Комплексы стеариновой кислоты с кислородсодержащими аминами в качестве смазывающей присадки при металлообработке

 

Использование: в металлообрабатывающей промышленности в качестве смазочного материала. Сущность изобретения: продукт - комплекс стеариновой кислоты с кислородсодержащими аминами формулы где а : R₁ + R₂= (CH₂)₂O(CH₂)₂, б : R₃ = H; R₁ = CH₂CH₂OH; R₂ = R₃ = H, в : R₁ = R₂ = CH₂CH₂OH, R₃=H г : R₁ = R₂ = R₃ = CH₂CH₂OH . Реагент 1: C₁₇H₃₅COOH реагент 2: морфолин, моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин. Условия : соотношение 1 : 2 2 : 1, при 60:03/С. Выход - количественный; а. C₄₀H₈₁O₅N мол.м. 656,08, т. пл. 55 - 56°С; б. C₃₈H₇₉O₅N мол.м. 630,05, т.пл. 67 - 70°С ; в. C₄₀H₈₃O₆N мол. м. 674,09, т.пл. 59 - 61°С, г C₄₂H₈₇O₇N мол.м. 718,15, т.пл. 62 - 64°С. Суммарная глубина сверления 123,8 - 926,5 мм. 1 табл.

Изобретение относится к новым химическим соединениям, конкретно к комплексам стеариновой кислоты с кислородсодержащими аминами общей формулы I C₁₇H₃₅CCC₁₇H₃₅ где R₁ + R₂ = (CH₂)₂ O(CH₂)₂; R₃ = H, R₁ = CH₂CH₂OH; R₂ = R₃ = H; R₁ = R₂ = CH₂CH₂OH; R₃ = H, R₁ = R₂ = R₃ = CH₂CH₂OH, в качестве смазывающей присадки при металлообработке.

При механической обработке металлов применяются многочисленные органические соединения. В том числе известно применение для этой цели жирных кислот, улучшающих смазывающие свойства. Они действуют мягко и подходят лишь для легких операций резания (1). Эффективнее смесь олеиновой кислоты с серой, применяемая при сверлении глубоких отверстий в стали и обеспечивающая большую стойкость сверл по сравнению с жирными кислотами за счет устранения явления охватывания трущихся металлов.

Известен смазочный материал, содержащий олеиновую кислоту, стеариновую кислоту и серу, повышающий стойкость режущего инструмента при сверлении деталей из титановых и труднообрабатываемых сталей по сравнению с олеиновой кислотой (11 и 10 в таблице). Этот материал (паста ВК-1 (2)) является наилучшим из применяемых в промышленности для этих целей.

Наиболее близким по сравнению к описываемым комплексам, обладающим способностью повышать эффективность смазочного материала, является ацетат пиперидиния (30) CH₃COO^-H (II) Введение этой соли в качестве присадки в смазочный материал по рецептуре (2) повышает стойкость сверла в 3 раза (12 в таблице). Но все же стойкость остается недостаточно высокой: до затупления инструмента можно просверлить лишь 3 отверстия глубиной в три диаметра сверла (см. ниже условия испытаний).

Целью изобретения является преодоление указанного недостатка - поиск новых соединений в ряду комплексов карбоновых кислот с кислородсодержащими аминами, способных значительно повышать эффективность смазочного материала при механической обработке труднообрабатываемых сталей.

Эта цель достигается новыми комплексами стеариновой кислоты с аминами приведенной общей формулы I. От известных соединений (формула II) эти комплексы отличаются наличием кислорода в аминном компоненте, (увеличением длины углеводородной цепочки в кислотном компоненте.

Комплексы стеариновой кислоты с кислородсодержащими аминами получали смещением при 60^оС соответствующего амина со стеариновой кислотой при молярном соотношении реагентов 1:2 и перемешиванием смеси до ее гомогенизации.

Получающиеся комплексы представляют собой желтоватую воскообразную массу. Их строение доказывается элементным анализом и методом ИК-спектроскопии (примеры 1-4).

В ИК-спектрах комплексов отсутствуют полосы поглощения в области 3300-3500 см-1, соответствующие валентным колебаниям связей NH, характерные для исходных аминов (II). Характеристические полосы при 1205, 1300, 1415 см^-1, обязанные взаимодействию между плоскими деформационными колебаниями О-Н и валентными колебаниями С-О димера кислоты исчезают в ИК-спектрах описываемых комплексов и вместо них появляются полосы при 1635 ( ν a СО₂^-) 1370 (ν s СО₂^-) и 670, соответствующие валентным ν a, ν s и деформационным колебаниям группы СОО^-. Присутствие в ИК-спектрах этих полос поглощения и отсутствие полос димеров кислоты доказывает, что полученные продукты являются комплексами 1:2 структуры 1 (12, 13), а не смесью комплексов 1:1 и кислоты. B ИК-спектре имеются также полосы поглощения при 2730-2745, 2666-2680 и 2310-2320, принадлежащие валентным колебаниям (N⁺-H...O^-). Кроме того ИК-спектры содержат полосы асимметричных деформационных и валентных колебаний вторичной аммониевой группы 1635 и 1670-1690 см^-1 δas (N⁺H₂), 3290-3160, 3410-3390 ν (N⁺H₂) за исключением комплекса с триэтаноламином, для которого δs (N⁺H) 1580 см^-1 и ν (N⁺H₂) 2680 см^-1, а также полосу валентных колебаний группы 1710 см^-1 ν (С=О) (II). То, что комплексообразование осуществляется с сохранением гидроксильной группы карбоксила подтверждается наличием полос валентных колебаний ν (ОН) около 3540 см^-1 и деформационных колебаний δ (ОН) 1250 см^-1. Кроме того, ИК-спектры комплексов стеариновой кислоты с оксиаминами содержат полосы валентных колебаний ν (ОН) оксиэтильных групп при 3610-3640 см^-1 (II).

П р и м е р 1. Перемешиванием до гомогенизации 28,4 г (0,1 моля) стеариновой кислоты и 4,6 г (0,05 моля) морфолина при 60^оС, получают с количественным выходом желтоватую воскообразную массу с т.пл. 55-56^оС, представляющую собой, согласно данным ИК-спектра и элементного анализа, комплекс стеариновой кислоты с морфолином 2:1, мол.м. 656,08. Найдено, %: C 73,64; H 12,06; N 2,44. C₄₀H₈₁O₅N.

ИК-спектр (см^-1): ν (N⁺-H. ..O^-) 2735, 2666, 2320, ν (С=О) 1710, ν a (СОО-) 1635, νs (СОО-) 1370, δ (СОО^-) 670, ν (C-N⁺) 988, νas(N⁺H₂) 1635, 1670, ν (N⁺H) 3290, 3410, νas (СОО^-) 1535, ν (ОН) 3540, δ (ОН) 1250.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 из 28,4 г (1 моль) стеариновой кислоты и 3,1 г (0,05 моля) моноэтаноламина при 60^оС получают с количественным выходом комплекс 2:1 в виде воскообразной желтоватой массы с т.пл. 67-70^оС, мол.м. 630,05.

Найдено, %: C 72,65; H 12,83; N 2,10 C₃₈H₇₉O₅N
Вычислено, %: C 72,47; H 12,64; N 2,22
ИК-спектр (см^-1): ν (N⁺H. . . O^-) 2730, 2648, 2325, ν (С=О) 1720, νa (СОО^-) 1635, ν s(СОО^-) 1380, δ (СОО) 665, ν (C-N⁺) 953, νas (N⁺H₃) 1565, 1660, ν (N⁺Н₃) 3290, 3380, νas (СОО^-) 1515, ν (ОН) 3540,δ (ОН) 1250, ν (ОН) в H₂NCH₂CH₂OH 3640.

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1 из 28,4 г (0,1 моля) стеариновой кислоты и 5,1 г (0,05 моля) диэтаноламина получают с количественным выходом желтоватую воскообразную массу с т.пл. 59-61^оС, комплекс стеариновой кислоты с диэтаноламином 2:1, мол.м. 674,09.

Найдено, %: C 71,13; H 12,29; N 1,86
C₄₀H₈₃O₆N
Вычислено, %: C 71,27; H 12,41; N 2,08.

ИК-спектр (см^-1): ν (N⁺-H. ..O^-) 2730, 2680, 2312, ν (С=О), 1710, νa (СОО^-) 1635, νs (СОО^-) 1370, δ (СОО^-) 645, ν (C-N⁺) 965, νas (N⁺H₂) 1555, 1690, ν (N⁺H) 3280, 3400, νas (СОО^-) 1535, ν (ОН) 3540, δ (ОН) 1250, ν (ОН) в HN (CH₂CH₂OH)₂ 3640.

П р и м е р 4. Аналогично примеру 1 из 28,4 г (0,1 моля) стеариновой кислоты и 7,4 г (0,05 моля) триэтаноламина получают с количественным выходом комплекс 2: 1 в виде воскообразной желтоватой массы с т.пл. 62-64^оС, мол.м. 718,15.

Найдено,%: С 70,38; H 12,38; N 2,30
C₄₂H₈₇O₇N
Вычислено, %: C 70,24; H 12,21; N 1,95
ИК-спектр (см^-1): ν (N⁺ -H...O^-) 2745, 2680, 2310, ν (С=О) 1710, νa (СОО^-) 1635, νs (СОО^-) 1370, δ (СОО) 655, ν (C-N⁺) 943,ν as (N⁺H) 1585, 1690, ν(N⁺H) 3160, 3390, νas (COO^-) 1540, ν (OH) 3540, δ (OH) 1250, ν (OH) в N(CH₂CH₂OH)₃ 3610.

Испытания по определению влияния описываемых комплексов на стойкость режущего инструмента при металлообработке проводились на смазочных материалах, приготовленных введением комплексов 1 в технологическую пасту ВК-1, приготовленную по рецептуре (9) из олеиновой, стеариновой кислот и серы, применяемую для сверления труднообрабатываемых металлических материалов.

Испытания проводились на вертикально-сверлильном станке модели 2Н 135, сверлению подвергалась высокопрочная сталь 30ХГСН2А-ВД, термообработанная до HRC=50, что соответствует δ = 175 кг/мм². Режущий инструмент - спиральное сверло диаметром ⊘8,5 мм из быстрорежущей стали Р6М5. Режим резания, скорость резания 2,4 м/мин, (90 об/мин), подача 0,1 мм/об., глубина сверления - 3 ⊘ сверла 25,5 мм. Оценка эффективности смазочного материала (стойкости инструмента) проводилась сравнением суммарной глубины, просверленных отверстий до затупления сверла, что определялось по появлению характерного скрипа и прекращения резания. Число просверленных отверстий и продолжительность сверления до затупления инструмента пропорциональны суммарной глубине сверления и могут быть при необходимости рассчитаны исходя из этой величины и приведенных параметров эксперимента.

Результаты испытаний приведены в таблице. Там же приведены коэффициенты эффективности, показывающие во сколько раз увеличивается стойкость инструмента в данном смазочном материале по сравнению с материалом, содержащим вещество-прототип и по сравнению с пастой ВК-1(2).

Как видно из таблицы (NN 1-9), введение в смазочный материал описываемых комплексов формулы I значительно (в 1,65-12,37 раз) повышает стойкость режущего инструмента по сравнению со смазочным материалом, содержащим вещество - сравнения формулы 11(12) и тем более по сравнению с пастой ВК-1 - в 3,75-28,08 раз.

Формула изобретения

КОМПЛЕКСЫ СТЕАРИНОВОЙ КИСЛОТЫ С КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИМИ АМИНАМИ В КАЧЕСТВЕ СМАЗЫВАЮЩЕЙ ПРИСАДКИ ПРИ МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ.

Комплексы стеариновой кислоты с кислородсодержащими аминами общей формулы

где а) R₁ + R₂ = (CH₂)₂O(CH₂)₂, R₃ = H;
б) R₁ = CH₂ CH₂ OH, R₂ = R₃ = H;
в) R₁ = R₂ = CH₂ CH₂ OH, R₃ = H;
г) R₁ = R₂ = R₃ = CH₂ CH₂ OH;
в качестве смазывающей присадки при металлообработке.

РИСУНКИ

Рисунок 1