Концентрат водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости

Изобретение относится к составам концентратов водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые могут быть использованы в области операций шлифования и лезвийной обработки различных видов сталей и их сплавов.

Смазочно-охлаждающие жидкости - распространенный вид смазочных материалов, используемых на машиностроительных предприятиях в различных операциях обработки сталей и их сплавов. Ассортимент СОЖ огромен и насчитывает сотни наименований. Это объясняется большим разнообразием операций механообработки, предъявляющим к СОЖ различные, иногда противоположные, требования. Важным фактором является также желание потребителей при производстве СОЖ использовать как можно более дешевое сырье и обширную сырьевую базу.

Типичная водосмешиваемая СОЖ представляет собой воду (90-98 мас. %), содержащую смазочные масла (минеральные или растительные), эмульгаторы и добавки, обеспечивающие факультативные свойства СОЖ: противокоррозионные, антипенные, бактерицидные и др. В качестве эмульгаторов часто используют продукты реакции карбоновых кислот с этаноламинами, обычно - с триэтаноламином. Композиция смазочных масел, эмульгатора и добавок представляет собой концентрат водосмешиваемой СОЖ, который изготавливается отдельно и для получения СОЖ смешивается с водой в заданном соотношении. Сам концентрат тоже часто содержит воду с целью его удешевления. Однако это отрицательно влияет на стабильность концентрата, срок хранения которого в этом случае ограничивается 3-6 месяцами. Кроме того, концентраты, содержащие воду, замерзают при отрицательных температурах и не всегда восстанавливают свои свойства при отогревании.

Концентраты, не содержащие воду, сравнительно дороги, а использование дешевых компонентов является причиной их отдельных эксплуатационных недостатков.

Качество концентратов водосмешиваемых СОЖ оценивают двояко: анализируя непосредственно сами концентраты, а также исследуя эксплуатационные свойства получаемых из них СОЖ.

Известен состав концентрата смазочно-охлаждающей жидкости для литья под давлением цветных сплавов, содержащий следующие компоненты при соотношении, мас. %: минеральное масло - 33,0-35,0, олеиновая кислота -10,0-14,0, триэтаноламин - 6,5-8,0, тиомочевина - 2,0-2,5, катапин - 2,0-2,5, полиоксиэтилированные алкилфенолы - 9,0-10,0, полисилоксановая жидкость - 1,0-1,4, мыла щелочных металлов синтетических жирных кислот С₅ - С₆ - 2,0-2,5, вода - до 100 (RU №2029651, МПК В22С 3/00 (1995.01), опубл. 27.02.1995).

Недостатком этого состава является малая стабильность концентрата, обусловленная наличием в нем воды.

Известен также состав концентрата смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, содержащий следующие компоненты, мас.%: триэтаноламин 28-31, оксиэтилированный алкилфенол 8-11, уротропин 5,5-6,5, бура 0,8-1,2, алкилдиметилбензиламмоний хлорид 4,6-5,5, 1,4-бутандиол 10-12, дециловый спирт 0,8-1,2, вода до 100 (RU №2255966, МПК С10М 173/02 (2000.01), С10М 173/02 (2000.01), С10М 133/08 (2000.01), С10М 129/16 (2000.01), С10М 133/04 (2000.01), С10М 125/26 (2000.01), С10М 129/06 (2000.01), C10N 40/20 (2000.01), опубл. 10.07.2005).

Недостатком этого концентрата является сложный состав и наличие в нем воды, что определяет его низкую фазовую стабильность (расслаивается через 2-3 месяца хранения).

Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов следующего состава, мас.%: минеральное масло 20-35, продукт реакции триэтаноламина с ненасыщенной жидкой кислотой или кислотами таллового масла 9-16, моноэтаноламин 9-13, борная кислота 3-6, триэтаноламин 10-18, бис-(алкилполиоксиэтилена)-фосфат (включающий С_8-18 В алкильном радикале и 2-6 оксиэтильных групп) 9-16, вода остальное (RU №1383779, МПК С10М 173/00 (1995.01), С10М 173/00 (1995.01), С10М 125/26 (1995.01), С10М 133/08 (1995.01), С10М 137/04 (1995.01), C10N 30/06 (1995.01), C10N 40/24 (1995.01), опубл. 09.07.1995).

Данный концентрат имеет недостаточную биостойкость и неудовлетворительные антикоррозионные характеристики.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению 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).

Этот 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 для операций шлифования и лезвийной обработки различных видов сталей и их сплавов, включающий кислоты жирного ряда, эмульгатор, стабилизатор состава концентрата, гидроксид щелочного металла и противокоррозионную присадку, в качестве кислот жирного ряда содержит недистиллированные кислоты, выделяемые из соапстоков переработки растительного масла, а также жирные кислоты растительных масел, получаемые гидролизом растительного масла, в качестве эмульгатора содержит триэтаноламин, в качестве стабилизатора содержит этилцеллозольв, 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 растительных масел, недистиллированные10-20

Отличием заявляемого состава является использование 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, а также их композиции с кислотами растительных масел 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. ЖКРМ получают гидролизом растительных масел, а ЖКРМс - 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, выделяемые из соапстоков, вырабатываются предприятием ООО «Стерх» (Белгородская обл.) по ТУ 9145-002-38939381-2013 и соответствуют следующим требованиям (табл. 1):

Жирные кислоты растительных масел (ЖКРМ) вырабатываются предприятием ООО «Стерх» (Белгородская обл.) по ТУ 9145-004-38939381-2013 и соответствуют следующим требованиям (табл. 2):

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. 3.

Этилцеллозольв технический, сорт первый, вырабатывается по ГОСТ 8313-88 со следующими показателями (табл. 4):

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. 5.

Масло подсолнечное техническое вырабатывается предприятием ООО «Стерх» (Белгородская обл.) по ТУ 9147-001-38639301-2013 и соответствует следующим показателям (табл. 6):

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. 7.

Роль каждого из компонентов заключается в следующем.

ЖКРМ и ЖКРМ-с 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 облегчает введение едкого натра в концентрат в виде растворимого в концентрате алкоголята. Он также в принятых концентрациях выполняет роль биоцида, предотвращал загрязнение СОЖ микроорганизмами.

Едкий натр обеспечивает 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. 8.

Для обоснования концентраций ЖКРМ-с, ЖКРМ 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 и ЖКРМ-с в пределах 10-20 мас. % каждого из этих компонентов (примеры 6-8). При выходе за эти пределы эмульсия получалась неоднородной (примеры 5 и 9). При таких концентрациях ЖКРМ и ЖКРМ-с оптимальная концентрация триэтаноламина составляла 12-18 мас. % (примеры 2 и 8).

При оптимальных концентрациях ЖКРМ, 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 двух часов и затем подвергая его центрифугированию двадцать мин. Образец считается выдержавшим испытание, если после этого в нем не образуется отдельной фазы. Образцы по примерам 3 и 11 выдержали испытания.

Количество едкого натра подбирали таким образом, чтобы рН эмульсии был в пределах 8,2-9,5 (рекомендованное значение). Этому удовлетворяла концентрация едкого натра 0,5-1,5 мас. % (примеры 3 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 изготавливали концентрат следующего состава, мас. %:

жирные кислоты, выделяемые из соапстоков растительных масел недистиллированные (ЖКРМ-с) - 15

жирные кислоты растительных масел (ЖКРМ) - 15

триэтаноламин - 15

этилцеллозольв - 22

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. 9