КОНЦЕНТРАТ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 2000 года по МПК C10M173/02 C10M173/02 C10M129/38 C10N40/24 

Изобретение относится к водным эмульсиям синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ) анионного характера, применяющимся в качестве смазочно-охлаждающихся жидкостей (СОЖ) при механической обработке металлов (точение, сверление, фрезерование, штамповка, полирование, волочение и др.), а также в качестве антиадгезионных смазок для металлических форм при изготовлении железобетонных изделий.

Известен концентрат СОЖ, предназначенный для механической обработки металлов и представляющий собой не менее чем 30%-ную водную эмульсию натриевых мыл кубовых остатков производства синтетических жирных кислот (КО СЖК). Концентрат получают путем омыления КО СЖК едким натром до содержания натриевых мыл не менее 1,7 мг-экв/г в расчете на жировую часть [1] /Патент РФ N 2043396, C 10 M 173/02/. Данный ПАВ выпускается под торговой маркой "ЭМКО" (ТУ 38.302-30-51-92 и ТУ 84-07509103.454-96) на двух химических предприятиях Российской Федерации и представляет собой твердую пасту темно-коричневого цвета со следующими показателями качества:
Показатель - Норма
Массовая доля сухого остатка, % - Не менее 30,0
Массовая доля едкого натра в пересчете на сухой остаток, % - Не более 0,1
Содержание мыл синтетических жирных кислот в пересчете на сухой остаток, мг-экв/г - Не менее 1,7
pH 2%-ной водной эмульсии - 11 - 12
Под торговой маркой "Эмульсол ЭКС" известен также состав СОЖ на основе натриевых мыл КО СЖК (КО СЖК омылены едким натром до значения кислотного числа, равного 8...10 мг КОН/г), содержащих на ряду с ним воду и минеральное масло [2] /"Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества". Справочник, под ред. А.А.Абрамзона и др. 1984, с.102-104/. Недостатками перечисленных выше известных концентратов ПАВ, содержащих натриевые мыла КО СЖК, являются их слабые антикоррозионные свойства по отношению к металлам, а также достаточно высокая трудоемкость приготовления эмульсий, разбавленных до рабочей концентраций (2...4%), из-за сложности процесса эмульгирования твердой пасты, требующего интенсивного перемешивания и повышенной температуры. Это усложняет приготовление рабочих растворов СОЖ и ограничивает их области применения. Кроме того, по причине высокой щелочности, известные СОЖ оказывают раздражающее действие на незащищенные участки кожи и слизистые оболочки тела человека, что требует определенных мер предосторожности при работе с ними.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является эмульсионный концентрат СОЖ для механической обработки металлов, содержащий воду и смесь натриевых и триэтаноламиновых мыл КО СЖК, выпускающийся под торговым названием "ЭМКО-22" (ТУ 84-07509103.455-96) [3-прототип] /патент РФ N 2103332, C 01 M 173/02, 27.01.98/. Данный концентрат СОЖ получают путем опыления КО СЖК смесью едкого натра и триэтаноламина до содержания в готовом продукте не менее 1,9 мг-экв/г мыл в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламиновых мыл не менее 0,6 мг-экв/г, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Смесь натриевых и триэтаноламиновых мыл КО СЖК - 30 - 50
Вода - Остальное
В соответствии с требованиями действующих технических условий концентрат СОЖ "ЭМКО-22" представляет собой вязкую пасту темно-коричневого цвета и имеет следующие показатели качества:
Показатель - Норма
Массовая доля сухого остатка, % - Не менее 30,0
Массовая доля едкого натра в пересчете на сухой остаток, % - Не более 0,1
Содержание мыл синтетических жирных кислот в пересчете на сухой остаток, мг-экв/г - Не менее 2,0
Содержание триэтаноламиновых мыл синтетических жирных кислот в пересчете на сухой остаток, мг-экв/г - Не менее 0,6
pH 2%-ной водной эмульсии - 11 - 12
В отличие от описанных ранее СОЖ на основе натриевых мыл КО СЖК концентрат ПАВ по прототипу благодаря своей консистенции - невысокой твердости хорошо эмульгируется в воде при его разбавлении, то есть обладает улучшенной технологичностью при применении. Образование в его составе триэтаноламиновых мыл благоприятно сказалось на улучшении антикоррозионных свойств по отношению к черным металлам. Однако это же вызвало отрицательный эффект по отношению к цветным металлам на основе меди (латунь, бронза и др.), что препятствует его использованию, например, при волочении радио- и электропроводов. Как и предыдущие концентраты СОЖ, состав-прототип имеет высокую щелочность и, соответственно, действует раздражающе на незащищенные участки кожи и слизистые тела человека. Кроме того, недостаток известного состава заключается в том, что он не обладает антиадгезионными свойствами и не может быть использован в строительной индустрии для смазки металлических форм при производстве изделий из железобетона, пенобетона и аналогичных материалов.

Техническая задача, решаемая в рамках предлагаемого изобретения, заключается в разработке концентрата ПАВ на основе натриевых и триэтаноламиновых мыл КО СЖК, который не проявлял бы коррозионного воздействия на медные сплавы и раздражающего действия на незащищенные участки тела, а обладал бы свойствами антиадгезионной смазки между черными металлами форм и изделиями из бетона.

Решение указанной выше задачи достигается за счет того, что в отличие от известного концентрата СОЖ на основе воды и смеси натриевых и триэтаноламиновых мыл КО СЖК, содержащего не менее 1,9 мг-экв/г мыл в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламиновых мыл не менее 0,6 мг-экв/г, заявляемый концентрат ПАВ дополнительно содержит КО СЖК с кислотным числом 70 - 100 мг КОН/г при следующем соотношении между компонентами, мас. %:
Смесь натриевых и триэтаноламиновых мыл КО СЖК - 22,5 -48,0
КО СЖК - 7,5 - 16,0
Вода - Остальное
В отличие от состава-прототипа для получения заявляемого концентрата ПАВ можно использовать кубовые остатки СЖК только марки "Б" с кислотным числом 70 - 100 мг КОН/г (ТУ 38-10712331-89) производства АО "Уфанефтехим".

Технология производства концентрата ПАВ двухстадийна и заключается в первоначальном синтезе смеси натриевых и триэтаноламиновых солей кубовых остатков СЖК путем омыления последних в водном растворе едкого натра и триэтаноламина в режиме кипения реакционной массы (температура около 100^oC) с последующим охлаждением полученной эмульсии до 50 - 60^oC и ее смешении с расплавленным КО СЖК до получения однородной массы. Если концентрат ПАВ получать одностадийным методом, то есть неполностью омылять КО СЖК, то образуется качественный продукт, не обладающий антикоррозионными и антиадегизионными свойствами. В этом случае, по-видимому, более глубоко протекает процесс омыления, затрагивающий не только концевые карбоксильные группы кислот, но и сложно-эфирные и простые эфирные группы, находящиеся внутри молекул СЖК, содержащихся в кубовых остатках.

Разработанный концентрат ПАВ, представляет собой пасту темно-коричневого цвета по консистенции от вязкой до твердой со следующими показателями качества:
Показатель - Норма
Массовая доля сухого остатка, % - 30 - 64
Массовая доля едкого натра в пересчете на сухой остаток, % - Отсутствие
Содержание мыл синтетических жирных кислот в пересчете на сухой остаток, мг-экв/г - Не менее 1,4
Содержание триэтаноламиновых мыл синтетических жирных кислот в пересчете на сухой остаток, мг-экв/г - Не менее 0,45
pH 2%-ной эмульсии - Не более 9
Заявляемые соотношения между компонентами концентрата ПАВ определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения достигаемого технического эффекта. При сумме мыла КО СЖК плюс КО СЖК менее 30% концентрат представляет собой вязкую жидкость, упаковка которой и использование у потребителя затруднены по причине ее не технологичности. И, кроме того, содержание в готовом продукте более 70% воды целесообразно с экономической точки зрения при транспортировке. При содержании сухого остатка в составе концентрата ПАВ более 64% он представляет собой твердое пластичное вещество с температурой плавления выше 60^oC, что затрудняет его дальнейшую переработку в рабочие разбавленные эмульсии у потребителя.

Рекомендуемое массовое соотношение между мылами КО СЖК и КО СЖК в составе сухого остатка концентрата также подобрано экспериментальным путем: если содержание КО СЖК более чем 16% на 48% мыл КО СЖК, то разбавленные эмульсии СОЖ, получаемые из концентрата ПАВ, становятся неустойчивыми во времени и быстро расслаиваются; если меньше соотношения 7,5%/48%, то у концентрата ПАВ снижается ингибирующее влияние по отношению к медным сплавам и резко ухудшаются антиадгезионные свойства (бетонные изделия при пропарке прилипают к металлическим формам, что приводит к браку по наружной поверхности при распрессовке).

Изобретательский уровень и техническая новизна предлагаемого изобретения заключаются в том, что дополнительное введение в водную эмульсию натриевых и триэтаноламиновых мыл КО СЖК неомыленных кубовых остатков СЖК привело к неочевидному эффекту - появлению у концентрата ПАВ свойств антиадгезионной смазки, предотвращающей прилипание бетонных изделий к металлическим формам в процессе их изготовления, с сохранением при этом смазочно-охлаждающих характеристик на основе состава-прототипа.

Преимущества и техническую сущность заявляемого концентрата ПАВ иллюстрируют представленные ниже примеры.

ПРИМЕР 1.

В табл. 1 приведены рецептуры известного концентрата ПАВ и предлагаемого, а в табл. 2 - результаты определения устойчивости 2%-ных эмульсий (по ГОСТ 6243-75), полученных путем разбавления концентратов водопроводной водой с жесткостью 5,2 мг-экв/дм³, и их коррозионной активности по отношению к углеродистой стали и меди (по ГОСТ 6243-75, П.2.2).

В табл. 3 представлены результаты исследований антиадгезионных свойств данных эмульсий на границе раздела "металл-бетон". При этом методика определения была следующая. Внутренние поверхности разборных металлических форм из углеродистой стали Ст.3 ВСп. в виде куба размером 100 х 100 х 100 мм без верхней крышки при помощи кисти покрывали эмульсиями, полученными из концентратов ПАВ NN 1-6 (табл. 1). Затем кубы заполняли бетонной смесью, состоящей из песка с модулем крупности 2,0, воды и портландцемента марки ПЦ - 400. Отверждение бетона проводили при 90^oC в автоклаве в течение 24 часов. Антиадгезионные свойства оценивали по степени дефектности боковых поверхностей полученных бетонных кубов, выраженной в процентах от общей площади.

Как видно из табл. 1-3, предлагаемый концентрат ПАВ позволяет получать нерасслаивающиеся эмульсии, которые имеют коррозионную активность по отношению к углеродистой стали на уровне состава-прототипа, а по отношению к меди - в несколько раз меньше. Кроме того, дополнительное введение неомыленных КО СЖК придало эмульсиям антиадгезионные свойства.

Необходимо отметить, что разработанный концентрат ПАВ, как и состав-прототип, легко смешивается с водой при разбавлении, но в отличии от последнего не оказывает раздражающего воздействия на незащищенные участки кожи.

ПРИМЕР 2.

В табл. 4 приведены сравнительные данные по износу резцов из сплава КНТ-16 (размер 16 х 16 х 4 мм с радиусом угла 0,35 мм в трех плоскостях) при токарной обработке прутков из стали 45 (начальный диаметр 80 мм; конечный - 45 - 50 мм) в зависимости от типа применяемой 2%-ной эмульсии СОЖ. Средняя скорость резания около 1,7 м/с, общая продолжительность обточки около 6 минут. После точения с помощью микроскопа проводили замер изменения размеров режущих кромок резцов.

Как видно из табл. 4, стойкость режущего инструмента не ухудшается при замене состава-прототипа на предлагаемый ПАВ.

Таким образом, предлагаемый концентрат ПАВ имеет лучшую ингибирующую способность по антикоррозионной защите медных сплавов, обладает свойствами разделительной смазки, что распространяет область его практического использования на предприятия строительной промышленности и не раздражает кожу человека при работе с ним.

Ссылочная литература:
1. Патент РФ N 2043396, C 10 M 173/02 Опубл. в Б.И. N 25, 1995.

2 Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества. Справочник / Под ред. А.А.Абрамзона, Е.Ф.Щукина. - Л.: Химия, 1984, с. 102-104.0

Описывается новый концентрат поверхностно-активного вещества, применяющийся в качестве смазочно-охлаждающей жидкости при механической обработке металлов, а также в качестве антиадгезионной смазки металлических форм при изготовлении железобетонных изделий, на основе воды и смеси натриевых и триэтаноламиновых мыл кубовых остатков производства синтетических жирных кислот, содержащий не менее 1,9 мг-экв/г мыл в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламиновых мыл не менее 0,6 мг-экв/г, отличающийся тем, что концентрат дополнительно содержит неомыленные кубовые остатки производства синтетических жирных кислот, имеющие кислотное число 70-100 мг КОН/г , при следующем соотношении между компонентами, мас.%: смесь натриевых и триэтаноламиновых мыл кубовых остатков синтетических жирных кислот - 22,5-48,0; неомыленные кубовые остатки синтетических жирных кислот -7,5-16,0; вода - остальное до 100. Технический результат: описываемый концентрат позволяет получать эмульсии, обладающие меньшим коррозионным действием на медные сплавы, меньшим раздражающим воздействием на незащищенные участки тела, высокими антиадгезионными свойствами. 4 табл.

Концентрат поверхностно-активного вещества, применяющийся в качестве смазочно-охлаждающей жидкости при механической обработке металлов, а также в качестве антиадгезионной смазки металлических форм при изготовлении железобетонных изделий, на основе воды и смеси натриевых и триэтаноламиновых мыл кубовых остатков производства синтетических жирных кислот, содержащий не менее 1,9 мг-экв/г мыл в расчете на жировую часть, в том числе триэтаноламиновых мыл не менее 0,6 мг-экв/г, отличающийся тем, что концентрат дополнительно содержит неомыленные кубовые остатки производства синтетических жирных кислот, имеющие кислотное число 70 - 100 мг КОН/г, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Смесь натриевых и триэтаноламиновых мыл кубовых остатков синтетических жирных кислот - 22,5 - 48,0
Неомыленные кубовые остатки синтетических жирных кислот - 7,5 - 16,0
Вода - Остальное