Emulgatoren zur nachhaltigen Herstellung von Kühlschmierstoffen: Diese Anforderungen werden an Emulgatoren für wassermischbare Kühlschmierstoffe gestellt
Auf Wasser basierende Kühlschmierstoffe sind eine Emulsion aus Wasser und Öl. Damit diese Komponenten eine Verbindung eingehen, sind Emulgatoren nötig. Dadurch ist es möglich, dass die Schmierstoffe während der Verwendung gleichmäßig in der Emulsion verteilt bleiben und die Werkstoffe optimal gekühlt werden. Damit dies während des Arbeitsvorgangs optimal gelingt, müssen die Emulgatoren verschiedene Voraussetzungen erfüllen.
01.08.2023
Was sind eigentlich Emulgatoren?
Emulgatoren sind chemische Stoffe mit einem besonderen Molekülaufbau. Sie sind den Tensiden zuzuordnen. Der Anteil an hydrophilen und lipophilen Anteilen ist entscheidend dafür, ob der Emulgator eher öl- oder wasserlöslich ist. Ohne den Einsatz eines Emulgators bilden sich in der Kühlflüssigkeit sogenannte Grenzflächen.
Der Emulgator oder die Tenside ermöglichen es, dass sich die Flüssigkeiten optimal miteinander verbinden. Das Mischen erfolgt durch Rühren oder Schütteln der Flüssigkeiten. Das Ergebnis dieser Mischung wird als Emulsion bezeichnet. Durch die Emulgatoren wird die Emulsion glatt, homogen und stabil gehalten.
Welche Anforderungen müssen Emulgatoren in Kühlschmierstoffen erfüllen?
Öle finden in der Industrie als Schmiermittel und Schmierstoffe ihre Anwendung. Damit sich diese Schmierstoffe mit Wasser verbinden, sind chemische Emulgatoren nötig. Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit sind den Emulsionen zusätzlich verschiedene Additive zugesetzt. Zu diesen Additiven zählen zum Beispiel Anti-Nebelzusätze oder Alterungsschutzstoffe.
Durch die Zusatzstoffe in der Emulsion sind die Werkstoffe und Werkzeuge außerdem vor Korrosion geschützt. Es ist besonders wichtig, dass die Bestandteile der Emulsion ihre besonderen Eigenschaften während der Lagerung und des Betriebs beibehalten. Nur so ist es garantiert, dass der Kühlschmierstoff seine Aufgabe optimal erfüllen kann.
Das zugesetzte Wasser der Emulsion muss sich im optimalen Wertebereich befinden
Zur Herstellung eines wasserbasierten Kühlschmierstoffs wird in der Regel normales Leitungswasser verwendet. Dem Wasser werden diverse Konzentrate zugesetzt. Normales Leitungswasser enthält verschiedene Mineralien, wie beispielsweise Magnesium, Kalzium, Kohlensäure und die Salze der Kohlensäure. Diese Mineralien sind für den Härtegrad des Wassers verantwortlich.
Wenn das zugesetzte Wasser einen Wert unter 5 °dH aufweist, kann es in der Emulsion zu einer starken Schaumbildung kommen. Ist das Wasser zu hart und übersteigt einen Härtegrad von 20 °dH, bilden sich Ablagerungen auf Werkzeugen und Werkstücken. Damit sich das Wasser im optimalen Wertebereich befindet, müssen entweder vollentsalztes Wasser oder entsprechende Mineralsalze zugesetzt werden.
Das Hydrophil-Lipophile-Gleichgewicht ist äußerst wichtig
Für Emulsionen, die als wasserbasierter Kühlschmierstoff in Verwendung sind, spielt das hydrophil-lipophile Gleichgewicht (HLB) eine äußerst wichtige Rolle. Die Hydrophil-Lipophil-Balance wird in Werte von 0 bis 20 eingeteilt. Liegt der Wert bei 0, handelt es sich um einen öllöslichen und wasserabweisenden Stoff. Bei einem Wert von 20 ist der Stoff vollkommen wasserlöslich und ölabweisend.
Für stabile Kühlschmierstoffe, sogenannte O/W-Emulsionen, ist ein Wert zwischen 8 und 18 ideal. Durch ihn wird sichergestellt, dass die Emulsion während des Betriebs die Werkzeuge und Werkstoffe optimal kühlt. Weitere Informationen hierzu stehen auf kluthe.com/magazin/emulgatoren-zur-herstellung-von-kuehlschmierstoffen/ zur Verfügung.
Die Tropfengröße hat Einfluss auf die Stabilität der Emulsion
In der dispersen Phase setzt sich die Emulsion aus einer Vielzahl von Einzelpartikeln zusammen. Dabei ist die Größe der Tropfen für die Stabilität der Emulsion verantwortlich. Je kleiner die Tropfen sind, desto höher ist die Stabilität.
Allerdings ist für die Erzeugung dieser kleinen Tropfen ein hoher Aufwand an mechanischer Energie nötig. Auch der Verbrauch an Emulgatoren ist höher.
Wie wird ein hochwertiger Kühlschmierstoff hergestellt?
Zur Herstellung von wassermischbaren Kühlschmierstoffen wird eine genaue Menge Wasser mit einem Konzentrat in einen entsprechenden Behälter gefüllt. Das Wasser wird langsam mit dem Konzentrat gemischt. Danach wird ein Rührwerk eingesetzt. Hierdurch wird eine Emulsion erzeugt, die ausreichend kleine Tropfen aufweist.
In der Industrie wird der benötigte Kühlschmierstoff direkt in einem Dosiergerät angemischt. Dieses Dosiergerät hat einen Frischwasseranschluss und ist mit einer Venturi-Düse ausgestattet. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Wassers wird der Kühlschmierstoff angesaugt und mitgerissen. Es bildet sich eine Emulsion, die Werkstücke und Werkzeuge ausreichend kühlt.
