НОВЫЕ ВОДОРАСТВОРИМЫЕ РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА Российский патент 1999 года по МПК B23Q11/10 B24B55/02 C10M107/44 C10M149/18 C10M173/02 C10M173/02 C10M125/24 C10M129/50 C10M149/18 C10N10/02 C10N30/12 C10N40/20 

Изобретение относится к новым водорастворимым рабочим жидкостям для обработки металла, которые являются биоразлагаемыми и не требуют регенерации. Более конкретно, это изобретение относится к полиамидным солям, пригодным при резке, шлифовании, формовании и при других рабочих операциях, при которых необходима смазка. Представленные полиамидные соединения являются также антикоррозионными и более приемлемыми для окружающей среды, чем обычно применяемые жидкости на основе масла.

Вследствие заботы об охране окружающей среды ранее известные маслосодержащие жидкости для обработки металлов требовали регенерации или удаления иным образом, чем слив их в обычные системы обработки сточных вод. В некоторых случаях стоимость удаления становилась до такой степени большой, что приближалась к исходной стоимости жидкости.

Рабочие жидкости для обработки металла выполняют многочисленные функции в различных устройствах, связанных с обработкой металлов. Обычно такие функции включают отвод тепла от обрабатываемой детали и инструмента (охлаждение), уменьшение трения между стружкой, инструментом и обрабатываемой деталью (смазывание), удаление металлических обрезков, полученных при обработке, уменьшение или ингибирование коррозии и предотвращение или снижение образований на кромках, как например, между обрабатываемой деталью и инструментом.

Это сочетание функций обычно требует состава или комбинации ингредиентов в жидкости для достижения наилучших свойств, необходимых для выполнения конкретной операции по обработке металла.

Для замены маслосодержащих жидкостей, предназначенных для обработки металла, ранее предлагались различные жидкости, например первичные амиды, этилендиамин, тетрауксусная кислота, эфиры жирных кислот и алканоламиновые соли. Такие соединения можно восполнить во время использования путем растворения таблеток, содержащих такие соединения, во время срока службы жидкости. Смотри патент США N 4144188, принадлежащий Sato.

Было обнаружено, что амины являются пригодными в качестве бактерицидных добавок в маслах для резки. Такие амины включают аналинамины и арилалкиламин, например р- бензиламинофенол. Смотри EP N 90-400732, принадлежащий Noda et al.

Как указывалось выше, одной из проблем, встречающихся в промышленности, является удаление жидкостей для обработки металла. Вышеупомянутые амины удаляли из жидкостей путем биоразложения, для чего необходимо оборудование, например отстойники, емкости для обработки и емкости для переработки осадков. Такая система представлена в патенте Японии 03181395. Для соответствия нормам охраны окружающей среды могут быть использованы другие способы удаления отходов и системы удаления масла.

Улучшение санитарных условий всегда являлось предметом обсуждения во время использования маслосодержащих водорастворимых рабочих жидкостей для металлов, применяемых в настоящее время. Такие жидкости неизбежно контактируют с рабочими, использующими жидкость при резке, сгибании, резьбе и в других операциях, связанных с обработкой металла. Такие маслосодержащие жидкости создают туман в месте нахождения обрабатываемой детали, при этом туман распространяется по воздуху вблизи станка и его оператора. Для решения проблем, связанных с образованием тумана, были предприняты некоторые попытки, раскрытые в патенте Великобритании N 2252103. В этом патенте представлен полимерный сгуститель, содержащий сополимер акриламида, акрилата натрия и N-н-октилакриламида. Сополимер образован с помощью водорастворимого и водонерастворимого мономера.

Вследствие тумана и его медленного перемещения в рабочем месте при применении обычно используемых водорастворимых рабочих жидкостей для обработки металла, в рабочем месте обычно существует характерный запах, который проникает через всю поверхность. Обычно такой запах неприятен, но его терпят как неизбежное условие.

Существует необходимость в чрезвычайно биоразлагаемой, не имеющей запаха, не образующей тумана водорастворимой рабочей жидкости для обработки металла, в особенности пригодной в операциях резки. При применении такой жидкости обходятся без расходов, связанных с удалением, и при этом обеспечивается рабочее место с более приемлемыми санитарными условиями и с более подходящей атмосферой для работы.

Были обнаружены различные способы катализирования полимеризации сухой смеси аспарагиновой кислоты для образования полисукцинимида. Предпочтительным катализатором для осуществления этого в сухой среде является фосфорная кислота. Хотя фосфорная кислота в течение многих лет была известна как превосходный катализатор для термической конденсации аспарагиновой кислоты, ее традиционно используют в больших количествах для того, чтобы она образовывала жидкую или пастообразную смесь. Однако известно также использование относительно небольших количеств для поддержания по существу свободно текучего порошка. В патенте США N 5142062, принадлежащем Knebel et al, указано, например, что можно использовать весовое отношение аспарагиновой кислоты к катализатору в диапазоне от 1:0.1 до 1:2. Fox и Farada опубликовали способы термической поликонденсации α- аминокислот в публикации, названной "Analytical Methods of Protein Chemistry"; в этой публикации описана методика, в которой применяют мольное отношение аспарагиновой кислоты к катализатору, равное 1: 0.07. Fox и Farada опубликовали также использование в качестве очень эффективного катализатора полифосфорной кислоты для реакции поликонденсации аминокислот и указали при этом, что при использовании о-фосфорной кислоты возможно применение температур ниже требуемых.

В авторском свидетельстве N 116464 описан способ обработки металла, при котором осуществляют его смазку. В данном способе в качестве охлаждающей жидкости используют водный раствор из хлористого кальция, триэтаноламина, нитрита натрия, глицерина, гексаметафосфата натрия и смачивателя.

В данном изобретении представлена в значительной степени биоразлагаемая, не создающая запаха и не образующая тумана водорастворимая рабочая жидкость для обработки металла, содержащая полиаспарагиновые полимеры, выбранные из группы, состоящей из кислоты, солей и амидов, полученных при полимеризации аспарагиновой кислоты. Такие полимеры обычно получают термической конденсацией L-аспарагиновой кислоты для обеспечения полисукцинимида, который затем гидролизуют известными средствами для получения водорастворимой, биоразлагаемой в значительной степени полиаспарагиновой кислоты или солей. Такие полимеры обычно имеют молекулярную массу в диапазоне от около 1000 до около 40000.

При растворении в воде такие полимеры обеспечивают в значительной степени биоразлагаемую водорастворимую рабочую жидкость для обработки металла, пригодную в таких операциях, как резка, резьба, сгибание, шлифование, сверление, нарезка внутренней резьбы, строгание, штамповка, рассверливание отверстий, сверление глубоких отверстий, бурение, расточка, выдавливание, измельчение, кручение, распиливание и формование различных черных и цветных металлов.

Содержание таких полимеров в растворе составляет от 0,5% до 70% по весу, предпочтительно от 3% до 50% и наиболее предпочтительно от 5% до 30%.

Обычно рабочие жидкости для обработки металла этого изобретения включают полиаспарагиновую кислоту или ее соль при концентрации в диапазоне от около 3% до около 50% по весу в воде. Предпочтительные композиции этого изобретения включают от около 3% до около 15% полиаспарагиновой кислоты или ее соли в воде.

Поскольку полиаспарагиновая кислота или ее соли легко растворимы в воде, нет необходимости в специальных способах включения ее в пригодных количествах. Хотя рабочие жидкости для обработки металла этого изобретения могут включать только полиаспарагиновую кислоту, ее соль или амин в воде, обычно на практике включают также другие ингредиенты, которые усиливают желательные свойства в таких жидкостях.

В композиции этого изобретения могут быть использованы различные добавки для усиления или для способствования свойствам, которые обеспечивают возможность более значительного количества функций при использовании композиций в различных применениях, связанных с обработкой металлов. Виды добавок включают поверхностные смазки, ингибиторы коррозии, ингибиторы окисления, очищающие вещества и диспергаторы, добавки, улучшающие индекс вязкости, эмульсионные модификаторы, добавки, препятствующие истиранию, антифрикционные средства и депрессоры пенообразования.

Для усиления поверхностного смазывания могут быть использованы, например, такие добавки как: замедлители износа, замасливатели, агенты, препятствующие сверхвысоким давлениям, модификаторы трения и т.д. Типичными примерами таких добавок являются диалкилдитиофосфаты металла, диарилдитиофосфаты металла, алкилфосфаты, трикрезилфосфат, 2- алкил-4-меркапто-1,3,4-тиадиазол, диалкилдитиокарбонаты металла, диалкилфосфордитиоаты металла, в которых металлом обычно является цинк, молибден, вольфрам или другие металлы, фосфорированные жиры и олефины и парафины, жирные кислоты, карбоновые кислоты и их соли, сложные эфиры жирных кислот, органические соединения молибдена, дисульфид молибдена, дисперсии графита и бората. Такие добавки для поверхностного смазывания хорошо известны в данной области. Другие добавки включают очищающие средства и диспергаторы, которые обеспечивают функции очистки.

Хотя соединения полиаспарагиновой кислоты этого изобретения функционируют в определенном диапазоне pH как ингибиторы коррозии, в композициях этого изобретения можно применять ингибиторы коррозии, которые будут функционировать в диапазоне pH, в котором полиаспарагиновая кислота, ее соль или амид не могут функционировать как ингибиторы коррозии. Типичными примерами ингибиторов коррозии, известных в данной области, являются хромат цинка, дитиофосфаты, например дитиофосфат цинка, металлсульфонаты, в которых металлом является щелочной металл, алканоламины, например этаноламин и замещенные алканоламины, в которых основа алкильной группы для обеспечения различных свойств замещена, алкиламины, например гексиламин и триэтаноламин, боратные соединения, например борат натрия, и смеси боратов с аминами, карбоновые кислоты, включающие полиаспарагиновую кислоту при высоком значении pH (10 и выше) и алкиламидокарбоновые кислоты, особенно пригодные в тяжелой воде, молибдат натрия, эфир борной кислоты, например монобензилборат, и борная кислота с различными этаноламинами (также действующая как биостат), бензойная кислота, нитропроизводные бензойной кислоты, бензоат аммония, оксибензойная кислота, бензоат натрия, триэтаноламиновые соли карбоновых кислот с карбоксиметилтиогруппой, например триэтаноламиновая соль 1,1-(карбоксиметилтио)ундекановой кислоты. Более тщательный обзор ингибиторов коррозии представлен Aruna Bahadur в публикации, названной "Chromate Substitutes For Corrosion Inhibitors in Cooling Water Systems", представленной в Corrosion Reviews, 11(1-2), pp. 105-122, 1993, на которую здесь приводится ссылка.

Ингибиторы коррозии могут присутствовать в количествах от очень малых, например 50 част. на миллион, до таких как 15% по весу.

Предпочтительно концентрация ингибитора коррозии находится в пределах от 1% до 10% по весу, наиболее предпочтительно от 5% до 10%.

Типичной композицией данного изобретения является водный раствор, содержащий от около 5% до около 30% по весу соли или амида полиаспарагиновой кислоты вместе с ингибитором коррозии, взятым в количестве от около 1% до около 10% по весу. Например, в качестве соли полиаспаргиновой кислоты можно использовать полиаспартат натрия, имеющий pH в диапазоне от 8,5 до 10. Композиция этого изобретения может также содержать незначительные количества катализатора, используемого в реакции термической конденсации L-аспарагиновой кислоты, вследствие чего получают полимер. Таким катализатором обычно является кислота, например фосфорная кислота, которую превращают в соответствующую соль во время гидролиза имидного полимера.

Типичные ингибиторы окисления включают дитиофосфаты цинка и других металлов, пространственно затрудненные фенолы, фенолсульфиды металла, фенолсульфиды, не содержащие металла, ароматические амины.

Так как при многих операциях, в которых используют композиции этого изобретения, образуются частицы, которые следует удалить с металлической поверхности, в композициях этого изобретения применяют очищающие средства и диспергаторы. Типичные диспергаторы включают полиаминсукцинимиды, алкиленоксиды, оксибензилполиамины, полиаминсукцинамиды, полиоксисукциновые эфиры и полиаминамидимидазолины. Типичные очищающие средства включают сульфонаты металла, металлсульфонаты с усиленной основностью, фенатсульфиды металла, фенатсульфиды металла с усиленной основностью, салицилаты металла и тиофосфонаты металла.

Композиции этого изобретения могут также включать поверхностно-активные вещества, агенты, препятствующие сверхвысоким давлениям, буферы, сгустители, бактерицидные добавки и другие активирующие вещества, обычно используемые в таких композициях.

Полиаспарагиновую кислоту этого изобретения обеспечивают путем термической конденсации аспарагиновой кислоты. Для этой цели известно много различных способов. Недавно, например, был найден непрерывный способ, в котором применяют полочную сушилку, где аспарагиновую кислоту вводят в верхний уровень полок, при этом кислота циклически перемещается в горизонтальной плоскости и поставляет реагирующий материал в следующий примыкающий более низкий уровень полок.

Время пребывания материала в сушилке регулируют посредством уровней полки в сушилке, циркуляции нагретого газа, например воздуха, через сушилку и температуры. Температура в таком устройстве находится обычно в диапазоне от около 200^oC до около 350^oC, при этом время пребывания материала в сушилке находится в диапазоне от около 1,5 часов до около 3 часов. Типичная полочная сушилка коммерчески доступна от Wyssmont Company, Incorporated Fort Lee, New Jersey (Виссмонт Компани, Инкорпорейтед Форт Ли, Нью-Джерси). Другой полочной сушилкой, которую можно применять в таком способе, является полочная сушилка, коммерчески производимая Krauss Maffe of Florence Kentucky (Краус Маффе оф Флоренс Кентуки).

В полочной сушилке Крауса Моффе нагретые полки являются неподвижными, и реагент удаляют с каждой пластины путем аксиального вращения плугов или лопаты. Реагент попеременно снижается с одной полки на другую на внутренний или внешний край полки. Реагент нагревается непосредственно с помощью полок.

Хотя существует несколько изомеров аспарагиновой кислоты, которые могут быть использованы для получения полиаспарагиновой кислоты, например D-, L- или DL-аспарагиновой кислоты, здесь предпочтительно использовать L-аспарагиновую кислоту.

Если в реакции применяют катализатор, время пребывания материала в сушилке может быть меньше, в зависимости от других факторов, указанных выше, в диапазоне от около 1 часа до около 1,5 часов. Недавно было обнаружено, что диоксид углерода, присутствующий в циркулирующем газе, катализирует термическую конденсацию, когда он присутствует в количествах по крайней мере около 5% по объему. Количество диоксида углерода в циркулирующем газе составляет обычно около 10% по объему.

Для получения полиаспарагиновой кислоты этого изобретения могут быть использованы различные реакторы. Типичные реакторы включают реактор List (Листа), коммерчески доступный от Aerni A.G. Augst, Switzerland, и реактор Littlerford (Литлфорда), например Laboratory Mixer (Лабораторный смеситель) модели FM 130 и модели для большего объема производства, оба доступны от Littleford Bros Inc., Florence, KY (Литлфорд Врос, Инк., Флоренс, KY).

Смеситель Литлфорда обеспечивает перемешивание, достаточное для получения псевдоожиженного слоя, и может быть снабжен рубильной машиной для диспергирования появляющихся крупных кусков или комков частиц и для обеспечения дополнительных сдвигающих усилий для псевдоожиженного слоя. Перемешивание, обеспеченное смесителем, является достаточным для поддержания частиц по существу в свободнотекучем состоянии во время всего периода протекания реакции. Смеситель Литлфорда работает обычно при температуре по крайней мере около 180^oC, и способен поддерживать нагретый слой при температуре в диапазоне от около 180^oC до около 250^oC или выше в течение времени, достаточного для полимеризации аспарагиновой кислоты. В соответствии с этим изобретением газовый поток снабжают достаточным количеством диоксида углерода для того, чтобы катализировать реакцию конденсации, что приводит к значительному уменьшению количества времени, необходимого для достижения законченной полимеризации аспарагиновой кислоты.

В результате обычной реакции термической конденсации аспарагиновой кислоты получают полисукцинимидное промежуточное соединение. Промежуточное соединение легко гидролизуется щелочным раствором в полиаспарагиновую кислоту или соль. Было найдено, что 12% по весу раствора основания щелочного металла, например гидроксида натрия, оптимально превращает промежуточное соединение в желательную полиаспарагиновую кислоту или соль.

В рабочей композиции этого изобретения, предназначенной для обработки металла, может быть использована любая из водорастворимых солей полиаспарагиновой кислоты, полученной путем термической конденсации L-аспарагиновой кислоты. Типичные соли включают соли щелочного металла, аммония, органического аммония и их смеси. Термин "щелочной металл" охватывает литий, натрий, калий, цезий и рубидий. Соли органического аммония включают такие, которые получены из органических аминов с низкой молекулярной массой, т.е. аминов, имеющих молекулярную массу ниже около 270. Органические амины включают алкиламины, алкиленамины, алканоламины. Типичные органические амины включают пропиламин, изопропиламин, этиламин, изобутиламин, н-амиламин, гексиламин, гептиламин, ундециламин, додециламин, гексадециламин, гептадециламин и октадециламин.

Полиаспарагиновая кислота или ее соль, полученные термической конденсацией L-аспарагиновой кислоты, являются пригодными в этом изобретении вне зависимости от того, какой реактор используют для их получения. Было обнаружено, что этот полимер обеспечивает смазывание, достаточное для осуществления операций по обработке черных и цветных металлов. Полиаспарагиновая кислота, полученная из других источников, является также пригодной в композиции и способе этого изобретения. Полиаспарагиновую кислоту этого изобретения можно получить, например, из процессов поликонденсации, в которых применяют малеиновую кислоту или ее производные, например таких, которые известны из патента США N 3846380, принадлежащего Fujimoto et al, патента США N 4839461, принадлежащего Boehmke, патента США N 4696981, принадлежащего Harada et al, все из которых здесь включены для ссылки. Сополимеры аминокислот могут быть также использованы в способе этого изобретения, например сополимеры, полученные в соответствии с патентом США N 4590260, принадлежащим Harada et al, хотя они и не являются предпочтительными.

Водные рабочие жидкости для обработки металлов этого изобретения являются в особенности выгодными, потому что при их использовании нет запаха, что связано с применением водных растворов полиаспарагиновой кислоты или ее солей. Кроме того, наблюдали, что жидкость не создает туман вокруг рабочей поверхности инструмента, который является обычным при использовании водных жидкостей, содержащих масло. Вследствие отсутствия образования тумана рабочая поверхность фактически свободна от жидкости, которая выходит из оборудования, при этом рабочий по существу не загрязняется рабочей жидкостью. Водные рабочие жидкости для обработки металла этого изобретения наиболее выгодны потому, что активный ингредиент, которым является полиаспарагиновая кислота или ее соль, как было обнаружено, обладает большой скоростью биоразложения. Биоразлагаемость рабочих жидкостей для обработки металла этого изобретения обеспечивает их удаление посредством обычных средств, например посредством слива их в системы обработки сточных вод. Преимущества этой жидкости в точки зрения стоимости являются очевидными, в связи с чем, ввиду заботы об окружающей среде, можно использовать альтернативные средства удаления.

Испытания, проведенные с цветными металлами, например латунью и медью, показали, что не только рабочее место является относительно свободным от загрязнений, но также и обрабатываемая деталь остается сравнительно свободной от обесцвеченных отложений.

В действительности наблюдали, что водные растворы солей полиаспарагиновой кислоты являются ингибиторами коррозии, на что указано в патенте США N 4971724, принадлежащем Kalota et al. Поэтому металлы, в частности черные металлы, не содержат вредных отложений и их в действительности защищают от коррозии посредством рабочих жидкостей для обработки металла этого изобретения.

Однако ингибирующее воздействие водных растворов полиаспарагиновой кислоты в отношении коррозии распространяется только на такие растворы, которые имеют pH в диапазоне от около 9 и выше.

Если композиция этого изобретения, в которой используют полиаспарагиновую кислоту или ее производную, обеспечивает водный раствор, имеющий pH от около 10 или ниже, в композицию рабочей жидкости для обработки металла этого изобретения рекомендуется включать ингибиторы коррозии. Однако во время широкого использования жидкостей на практике pH полиаспарагиновой композиции этого изобретения вследствие контакта с подкисляющими агентами, например диоксидом углерода в атмосфере, имеет склонность к снижению. Поэтому является обычным на практике во все композиции этого изобретения включать ингибитор коррозии. Количество ингибитора коррозии в зависимости от особенностей ингибитора и окружающей среды, в которой используют жидкость, может изменяться в широком диапазоне. Если ингибитором коррозии является, например, хромат цинка, эффективное количество составляет всего лишь 50 частей на миллион.

Рабочие жидкости для обработки металла этого изобретения являются пригодными в различных применениях, касающихся обработки металла, например таких, которые отмечены выше, при этом обработке может быть подвергнуто любое количество типов металлов. В частности, они являются пригодными при обработке черных металлов, например железа, стали (углеродистой стали и низколегированной углеродистой стали) и нержавеющей стали. Цветными металлами, которые могут быть обработаны жидкостями этого изобретения, являются медь, латунь и алюминий. Такие металлы надежно и безопасно обрабатывают смазкой, подаваемой посредством водных жидкостей этого изобретения.

В особенности важной функцией рабочей жидкости для обработки металла этого изобретения в операциях резки является функция охлаждения, состоящая в том, чтобы поддерживать пониженную температуру инструмента, а также пониженную рабочую температуру. Такое регулирование способствует снижению износа инструмента и снижению деформации обрабатываемой детали. Другой функцией рабочей жидкости для обработки металла этого изобретения является смазывание, которое снижает трение, например между инструментом и обрезками, полученными во время операции резки, а также снижение трения между инструментом и обрабатываемой деталью. В операциях резки различных типов обычно получаются обрезки из маленьких кусочков металла, которые удаляют с обрабатываемой детали так быстро, насколько это возможно, для того, чтобы они не заклинивали режущий инструмент.

Пример 1
В данном примере использовали лабораторную модель полочной сушилки, имеющей две полки, при этом реагирующий материал переходил с одной полки на другую, посредством чего моделировали условия коммерчески доступной полочной сушилки, на которую ссылались выше. Реагирующий материал поступал с одной полки на другую для того, чтобы уравнять желательное количество уровней полок коммерческой модели. Полочная сушилка, моделирующая сушилку Wyssmont Company, Fort Lee, NJ (Виссмонт Компани Форт Ли, Нью-Джерси) работала при добавлении 1 кг L- аспарагиновой кислоты на уровень полки на глубине 2,5 см в полках. Применяли в целом 28 уровней полки. В течение всего опыта температуру циркулирующего воздуха, проходящего через сушилку, поддерживали равной 305^oC. Скорость воздуха поддерживали равной 114,3 метра в минуту и скорость вращения полки была установлена равной одному вращению за 3 минуты. Для обеспечения общего количества диоксида углерода в воздухе, контактирующем с материалом на полках, равного 10% по объему, в воздух подавали диоксид углерода. С полок в разные периоды времени протекания реакции отбирали пробы и анализировали их на степень превращения в полимер, pH, цвет (APHA) и молекулярную массу. Полученные данные показаны в табл. 1 в конце описания.

Пример 2
Важным фактором при использовании рабочих жидкостей для обработки металла является количество пены, полученной при работе насосов, от струй и потока таких жидкостей. Для иллюстрации способности жидкостей этого изобретения к пенообразованию осуществили стандартный способ испытаний ASTM (D892) для проверки пенообразующих свойств. Испытания проводились с 5% и 28% водными растворами натриевой соли полиаспарагиновой кислоты. Продолжительность испытания была равна 5 минутам, данные, собранные при различных температурах и концентрациях полиаспарагиновой кислоты, показаны в табл. 2 (см. в конце описания).

Как показали результаты этого испытания, рабочие жидкости для обработки металла этого изобретения фактически не обладают склонностью к пенообразованию.

Пример 3
Провели испытание Falex (Фалекса) (ASTM D 3233В) при температуре жидкости 49^oC при 290 оборотах в минуту и концентрации натриевой соли полиаспарагиновой кислоты 5% по весу. Полученные данные показаны в табл. 3A (см. в конце описания).

Между 300 и 750 Кгс (Kgf) обнаружили визг, а при 750 Кгс (Kgf) и далее на протяжении всего испытания появился дым. Испытание завершили при нагрузке 907,5 Кгс (2000 ibf) вследствие пульсаций (колебаний) нагрузки и шума. На деталях наблюдали испарение пробы в количестве 50% по весу и черное липкое образование. Конечная температура жидкости была равна около 54^o С.

Второе испытание Фалекса осуществили с использованием рабочей жидкости, имеющей концентрацию натриевой соли полиаспарагиновой кислоты 28% по весу. Полученные данные показаны в табл. 3B (см. в конце описания).

Между 300 и 1250 Кгс (Kgf) обнаружили визг, а при 1500 Кгс (Kgf) и далее на протяжении всего испытания появился дым. Вследствие пульсаций нагрузки и шума при 465 Кгс (1026 ibf) испытание прекратили. Испарения или смолистого образования не наблюдали. Конечная температура жидкости была равна 70^oC.

Пример 4
Испытание на ржавчину (ASTM D 3603) осуществляли с использованием горизонтального диска, выполненного из малоуглеродистой стали. Ржавчину не обнаружили ни при концентрации водного раствора натриевой соли полиаспарагиновой кислоты, равной 5% по весу, при pH 10.2, ни при концентрациях 28% по весу указанного вещества.

Пример 5
Проводили испытание на истирание с использованием четырех шаров при нагрузке 40 кг и 1200 оборотах в минуту и при концентрации натриевой соли полиаспарагиновой кислоты 5% и 28% по весу. Испытания проводили при комнатной температуре в течение одного часа. Полученные данные представлены в табл. 4 (см. в конце описания).

Пример 6
Проводили испытания на коэффициент трения с использованием четырех шаров (Falex 6) (Фалекс 6) и концентрации натриевой соли полиаспарагиновой кислоты 5% и 28% по весу. Испытания осуществляли при 1200 оборотах в минуту при окружающей исходной температуре. Данные, полученные в испытаниях, показаны в табл. 5 (см. в конце описания). Результат этого испытания показывает желательный коэффициент трения для жидкости, используемой при резке.

Пример 7
Продукт примера 1 гидролизовали 12% раствором гидроксида натрия. Из натриевой соли приготовили ряд водных растворов с различной концентрацией, которые подвергали испытанию на термическую гидролитическую устойчивость. Испытание осуществляли в течение периода времени, равного 11 дням, при 78^oC в стеклянных емкостях. Устойчивость измеряли с точки зрения pH. Результаты испытаний представлены в табл. 6 (см. в конце описания).

Пример 8
Испытание на семидневную устойчивость проводили с натриевой солью примера 8 при температуре 78^oC в стеклянных емкостях. Устойчивость определили посредством изменения потерь молекулярной массы во времени. Хотя в приведенных данных показана потеря молекулярной массы, хроматографический анализ состаренных проб не показал появления аспарагиновой кислоты в испытуемых пробах. Результаты испытаний представлены в табл. 7 (см. в конце описания).

Пример 9
Испытание на истирание с использованием четырех шаров (ASTM D 2266) проводили с применением 28% водного раствора натриевой соли полиаспарагиновой кислоты. При тех же самых условиях испытывали также коммерчески доступную добавку для водной рабочей жидкости, предназначенной для обработки металла, продаваемую под торговым названием Acusol, от Rohm & Haas (Ром и Хаас), разбавленную до концентрации 28% по весу. Для сравнения испытывали также только воду. Нагрузка составила 40 кг, скорость была равна 625 оборотам в минуту. Испытание проводили в течение 1 часа при 49^oC. Среднее из трех значений представлено в табл. 8 (см. в конце описания).

Пример 10
Рабочие жидкости для обработки металла этого изобретения сравнивали с другими жидкостями в испытании на истирание, проводимом при использовании четырех шаров при нагрузке 40 кг, 1200 оборотах в минуту и при начальной температуре 48,9^oC в течение одного часа. Сравнивали четыре концентрации натриевой соли полиаспарагиновой кислоты, а также алкиламиновых солей полиаспарагиновой кислоты с другими аминокислотами, коммерчески доступными водными жидкостями, смазочным маслом и водными эмульсиями. Результаты испытаний представлены табл. 9 (см. в конце описания).

Пример 11
Токарный станок Le Blond Makino (Леблонд Макино) модели 15-544 работал при 256 оборотах в минуту и имел лезвие, покрытое карбидом, которым на глубину 0.3125 см был разрезан ряд металлических брусков (чугун, малоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь и алюминий). Используемой смазкой был 14% водный раствор полиаспарагиновой кислоты (натриевая соль), подаваемый на лезвие со скоростью 9,5 л/мин. Образования разрывов металла не наблюдали и полученный срез был гладким.

Пример 12
Провели ряд испытаний с использованием четырех шаров, в которых применяли различные водные растворы полиаспарагиновой кислоты (РАА). В табл. 10, приведенной в конце описания, показаны данные, полученные при испытании, где TSPP означает тетранатрийпирофосфат, CMS означает карбоксиметилцеллюлозу и поверхностно-активным веществом является коммерчески полученное неионогенное вещество под фабричной маркой Poly Tergent, SLF-18. Результаты испытаний показаны ниже в табл. 10. Количества компонентов в табл. 10 представлены в весовых процентах. Вязкость представлена в сантистоксах при 37.7^oC и диаметр рубца - в мм. В табл. 10, приведенной ниже, LB 400 является коммерчески доступной водной добавкой, полученной от Rhone Poulenc Co., Inc. (Роун Пуленк Ко., Инк), содержащей полиоксиэтиленоктадецениловый эфир фосфата.

Пример 13
Испытания с использованием четырех шаров при сверхвысоком давлении проводили с методикой ASTM D 2783, "Standard Method for Measurments of Extreme-Pressure of Lubricating Fluids (Four Ball Method)" ("Стандартный метод измерений свойств смазочных жидкостей при сверхвысоком давлении (Метод четырех шаров)". Это испытание применяли для оценки относительной способности смазочный жидкостей к несению нагрузки при постоянной совокупности условий. В этом испытании один стальной шар вращался под нагрузкой, в то время как три шара удерживали неподвижными. Испытуемая смазка покрывала три нижних шара. Нагрузку на вращающийся шар по мере протекания испытания увеличивали и осуществили измерение диаметра рубцов на шарах для десяти увеличивающихся нагрузок ниже зоны сварного соединения. Данные представлены в табл. 11 (см. в конце описания) в виде показателя истирания от нагрузки (kgf) и зоны сварного соединения (kgf). Показатель истирания от нагрузки вычислили путем сведения в таблицу данных, полученных из графика зависимости диаметра рубца от приложенной нагрузки, так как диаметры рубцов всегда измеряли при одинаковых приложенных нагрузках, показатель истирания от нагрузки стал функцией жидкости и металлов. Поскольку все испытания проводили с одним и тем же видом металла, показатель истирания от нагрузки использовали для оценки способностей ряда смазок к уменьшению истирания. Данные испытаний, представленные в табл. 11, получили в трех различных лабораториях при использовании одинаковых условий, за исключением того, что в лаборатории N 3 применяли скорость вращения 1800 оборотов в минуту, в то время как в лабораториях N 1 и N 2 использовали скорость вращения 1760 оборотов в минуту. В таблице "высокая молекулярная масса полиаспарагиновой кислоты" означает полимер с молекулярной массой около 38750. Иными словами, молекулярная масса полиаспарагиновой кислоты была в диапазоне 9200. Во всех случаях в результате гидролиза имидного полимера использовали натриевую соль.

Пример 14
В этом примере использовали "Испытание намотки на кручение", в котором сравнивали жидкости для удаления металла путем применения аппаратуры, в особенности подходящей для получения данных от сравнительных опытов с различными жидкостями. Этот способ и аппаратура, используемые для измерения крутящего момента во время операции отвода намотки, описаны T.H.Webb и E.Holodnik в "Journal of the American Society of Lubrication Engineers", 36,9, p. 513-529, September, 1980. В способе измеряли крутящий момент, необходимый для нарезания резьбы в образце заготовки гайки, смазанной жидкостью для удаления металла. Этот крутящий момент измеряли относительно крутящего момента, необходимого для нарезания резьбы в образце заготовки, смазанной эталонной жидкостью.

Отношение среднего значения крутящего момента испытуемой жидкости к значению крутящего момента эталонной жидкости определяли как эффективность. Эффективность двух или более жидкостей можно сравнивать, когда среднее значение крутящего момента эталонной жидкости относительно различных лент рассматривают как статистически эквивалентное.

Металлом, использованным в этом испытании, была сталь 1018. В качестве эталонной использовали коммерчески доступную жидкость для удаления металла, продаваемую под торговым названием "Sulkleer", и эффективность определили путем деления крутящего момента, необходимого при использовании коммерчески доступной жидкости, на крутящий момент, измеренный при применении используемой жидкости, и путем умножения полученного частного на 100. Более низкую эффективность наблюдали при более высоких значениях крутящего момента, измеренных при использовании испытуемой жидкости. Данные, полученные в этом испытании, представлены в табл. 12 (см. в конце описания). Процентное значение эффективности представлено в виде среднего от трех опытов для каждой жидкости.

Натриевую соль полиаспарагиновой кислоты испытывали в водном растворе, и в таблице посредством значений pH показана степень нейтрализации. В любом случае полиаспарагиновый полимер представляет натриевую соль, полученную при гидролизе имидного полимера, образованного в результате термической конденсации L-аспарагиновой кислоты.

Все результаты испытаний раствора полиаспарагиновой кислоты находятся в диапазоне результатов, найденных для коммерческого масла для резки² что указывает на то, что полиаспарагинокислотные жидкости сравнимы в эксплуатации. Как было также получено в этом испытании, переменные, например молекулярная масса, концентрация (5% в сопоставлении с 28%) и смазывающая способность добавки LB-400, фактически не оказывают воздействия на способность к отводу намотки.

Как показано данными табл. 11, Лаборатория N 3, полиаспарагиновые растворы этого изобретения обеспечивают очень высокие зоны сварного соединения, сравнимые с теми, которые характерны для коммерчески доступных жидкостей для резки. Эти данные показывают, что композиции этого изобретения являются весьма пригодными в операциях формования металла.

Хотя это изобретение было описано с точки зрения конкретных вариантов, которые изложены подробно, следует понимать, что это описание приведено только с целью иллюстрации и что изобретение неизбежно не ограничивается этим описанием, поскольку для специалистов в данной области будут очевидны альтернативные варианты и рабочие методики (с учетом описания). Соответственно могут быть рассмотрены модификации без отклонения от сущности описанного изобретения.

Изобретение относится к обработке металлов. Представлены новые водорастворимые рабочие жидкости, содержащие полиаспарагиновую кислоту и ее соли, пригодные в качестве смазки в процессах резки, сгибания, шлифования и формования как черных, так и цветных металлов. Полиаспарагиновая кислота и ее соли могут быть легко удалены после их использования без специальной обработки, так как являются биоразлагаемыми и не требуют регенерации. 3 с. и 19 з.п. ф-лы, 12 табл.

1. Способ обработки металла, при котором осуществляют смазку металла, отличающийся тем, что в качестве смазки берут водный раствор полиаспарагинового полимера, выбранного из группы, состоящей из кислоты, ее соли и амида. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор содержит от 0,5 до 70% по весу указанного полимера. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что раствор содержит от 3 до 50% по весу указанного полимера. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что раствор содержит от 5 до 30% по весу указанного полимера. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор содержит от 5 до 15% по весу указанного полимера. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор содержит адъювант. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке цветных металлов резкой, шлифованием, формованием или сгибанием раствор содержит от 3 до 50% полиаспарагиновой кислоты. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке черных металлов резкой, шлифованием, формованием или сгибанием раствор содержит от 3 до 50% полиаспарагиновой кислоты. 9. Композиция для обработки металла, содержащая водный раствор полиаспарагинового полимера, выбранного из группы, состоящей из кислоты, ее соли и амида, в котором концентрация полимера находится в диапазоне от 0,5 до 70%, и ингибитор коррозии. 10. Композиция по п.9, в которой ингибитор коррозии присутствует в диапазоне от 50 част. на миллион до 15% по весу. 11. Композиция по п.10, в которой концентрация ингибитора коррозии находится в диапазоне от 5 до 10%. 12. Композиция по п.10, в которой концентрация ингибитора коррозии находится в диапазоне от 1 до 10% по весу. 13. Композиция по п.9, дополнительно содержащая адъювант. 14. Композиция по п.9, в которой полимером является соль щелочного металла. 15. Композиция по п.14, в которой солью является натриевая соль. 16. Композиция по п.9, в которой полимером является амид. 17. Композиция по п.9, в которой ингибитором коррозии является соль бензойной кислоты. 18. Композиция по п.17, в которой ингибитор коррозии выбирают из группы, состоящей из бензоата натрия и бензоата аммония. 19. Композиция для обработки металла, включающая водный раствор полиаспартата натрия, имеющий pH в диапазоне от 8,5 до 10, фосфат натрия и ингибитор коррозии. 20. Композиция по п.19, в которой полиаспартат натрия присутствует в диапазоне от 5 до 30% по весу. 21. Композиция по п. 20, в которой ингибитор коррозии присутствует в диапазоне от 1 до 10% по весу. 22. Композиция по п.21, в которой ингибитор коррозии выбирают из группы, состоящей из бензоата натрия и бензоата аммония.