СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМАЗОЧНОГО КОНЦЕНТРАТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
METHOD FOR OBTAINING LUBRICATING CONCENTRATE FOR PRESSURE TREATMENT OF METALS

Изобретение относится к области получения технологических смазок и смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), в частности смазок, применяемых для обработки металлов давлением.
Известен способ получения смазки для холодной обработки металлов давлением путем дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел, с получением гудронного остатка, содержащего до 30% продуктов полимеризации и конденсации, омыление которого ведут водным раствором щелочи на глубину нейтрализации 35-40% из расчета по кислотному числу. (А.С. СССР №407942, кл. C10M 5/14. «Способ получения смазки для холодной обработки металлов давлением». Бюл. №47, 1974 г.).
Недостатком способа является то, что подвергаемый нейтрализации гудрон имеет высокое содержание полимеризата и относительно низкое кислотное число.
Наличие до 30% полимеризата увеличивает вязкость смазки, загрязнение поверхности металла после деформации, затрудняет удаление смазки.
Известен способ получения смазки для обработки металлов, представляющий собой эмульсию масла в воде, в котором смесь триглицеридов, моноглицеридов, жирной кислоты и жирного амина эмульгируется водным раствором щелочного мыла жирной кислоты. (Патент США №4206059, кл. C10M 3/18, 1980 г.)
Существенным недостатком данного способа является использование дефицитного сырья.
Условием высокой стабильности эмульсий является высокое содержание в концентрате мыла, что приводит к загущению концентрата, затрудняющее их растворение и использование СОЖ в циркуляционных охлаждаемых системах.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения концентрата технологической смазки путем омыления водным раствором щелочи (NaOH) дистиллята от процесса дистилляционной рафинации подсолнечного масла (ЖКРФ) из расчета по кислотному числу 60-150 мг КОН/г (Патент РФ №2213130, МКИ: C10M 177/00. «Способ получения концентрата технологической смазки для обработки металлов». Бюл. №27, 2003 г.), который принят за прототип.
Достаточно высокое кислотное число омыляемого дистиллята позволяет получить концентрат с различной глубиной омыления при высоком содержании свободных жирных кислот и достаточном количестве продуктов омыления, обеспечивающих стабильность водных эмульсий.
Недостатком получаемой смазки является отсутствие в ее составе триглицеридов, моно- и диглицеридов, продуктов полимеризации жирных кислот и полиглицеридов, что снижает ее смазочные свойства.
В связи с вышеизложенным смазка применяется в процессах деформации профилей из цветных металлов и сплавов, но недостаточно эффективна в процессах волочения и штамповки изделий из углеродистых и легированных сталей.
Кроме того, наличие в смазке мыльно-масляных композиций обуславливает высокую вязкость омыляемой жировой основы, что определяет низкое содержание в концентрате смазочного вещества.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение антифрикционных свойств смазки, снижение вязкости концентрата и повышение содержания в концентрате смазочного вещества, повышение стабильности водных эмульсий смазки.
Для достижения этой цели смесь гудрона от дистилляции жирных кислот с кислотным числом 40-60 мг КОН/г (жировой гудрон), выделенных из соапстоков растительных масел, представляющего собой смесь триглицеридов и свободных жирных кислот, и водного раствора гудрона от дистилляции глицерина (глицериновый гудрон), подвергают омылению водным раствором щелочи (NaOH) до полной нейтрализациии свободных жирных кислот, содержащихся в жировом гудроне, с получением мыльно-глицериновой эмульсии в виде дистиллята, при этом соотношение глицеринового и жирового гудронов в омыляемой смеси составляет 1:3-1:2, причем в полученную мыльно-глицериновую эмульсию дополнительно вводят свободные жирные кислоты, полученные в процессе физической рафинации подсолнечного масла (ЖКФР) в соотношении с мылами, полученными при нейтрализации смеси гудронов, в массовом соотношении 0,5:1-1:1.
Глицериновый гудрон представляет собой вязкую подвижную жидкость от светло-коричневого до коричневого цвета с массовой долей глицерина и полиглицеринов не менее 30%.
Гудрон от дистилляции жирных кислот содержит в своем составе 30-50 мас.% триглицеридов, 30-50 мас.% свободных жирных кислот и до 30 мас.% продуктов полимеризации и конденсации.
Дистиллят, получаемый в процессе физической рафинации подсолнечного масла, представляет собой смесь преимущественно жирных кислот и нейтрального масла с массовой долей жирных кислот 70-80%, кислотное число 130-160 мг КОН/г, число омыления 170-180 мг КОН/г, температура застывания жирных кислот 18-22°C.
Рецептуры смазочных основ и составы получаемых концентратов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Рецептуры смазочных основ и составы получаемых концентратов
Наименование способа
Рецептура исходного сырья и состав получаемых концентратов, мас.%
Соотношение компонентов смеси
Число омыления, кислотные числа и глубина нейтрализации, мгКОН
Глицериновый гудрон
Жировой гудрон
ЖКФР
Вода
Содержание смазочного вещества
ЖКФР: мыло
Глицериновый гудрон: жировой гудрон
Жировой гудрон
ЖКФР
Число омыления
Кислотное число
Глубина нейтрализации
Кислотное число
Глубина нейтрализации
Способ получения мыльно-глицеринового концентрата (предлагаемый)
1
10
30
12-9
48
52
1:1
1:3
150
60
60
150
0
2
12
30
8-6
50
50
0,8:1
1:2,5
150
50
50
150
0
3
15
30
4-3
51
49
0,5:1
1:2
150
40
40
150
0
Способ получения мыльно-масляного концентрата (прототип)
4
-
-
30
40
30
-
-
-
-
150
60
Проводились испытания 10% эмульсии смазок, которые соответствуют концентрации смазок, применяемых в процессах штамповки и волочения изделий из углеродистых и низколегированных сталей.
В процессе испытаний определяли коэффициент трения, характеризующий антифрикционные свойства смазки.
Коэффициент трения определяли при осадке металлических колец из ст.20. Высота колец 50 мм, наружный диаметр 25 мм, толщина стенки 2 мм. Исходная температура колец и штампа 20°C. Величина разовой деформации кольца - 20%.
Определяли также содержание смазочных веществ в концентратах, вязкость полученных концентратов и стабильность 10% водных эмульсий.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты испытаний смазочных концентратов
№№ пп
Содержание в концентрате, мас.%
Вязкость концентрата при 50°C, сП
Концетрация водных эмульсий, мас.%
Стабильность водных эмульсий, % отстоя
Коэффициент трения, (f)
Смазочного вещества
Свободных жирных кислот
1
52
12
100
10
12
0,26
2
50
8
92
10
10
0,30
3
49
4
84
10
8
0,35
4
30
18
110
10
20
0,38
Как видно из таблиц 1 и 2, содержание смазочного вещества в концентрате, получаемом по предлагаемому способу, выше, чем при омылении жирных кислот физической рафинации, взятому в качестве прототипа (до 51 мас.% вместо 30 мас.%).
При этом вязкость получаемого концентрата ниже, чем у прототипа (84-100 сП вместо 110 сП).
При увеличении содержания в рецептуре гудрона от дистилляции жирных кислот (жирового гудрона) выше 30 мас.% и снижении содержания глицеринового гудрона ниже 10 мас.% вязкость получаемого концентрата увеличивается до уровня прототипа (110 сП) и выше.
Снижение содержания в рецептуре жирового гудрона ниже 30 мас.% и увеличение содержания глицеринового гудрона выше 15 мас.% ухудшает антифрикционные свойства смазки (коэффициент трения с 0,26-0,35 растет до уровня прототипа - 0,32 и выше).
Таким образом, оптимальное соотношение глицеринового и жирового гудрона в рецептуре составляет 1:3-1:2.
При омылении по кислотному числу жирового гудрона (40-60 мг КОН/г) обеспечивается стабильность водных эмульсий концентрата выше, чем у прототипа (8-12% отстоя при 20% отстоя у прототипа).
Снижение кислотного числа жирового гудрона ниже 40 мг КОН/г не позволяет провести омыление на глубину, обеспечивающую высокую стабильность водных эмульсий.
Получение жирового гудрона с кислотным числом выше 60 мг КОН/г нецелесообразно с точки зрения выхода основного продукта - дистиллированных жирных кислот.
Концентрат, полученный по предлагаемому способу, обеспечивает более высокие антифрикционные свойства водных эмульсий по сравнению с прототипом при соотношении свободных жирных кислот (ЖКФР) с мылами,полученными при нейтрализации жировых гудронов, 0,5:1-1:1.
Увеличение содержания свободных жирных кислот (ЖКФР) по отношению к мылу более 1:1 (выше 12 мас.%) снижает стабильность водных эмульсий до уровня прототипа.
Снижение содержания ЖКФР по отношению к мылу менее 0,5:1 (ниже 4 мас.%) снижает до уровня прототипа антифрикционные свойства водных эмульсий.
Таким образом, предлагаемый способ получения смазочного концентрата позволяет:
- получить концентрат с повышенным содержанием смазочного вещества;
- снизить вязкость смазочного концентрата;
- повысить стабильность водных эмульсий;
- улучшить антифрикционные свойства водных эмульсий;
- получить эффективную смазку на основе жировых отходов различных производств.