Способ получения смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов резанием

10 4024 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Злотников Игорь Иванович Халапсина Татьяна Ивановна Смуругов Владимир Алексеевич Шелобод Людмила Ивановна Русый Владимир Харитонович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов резанием, включающий нейтрализацию гудронов от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или технического жира, щелочным агентом до полного омыления свободных жирных кислот, последующее добавление к продукту нейтрализации при перемешивании смеси жидких углеводородов, обработку полученной смеси водным раствором соединения натрия и разбавление водой до требуемой концентрации,отличающийся тем, что нейтрализацию проводят при 55-65 , в качестве щелочного агента используют водный раствор смеси гидроксидов натрия и калия, взятых в массовом соотношении 1(0,08-0,16), в качестве смеси жидких углеводородов применяют уайт-спирит в количестве 3,2-5,6 мас.от исходного гудрона, а в качестве водного раствора соединения натрия используют раствор триполифосфата натрия в количестве 3,5-7,2 мас.по сухому остатку от исходного гудрона.(56)1089110 , 1984.1796668 1, 1993.4414121, 1983. Изобретение относится к смазочно-охлаждающим технологическим средам и может использоваться для обработки металлов резанием на операциях точения, сверления, фрезерования и шлифования. Известен способ получения смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для литья металлов под давлением путем нейтрализации при температуре 70-100 С триэтаноламином жирового гудрона полученного при дистилляции жирных кислот, выделенных после расщепления высокоолеиновых растительных масел с последующим добавлением минерального масла, обработкой полученной смеси водным раствором щелочи и разбавлением водой 1. СОЖ эффективна в процессах литья металлов под давлением, однако мало применима для обработки металлов резанием. 5842 1 Известен способ получения СОЖ для обработки металлов путем омыления триэтаноламином гудронов от дистилляции жирных кислот, выделенных из соап-стоков растительных масел при получении олеиновой кислоты, который перед омылением смешивают с головной фракцией тех же кислот с последующим добавлением к продукту омыления минерального масла и разбавлением полученной смеси водой 2. Полученная по данному способу СОЖ эффективна для обработки металлов давлением, литья под давлением и может применяться для обработки металлов резанием. Недостатком способа является необходимость использования только специального гудрона, полученного из соапстоков растительных масел при производстве олеиновой кислоты. Кроме того, известная СОЖ не обеспечивает низкого коэффициента трения - главного показателя смазочных сред. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения СОЖ для обработки металлов включающий нейтрализацию гудронов от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или технического жира щелочным агентом - триэтаноламином при 70-100 С до полного омыления свободных жирных кислот, последующее добавление к продукту нейтрализации при перемешивании смеси жидких углеводородов - минерального масла в их массовом соотношении 11-12,5, обработку полученной смеси водным раствором соединения натрия гидроксида натрия, взятого в количестве 0,5-1,0 мас.в расчете на смесь и разбавление водой до требуемой концентрации 3. К недостаткам способа следует отнести его длительность и высокий расход энергии, необходимость использования токсичного вещества триэтаноламина. СОЖ получаемая по данному способу обладает недостаточными антифрикционными свойствами, что вызывает необходимость использования более высокой концентрации (не ниже 5 ). Кроме того, СОЖ, получаемая по данному способу содержит минеральное масло, а как известно масляные СОЖ характеризуются сильным дымлением при жестких режимах механической обработки и трудно смываются с поверхности обработанной детали. Задача изобретения - снижение длительности и энергоемкости способа, повышение его экологичности, а также повышение антифрикционных свойств, стабильности и удаляемости полученной СОЖ. Поставленная задача решается тем, что в способе получения смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов резанием, включающем нейтрализацию гудронов от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или технического жира, щелочным агентом до полного омыления свободных жирных кислот, последующее добавление к продукту нейтрализации при перемешивании смеси жидких углеводородов, обработку полученной смеси водным раствором соединения натрия и разбавление водой до требуемой концентрации, нейтрализацию проводят при 55-65 С, в качестве щелочного агента используют водный раствор смеси гидроксидов натрия и калия,взятых в массовом соотношении 1(0,08-0,16), в качестве смеси жидких углеводородов применяют уайт-спирит в количестве 3,2-5,6 мас.от исходного гудрона, а в качестве водного раствора соединения натрия используют раствор триполифосфата натрия в количестве 3,5-7,2 мас.по сухому остатку от исходного гудрона. Применяемый для изготовления СОЖ жировой гудрон представляет собой кубовый остаток дистилляции жирных кислот соапстоков растительных масел и технического жира и имеет следующий химический состав, мас.миристиновая кислота 0,5-1,0 пальмитиновая кислота 15-20 стеариновая кислота 1-2 олеиновая кислота 20-30 линолевая кислота 30-40 продукты полимеризации и конденсации углеводородов остальное. Гудрон содержит комплекс предельных и непредельных жирных кислот, обеспечивающих его высокую смазочную способность, а получаемые при нейтрализации (омыле 2 5842 1 нии) гудрона мыла имеют достаточно высокую моющую, смазывающую, эмульгирующую и экранирующую способность. Использование в предлагаемом способе для нейтрализации гудрона не триэтаноламина, а смеси гидроокиси натрия и калия позволяет ускорить процесс нейтрализации, снизить его температуру, добиться более полного омыления и, как следствие, большей стабильности СОЖ и избежать токсичного действия триэтаноламина. Использование для нейтрализации гудрона щелочи, содержащей гидроксид калия в количестве меньшем, чем 0,081 по отношению к гидроксиду натрия, удлиняет процесс омыления, так как образующиеся в малом количестве калиевые мыла играют роль эмульгаторов по отношению к гудрону и увеличивают растворимость омыленного гудрона. Использование щелочи с содержанием гидроксида калия в количестве большем, чем 0,161 по отношению к гидроксиду натрия не приводит к дополнительному положительному эффекту, но требует повышенного расхода гидроксида калия, который значительно дороже гидроксида натрия. Проведение нейтрализации при температуре ниже 55 С сильно замедляет процесс, а при температуре выше 65 С приводит к дополнительному перерасходу энергии. После проведения нейтрализации в смесь добавляют уайт-спирит, который обеспечивает лучшее растворение неомыляемых смолистых веществ, всегда присутствующих в гудронах. Использование уайт-спирита в количестве 3,2 мас.не обеспечивает полной растворимости смолистых веществ, что приводит к образованию нерастворимых включений в СОЖ и ценообразованию. Использование уайт-спирита в количестве более 7,2 мас.приводит к снижению стабильности эмульсии. Полученную смесь обрабатывают водным раствором триполифосфата натрия, который благодаря щелочной реакции является стабилизатором и обеспечивает высокую стабильность эмульсии при последующем растворении водой. Благодаря обработке триполифосфатом натрия концентрат хорошо разбавляется даже в холодной воде. Снижение содержания триполифосфата натрия менее 3,5 мас.снижает растворимость концентрата и стабильность получаемой эмульсии. Повышение содержания сверх 7,2 мас.не приводит к дополнительному положительному эффекту. СОЖ по предлагаемому способу получают следующим образом. Жировой гудрон,указанного выше состава, помещают в обогреваемый смеситель и подогревают до температуры размягчения 55-65 С. После этого в гудрон при непрерывном перемешивании небольшими порциями добавляют 10 водный раствор смеси гидроксидов натрия и калия. Процесс ведут в течение 30-40 мин до полного омыления гудрона. Расход щелочи при этом составляет около 2-3(по сухому остатку) от массы исходного гудрона, в зависимости от кислотного числа и числа омыления используемого гудрона. В полностью омыленный гудрон при непрерывном перемешивании добавляют уайт-спирит при указанной выше температуре и перемешивают в течение 5 мин. Далее к смеси добавляют триполифосфат натрия в виде 10-20 водного раствора. После этого смесь перемешивают в течение 5-10 мин. Полученный концентрат разбавляют водой (можно холодной) до содержания в нем воды - 50 мас. . Последующее разбавление водой до рабочей концентрации 4 мас.производят, как правило, после транспортировки концентрата к месту потребления. В готовый продукт можно вводить стандартные добавки функционального назначения бактерицидную добавку, ингибитор коррозии. Конкретные примеры осуществления предлагаемого способа приведены в табл. 1. Сравнительные режимы осуществления способа приведены в табл. 2. Сравнительные характеристики СОЖ, изготовленной по предлагаемому способу и по прототипу приведены в табл. 3. Как следует из представленных в табл. 2 данных, общая продолжительность процесса изготовления СОЖ по предлагаемому способу в 2 раза меньше, чем по прототипу, а температура проведения процесса в 1,3-1,5 раза ниже, что значительно снижает энергозатраты. Изготовление СОЖ по предлагаемому способу не требует применения токсичного триэтаноламина, что повышает экологичность способа. СОЖ, приготовленная по предлагаемому способу, обеспечивает коэффициент трения в 2-3 раза ниже, чем у прототипа, а 3 5842 1 стабильность водной эмульсии СОЖ выше в среднем на 10-12 . Удаляемость водными растворами синтетических моющих средствСОЖ, изготовленной по предлагаемому способу, в 2 раза выше, чем по прототипу. Рабочая концентрация СОЖ, изготовленной по предлагаемому способу, в 1,25 раза ниже, чем по прототипу, что значительно экономит концентрат и ведет к удешевлению самой СОЖ. Контрольные примерыипоказывают, что выход за заявляемые пределы содержания компонентов, их массовых соотношений и температурных режимов приводит к ухудшению свойств получаемой СОЖ. Таким образом, только полное сочетание отличительных признаков приводит к достижению положительного результата. Коэффициент трения определяли на машине трения СМТ-1 по схеме вал-плоский образец при непрерывной подаче СОЖ в зону трения. Скорость скольжения составляла 0,5 м/с, а нагрузка 40-100 МПа. Эта схема наиболее полно реализует режим обработки металлов резанием. Кроме того, коэффициент трения контролировали методом осадки кольцевых образцов из алюминия. Наружный диаметр кольцевых заготовок - 48 мм,внутренний - 24 мм, высота - 10 мм. Образцы осаживались до высоты 6,5-7 мм. Коэффициент трения определяли по номограмме. Стабильность эмульсии СОЖ определяли по ГОСТ 6243-75. О стабильности судили по процентному соотношению отслоившейся части к исходной. Удаляемость СОЖ с поверхности детали определяли по времени удаления СОЖ при промывке детали в раствореЛабомид 101 с концентрацией 15-20 г/л и температурой 805 С. Отсутствие остатков СОЖ на детали определяли визуально, время удаления фиксировали по секундомеру. Таблица 1 Примеры осуществления способа Номер примера Температура омыления, С 50 55 60 60 60 65 70 Количество щелочи, мас.от гуд 2 2 2,3 2,5 2,8 3 3 рона, при соотношении 10,05 10,08 10,1 10,12 10,14 10,16 10,2 Количество уайт-спирита, мас.от гудрона 3,0 3,2 3,8 4,4 5,0 5,6 6,0 Количество триполифосфата натрия,мас.от гудрона 3,0 3,5 4,5 5,4 6,3 7,2 8,0 Таблица 2 Сравнительные режимы осуществления предлагаемого способа и прототипа Продолжительность,Температура, С мин Операция прототип, заявляеп/п прототип а.с. заявляемый а.с. мый спо 1089110 способ 1089110 соб 1. Омыление гудрона 60-90 30-40 70-100 55-65 2. Введение минерального масла или уайт-спирита 5 5 70-100 55-65 3. Обработка раствором щелочи или триполифосфата натрия 30-40 5- 10 70-100 55-65 4. Разбавление водой до концентрации 50 . 10 10 70-90 15-20 5. Разбавление водой до рабочей концентрации (4 -5 ). 10 10 70-90 15-20 6. Общая продолжительность 115- 155 60-75 процесса. 4 5842 1 Таблица 3 Сравнительные характеристики СОЖ Характеристика Рабочая концентрация СОЖ,Коэффициент трения Стабильность СОЖ,Удаляемость раствором По предлагаемому способу (номера примеров) Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.