ЭМУЛЬСОЛ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2009 года по МПК C10M173/00 C10M101/04 C10M129/40 C10M129/56 C10M133/08 C10M137/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к составам эмульсолов и может быть использовано в машиностроительной промышленности, а именно при приготовлении водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей для механической обработки металлов, например точения, сверления, шлифования, а также в узлах трения качения и скольжения в текстильной, автомобильной, машиностроительной отраслях промышленности и т.д.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна смазка для механической обработки металлов на основе минерального масла и присадок, в качестве которых она содержит стеорокс-6 и медное мыло жирных кислот растительных масел [патент РФ №2130963. Опубл. 27.05.99.].

Однако в узлах трения качения и скольжения она имеет недостаточно высокие износостойкость и антифрикционные свойства.

Известна смазочная композиция, содержащая базовую основу (масло моторное, гидравлическое или индустриальное) и добавку в виде одной или нескольких солей мягких металлов жирных монокарбоновых кислот и серпентин [патент РФ №2245357. Опубл. 27.01.05.].

Однако недостатком этой смазочной композиции является большой износ и ограниченный срок службы в узлах трения (150-300 ч). Кроме этого, наличие в смазочной композиции большого количества соли мягкого металла (до 30 мас.%) увеличивает вязкостные свойства смазочной композиции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является эмульсол для приготовления водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости, содержащий, в мас.%:

олеиновая кислота9-10триэтаноламин3-4базовая основа трансформаторного масла или масло трансформаторноеостальное,

кроме того, дополнительно содержит антикоррозионную добавку - дитиофосфат цинка и бактерицидную добавку, представляющую собой нейтрализованный продукт взаимодействия смеси ди- и триметилолтиомочевины с динатрийфосфатом при следующем соотношении компонентов, мас.%: в расчете на 100 мас.% вышеуказанного состава: антикоррозионная добавка - 3,0-4,0; бактерицидная добавка - 7,0-8,0 [патент РФ №2259391. Опубл. 27.08.2005.]. Достигаемый технический результат - улучшение антикоррозионных и бактерицидных свойств эмульсола, увеличение срока службы водосмешиваемых СОЖ, получаемых на основе эмульсола.

Недостатками прототипа являются:

- высокая интенсивность износа металлообрабатывающего инструмента, не менее 1,5 мкм/км;

- недостаточно продолжительный срок службы эмульсола, не выше 3 тыс. часов;

- используемое масло производится из невозобновляемого сырья, а запасы нефти ограничены, не является биоразлагаемым и экологически безопасным. Так, минеральное масло разлагается на 25% через 7 дней, и только на 45% через 21 день, а 1 г минерального масла, попав в землю, заражает 25 см² земли, где растительность не произрастает.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является поиск состава эмульсола, включающего масло, олеиновую кислоту, триэтаноламин, антикоррозионную и бактерицидную добавки, позволяющего:

- снизить интенсивность износа металлообрабатывающих инструментов;

- увеличить срок службы смазочной композиции;

- использовать возобновляемое растительное сырье.

Поставленная задача решена эмульсолом для приготовления смазочно-охлаждающей жидкости, содержащий масло, олеиновую кислоту, триэтаноламин, антикоррозионную и бактерицидную добавки, который дополнительно содержит натриевые соли высших жирных кислот растительного происхождения, в качестве масла содержит рапсовое масло, в качестве антикоррозионной добавки - медно-кальциевый стеарат, в качестве бактерицидной добавки - нейтрализованный продукт взаимодействия тринатрийфосфата и тиомочевины, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

олеиновая кислота4-15триэтаноламин2-8медно-кальциевый стеарат1-3нейтрализованный продукт взаимодействия тринатрийфосфата и тиомочевины0,5-2натриевые соли высших жирных кислот растительного происхождения5-20рапсовое масло- остальное.

Изобретение позволяет:

- снизить интенсивность износа в 1,5-2 раза;

- увеличить срок службы инструмента до 6000 часов;

- использовать возобновляемое растительное сырье.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для приготовления заявленного эмульсола можно использовать следующие ингредиенты:

- Рапсовое масло [ГОСТ 8988-2002. Масло рапсовое. Технические условия.].

- Кислота олеиновая техническая [ГОСТ 7580-91.].

- Триэтаноламин технический (ТУ 6-02-916-79).

- Медно-кальциевый стеарат. Его получают известным способом.

В расплав омыляемой стеариновой кислоты при интенсивном перемешивании последовательно вводят 10%-ный водный раствор гидроксида натрия, а затем раствор хлорида кальция. Процесс проводят в течение 1,0-1,5 ч при температуре 70-80°С. Затем, не прекращая перемешивания, вводят 50%-ный раствор уксусной кислоты для нейтрализации избытка щелочи, доводя раствор до рН 8, после чего приливают 25%-ный раствор сернокислой меди, поднимают температуру до 80-85°С и при интенсивном перемешивании ведут процесс в течение 40-60 мин.

Соли меди и кальция берут в таком количестве, чтобы при пересчете на металлы в готовом продукте их соотношение составляло: (Cu⁰):(Са⁰)=(7-10):(1-3). После высаливания, отделения от маточного раствора и высушивания получают медно-кальциевый стеарат в твердом виде.

Бактерицидная добавка. Ее готовят следующим образом. В реакционную колбу с мешалкой и обратным холодильником загружают 50 мл (70 мас.%) раствора тиомочевины и 100 мл (50 мас.%) раствора тринатрийфосфата и выдерживают в течение 4-х часов при 40-50°С. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры, после чего в нее вводят 100 мл (10 мас.%) раствора каустической соды. Выпавший хлопьевидный осадок фильтруют и сушат при комнатной температуре до постоянного веса.

В качестве натриевых солей высших жирных кислот растительного происхождения можно использовать натриевые соли высших жирных кислот рапсового, кукурузного или подсолнечного масел. Их можно получить известным способом по реакции омыления с использованием карбоната натрия. Для этого в реактор-смеситель при работающей мешалке насосом загружается заданное количество масла. Затем в реактор вводят 20%-ный раствор карбоната натрия при температуре 60-70°С в соотношении масло/раствор 10/1-15/1, и выдерживают в течение 25-30 мин.

Эмульсол готовят следующим образом. Медно-кальциевый стеарат в расчетном количестве растворяют в рапсовом масле при перемешивании и нагревании до 100-120°С. Через 20 мин смесь охлаждают до 65°С и добавляют в нее остальные ингредиенты - триэтаноламин, олеиновую кислоту, ПАВ (натриевые соли высших жирных кислот). Смесь тщательно перемешивают в реакторе-смесителе в течение 25-30 мин, после чего полученная смазочная композиция готова к применению.

Пример 1

В 75 г (75 мас.%) рапсового масла помещают 2 г (2 мас.%) медно-кальциевого стеарата, содержащего 10 мас.% (0,1 г) металлической меди и 3 мас.% (0,03 г) металлического кальция, смесь при перемешивании нагревают до 100-120°С. Через 20 мин смазочную композицию охлаждают до 65°С и добавляют в нее: 5 г триэтаноламина (5 мас.%), 10 г олеиновой кислоты (10 мас.%), 7 г (7 мас.%) натриевых солей высших жирных кислот и 1 г (1 мас.%) нейтрализованного продукта взаимодействия тринатрийфосфата и тиомочевины. Смесь тщательно перемешивают в реакторе-смесителе, например, при помощи вихревого циркуляционного насоса или якорной мешалки в течение 25-30 мин, после чего полученная смазочная композиция готова к применению.

Способ прост в аппаратурном оформлении и не требует больших затрат тепловой и электрической энергии. Использование реактора-смесителя (гомогенизатора) позволяет готовить смазочную композицию в условиях любого завода.

Для сравнения был испытан состав эмульсола по прототипу.

Он содержит следующие компоненты:

- масло трансформаторное;

- олеиновая кислота;

- триэтаноламин;

- дитиофосфат цинка;

- нейтрализованный продукт взаимодействия смеси ди- и триметилолтиомочевины с динатрийфосфатом.

В таблице приведены качественные характеристики различных составов заявленного эмульсола и состава - прототипа.

Заявляемый эмульсол и состав по прототипу были испытаны одинаково на трение и износ на серийной машине трения 2070 СМТ-1 по схеме: "диск-колодка". Материалом диска и колодки служила сталь 45 (HRC 48-50). Режим трения: при скорости скольжения 1,5 м/с; давление повышалось ступенчато от 1 МПа до резкого увеличения момента трения; эмульсол вводился в зону трения капельным способом - 8-10 капель/мин.

К достоинствам предлагаемого эмульсола можно отнести и сравнительно невысокие значения коэффициентов трения - до 0,001, что приводит к увеличению срока службы узлов и механизмов, а также появляется возможность заменять более дорогие и дефицитные смазочные материалы. Кроме того, медно-кальциевый стеарат, помимо смазывающего действия, обладает бактерицидными свойствами, т.е. выполняет функцию консерванта, что увеличивает срок годности данной композиции.

ТаблицаКачественные характеристика заявленного эмульсола№ составаСостав эмульсола, мас.%СвойстваМасло рапсовоеОлеиновая кислотаТриэтанол аминМедно-кальциевый стеаратНейтрализованный продукт взаимодействия тринатрийфосфата и тиомочевиныНатриевые соли высших жирных кислот растительного происхождения*Интенсивность износа, мкм/кмСрок службы, час1751052170,86000252158322014250387,54210,550,75000Прототип808,22,7Дитиофосфат цинка 2,7Нейтрализованный продукт взаимодействия смеси ди- и триметилолтиомочевины с динатрий-фосфатом 6,4-1,53000*) примечание: пример 1 - ПАВ - натриевые соли высших жирных кислот рапсового масла;пример 2 - ПАВ - натриевые соли высших жирных кислот кукурузного масла;пример 3 - ПАВ - натриевые соли высших жирных кислот подсолнечного масла.

Использование: в машиностроительной промышленности. Сущность: эмульсол содержит в мас.%: олеиновая кислота 4-15; триэтаноламин 2-8; медно-кальциевый стеарат 1-3; нейтрализованный продукт взаимодействия тринатрийфосфата и тиомочевины 0,5-2; натриевые соли высших жирных кислот растительного происхождения 5-20; рапсовое масло - остальное. Технический результат - снижение интенсивности износа, увеличение срока службы инструмента, использование возобновляемого растительного сырья. 1 табл.

Эмульсол для приготовления смазочно-охлаждающей жидкости, содержащий масло, олеиновую кислоту, триэтаноламин, антикоррозионную и бактерицидную добавки, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натриевые соли высших жирных кислот растительного происхождения, в качестве масла содержит рапсовое масло, в качестве антикоррозионной добавки - медно-кальциевый стеарат, в качестве бактерицидной добавки - нейтрализованный продукт взаимодействия тринатрийфосфата и тиомочевины при следующем соотношении компонентов, мас.%:

олеиновая кислота4-15триэтаноламин2-8медно-кальциевый стеарат1-3нейтрализованный продукт взаимодействия тринатрийфосфата и тиомочевины0,5-2натриевые соли высших жирных кислот растительного происхождения5-20рапсовое маслоостальное