烯酸、十七烷酸/十七烯酸、蓖麻酸、硬脂酸/十八酸、亚油酸/二十烷酸、油酸、亚油酸/亚麻酸/十八碳四烯酸、二十酸/二十碳-9-烯酸(gadoleic)/二十碳二烯酸/花生四烯酸/二十碳五烯酸、二十一酸、二十二酸/山嵛酸/芥酸/二十二碳多烯酸(docosapolyenoic acid)、二十二碳六烯酸、二十四烷酸及它们的衍生物和任何组合。
10.权利要求1至9的任一项的水性金属加工组合物，其中的疏水性润滑剂(a)含至少三个或至少四个不同的化合物(a)，特别是达到最佳润滑性时。
11.权利要求1至10的任一项的水性金属加工组合物，其中所含的组分(a)的含量在按重量计从0.01至28％范围内。
12.权利要求1至11的任一项的水性金属加工组合物，其中的抑制腐蚀的化合物(b)选自每个化合物总共具有6至40个碳原子的羧酸及它们的盐。
13.权利要求1至12的任一项的水性金属加工组合物，其中的抑制腐蚀的组分(b)含至少两个或至少三个或至少四个不同的化合物(b)，特别是达到最佳防腐蚀保护时。
14.权利要求1至13的任一项的水性金属加工组合物，其中包含按重量计在从0.01至28％范围内的组分(b)。
15.权利要求1至14的任一项的水性金属加工组合物，其中的乳化剂和分散剂(c)具有在从1至40范围内的HLB。
16.权利要求1至15的任一项的水性金属加工组合物，其中的乳化剂和分散剂(c)含至少两个或至少三个或至少四个不同的化合物(c)，特别是获得宽泛的分布的HLB时。
17.权利要求1至16的任一项的水性金属加工组合物，其中包含的碱化剂(d)在从0.01至15％重量或从0.1至12％重量或从1至10％重量或从3至12％重量范围内。
18.权利要求1至17的任一项的水性金属加工组合物，其中按重量计至少98％的转运组分(e)是水。
19.一种制备权利要求1至18的任一项的水性金属加工组合物的方法，该方法通过首先将任何化合物(b)和(d)加入水中，然后加入任何化合物(a)，然后加入(c)，在此期间采用混合程序一直进行至此，加热至从30至50℃范围的温度并搅动，然后任选地加入所有的其他化合物。
20.一种应用权利要求1至19的任一项的水性金属加工组合物的方法，所述组合物作为冷却剂、作为润滑剂和/或用于弯曲、用于冲裁、用于镗孔、用于拉削、用于冷却、用于切削、用于拉拔、用于钻孔、用于冷成形、用于热成形、用于锻造、用于磨削、用于滚齿、用于珩磨、用于液压成形、用于叠接、用于润滑、用于成形、用于铣削、用于压制、用于冲孔、用于铰孔、用于冷轧、用于热轧、用于锯切、用于压印、用于攻丝、用于车螺纹、用于车削或它们的任何组合。
21.一种金属加工工艺过程，其特征在于金属加工操作用权利要求1至18的任一项的水性金属加工组合物，通过喷液冲洗、喷雾、高压喷雾、刷涂、流溢涂、槽铣涂、辊涂、浸镀或其任何组合实施。
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