Концентрат водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости
CONCENTRATE OF WATER-LUBRICATING-COOLING LIQUID

Изобретение относится к составам смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), в частности к концентратам смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые могут быть использованы в виде водных эмульсий в машиностроении на операциях лезвийной и абразивной обработки черных металлов и их сплавов.
Ассортимент составов концентратов СОЖ очень велик и насчитывает тысячи марок. Но их принципиальный состав одинаков. Они содержат базовую основу (минеральные и/или реже - растительные) масла, эмульгатор (как правило, продукт реакции длинноцепочечных жирных кислот с триэтаноламином, иногда в качестве эмульгаторов используют и другие поверхностно-активные вещества), полярные кислородсодержащие соединения (спирты, гликоли, целлозольвы), обеспечивающие стабильность концентрата и получаемой из него эмульсии. Кроме того, используются добавки разного назначения: противокоррозионные, бактерицидные, противопенные и др.
Известны также составы, использующие в качестве основного компонента соапстоки растительных масел, продукты их переработки, а также масличный фуз и другие отходы масложировой промышленности. Однако получаемые при этом концентраты неудобны в применении. Например, известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов, который содержит, %: жировые гудроны из отходов масложировой промышленности, щелочной агент в виде гидроксида натрия, смазку в виде жидкого стекла и воду, антипенную жидкость в виде полиметилсилоксановой жидкости, основным веществом которого являются неомыленные отходы масложировой промышленности, а общее количество улучшающих добавок составляет не более 3% от количества основного вещества, при этом соотношение компонентов выполнено следующим, %: жировые гудроны - 30, гидроксид натрия (NaOH) - 2,5-3,5, жидкое стекло - 0,5-2,0 (по сухому остатку), полиметилсилоксановая жидкость - 0,05-0,1, вода - 64,4-66,95 (RU №2368651, МПК С10М 173/00 (2006.01), С10М 177/00 (2006.01), C10N 40/20 (2006.01), опубл. 27.09.2009).
Этот концентрат дешев, но крайне неудобен в применении, так как при температуре 19-25°С имеет твердую консистенцию. Это требует предварительного разогревания, что в условиях машиностроительного предприятия неосуществимо.
6
Известен концентрат защитного смазочного материала, содержащий воду, триэтаноламин и диоксановые спирты, борные эфиры диоксановых спиртов, соапстоки растительных масел и животных жиров, продукт взаимодействия триэтаноламина с моноалкил-С10 С20-фосфорной и/или диалкил-С8 С10-фосфорной кислотами и с моноэфиром малеиновой кислоты или продукт взаимодействия триэтаноламина с диалкилдитиофосфорной кислотой или ее цинковой солью и с моноэфиром малеиновой кислоты или с дибензил-, или алкенилянтарным ангидридом, или продукт взаимодействия триэтаноламина с оксиэтилидендифосфоновой кислотой и сульфатом цинка при следующем соотношении компонентов, масс.%: триэтаноламин - 0,5-5,0, диоксановые спирты - 1-5, борные эфиры диоксановых спиртов - 20-30, соапстоки растительных масел и животных жиров 10-20, указанный продукт взаимодействия - 2-20, вода - до 100 (RU №2050408, МПКС10М 173/02//(С10М 173/02, 133:08, 129:04, 159:08, 137:04)C10N 30:12, опубл. 20.12.1995).
Этот концентрат 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.
Наиболее близким к заявляемому составу является концентрат смазочно-охлаждающей жидкости, предназначенный для литья под давлением при производстве отливок из цветных сплавов, включающий олеиновую кислоту, полиоксиэтилированные алкилфенолы и минеральное масло, гидроксид натрия и присадку к маслам, содержащую сульфонат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас. %: олеиновая кислота - 0,5-1,5, полиоксиэтилированные алкилфенолы - 4,5-6,0, присадка к маслам, содержащая сульфонат кальция (в пересчете на основное вещество), - 4,0-12,0, гидроксид натрия - 0,3-0,8, минеральное масло - до 100 (RU №2177855, МПК В22С 3/00 (2000.01), опубл. 10.01.2002).
Данный состав отличается простотой изготовления и относительно невысокой стоимостью компонентов. Он проявляет хорошие рабочие свойства при обработке сплавов из черных металлов.
Его недостатком является повышенная коррозионная агрессивность по отношению к сплавам из черных металлов и недостаточная стабильность получаемой из него СОЖ
Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава концентрата водосмешиваемой СОЖ, который имеет улучшенные антикоррозийные свойства и обеспечивает высокую стабильность получаемой из него СОЖ.
Поставленная задача решается тем, что концентрат водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости, используемый в машиностроении на операциях лезвийной и абразивной обработки черных металлов и их сплавов, содержащий кислоты жирного ряда, эмульгатор, стабилизатор состава концентрата, гидроксид щелочного металла и противокоррозионную присадку, в качестве кислот жирного ряда содержит недистиллированные жирные кислоты, выделяемые из соапстоков переработки растительных масел, в качестве эмульгатора содержит триэтаноламин, в качестве стабилизатора содержит этилцеллозолы, в качестве гидроксида щелочного металла - едкий натр, а в качестве противокоррозионной присадки содержит нейтральный сульфонат кальция при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Жирные кислоты, выделяемые из соапстоков
переработки растительных масел, недистиллированные
20-40
Триэтаноламин
15-25
Этилцеллозольв
20-40
Натр едкий
0,5-1,5
Нейтральный сульфонат кальция
0,3-0,7
Масло подсолнечное техническое
до 100.
Отличием заявляемого состава является использование недистиллированных жирных кислот, выделяемых из соапстоков растительных масел. В отличие от кислот растительных масел, применение которых в составах концентратов СОЖ известно, недистиллированные жирные кислоты растительных масел из соапстоков ранее не использовались. Оригинальным является и сам состав композиции.
Разница между жирными кислотами растительных масел и жирными кислотами из соапстоков заключается в составе, определяемом сырьем и технологией его обработки. Жирные кислоты растительных масел получают гидролизом растительных масел, а ЖКРМ-с выделяют из соапстоков, отхода получения растительных масел. В отличие от масел соапстоки сильно загрязнены продуктами некислотного характера, а также смолами. Эти загрязнения переходят в выделяемые из соапстоков кислоты, которые для использования в тех или иных целях необходимо очищать дистилляцией. Это существенно удорожает продукт.
В предлагаемом изобретении созданы такие составы, которые позволяют получить стабильный работоспособный концентрат без очистки кислот, получаемых из соапстоков. Стабильность концентрата подтверждена результатами испытаний стандартными методами, работоспособность -производственными испытаниями по специальным программам.
Для иллюстрации предполагаемого изобретения были изготовлены образцы концентратов, для чего использовались следующие сырьевые компоненты (все производятся в России, являются многотоннажными и недорогими продуктами):
Жирные кислоты растительных масел, выделяемые из соапстоков, вырабатываются предприятием ООО «Стерх» (Белгородская обл.) по ТУ 9145-002-38939381-2013 и соответствуют следующим требованиям (табл. 1):
Триэтаноламин технический выпускается ООО «Синтез-Ока» (Дзержинск) по ТУ 2423-005-78722668-2010 в виде марок «А», «Б» и «В». Для приготовления концентрата рекомендуется марка «А», основные физико-химические характеристики представлены в табл. 2.
Этилцеллозольв технический, сорт первый вырабатывается по ГОСТ 8313-88 со следующими показателями (табл. 3):
Натр едкий технический (каустическая сода) производится по ГОСТ 2263-79 рядом химических заводов. Для производства концентрата рекомендуется продукт марки «РТ» (натр твердый ртутный чешуированный). Основные показатели представлены в табл. 4.
Масло подсолнечное техническое вырабатывается предприятием ООО «Стерх» (Белгородская обл.) по ТУ 9147-001-38639301-2013 и соответствует следующим показателям (табл. 5):
Нейтральный сульфонат кальция вырабатывается НПО «Квалитет» по ТУ 38.401-58-313-2002 под торговым наименованием Присадка К-31. Представляет собой - продукт взаимодействия алкилбензолсульфокислоты с гидратом окиси кальция. Основные показатели представлены в табл.6.
Роль каждого из компонентов заключается в следующем.
Жирные кислоты в сочетании с триэтаноламином образуют комплекс с сильным эмульгирующим действием. Он обеспечивает стабильность водной эмульсии при добавлении воды в концентрат.
Этилцеллозольв обеспечивает стабильность самого концентрата. Кроме того, он позволяет ввести едкий натр в концентрат в виде растворимого в концентрате алкоголята. Он также выполняет роль биоцида, предотвращал загрязнение СОЖ в процессе работы микроорганизмами.
Едкий натр поддерживает концентрацию ионов водорода в эмульсии до рекомендуемых значений рН, равных 8,2-9,5.
Нейтральный сульфонат кальция (Присадка К-31) обеспечивает необходимый уровень противокоррозионных свойств СОЖ. Примеры составов концентрата, иллюстрирующие заявляемое изобретение, приведены в табл. 7.
Для обоснования концентраций ЖКРМ-с и триэтаноламина изучали их эмульгирующую способность при смешении концентрата с водой, то есть, непосредственно при получении самой водосмешиваемой СОЖ. Для этого по ГОСТ 6243 готовили 4%-ный водный раствор СОЖ путем смешения расчетных количеств концентрата и воды, наблюдая немедленное образование эмульсии молочного вида. Выдерживали эмульсию при комнатной температуре в течение суток и визуально оценивали ее внешний вид. Стабильная эмульсия получалась при концентрациях ЖКРМ-с в пределах 20-40 мас. % (примеры 6-7). При выходе за эти пределы эмульсия получалась неоднородной (примеры 5 и 8). При таких концентрациях ЖКРМ-с оптимальная концентрация триэтаноламина составляла 15-25 мас. % (примеры 4 и 10).
При оптимальных концентрациях ЖКРМ-с и триэтаноламина подбирали концентрацию этилцеллозольва. В этом случае изучали стабильность не СОЖ, получаемой из концентрата, а самого концентрата. Оценку стабильности проводили по ГОСТ 6243, выдерживая концентрат при 60°С в течение 2 часов и затем подвергая его центрифугированию 20 мин. Образец считается выдержавшим испытание, если после этого в нем не образуется отдельной фазы. Образцы по примерам 2 и 12 выдержали испытания. При этом концентрация этилцеллозольва составила соответственно 20 и 40 мас. %.
Количество едкого натра подбирали таким образом, чтобы рН эмульсии был в пределах 8,8-9,3 (рекомендованное значение). Этому удовлетворяла концентрация едкого натра 0,5-1,5 мас. % (примеры 2 и 14).
Присадку К-31 добавляли в таком количестве, чтобы она обеспечивала коррозионную стойкость эмульсии СОЖ в течение двух часов по методу «отпечаток» по ГОСТ 6243. Метод основан на свойстве чугуна реагировать с рабочими смазочно-охлаждающими жидкостями, образуя окрашенные продукты коррозии. Достаточная коррозионная стойкость достигается при концентрации Присадки К-31 от 0,3 до 0,7 мас. %. Дальнейшее увеличение концентрации Присадки К-31 не обеспечивало дополнительного антикоррозионного эффекта и увеличение ее расхода было излишним.
Для производственных испытаний был изготовлен концентрат следующего состава, мас. %:
жирные кислоты из соапстоков растительных масел
27,5
триэтаноламин
17,5
этилцеллозольв
28,5
натр едкий
1,0
нейтральный сульфонат кальция (присадка К-31)
0,5
масло подсолнечное техническое
до 100.
Физико-химические характеристики концентрата водосмешиваемой СОЖ и приготовленного из него водного раствора эмульсии представлены в табл. 8.
Концентрат может быть приготовлен с применением современных материалов и оборудования.