ЭМУЛЬСОЛ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОСМЕШИВАЕМОЙ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2003 года по МПК C10M173/00 C10M173/00 C10M125/24 C10M129/16 C10M129/08 C10M155/02 C10M159/12 C10N40/20 

Изобретение относится к области применения смазочно-охлаждающих технологических средств в процессах обработки металлов. Может быть использовано в машиностроительной промышленности, а именно в применяющихся при механической обработке металлов водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостях (СОЖ).

Известно, что для приготовления СОЖ широко используют эмульсолы различного вида (жидкости, пасты), содержащие масляную основу, эмульгатор (поверхностно-активные вещества разного типа), стабилизатор (спирты, гликоли), различные специфические присадки и добавки (антипенные, антикоррозионные, бактерицидные).

Например в (Дубровский Ю.С., Румянцева Т.А., Чугай Г.Н. Эксплуатационные свойства водосмешиваемых смазочно-охлаждающих технологических средств. - К.: УкрНИИТИ, 1991, Вып.2, с.4 и Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов. Справочник. М.: Машиностроение, 1984, с. 81) указано, что для приготовления СОЖ широко используют эмульсолы, содержащие в своем составе минеральные масла, эмульгатор на основе таллового масла, стабилизаторы (спирты и гликоли) и добавки (например, бактерицидная - гексахлорофен). К недостаткам данных эмульсолов относятся:
- коррозионность СОЖ на их основе,
- потеря функциональных свойств эмульсола при хранении при низких температурах из-за наличия в нем воды.

- монофункциональность, токсичность и плохая водорастворимость добавки гексахлорофен.

Для ряда операций металлообработки применяется СОЖ на основе эмульсола, описанного в (Курчик Н.Н., Вайншток В.В., Шехтер Ю.Н. Смазочные материалы для обработки металлов резанием. - М.: Химия, 1972, с. 137) и состоящего из минерального масла, эмульгатора (сульфонат натрия) и различных добавок (антикоррозионные - нитрит натрия, тринатрийфосфат, кальцинированная сода). К недостаткам данного эмульсола относятся:
- монофункциональность добавок.

- токсичность нитрита натрия,
- низкая биостойкость,
- нестабильность при хранении (выпадает осадок).

Наиболее близким (прототип) к предлагаемому нами эмульсолу является эмульсол, описанный в (Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов. - Справочник. М.: Машиностроение, 1984, с. 82), который представляет собой смесь минерального масла; эмульгатора - нефтяных сульфонатов натрия, экстракта трансформаторного дистиллята, триэтаноламина; антикоррозионной добавки (нитрит натрия). К основным недостаткам прототипа относятся:
- токсичность нитрита натрия и триэтаноламина,
- потеря функциональных свойств эмульсола при хранении при низких температурах из-за наличия в нем воды.

- применение в качестве основного смазывающего компонента минерального масла с кинематической вязкостью при 50^oС в узком интервале 9,5-12,5 мм²/с, что не позволяет использовать СОЖ на основе данного эмульсола в широком спектре применяемых операций металлообработки,
- высокая стоимость.

Задача изобретения - получение эмульсола для приготовления водосмешиваемых СОЖ с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в
приготовлении эмульсола, содержащего следующие компоненты, мас.%:
Базовая масляная основа с вязкостью кинематической при 50^oС 5-40 мм²/с - 30-50
Эмульгатор - 25-45
Антипенная присадка ПМС-200А или аналог - 0,06-0,12
Триполифосфат натрия - 4-10
Бактерицидно-антикоррозионная добавка - 4-10
Этиленгликоль - Остальное
В качестве эмульгатора используют синтанол марки АЦСЭ-12, представляющий собой смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших жирных спиртов фракции C₁₆-С₂₀.

Бактерицидно-антикоррозионная добавка представляет собой нейтрализованный продукт взаимодействия этерифицированной смеси ди- и триметилолмочевины с солью фосфорной кислоты.

Антипенная присадка ПМС-200А или аналог - кремнийорганическая жидкость или, иначе, полиметилсилоксан.

Общим признаком для прототипа и изобретения является наличие в их рецептуре минерального масла.

Отличительные признаки прототипа и изобретения следующие:
- в прототипе в качестве эмульгаторов используются нефтяные сульфонаты натрия, экстракт трансформаторного дистиллята, триэтаноламин, в изобретении эмульгатором является синтанол АЦ-СЭ-12;
- в прототипе в качестве антикоррозионной добавки используется нитрит натрия и отсутствует бактерицидная добавка, в изобретении применена бактерицидно-антикоррозионная добавка и для усиления антикоррозионных свойств в состав дополнительно введен триполифосфат натрия;
- в изобретении используется этиленгликоль, являющийся стабилизатором, в прототипе этиленгликоль отсутствует;
- в изобретении используется антипенная присадка ПМС-200А (или аналог), в прототипе последняя отсутствует.

Получение образцов эмульсолов и бактерицидно-антикоррозионной добавки, а также испытание функциональных свойств предлагаемого эмульсола показаны на следующих примерах.

Пример 1. Синтез бактерицидно-антикоррозионной добавки.

Для получения смеси ди- и триметилолмочевины в реакционную колбу с мешалкой и обратным холодильником загружали 10 мл 70 мас.% раствора карбамида и 40 мл 37 мас.% формалина, нагревали до кипения, выдерживали 40 минут.

Для этерификации смеси вводили 100 мл н-бутанола и выдерживали 7 часов. После выдержки этерифицированную смесь охлаждали до 40-45^oС и вводили 60 мл нагретого до 20-30^oС 50 мас.% раствора соли динатрийфосфата. После 4 часов смесь охлаждали, отделяли на делительной воронке спирт и в водорастворимый (нижний) слой добавляли 100 мл 15 мас.% раствора каустической соды. Выпавший хлопьевидный осадок фильтровали под вакуумом и сушили при комнатной температуре до постоянного веса. В итоге получили 40 грамм продукта. Структура вещества однозначно не установлена.

Пример 2. Получение эмульсолов.

Эмульсолы получали следующим образом:
- на первой стадии в емкости с мешалкой проводили смешение базовой масляной основы и разогретого до жидкого состояния синтанола марки АЦСЭ-12 при температуре 40-60^oС в течение 20-60 мин,
- затем при этой же температуре последовательно вводили этиленгликоль и антипенную присадку и перемешивали в течение 20 - 60 мин,
- на третьей стадии смесь охлаждали до температуры 25-30^oС, добавляли последовательно бактерицидно-антикоррозионную добавку и триполифосфат натрия и перемешивали до однородного пастообразного состояния в течение 20-60 мин.

Состав двух образцов эмульсолов, полученных по примеру 2, представлен в табл.1.

Опыты показали, что использование в качестве эмульгатора синтанола АЦСЭ-12 позволяет получать водосмешиваемые СОЖ с использованием масел различных марок (в широком интервале изменения вязкостных показателей) и происхождения.

Полученные образцы эмульсолов не имеют в своем составе воды, и поэтому в отличие от большинства применяемых эмульсолов сохраняют свои функциональные свойства и в интервале низких температур (-10÷-30^oС). Это было подтверждено в ходе исследований.

Пример 3. Определение бактерицидных свойств СОЖ.

Определение бактерицидных свойств СОЖ, приготовленных из эмульсолов по примеру 2, проводили по методике, изложенной в (Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник /Под общей ред. С. Г. Энтелиса, Э.М. Берлинера. - 2-е изд., перераб. и доп., М.: Машиностроение, 1995, с. 361).

Испытаны СОЖ, приготовленные с использованием эмульсолов состава по примеру 2 ( см. табл. 1, образец 1, 2 ) и этих же эмульсолов, но без бактерицидно-антикоррозионной добавки.

Приготовление СОЖ осуществляли путем смешения эмульсолов с водой в соотношении (по объему) соответственно 1:9 (с использованием образца 1) или 1: 19 (с использованием образца 2). Данные соотношения обусловлены требуемыми эксплуатационными свойствами СОЖ.

Затем образцы СОЖ подвергали заражению бактериями и выдерживали несколько суток при температуре 30±5^oС. После этого определяли степень биопоражения образцов СОЖ.

В результате испытаний было выяснено, что СОЖ, приготовленная из эмульсола без бактерицидно-антикоррозионной добавки, имела предельный IV-й балл биопоражения (полностью зараженная СОЖ, не пригодная к дальнейшей эксплуатации) по V-балльной шкале (от 0 до IV), а СОЖ, приготовленная из эмульсола с бактерицидно-антикоррозионной добавкой, имела 0-I балл, что соответствует хорошим эксплуатационным свойствам СОЖ.

Пример 4. Определение антикоррозионных свойств СОЖ.

Антикоррозионные свойства СОЖ, приготовленных из эмульсола по примеру 2, оценивали по методике, изложенной в (Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием/ Справочник /Под общей ред. С.Г. Энтелиса, Э. М. Берлинера. - 2-е изд., перераб. и доп., М.: Машиностроение, 1995, с. 357, 358).

Испытаны СОЖ, приготовленные с использованием эмульсолов состава по примеру 2 (см. табл. 1, образец 1, 2) и этих же эмульсолов, но не содержащих бактерицидно-антикоррозионной добавки и триполифосфата натрия.

Приготовление СОЖ осуществляли путем смешения эмульсолов с водой в соотношении (по объему) соответственно 1:9 (с использованием образца 1) или 1:19 (с использованием образца 2).

В результате проведенных испытаний было выяснено, что СОЖ, приготовленная из эмульсола без бактерицидно-антикоррозионной добавки и триполифосфата натрия, имела балл коррозии IV (по V-балльной шкале от 0 до IV баллов), что соответствует сильной степени коррозии. СОЖ, приготовленная на основе эмульсола с бактерицидно-антикоррозионной добавкой и триполифосфатом натрия (см. табл. 1), имела балл, равный 0, что соответствует отсутствию коррозии.

Пример 5. Промышленные испытания СОЖ.

Условия и результаты промышленных испытаний СОЖ, приготовленных из эмульсолов по примеру 2, представлены в табл. 2.

Показано, что СОЖ на основе предлагаемых эмульсолов обладают высокими эксплуатационными свойствами. Кроме того, сами эмульсолы не имеют токсичных добавок, а также сохраняют свои функциональные свойства после хранения при отрицательных температурах. В эмульсолах применяется многофункциональная бактерицидно-антикоррозионная добавка, что позволяет придать СОЖ высокие антикоррозионные свойства и биостойкость. Изменяя базовую масляную основу эмульсола, можно использовать СОЖ на значительно более широком спектре операций металлообработки. Способ получения эмульсола отличается простотой и не требует значительных энергозатрат.

Использование: в машиностроительной промышленности, конкретно для приготовления использующихся при механической обработке металлов водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей. Сущность: эмульсол содержит 30-50 мас.% базовой масляной основы с вязкостью кинематической при 50^oС 5-40 мм²/с, 25-45 мас. % смеси полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных жирных спиртов фракции C₁₆-C₂₀, 0,06-0,12 мас.% полиметилсилоксана, 4-10 мас.% триполифосфата натрия, 4-10 мас.% бактерицидно-антикоррозионной добавки, представляющей собой продукт взаимодействия этерифицированной смеси ди- и триметилолмочевины с солью фосфорной кислоты, и остальное - этиленгликоль. Технический результат: улучшение антикоррозионных и бактерицидных свойств и сохранение функциональных свойств при низких температурах (от -10 до -30^oС). 2 табл.

Эмульсол для приготовления водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости, содержащий следующие компоненты, мас. %:
Базовая масляная основа с вязкостью кинематической при 50^oС 5-40 мм²/с - 30-50
Смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных жирных спиртов фракции C₁₆-С₂₀ - 25-45
Полиметилсилоксан - 0,06-0,12
Триполифосфат натрия - 4-10
Бактерицидно-антикоррозионная добавка, представляющая собой нейтрализованный продукт взаимодействия этерифицированной смеси ди- и триметилолмочевины с солью фосфорной кислоты - 4-10
Этиленгликоль - Остальное