Состав для получения смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Паркалов Виктор Павлович Ермаков Сергей Федорович Купчинов Борис Иванович Чмыхова Татьяна Григорьевна Харлан Валерий Евгеньевич Брель Александр Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(56)8791 1, 2006.2238963 1, 2004.2076897 1, 1997.61421 , 2003.1597379 1, 1990.1-230697 , 1989.0133030 2, 1985. ПАРКАЛОВ В.П. и др. Энерго- и материалосберегающие экологически чистые технологии Тезисы докладов 6-й Международной научно-технической конференции. - Гродно, 2005. - С. 7273.(57) Состав для получения смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий триэтаноламин, олеиновую кислоту, неорганическое основание,воду и смазочный компонент, отличающийся тем, что в качестве смазочного компонента содержит смесь глицерина с нерафинированным растительным маслом в массовом соотношении 1(1-1,5) и дополнительно содержит пеногаситель и бензотриазол при следующем соотношении компонентов, мас.триэтаноламин 13-17 олеиновая кислота 6-10 неорганическое основание 4-7 вода 20-25 пеногаситель 5-7 бензотриазол 1-2 смазочный компонент остальное. Изобретение относится к составам для получения водных эмульсий смазочноохлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов, применяемой в металлообрабатывающей промышленности для разделения контактирующих поверхностей инструмента и обрабатываемого изделия. 14083 1 2011.02.28 Известны СОЖ для механической обработки металлов, представляющие собой растворы электролитов, минеральные или растительные масла с добавлением различных присадок, содержащих хлор, серу, фосфор, например СОЖ состава (в ) керосин - 45,сульфофрезол - 24, олеиновая кислота - 30 и триэтаноламин - 1, применяемая для обработки нержавеющей стали 1. Однако эта жидкость не обеспечивает достаточной стойкости режущего инструмента из-за низкой охлаждающей способности и не удовлетворяет санитарно-гигиеническим условиям труда. Известна СОЖ для механической обработки металлов следующего состава, мас.триэтаноламин 0,3-0,4 нитрит натрия 0,3-0,4 железосинеродистый калий 0,3-10,0 поливиниловый спирт 0,1-0,2 вода остальное. Указанная СОЖ 2 обладает высокой охлаждающей способностью, однако низкими смазочными свойствами. В результате этого происходит налипание металла на инструмент, что, в свою очередь, приводит к задирам обрабатываемых поверхностей. Кроме того, наличие в составе СОЖ водорастворимого полимера (поливиниловый спирт) обуславливает засорение проводных магистралей оборудования. При механической обработке металлов в промышленности большое распространение в качестве смазочных сред получили водные эмульсии на основе стандартных эмульсолов типа Э-2, ЭТ и др., а также эмульсии на основе минеральных масел, смесей из растительных масел с добавками, улучшающими эксплуатационные свойства смазок. В качестве таких добавок чаще всего используют хлорированные углеводороды 3. Недостатками таких смазок являются низкая стабильность водных эмульсий на их основе и высокая токсичность хлорированных углеводородов. Известна СОЖ для механической обработки металлов 4 следующего состава, мас.олеиновая кислота 9-11 триэтаноламин 2-4 этиленгликоль 2-4 гидроокись калия 0,5-1,5 присадка Л 3-23 К 0,5-1,5 рафинированное минеральное масло остальное. Указанная СОЖ обладает невысокими противокоррозионными свойствами и низкой стабильностью водных эмульсий. Прототипом изобретения является состав 5 смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий триэтаноламин, олеиновую кислоту,эмульгатор и водонерастворимый смазочный компонент, продукт взаимодействия свободных жирных кислот растительного масла со смесью органического основания и 1520 -ного водного раствора неорганического основания в массовом соотношении 1(5-7),а в качестве водонерастворимого смазочного компонента - нейтрализованное растительное масло или его смесь с маслосодержащей фракцией переработки нефти в массовом соотношении 1(0,1-0,5) при следующем соотношении компонентов, мас.триэтаноламин 5-10 олеиновая кислота 10-20 эмульгатор 10-20 водонерастворимый смазочный компонент остальное. Недостатки прототипа невысокая смазочная способность присутствие экологически небезопасных компонентов на основе нефтепродуктов низкие противокоррозионные свойства к сплавам на основе меди. Задачи, на решение которых направлено изобретение 2 14083 1 2011.02.28 повышение смазочной способности и повышение противокоррозионных свойств водной эмульсии. Поставленные задачи решаются тем, что состав для получения смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий триэтаноламин,олеиновую кислоту, неорганическое основание, воду и смазочный компонент, отличается тем, что в качестве смазочного компонента содержит смесь глицерина с нерафинированным растительным маслом в массовом соотношении 1(1-1,5) при следующем соотношении компонентов, мас.триэтаноламин 13-17 олеиновая кислота 6-10 неорганическое основание 4-7 вода 20-25 пеногаситель 5-7 бензотриазол 1-2 смазочный компонент остальное. Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемый состав содержит в качестве смазочного компонента смесь глицерина с нерафинированным растительным маслом. Растительные масла обладают более высокой смазочной способностью по отношению к минеральным. Кроме того, в последнее время на производстве особое внимание обращают на то, что присутствие минеральных масел в составе СОЖ требует дополнительных затрат на их утилизацию. Кроме того, растительные масла образуют более устойчивые водные эмульсии, чем минеральные. Для эмульгирования масел подобрано большое количество поверхностно-активных веществ (ПАВ). Как правило, те ПАВ, которые хорошо зарекомендовали себя в качестве эмульгаторов минеральных масел, обладают низкой эффективностью по отношению к растительным маслам и наоборот. В зависимости от природного происхождения растительного масла в его составе преобладают определенные жирные кислоты олеиновая и линоленовая - в льняном пальмитиновая, олеиновая и линоленовая - в хлопковом эруковая, линолевая и эйкозеновая - в рапсовом 6. При взаимодействии растительных масел с неорганическими или органическими основаниями происходит образование мыл, которые обладают поверхностноактивными свойствами и являются высокоэффективными эмульгаторами. В предлагаемом изобретении одними из компонентов являются нерафинированное растительное масло и водный раствор неорганического основания. В качестве неорганического основания используют 15-20 -ные водные растворыили ОН. При смешении компонентов происходит нейтрализация части свободных жирных кислот растительного масла. При этом образуются натриевые или калиевые соли органических кислот (мыла), которые обладают высокой эмульгирующей способностью. Использование других оснований щелочных или щелочноземельных металлов не столь удобно, т.к. они образуют менее растворимые в воде соли органических кислот и более дорогостоящие. Использование триэтаноламина в составе СОЖ широко известно в качестве высокоэффективного ингибитора коррозии черных металлов и сплавов (чугун и различные марки сталей). В настоящем изобретении он выполняет еще одну функцию - образует органические мыла свободных жирных кислот растительных масел, которые обладают высокими бактерицидными свойствами и эмульгирующей способностью. Введение в состав заявляемой композиции олеиновой кислоты обеспечивает протекание химической реакции с неорганическим ( или ОН) и органическим (триэтаноламин) основаниями с образованием металлического мыла (олеата натрия или олеата калия) и органического высокомолекулярного мыла - олеата триэтаноламина, которые в совокупности с остальными продуктами взаимодействия оснований образуют комплексный высокоэффективный эмульгатор. Кроме того, присутствие в составе заявляемой ком 3 14083 1 2011.02.28 позиции образовавшихся соединений неорганического основания и триэтаноламина с жирными кислотами обеспечивает высокие смазочные и противокоррозионные свойства СОЖ. Однако образование такого комплексного эмульгатора приводит к тому, что затрудняется растворимость полученного состава в холодной воде. Кроме того, после испарения воды из состава СОЖ на обработанных металлических поверхностях образуется труднорастворимая пленка концентрата. Для устранения этого недостатка и повышения смазочной способности СОЖ в состав вводится глицерин. Кроме того, смешение глицерина с нерафинированным растительным маслом из-за разбавления последнего способствует более равномерному распределению образующихся неорганического и органического мыл и гомогенизации состава. Наличие большого количества высокоэффективных эмульгаторов в составе концентрата СОЖ приводит к повышенному пенообразованию водных эмульсий на его основе. Для устранения этого недостатка в состав композиции предлагается вводить пеногаситель. В качестве пеногасителя широко используют составы на основе полисилоксановых жидкостей (эмульсий). Однако их применяют для пеногашения в готовых водных эмульсиях, т.к. при введении этих веществ в концентрат происходит расслаивание. Компоненты на основе полисилоксанов распределяются на поверхности состава. Это приводит к тому, что перед приготовлением водной эмульсии из концентрата невозможно гомогенизировать состав композиции без дополнительного тщательного перемешивания, что требует затрат времени и использования дополнительного оборудования. В настоящем изобретении подобран высокоэффективный водосмешиваемый пеногаситель АКС-20, который используется в буровых растворах при нефтедобыче. Для повышения противокоррозионных свойств водных эмульсий (особенно для металлов на основе меди и ее сплавов) в заявляемый состав вводят бензотриазол. Для реализации заявляемого изобретения и приготовления состава-прототипа были использованы следующие вещества триэтаноламин (ТЭ) - ТУ 6-09-2448-91, олеиновая кислота (ОК) - ТУ 6-09-5290-86,рапсовое масло (РМ) - ГОСТ 8988-77, льняное масло (ЛМ) - ГОСТ 5791-81, ОН - ГОСТ 24363-80, глицерин (ГЛ) ГОСТ 6823-2000, ОН - ГОСТ 24363-80,- ГОСТ 4328-77,пеногаситель АКС-20 (ПГ) марки ПГ-2 - ТУ РБ 190106343.020-2004, бензотриазол (БТА)ТУ 6-09-1291-87. Композиции по заявляемому изобретению готовят следующим образом. На стадии предварительных исследований было установлено, что оптимальной концентрацией водных растворови ОН является 20-25 . Приготовление растворов более высокой концентрации (свыше 25 ) нежелательно, т.к. происходит быстрое омыление жирных кислот с образованием сгустков мыла, которые становятся труднорастворимыми и не позволяют получить гомогенного состава концентрата. Более низкие концентрации нецелесообразны, т.к. для процесса нейтрализации части свободных жирных кислот растительного масла требуется большее количество раствора гидроксида, что повлечет за собой необоснованное введение дополнительного количества воды. Это, в свою очередь, замедляет химическую реакцию омыления. Количество вводимой в состав воды обеспечивает приготовление раствора неорганического основания необходимой концентрации. В обогреваемую емкость, снабженную мешалкой, загружают нерафинированное растительное масло и глицерин, включают мешалку и нагревают смесь до температуры 7080 С. Затем при непрерывном перемешивании в смесь добавляют триэтаноламин, олеиновую кислоту и медленной струей вливают приготовленный водный растворили ОН. Перемешивают содержимое емкости еще в течение 1,5-2,0 часов. При этом происходит нейтрализация олеиновой кислоты и частичная нейтрализация свободных жирных кислот растительного маслаили ОН и триэтаноламином. 4 14083 1 2011.02.28 После охлаждения смеси до комнатной температуры в полученную массу вводят пеногаситель и бензотриазол и перемешивают до полной гомогенизации (15-20 мин). На этом процесс приготовления состава концентрата считается законченным. Для получения рабочего состава СОЖ приготавливали 5 -ные водные эмульсии (в том числе и для композиции-прототипа) перемешиванием расчетного количества концентрата в водопроводной воде. Составы образцов СОЖ приведены в табл. 1. Смазочную способность СОЖ оценивали на 4-шариковой машине трения ЧШМ-32 согласно ГОСТ 9490-75. Все опыты проводили с использованием подшипниковых шариков диаметром 12,7 мм из стали ШХ-15 с твердостью 60-62. Число оборотов шпинделя - 1420 об/мин. Длительность проведения каждого опыта составляла 10 с. Нагрузку повышали ступенчато. Определяли критическую нагрузку /-(Рк) и нагрузку сваривания (Рс). Испытания коррозионного действия эмульсий проводили по ГОСТ 6243-75 с использованием пластинок из серого чугуна по ГОСТ 1412-85 и бронзы марки БрАЖН 10-4-4. Через каждые 24 часа осуществляли визуальный контроль за состоянием металлических поверхностей и определяли время образования (1, час) точечной или сплошной коррозии. Результаты испытаний образцов СОЖ приведены в табл. 2. Как видно из табл. 2, при использовании заявляемых составов при оптимальном содержании компонентов (составы 3-8) смазочная способность СОЖ по показателю Рк превышает прототип в 1,2-1,3 раза,а по показателю Рс - в 1,2-1,4 раза. Испытания противокоррозионных свойств исследуемых составов показали, что водная СОЖ по составу-прототипу (состав 10) практически не обладает противокоррозионными свойствами к бронзе. Эмульсии, приготовленные по заявляемому составу при оптимальном содержании компонентов (составы 3-8), превосходят прототип по этому параметру на чугуне в 1,5 раза, а на бронзе в 5,7 раза. Таблица 1 Составы образцов СОЖ Содержание компонента, мас.Компонент кон 10 (протоцентрата 1 2 3 4 5 6 7 8 9 тип) ТЭА 10 12 13 14 15 16 17 18 19 8 ОК 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 ОН 2 3 4 5 5 6 7 8 9 2 3 4 5 5 6 7 8 9 Вода 20 21 22 23 25 26 28 ЛМГЛ (11,5) 73,5 47 38,5 25 11,5 РМГЛ (11) 89,9 41,8 32,2 18,8 БТА 0,1 0,5 1 1,2 1,5 1,8 2 2,2 2,5 ПГ 2 3 5 5 6 7 7 8 9 РМ 62 Продукт взаимодействия свободных жирных кислот РМ со смесью 15 ТЭА и 18 водным р-ром ОН в соотношении 16 5 Таблица 2 Результаты испытаний составов СОЖ Время появления Время появления Критическая Нагрузка свариваточечной коррозии точечной коррозии нагрузка, Рк, кг ния, Рс, кг на чугуне, 1, час на бронзе, 1, час 150 160 48 48 150 160 48 96 160 175 144 192 163 180 192 230 170 182 192 272 161 175 216 272 165 173 216 272 165 165 216 272 165 165 216 272 150 160 144 48 Источники информации 1. Алымов В.М. и др. Смазочно-охлаждающие технологические средства, применяемые при обработке металлов резанием. - М. ЦНИИЭИ легпищемаш, 1973. 2. А.с. СССР 827537, МПК С 10 М 3/04, опубл. 1981. 3. Белосевич Б.К. и др. Эмульсии и смазки при холодной прокатке. - М. Металлургия,1976. - С. 137-145. 4. Патент РФ 97105445, МПК С 10 М 173/00, опубл. 1997. 5. Патент РБ 8791, МПК С 10 М 173/00, опубл. 2006 (прототип). 6. Беззубов Л.П. Химия жиров. - М. Пищевая промышленность, 1975. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6