СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ
CUTTING FLUID WITH CARBON NANOTUBES

Изобретение относится к области механической обработки металлов и может быть использовано на предприятиях машиностроения.
Для механической обработки металлов применяются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Существенными недостатками эмульсионных СОЖ являются их невысокая стабильность и низкая устойчивость к биопоражению. Для решения этих проблем в СОЖ вводят различные модификаторы.
Известен эмульсол для приготовления водорастворимой смазочно-охлаждающей жидкости, содержащий олеиновую кислоту, триэтаноламин и базовую основу трансформаторного масла или масло трансформаторное [1]. Эмульсол содержит тетраборат этилендиаммония при следующем соотношении компонентов, масс. %:
олеиновая кислота
12,0-14,0
триэтаноламин
6,0-8,0
тетраборат этилендиаммония
6,5-9,0
базовая основа трансформаторного
масла или масло трансформаторное
остальное
Недостатком является невысокая антикоррозионная эффективность эмульсола и низкая устойчивость к биопоражению.
Наиболее близкой к заявляемому решению по технической сущности является синтетическая смазочно-охлаждающая жидкость, содержащая смешанные в воде триэтаноламин, соду кальцинированную, нитрит натрия, противопенную присадку и модификатор [2]. В качестве модификатора использован дисперсный водный раствор углеродных нанотрубок при их концентрации 170-300 млн/мл, полученный с помощью ультразвука, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
триэтаноламин
0,8-1,6
сода кальцинированная
0,25-0,35
нитрит натрия
0,25-0,5
противопенная присадка
0,08-0,1
модификатор
0,01-1,0
вода
остальное
Недостатком является присутствие в составе СОЖ токсичного нитрита натрия и невысокая эффективность модификатора по отношению к биопоражению.
Технический результат, на который направлено предлагаемое изобретение, - повышение стабильности смазочно-охлаждающей жидкости и устойчивости к биопоражению.
Указанный результат достигается тем, что в смазочно-охлаждаюшую жидкость, содержащую смешанные в воде масло индустриальное, карбомол, кислоту олеиновую, триэтаноламин, присадки, добавляют модификатор при следующем соотношении компонентов, масс. %:
масло индустриальное
1,0-1,7
карбомол
0,36-0,6
кислота олеиновая
0,3-0,5
триэтаноламин
0,3-0,5
присадки
0,05-0,08
углеродные нанотрубки
0,01-0,1
вода
остальное
В качестве модификатора использована полученная при действии ультразвука водная дисперсия многостенных углеродных нанотрубок.
Особенностью является то, что в качестве модификатора используются многостенные углеродные нанотрубки, поверхность которых функционализирована четвертичной аммониевой солью.
Использование предлагаемого модификатора позволит повысить стабильность СОЖ и устойчивость к биопоражению, уменьшить экологическую опасность за счет отсутствия в ее составе нитрита натрия.
Способ приготовления СОЖ осуществляется следующим образом. В экспериментах использовались многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), которые получают методом химического осаждения из паровой фазы (метод MOCVD) с использованием прекурсоров толуола и ферроцена при 850°C. Для модифицирования поверхности МУНТ и уменьшения адгезии МУНТ друг к другу применяют обработку смесью концентрированных серной и азотной кислот в соотношении 3:1 при 90°C в течение 80 мин (функционализация поверхности карбоксильными группами, МУНТ-СООН) [3].
Поверхность МУНТ-СООН способна за счет карбоксильных групп химически связываться с аминами (в частности, с триэтаноламином) с образованием четвертичной аммониевой соли МУНТ-ТЭА [4]:
-
+
2
2
3
МУНТ-C(O)-OH+:N(CHCHOH)→
-
+
2
2
3
→МУНТ-C(O)-ONH(CHCHOH)
К 1,0 г МУНТ-СООН добавляли 0,5 г триэтаноламина, смесь перетирали до получения однородной массы, добавляли 50 мл воды. Суспензию при перемешивании нагревали в течение 60 мин при температуре не более 80°C. После окончания реакции полученную смесь отфильтровывали, промывали водой, высушивали при 80°C в течение 2 ч.
МУНТ в количестве 0,1-1,0 г диспергировали в 10-50 мл воды при ультразвуковом воздействии с частотой 22 кГц в течение 3-5 мин, полученную дисперсию добавляли к расчетному количеству эмульсии СОЖ для получения концентрации МУНТ 0,01-0,1 мас. %, смесь механически перемешивали в течение 5 мин.
Пример 1.
0,1 г МУНТ-СООН диспергировали в 10 мл воды при ультразвуковом воздействии в течение 3 мин, полученную дисперсию добавляли к расчетному количеству эмульсии СОЖ (исходный состав СОЖ, масс. %:
состав 1 - масло индустриальное - 1,0; карбомол - 0,36; кислота олеиновая - 0,3; триэтаноламин - 0,3; присадки - 0,05; углеродные нанотрубки - 0,01; вода - остальное
состав 2 - масло индустриальное - 1,7; карбомол - 0,6; кислота олеиновая - 0,5; триэтаноламин - 0,5; присадки - 0,08; углеродные нанотрубки - 0,1; вода - остальное) для получения концентрации МУНТ 0,05 мас. %, смесь механически перемешивали в течение 5 мин.
Пример 2.
Смазочно-охлаждаюшую жидкость получали аналогично примеру 1, но вместо МУНТ-СООН использовали МУНТ-ТЭА.
0,1 г МУНТ-ТЭА диспергировали в 10 мл воды при ультразвуковом воздействии в течение 3 мин, полученную дисперсию добавляли к расчетному количеству эмульсии СОЖ (исходный состав СОЖ, масс. %:
состав 1 - масло индустриальное - 1,0; карбомол - 0,36; кислота олеиновая - 0,3; триэтаноламин - 0,3; присадки - 0,05; углеродные нанотрубки - 0,01; вода - остальное
состав 2 - масло индустриальное - 1,7; карбомол - 0,6; кислота олеиновая - 0,5; триэтаноламин - 0,5; присадки - 0,08; углеродные нанотрубки - 0,1; вода - остальное) для получения концентрации МУНТ 0,05 мас. %, смесь механически перемешивали в течение 5 мин.
Полученную СОЖ подвергали испытанию на биопоражение с помощью индикатора 2,3,5-трифенилтетразолия хлористого. Результаты для 2 составов эмульсий СОЖ представлены в таблицах 1 и 2.
Из полученных результатов следует, что модифицирование СОЖ четвертичной аммониевой солью МУНТ-ТЭА приводит к повышению стабильности смазочно-охлаждающей жидкости и устойчивости к биопоражению. Через 180 сут при использовании МУНТ-ТЭА биопоражение отсутствует для СОЖ обоих составов, при использовании МУНТ-СООН балл биопоражения равен II (неудовлетворительная биостойкость). Для контрольных образцов без МУНТ через 150 сут балл биопоражения равен IV, что соответствует полному биопоражению.
Литература
1. Патент №2426772, Россия. Эмульсол для приготовления смазочно-охлаждающей жидкости / А.Н. Литвиненко, Н.С. Родионов, Е.С. Климов и др. - 2011.
2. Патент №2417253, Россия. Синтетическая смазочно-охлаждающая жидкость с углеродными нанотрубками / А.А. Фомин, В.А. Мышкин. - 2011.
3. Климов, Е.С. Изучение поверхности и свойств многостенных углеродных нанотрубок при физико-химическом модифицировании / Е.С. Климов, М.В. Бузаева, О.А. Давыдова и др. // Журнал прикладной химии. - 2015. - Т. 88. - №8. - С. 1105-1110.
4. Макарова, И.А. Модифицирование смазочно-охлаждающей жидкости функционализированными углеродными нанотрубками // Вестник ЮУрГУ. - Серия «Химия». - 2015. - Т. 7. - №3. - С. 5-10.