КОНЦЕНТРАТ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2001 года по МПК C10M173/02 C10M173/02 C10M133/08 C10M129/40 C10M137/08 C10M159/08 C10N40/22 

Изобретение относится к составам смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), в частности к концентратам смазочно-охлаждающих жидкостей (СОИ), которые применяются в виде 2,5-10% водных растворов на операциях лезвийной и абразивной обработки черных, цветных металлов и сплавов.

Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий компоненты, при следующем соотношении, мас.%: эфиры блоксополимера окисей этилена и пропилена мол.масса 2500 и одноатомных первичных спиртов фракции C₅-C₁₅ - 44-10; триэтаноламиновое мыло синтетическое жирных кислот фракции C₁-C₉ - 10-20, триэтаноламиновое мыло синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,2-1,0; триэтаноламиновое мыло олеиновой кислоты - 1-3; триэтаноламин - 9-15; полиэтиленгликоль мол.мас. 1000-3000 - 10-25; алкиленгликоль с числом атомов углерода 1-43 - 10,0; нитрит натрия - 0,5-3,5; вода - остальное (патент РФ N 1822197 C 10 М 173/02 1995).

Известный концентрат содержит свободный триэтаноламин в относительно большом количестве, который вызывает коррозию меди и медьсодержащих сплавов. Нитрит натрия и триэтаноламин ухудшают санитарно-гигиенические свойства рабочих растворов СОЖ. Полиэтиленгликоль и этиленгликоль вызывают коррозию сталей.

Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас. %: нейтрализованная триэтаноламином олеиновая кислота - 14,5-20; ди(алкилполиэтиленгликолевого)эфира фосфорной кислоты калиевая соль - 5-8; полиметилсилоксановая жидкость - 0,3-0,8; хлорированный парафин - 4-6; 6-этокситетрагидрохинолин - 0,06-0,1; ингибитор коррозии, выбранный из группы алифатических жирноароматических или ароматических аминов 0,3-1,5; едкий натр - 0,5-1,0; минеральное масло - остальное (патент РФ N 2091447 C 10 M 173/00 1997 г.).

Известный концентрат содержит хлорированный парафин, который ухудшает ингибирующие и санитарно-гигиенические свойства рабочих растворов СОЖ из-за возможного выделения хлористого водорода.

Едкий натр и амины также ухудшают санитарно-гигиенические свойства рабочих растворов. Кроме того, едкий натр вызывает коррозию алюминия.

Наиболее близким к заявляемому концентрату смазочно-охлаждающей жидкости является концентрат защитного смазочного материала, как описано в патенте (Патент РФ N 2050408, C 10 M 173/02, C 10 N 30/12, 1995), содержащий компоненты при следующем соотношении, мас. %:
Триэтаноламин - 0,5-5,0
Диоксановые спирты - 1,0-5,0
Борные эфиры диоксановых спиртов - 20,0-30,0
Соапстоки растительных масел и животных жиров - 10,0-30,0
Продукт взаимодействия триэтаноламина (ТЭА) с моноэфиром малеиновой кислоты, или продукт взаимодействия ТЭА с диалкилдитиофосфорной кислотой, или ее цинковой солью, или с дибензил-, или алкенилянтарным ангидридом, или продукт взаимодействия ТЭА с оксиэтилендифосфоновой кислотой и сульфатом цинка - 2,0 - 20,0
Целевая добавка: бактерицид, краситель, отдушка - Не более 4,5
Вода - До 100
Известный состав при достаточно высоких эксплуатационных характеристиках имеет ограничения при использовании, так как состав, содержащий продукты взаимодействия ТЭА с диалкилдитиофосфорной кислотой или ее цинковой солью или продукт взаимодействия ТЭА с оксиэтилидендифосфоновой кислотой или сульфатом цинка, не стабилен в присутствии воды и разлагается, что сказывается на ухудшении ингибирующих свойств. Наличие свободного триэтаноламина приводит к раздражению кожи рук и коррозии цветных металлов.

Задачей изобретения является создание концентрата смазочно-охлаждающей жидкости с высокими эксплуатационными характеристиками, экологически безопасного, устойчивого при хранении в условиях пониженных температур, позволяющего при использовании рабочих растворов СОЖ повышать стойкость инструмента и качество обработанной поверхности.

Задача достигается тем, что концентрат смазочно-охлаждающей жидкости содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Смесь триэтаноламиновых борных эфиров с полиэтиленгликолевыми борными эфирами - 15,0-20,0
Смесь триэтаноламиновых и калиевых солей кубовых жирных ненасыщенных кислот от отгонки олеиновой кислоты - 30,0-35,0
Ингибитор коррозии:
Продукт взаимодействия триэтаноламина с моно-, диалкилфосфорными кислотами, в которых в качестве спиртового агента используется глицерин - 20,0 - 25,0
Соапстоки растительных масел и животных жиров - 23,0-30,0
Целевая добавка: отдушка и пеногаситель - Не более 0,2
Вода - Остальное до100, не более 10,0
Смесь триэтаноламиновых борных эфиров с полиэтиленгликолевыми борными эфирами готовят путем последовательного взаимодействия борной кислоты сначала с полиэтиленгликолями в мольном соотношении (1:1,5-2), затем с триэтаноламином в мольном соотношении (1:1-1,5) в процессе приготовления концентрата, либо отдельно в другом аппарате, а затем используется в качестве компонента для приготовления концентрата СОЖ, при этом pH среды должен быть не менее 8,5.

Полученный продукт обладает бактерицидными и ингибирующими свойствами.

Смесь триэтаноламиновых и калиевых солей кубовых жирных ненасыщенных кислот от отгонки олеиновой кислоты получают в процессе приготовления концентрата путем последовательного взаимодействия кубовых кислот сначала с 10%-ным раствором гидроксида калия, взятого из расчета для нейтрализации 20 мас.% кубовых кислот, затем с триэтаноламином, взятым в массовом отношении к кубовым кислотам 1:1.

Полученная смесь триэтаноламиновых и калиевых солей кубовых жирных ненасыщенных кислот с числом атомов углерода от 18 до 22 обладает эмульгирующими, диспергирующими, проникающими и ингибирующими свойствами. Калиевые соли понижают вязкость концентрата, улучшают растворимость его в воде, повышают стабильность эмульсии.

Соапстоки растительных масел и жиров представляют собой побочный продукт производства маргарина, образующийся при рафинировании растительных масел: подсолнечного, соевого, рапсового, хлопкового и животных жиров и соответствующих саломасов - гидрированных масел и жиров (ТУ 10-0402-80-91).

В состав соапстоков входят глицериды (до 15%), мыла ненасыщенных и насыщенных кислот (до 25%) и глицерин (примеси), остальное - вода. Природные жиры - глицериды и мыла - обладают смазывающими, противозадирными, моющими свойствами.

Входящие в состав СОЖ мыла увеличивают полярность СОЖ, одновременно с чем возрастает способность их удерживаться на поверхности обрабатываемого металла. При этом они повышают защитные свойства СОЖ.

В качестве отдушки используются любые известные ароматические эфирные водорастворимые масла.

В качестве пеногасителя используют эффективные водные растворы кремнийорганических соединений, например, марки КЭ-10-34 по ТУ 6-02-1323-86.

Ингибитор коррозии представляет собой продукт взаимодействия триэтаноламина с моно-, диалкилфосфорными кислотами, в которых в качестве спиртового агента используется глицерин.

Процесс получения ингибитора коррозии заключается в следующем. Вначале к фосфорной кислоте добавляют кубовый остаток от отгонки глицерина (содержащий до 60% глицерина) в мольном соотношении 1:(1-1,5), считая на глицерин. Затем к полученному продукту добавляют триэтаноламин при массовом соотношении 1: (1-1,5), при этом продукт взаимодействия указанных компонентов представляет собой смесь триэтаноламиновых эфиров фосфорной кислоты (до 10%) с триэтаноламиновыми эфирами моно-, диалкилсфосфорных кислот (до 90%), при этом pH среды не ниже 8,5.

Полученный продукт взаимодействия триэтаноламина с кислыми эфирами фосфорной кислоты - это водорастворимый продукт, который готовится и хранится отдельно, коррозионностоек по отношению к металлам и вводится в необходимых количествах в концентрат СОЖ. Кроме того, он может быть использован в отдельных случаях самостоятельно.

Приготовление концентрата смазочно-охлаждающей жидкости осуществляется следующим образом.

В аппарат с механической мешалкой и обогревом загружают рассчитанное количество кубовых кислот от отгонки олеиновой кислоты, нагревают до 60-65^oC, добавляют необходимое количество 10%-ного раствора гидроксида калия. Смесь нагревают до 75-80^oC, выдерживают при этой температуре 35-40 мин, после чего загружают необходимое количество триэтаноламина и при температуре 75-80^oC выдерживают в течение 2 ч, при этом pH среды не ниже 8,5.

В полученный продукт последовательно загружают полученный фосфорсодержащий ингибитор коррозии, смесь борных эфиров, соапстоки и при температуре 60-65^oC перемешивают в течение 1-1,2 ч. Затем при 45-50^oC вводят воду и целевую добавку (отдушку и пеногаситель), снова перемешивают 15 мин до получения однородного продукта прозрачной консистенции.

В таблице представлены составы концентрата СОЖ в соответствии с формулой и свойства его 3%-ного раствора.

Полученный таким образом концентрат смазочно-охлаждающей жидкости представляет собой маслообразную жидкость темно-коричневого цвета, хорошо растворимую в воде с образованием полупрозрачных растворов с pH 8,5-9,3, имеющий плотность 1050-1060, кг/м³ при 20^oC.

Концентрат длительное время стабилен при хранении в условиях отрицательных температур (-15^oC). Свойства 3%-ного раствора составов по примерам показывает, что склонность к пенообразованию составляет 250-300 см³, устойчивость пены 20-25 см³, что является положительным фактором при обработке металлов. Коррозионная активность по ГОСТ 6243 по отношению к чугунной стружке из стали в течение 168 ч выдерживает.

Испытания образцов СОЖ (по прототипу) и предлагаемого состава в виде 5%-ного раствора проводились при точении жаропрочного сплава на никелевой основе ЭИ 698 при скорости резания V = 20 м/мин; подача S = 0,2 мм/об и глубине резания t = 0,5 мм. За критерий затупления был принят износ по задней грани резца, равный 0,5 мм.

Анализ результатов испытаний показал, что стойкость резцов составила 28 мин при работе с предлагаемой СОЖ и 12 мин при работе с СОЖ по прототипу.

Испытания образцов СОЖ 3%-ной концентрации проводились при шлифовании нержавеющей стали 08Х18Н10Т (V_кр = 28 м/с; V_дет. = 10 м/мин, t = 0,01 мм/дв. ход.).

Шероховатость поверхности при шлифовании с предлагаемым составом составила R_a ~ 0,58 мкм, при использовании СОЖ по прототипу R_a ~ 0,74 мкм.

Технология получения СОЖ безотходна.

Выбросы в атмосферу отсутствуют.

Использование: в виде водных растворов на операциях лезвийной и абразивной обработки черных, цветных металлов и сплавов. Сущность изобретения: концентрат содержит, мас.%: смесь триэтаноламиновых борных эфиров с полиэтиленгликолевыми борными эфирами 15 - 20, смесь триэтаноламиновых и калиевых солей кубовых ненасыщенных жирных кислот от отгонки олеиновой кислоты 30 - 35; ингибитор коррозии - продукт взаимодействия триэтаноламина с моно-, диалкилфосфорными кислотами, в которых в качестве спиртового агента используется глицерин 20 - 25, соапстоки растительных масел и животных жиров 23 - 30; воду - до 100, не более 10. Целевые добавки: отдушка, пеногаситель не более 0,2. Технический результат - повышение стойкости инструмента более чем в два раза и повышение качества обработанной поверхности. Концентрат обладает бактерицидными и ингибирующими коррозию свойствами, стабилен при хранении в условиях отрицательных температур. 1 табл.

Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости, содержащий соапстоки растительных масел и животных жиров, эфиры борной кислоты, ингибитор коррозии, целевую добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве эфиров борной кислоты концентрат содержит смесь триэтаноламиновых борных эфиров с полиэтиленгликолевыми борными эфирами, в качестве ингибитора коррозии - продукт взаимодействия триэтаноламина с моно-, диалкилфосфорными кислотами, в которых в качестве спиртового агента используется глицерин, дополнительно содержит смесь триэтаноламиновых и калиевых солей кубовых жирных ненасыщенных кислот от отгонки олеиновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Смесь триэтаноламиновых борных эфиров с полиэтиленгликолевыми борными эфирами - 15,0 - 20,0
Смесь триэтаноламиновых и калиевых солей кубовых жирных ненасыщенных кислот от отгонки олеиновой кислоты - 30,0 - 35,0
Указанный ингибитор коррозии - 20,0 - 25,0
Соапстоки растительных масел и животных жиров - 23,0 - 30,0
Целевая добавка: отдушка, пеногаситель - Не более 0,2
Вода - Остальное до 100, не более 10