Смазочно-охлаждающая жидкость для холодной обработки металлов давлением Советский патент 1974 года по МПК C10M3/22 C10M3/32 

I

j Изобретение относится к смазочно-ох- лаждающим жидкостям, применяемым для механической обработки металлов.

При процессе холодной прокатки для достижения опредоленной толщины обжатия железных /шстов, полученных при черновой горячей: прохсатке, обычно используют водные Nfuaepa/ibHbix масел или жирных мг1сел, которые содержат анионные или неиологенпые эмульгаторы или смеси таких эмульгаторов. Однако эти эмульсионные

системы при использовании в процессе хо.лодной прокатки не обладают достаточной стабильностью. Они чувствительны к действию бактерий, оставляют следы на обрабатываемой поверхности, недостаточно антикоррозионны.

Известны также смазочно-охлаждающне жидкости для холодной обработки металлоЕ, представляющие собой водные р астворы аминовых солей арилсульфонамидоалкиденкарбоновых кислот общей формулы водород, алкильный остаток с 1-4 углеродными атомами, Ц-цианэтильный остаток или 1гйдроксиалкильный остаток с 2- углеродными атомами; 1, - алкиленовый остаток с 4-15 угле I -М родными атомами в цепи; П означает 1 ида 2, Однако указанные жидкости обладают недостаточно хорошими смазывающими свойствами. Целью изобретения является разработка рецептуры смазочно-охлаждаюшей жидкости обладающей как хорошими защитными свой ствами, так и смазывающими. / t Для достижения доставленной цели пред лагается в состав жидкости на основе вод ного раствора аминовых солей арилсульфрн аМидоалкиленкарбоновых кислот указанной формулы вводить водорастворимые продукты по/шприсоединения окисей алкиленов с 2-4 углеродными атомами к алифатическим или ароматическим соединениям с числом атомов углерода до ЗО, которые содержат ,1-8 атомов водорода, способных вступать в реакцию с окисями алкиленов, причем продукты полиприсоединения содержат в цепи молекулы в любой последовательности один или несколько остатков формул )-, (CgHgO) - и/или ()- и имеют мол. в..- 1000-ЗОООЬ, преимущес ренно 25ОО-2ОООО. CocTaiB жидкости, вес. %: Водорастворимые аминовые соли арилсуяьфонамидоалкилепкарбоновых кислот (А) Водорастворимые продукты полиприсоединения окисей алкиленов к ароматическим или алифатическим соединениям (Б)0,5-12 ВодаДо 1ОО : Используемые безмасляные жидкости для прокатки не обладают перечисленными недостатками масляных эмульсий и имеют лучшие защитные и смазочные свойства. : При комнатной температуре предл гаемью жидкости прозрачны, при повышенной температуре приобретают молочный цвет и при еще более высоких температурах, например выше 80° выделяют маслообразные капельки. В процессе обратного охлаж дения 5КИДКОСТИ эти изменения протекают в обратном направлении, масляные частички делаются опять водорастворимыми и в конце концов жидкость становится прозрачНым водным раствором. Возможно также, смешивая предлагае;мые компоненты, получать жидкость в виде дисперсии. Преимущественно д,ш получения жидкости для прокатки в качестве компонентов А) и Б) выбирают такие продукты, которые являются водорастворимы-, ми на холоду. При этом здесь и дальше понятие водорастворимый должно о шать вать также коллоидное и дисперсное состоя НИЯ.. в качестве аминосолей арилсульфонами-/ доалкиленкарбоновых кислот могут быть использованы следующие соединения: бензолсульфонил- 5 -аминовалериановая кислог та, бензолсульфонил- -метил- 5 -аминовалериановая кислота, бензолсульфонил- -аминокапроновая кислота, бензолсульфонил- N -метил- -аминокапроновая кисло та, п-толуолсульфонил- Е -аминокапроновая кислота, п-толуолсульфонил- N -метил- Е -аминокапроновая кислота, бензолсульфонил- t -этил- 2 -аминокапроновая кислота, бензолсульфонил- N -бутил- -аминокапроновая кислота, ксилолсульфонил- N -метил- 2 -аминокапроновая кислота, бензол-(1,3)-ди-{ М -метилсульфономидо-5.-капроновая) кислота, нафталин-(1,6)-ди-( N -метилсульфонамидо- Z. -капроновая) кислота, антрацен-(2)-сульфонил-К -метил- Х -аминокапроновая кислота, бензолсульфонил- N -метил- Ц -аминокапроновая кислота, а-толуолсульфонил- N -метил- 1 -аминооктан- of -карбонрвая кислота, бензолсульфонил- ак инононан- (J -карбоновая кислота, Пг-толуолсульфонил-60 - -аминоундекановая кислота, 4-метоксибензолсульфонид- N -метил- S -аминокапроно-г вая кислота, 4г хлорбензолсульфонил- N -метил- j -аминовалериановая кислота, 2,4-дихлорбензолсульфойил- N -метил-j; 1 аминокапроновая кислота, гексилбензоли изопропилбензолсульфонил- N -метил-S -аминокапроновая кислота, дифенйлсульфонамидо- $ -валериановая кислота, дифенил-ISI -метил-сульфонамидо- X -капроновая 1 кислота, 2,2 -диметилдифенилсульфонамидо- 5 -валериановая кислота, 2,4-дйметилдифенил- N -метилсульфонамидо- -капро- новая кислота, 2-бромдифенилсульфонамидо-; (jO -ундекановая кислота,, 3- ромдифенил-,N -метилсуяьфонамндо- -валериановая кислота, 2-хлордифениЛ- N -метилсульфонамидо- 2 нкапроновая кислота, 2-4 торДифенилсульфонамидо- Z -капроновая кислота, дифенилсульфонамидо- (х -ундекановая кислота, дифенилоксидсульфонамидо- -валериановаЯ;кислота, дифенилоксид- N -бу.тилсуга.фонамидо- 5 -валериановая кислота, дифенилрксидсульфонамидо- 1 -капроновая кислота, удифенилоксид - N -метилсульфона1мидо- 2. -капроновая кислота, 4-хлордифенилоксндсульфонамидо- -валериановая ки лота, дифеиилоксидсульфонамидо- ОС) -ундекановая кислота, дифеиилоксид- N -метилсульфонил- (| -аминокаприловая кислота, дифенилметансульфонамидо- & -валериановая кислота, дифеыилметан- N -метилсульфонамидо- Z -капроновая кислота, дифенил метансульфонамидо- Ю -ундекановая кислота, дифенилсульфидсухшфонамидо- 5 валери новая кислота, дифенилсульфидсульфонамидо-5.-капроновая кислота, дифенилдульфид-N -метилсульфонамидо- -капроновая кислота, дифенилсульфонсульфонамидо- 5 -валериановая кислота, дифенилсульфон-N -метилсульфонамидо- 2.-капроновая кислота, 4-хлордифенил-4 -сульфонамидо- 21 -капроновая кислота, дифенилсульфонсульфо намидо- 6О -ундекановая кислота, дйфенилсульфоксидсульфонамидо- S -валериановая кислота, дифенилсульфоксид- М -метилсуль фонамидо- 5 -капроновая кислота, дифенил сульфоксидсульфонамидо- СО -ундекановая кислота, 2,2 -дихлордифенилсульфонамидо-§ -валериановая кислота, о-нитробензол- сульфонил- 5 -аминовалериановая кислота, о-нитробензолсульфонил- N -метил- 5 -аминовалериановая кислота, м-нитробензолсульфонил- 2 -аминокапроновая кислота о-нитробензолсульфонил- N -этил- Х -аминокапроновая кислота, м-ннтробензолсульфонил- N -бутил- -аминокапроновая кислота , 4 -м етокси-2 -нитроб ензолсульфонил- 5 -аминовалериановая кислота, 4-метбкси-2-нитробензолсульфонил- Х -аминокапроновая кислота, 3,5-динитро-4-хлорбензолсульфонил- -аминовалериановая кислота, 3,5-динитро-4-хлорбензолсульфонил- N -метил- Z -аминокапроновая кислота, м-нитробензолсульфонил- N -метил- 5 -аминооктан- (Л -капроновая кислота, 1 -нитронафгалинсуяьфонил- 51 -аминокапроновая кислота, 1-нитронафталинсульфонил-N -метил- СО -аминокапроповая кислота, |м-нитробензолсульфонил- СО -аминоундекановая кислота, нитротолуолсульфонил- N -метил- Z -аминокапроновая кислота, м-нитробензолсульфонил- у -аминомасляная кислота и т. д. Для образования аминосопей названных арилсульфонамидоалкиленкарбоновых кислот могут быть использованы любые амины, образующие водорастворимые соли указанных кислот,, Пригодными аминами для образования солей являются, например, моно-, ди- и триметиламин, моно-, ди- и триэтиламин, моноизопропиламин, моно- и дибутиламин, 3-метоксипропиламин, моно-2-этилгексиламин, диметиламинопропиламин, моно-, ди |и триэтаноламин, а также соответствующие изопропаноламины, 3-аминопропанол, монометилэтаноамин, .диметилэтаиоамин, диизопропиламин, триизопропиламин, lUiKлогексиламин, N , N -диметилциклогексиламин, морфолин, пирид1{н, хшюлин, эти- лёндиамин, диэтилентриамин, пентаэтиленгексамин,. также применять амины жирных кислот. Для солеобразования кислоту и амин могут использовать в стехиометрическом соотношении, однако арилсульфонамидоалкиленкарбоновая кислота или преимущественно амин можно также применять в избытке. Из экономических соображений и вследствие небольщой токсичности употребляют преимущественно моно-, ди- или триэтиламины или изопропаноламины. Аминовые соли арилсульфонамидоалкиленкарбоновых кислот (компоненты А) в жидкостях для прокатки .улучшают защитные свойства от коррозии, полиаддукты окиси этилена и окиси пропилена и/или окиси бутилена и соединений с активными водородными атомами (компоненты Б), в первую очередь, обусловливакхг; смазочные свойства жидкостей для прокатки. Часть остатков окиси этилена в этих полиаддуктах составляет чаще всего 15-85, преимущественно 40-60 вес. %, при содержании по меньшей мере 1О% пропиленили бутиленоксидных остатков в молекуле. В качестве органических соединений, которые содержат 1-8, преимущ.ественно 1-5, способных к реакш и с окисью алкилена водородных атомов, используют насыщенные или ненасыщенные с прямой или разветвленной одноатомные спирты, диолы или полиолы, первичные и вторичные моноамины, полиамины или алканоламины, а также карбоновые кислоты или дикарбоновые кислоты или их амиды. Пригодны также фенолы, как моно-, так и диалкил- фенолы. В качестве примеров таких соединений с подвижными водородньп 1и атомами можно перечислить алканолы и алкенолы с 1-20 i углеродными атомами, такие как метанол, этанол, н- или изо-пропанол, н- или изо-бутанол, 2-этилгексанол, додеканол-(1 ), октадеканол-(Л-), также простые ненасыщенные спирты, например, аллиловый спирт или олеиловый спирт, далее диолы и полиолы с 2-22 углеродными атомами, этиленгликоль, пропандиол-(1,3), пропандиол-(1,2), бутандиол-(1,4), додекандиол(1,7), гександекандиол-(1,4), октадекандиол-(1,6), глицерин, пентаэритрит, сорбит и сахароза, также первичные или вторичные насыщенные или ненасьщ енные али-.

этические моно-, аи- или триамины с 2-2 леродными атомами, такие кок бутилиин, гексиламии, дрдециламнн, октадецилмин, олеиламнл, этилендиамин, диэтиленриамин, этаноламин, диэтаноламин н триганоламин, затем насыщенные или ненасы.енные алифатические моно- или дикарбоэвые кислоты с 2-22 углеродными атомаи, такие как каприловая, лауриловая, масяная, стеариновая J арахиновая, бегеновая, также и амиды этих карбоиовых кислот, далее фенолы и моно- или диалкилфенолы 1-18 углеродными атомами . в алкилено- ых остатках, такие как фенол, крезолы, утилфенол, TtJeT-бутилфенол, нонилфенол,

одеш1лфенол и дидодецилфенол,

Полиаддукты, применяемые в качестве мазывающего компонента Б в жидкостях ля прокатки, несмотря на их высокомолеулярную структуру являются водораствоимыми продуктами, которые получают по звестным способам, если присоединяют кись этилена, окись пропилепа и/или окись утилена к названным органическим остатам основного характера с подвижными воородными атомами.

Существенным преимуществом предлагаеюй жидкости является то, что ее можно ис ользовать в широких интервалах концентраий и при Этом во всех стадиях переработи она обладает хорошим действием и стаильностью.

Достаточное действие во многих случаях олучают при низких концентрациях расторов солей арилсульфонамидоалкиленкарбоовых кислот (Л) (ОД вес, %) и нри конеНтрациях полиаддуктов окисей алкиленов качестве смазывающего компонента (Б) 1,5 вес. %,

Предпочтительная концентрация в жидкоти для прокатки для компонента А 1-3 ее. % и для смазывающего компонента Б .-8 вес. %.

Жидкости для прокатки с более высоки и концентрациями обоих компонентов имеIT такую же высокую активность, однако с экономической точки зрения они менее ыгодны, поэтому концентрации выше вес. % для компонентов А и выше 12 ее. % для сыазы1эающего компонента Б е применяют.

Предлагаемые жидкости для прокатки довлетворяют требованиям, которые предьвляют к жидкостям для прокатки пр)и изотовлении стальных листов с точно постоянной толщиной листа, например для роизводства автомобильных кузовов.

На хорошие смазочные свойства, а такке синергетический эффект обоих компонентов HOi.oro средства для прокатки указывают следующие исследования с применением предлагаемых жидкостей для прокатки.

В этих (1Сследова1П1ях были измерены с помощью весов для испытания на износ по Райхерту специфические удельные нагрузки

( кг/см ), как мера смазочного

спец

действия для вод11ых растворов с содержанием 2 вес. %, названных ниже продуктов:

а.Триэтаноламмонийная соль бензолсульфонил- N -метил- -амипокапроновой кислоты.I

б.Триэтаноламмонийная соль м-нитро- бензолсульфонил- -метил- Z -аминокапровой кислоты.

1.Продукт соединения окиси этилена с полипрониленглнколем с мол. в. 2ООО до конечного мол. в. полиаддукта 25ОО.

1а. Смесь равных частей продуктов аи1 16. Смесь равных частей продуктов б и 1

2.Продукт присоединения окиси этилена к полипропиленгликолю с мол. в. 190О до конечного мол. в. полиаддукта 42ОО.

2а. Смесь равных частей продуктов а и 2. 26. Смесь равных частей продуктов б и 2

3.Продукт присоединения окиси пропилена к 1 моль этилендиамина до мол. в. i 750, далее взаимодействие с окисью этилена до общего мол. в. полиаддукта 1365.

За. Смесь равных частей продуктов а и 3. 36. Смесь равных частей продуктов б и 3.

4.Продукт присоединения окиси пропилена к 1 моль этилендиамина до мол, в. 275О, далее взаимодействие с окисью этилена до общего мол. в. полиаддукта 3235.

4а, Смесь равных частей продуктов а и 4.

46. Смесь равных частей продуктов б и 4.

5.Продукт присоединения окиси пропилена к 1 моль этилендиамина до мол. в,| 275О, далее взаимодействие с окисью этилена до общего мол. в. полиаддукта 3670.

5 а. Смесь равных частей продуктов а и 5.

56. Смесь равных частей продуктов б и 5.

6.Продукт присоединения окиси пропилена к 1 моль этилендиамина до мол, в, 2750, далее взаимодействие с окисью этилена до общего мол. в, полиаддукта 5000.

ба.Смесь равных частей продуктов а и 6

бб.Смесь равных частей продуктов б и 6,

7.Продукт присоединения окиси пропилена к 1 моль этилендиамина до мол, в.

2750, далее взаимодействие с окисью этилена до общего мол. в. полиаддукта 367О.

7а, Смесь равных частей продуктов а и 7.

76. Смесь равных частей продуктов б и 7.

8.Продукт присоединения окиси пропиле- s на к 1 моль этилендиамина до мол. в. 40ОО, далее взаимодействие с окисью этилена до общего мол. в. полиадодтста 7270.

8а. Смесь равных частей продуктов а и 8. 86. Смесь равных частей продуктов б и 8.10

9.Продукт присоединения окиси пропилена к 1.:моль этилендиамина до мол. в. 4ООр, далее взаимодействие с этилена до общего мол. в. полиаддукта 26650.

I 9а. Смесь равных частей продуктов а и 9.15 96. Смесь равных частей продуктов б и 9.

10.Продукт присоединения окиси пропилена к 1 моль этилендиамина до мол. в. 354О, далее взаимодействие с окисью этилена до общего мол. в. полиаддукта20 48 6 О.

10а. Смесь равных продуктов а и 10.

1Об. Смесь равных частей продуктов б и 1О.

Под продуктами а подразумевают примеры компонентов А предлагаемого средства для прокатки.

Продукты 1-10 представляют собой примеры смазывающего компонента Б средства для прокатки в виде смесей (смотря по обстоятельствам) равных количеств продуктов 1-10 и продуктов а и б.

Результаты этих испытаний приведены ,в табл. 1, где I - значения смазывакхцего действия отдещ ных компонентов, а именно продуктов а и б (компонент А) и продуктов 1-10 (смазывакядий компонент Б), И- значения смазывающего действия смешанного продукта 1а-10а и 16-1О6 (смеси средства для прокатки).

а

б

1

1а

16

2

2а

26

3

За

36

4

4а

46

5

5 а, 56 6 6а 66 7

135 165 24О

2О5 24О

21О 250

195 26О

240 310

23 О 260

215

240

22О

11 Сравнение значений для отдельных компонентов - нродуктов 1-10 - с соответствующими значениями для смешанных продуктов от 1а-10а и 16-1 Об показывает, что несмотря на пониженные наполовину концентрации смазывающих компонентов смешанные продукты оказывают достаточно высокое смазочное действие или оно по нижается незначительно. Результаты этих испытаний указывают синоргетический Э(})фект смеси средства для прокатки по отношению к смазывающеNfy действию. В последующих исследованиях испытыва ли отдельные свойства жидкостей для прокатки в сравнении со свойствами известных эмульсий для прокатки. Для исследования применяли следующие продукты. Продукт 11 состоит из 5О вес. ч. 85% ного раствора основной триэтаноламмонмйной соли бензолсульфонил- N -метил- S - аминокапроновой кислоты и 5О вес. ч. продукта присоединения окиси этилена к пропиленгликолю с мол. в. 190О до конеч ного мол. в. полиаддукта 3200. Продукт 12 (для сравнения) содержит 7О,О вес. ч. минерального масла (3 Е/20°С), 15,0 вес. ч. н1атриевой соли

12 алифатической сульфонамидуксусной кислоты с 12-18 углеродными атомами в алкильном остатке, 12,0 вес. ч. продукта присоединения 7 моль окиси этилена к 1 моль олеинового спирта и 3 вес. ч. воды. Продукт 13 (для сравнения) состоит из 72,0 вес. ч. минерального масла (, 12,0 вес. ч. продукта взаимодействия Ю моль окиси этилена с 1 моль трибутилфенола, 10,5 вес. ч. натриевой соли алифатической сульфонамидоуксусной кислоты с 12-18 углеродными атомами в алкильном остатке, 3,0 вес. ч. олеилсаркозида и 2,5-вес. ч. воды. Опыт по прокатке. Прокатку производили на ошлтной прокатной установке, состоящей из твердых вальцов и хромистой стали с диаметром вальца 180 мм. Скорость прокатки 6,0 м/мин. Три подлежащих испытанию продукта при разбавлении водой в весовом соотношении 1 : 20 разбрызгивали на верхнюю и нижнюю стороны прокатной ленты на входе в прокатную установку. В качестве испытуемого материала использовали листы шириной 5 О мм из отли той стали. Нагретая лента толщиной 2,5мм была прежде обкатана на 1,О мм. Результаты измерения толщины обжатия ленты при испытаниях с тремя продуктами приведены в табл. 2

13

Продукт (разбавленный

1 : 2О в воде) Ислытанпя показывают, что с предлагаемой водной жидкостью для прокатки достигают такой же толщины обжатия, что и с продуктами 12 и 13, однако поверхность получается более гладкая, чем с масляными эмульсиями. Измерение износа. При определении износа в опытах протяжки измеряли изменения угла прокатываемого образца. В табл. 3 мера износа выражена через изменения углов к микронах.

Таблица 3 Определение остатка. Жидкости для прокаткл должны иметь по возможности неI большую склонность к образованию осадков углеводородов или золы, так как небольшие осадочные образования оказьгоают существе ное влияние на качество поверхности прокатанного материала после отжига в атмосфер Для проверки осадочного образования подлежащие исследованию жидкости для прокатки взвешивали в специальных колбах и вз осили в металлическую ванну, нагретую до 550 С. По этому способу пробу быстро нагревали до температур, при которых все яеаучие составные части удалялись, в то время как труднолетучие составные части крекировались и коксова;шсь. По истечении 5 мин колбы вновь взвешивали, остаюн

1 а б л и ц а 2.

Обжим толщины каждогхэ перехода.

30 щийся в колбах остаток, пересчитанный на взвешенный продукт, приведен как углеводородный остаток в табл. 4. Таблица 4 ПродуктУглеводородный остаток, вес. % Результаты этих исследований показывают значительно меньшее образование остатка при применении предлагаемого средства для прокатки, чем продуктов для сравнения. Антикоррозийная защита. Как для предотвращения коррозии при прокатке и хранении прокатного листа, так и для защиты самих ваяков от жидкостей для прокатки необходима значительная способность защиты от коррозии. Коррозионную защиту проводили при нанесешга стальных стружек на чугунную плиту, стружки увлажнялиj подлежащим испытанию раствором. После 24 час воздействия опилки удаляли с чуунной тгяиты и появление ржавчины оценивали визуально. Оценку производили по следующей шкале: ff-t- отсутствие ржавчины следы ржавчины + легкая ржавчнна -четкая ржавчина -- сильная ржавчина -- - очень сильная ржавчина При испытаниях проверяли растворы

101Ь

продуктов 11, 12 и 13 в дистиллированной центрациях 1, 3 и 5 вес. %, Резу, воде и в жесткой воде (20°с(Н) в кои-приведены в табл. 5.

Способность эмульгировать. Известные содержащие .: масло жидкости для прокатки

способны эмульгировать находящееся в подщипниках валков смазочное масло, которое попадает в жидкость для дрокатки. Как

показывает испытание эмульгирующей способности, предлагаемые обезмаслянные жидСмесь с минеральным Продуктмаслом (1 : 1) Предмет изобретения Смазочно-охлаждающая жидкость для холодной обработки металлов давлением на основе водного раствора аминовых с лей арилсульфонамидоалкиденкарбоновых лот общей формулы О (R.KRaHHS-KJ-R -COOH) о R,

444373

яьтаты

Таблица 5

кости для прокатки лишены этого недостатка.

Для испытания эмульгирующей способности продукты 11, 12 и 13 смешивались с минеральным маслом в весовом соотнощении 1:1. Полученные смеси для проверки эмульгируемости перемещивали в воде. Результаты приведены в табл. 6.

Таблица 6

Эыульгируемостъ

смеси с мииеоальным маслом (1 : )

в воде где R и - водород, фтор, хлор, бром, нитрргруппа, алкил или алкоксиостаток с 1-4 атомами углерода, причем сумма угеродных атомов BR и R не превышает ; Аг - бензольный, нафталиновый, антраценовый, дифениловьхй, да4)ен9лметановый дифенилоксидный, дифенилсупьфйдный, дифенилсульфоксидный или дифенилсупьфоновый остатки.; { - водород, алкильный оста О. ......... ток с 1-4 углеродными атомами,уЗ « цианэтильны{1 остаток или гидроксиалкильный таток с 2-4 углеродными атомами; 1 . - алкиленовый остаток с 4-15 углеродными атомами в цепи; fj - означает 1 или 2, отличающаяся тем, что, с целью повышения смазочной способности жидкости, в ее состав введены водорастворимые продукты полиприсоединения оки сей алкиленов с 2-4 углеродными атомами к ароматическим или алифатическим соединениям с числом атомов углерода д ЗО, которые содержат 1-8 атомов водорода, способных вступать в реакцию с ; окисями алкиленов, причем продукты поли присоедлнения содержат в цепи молекулы в любой пос ледовательности один или несколько остатков формулы (С„Н О)-, О) - и/или ()- и имеют мол.в. 1ООО-ЗОООО, при следующем соотношении указанных компонентов, вес, % Аминовые соли арилсульфонамидоалкиленкарбоновых кислотПродукты полиприсоединения окисей алкиленов к ароматическим или алифатическим 0.5-12 j соединениям до 10О