Водосмешиваемая смазочно-охлаждающая жидкость

Используется в машиностроительной промышленности и касается использующихся при механической обработке металлов составов водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Сущность: СОЖ содержит в мас.%: олеиновая кислота 10,0-12,0, триэтаноламин 4,0-6,0, присадка «Детерсол-140» 1,0-4,0, хлорпарафины жидкие ХП-470 0,8-4,0, полиметакрилатная присадка марки «Д» 0,3-0,7, базовая основа трансформаторного масла - остальное. Технический результат - улучшение антикоррозионных свойств водосмешиваемых СОЖ, повышение их устойчивости к биопоражению, увеличение продолжительности сроков хранения водной эмульсии, повышение качества обрабатываемых деталей.

 

Изобретение относится к области защиты металлов от износа, коррозии и обеззараживания. Может быть использовано в производстве смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и в машиностроительной промышленности в процессе механической обработки металлов с использованием СОЖ.

Эффективность эксплуатации металлообрабатывающего оборудования во многом зависит от правильного выбора и применения СОЖ. На действие СОЖ могут оказывать существенное влияние условия обработки металлов (режимы резания, фрезерования, сверления и т.д.), свойства обрабатываемого и инструментального металлов, конструкции режущего инструмента и др. факторы.

СОЖ, как правило, содержат присадки, которые оказывают как смазывающее, охлаждающее, диспергирующее, моющее действие, так и сумму этих действий в конкретных условиях резания. Эффективным методом борьбы с коррозией обрабатываемых металлов и коммуникаций станков, а также с биопоражением используемых СОЖ является применение добавок, обладающих антикоррозионными и бактерицидными свойствами.

Из литературы (1. Топлива и смазочные материалы. Рынок продукции: Каталог/ Коллектив составителей. - М.: Машиностроение, 1994. С.107-115, 2. Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1984. С.74-85) известно, что в качестве СОЖ широко используют эмульсолы Аквол-15, Аквол-16, Аквол-18, СИНХО-6, МХО-67, Укринол-1. Названные композиции содержат в своем составе различные улучшающие добавки. В вышеприведенной литературе 1,2 указано, что составы эмульгирующих композиций, таких как РИЗОЛ, Карбамол-C1, эмульцид ЭГТ, эмульцид ЭТ-2, эмульцид ЭТ-2ГХФ, включают только бактерицидные добавки.

В составах эмульгирующих композиций, описанных в А.с. 43940 НРБ. Опубл 30.09.88, роль антикоррозионных добавок выполняют борсодержащий эфир триэтаноламина и/или этиленгликоля и жирных кислот и продукт конденсации декагидрата тетрабората натрия с этиленгликолем.

В книге Масла, вырабатываемые предприятиями Миннефтехимпрома СССР.: под ред. В.М.Школьникова, Н.А.Кузнецова. Каталог-справочник. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986, с.49 описан эмульсол НЛ-205, состав которого в качестве антикоррозионной добавки включает 0,5 мас.% нитрита натрия и 0,5 мас.% тринатрийфосфата.

В процессах обработки металлов резанием широко применяют СОЖ на масляной основе. Так, из RU 2175667, опубл. 10.11.2001. Бюл. №31, известен эмульсол, состоящий из следующих компонентов, мас.%: масло И-20 А 70-74; талловое масло 19-23; сода каустическая 3,5-4,5; этиленгликоль остальное. Эмульсол дополнительно содержит антикоррозионную и бактерицидную добавку, представляющую собой нейтрализованный продукт взаимодействия этерифицированной смеси ди- и триметилолмочевины с солью фосфорной кислоты в количестве 4-10 мас.%.

Общими признаками известного технического решения и предлагаемого изобретения является использование масел в качестве базовой основы СОЖ.

В Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1984. С.81-83 описана эмульгирующая композиция (СОЖ) марки ЭТ-2, представляющая собой коллоидный раствор связанных и свободных кислот таллового масла и масляного асидола в минеральном масле. Эмульцид стабилизирован водой и спиртом.

Общими признаками известного технического решения и предлагаемого изобретения также является использование в составе СОЖ минеральных масел в качестве базовой основы.

Из RU 2201435, опубл. 27.03.2003, известна эмульгирующая композиция, которая включает 30-50 мас.% базовой масляной основы, 25-45 мас.% смеси полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных жирных спиртов фракции С₁₀-С₂₀, 0,06-0,12 мас.% полиметилсилоксана, 4-10 мас.% триполифосфата натрия, 4-10 мас.% бактерицидно-антикоррозионной добавки и этиленгликоль остальное.

Общими признаками известного технического решения и предлагаемого изобретения является наличие в их рецептуре базовой основы, представляющей собой минеральное масло.

Близкой к предлагаемой композиции является описанная в Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1984. С.82 эмульгирующая композиция, в составе которой содержатся смесь минеральных масел, эмульгатор, экстракт трансформаторного дистиллята, триэтаноламин и антикоррозионная добавка.

Общими признаками известного технического решения и предлагаемого изобретения является то, что состав композиции включает триэтаноламин и минеральное масло.

Основными недостатками эмульсолов и полученных на их основе водосмешиваемых СОЖ является коррозионность, подверженность биопоражению и недолгосрочность хранения полученных из них эмульсий; монофункциональность, высокая себестоимость, значительная токсичность, недостаточная эффективность улучшающих добавок и необходимость организации производства некоторых из них.

Наиболее близким (прототип) по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является эмульсол СП-3, описанный в Масла, вырабатываемые предприятиями Миннефтехимпрома СССР. Под ред. В.М.Школьникова, Н.А.Кузнецова. Каталог-справочник. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986, с.48. Состав этой эмульгирующей композиции (СОЖ) включает трансформаторное масло, триэтаноламин и олеиновую кислоту.

Недостатками прототипа является высокая коррозионная активность водосмешиваемых СОЖ, значительная их биопоражаемость и ограниченный срок (недолгосрочность) хранения водной эмульсии, плохие смазывающие, противоизносные и противозадирные свойства.

Задачей изобретения является расширение ассортимента водосмешиваемых СОЖ с хорошими бактерицидными, антикоррозионными, смазывающими, противоизносными и противозадирными свойствами.

Технический результат, достижение которого обеспечивает реализация заявляемого изобретения, заключается в улучшении антикоррозионных, смазывающих, противоизносных и противозадирных свойств водосмешиваемых СОЖ; в повышении их устойчивости к биопоражению; в увеличении продолжительности сроков хранения водной эмульсии; в устранении коррозии и растрескивания металлической поверхности обрабатываемых деталей и используемых инструментов; в предотвращении сколов резцов, осаждения шлама и смолистых веществ на поверхностях режущего инструмента и обрабатываемых изделий, окисления и вспенивания СОЖ, разрыва масляного потока и образования аэрозоля (масляного тумана) при использовании СОЖ, схватывания режущего инструмента с обрабатываемым материалом.

Указанный технический результат от реализации СОЖ, включающей олеиновую кислоту, триэтаноламин, базовую основу трансформаторное масло, достигают за счет того, что состав дополнительно содержит присадку "Детерсол-140", хлорпарафины жидкие (марки ХП-470), присадку полиметакрилатную марки "Д" (ПМА-Д), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

олеиновая кислота	10,0-12,0
триэтаноламин	4,0-6,0
Детерсол 140	1,0-4,0
ХП-470	0,8-4,0
ПМА-Д	0,3-0,7
базовая основа трансформаторного масла	остальное

Сопоставительный анализ прототипа и предложенного изобретения показывает, что общим является использование в составе СОЖ олеиновой кислоты, триэтаноламина и базовой основы - трансформаторного масла.

Отличительной особенностью заявляемой СОЖ является то, что композиция включает следующие присадки: Детерсол-140 и ХП-470 и присадку полиметакрилатную марки "Д", ранее для этих целей совместно не применявшиеся.

Ниже представлены характеристики присадок, впервые совместно используемых в качестве компонентов СОЖ.

1. Присадка "Детерсол-140", изготовленная по ТУ 38.601-13-071-92, представляет собой коллоидную дисперсию карбоната кальция в масле-разбавителе марки М-6 (ТУ 38.101.523-80), стабилизированную алкилсалицилатом кальция на основе олигомеров этилена C₁₆-C₁₈ с избыточной щелочностью и предназначена для улучшения эксплуатационных свойств моторных масел. Присадка обладает высокотемпературными моющими, диспергирующими, антиокислительными, нейтрализующими и антикоррозионными свойствами.

Присадка имеет следующие физико-химические показатели:

- вязкость кинематическая при 100°С, мм²/с - не более 35,

- общее щелочное число, мг КОН/г - в пределах 135-170,

- массовая доля алкилсалицилата кальция и карбоната кальция, % - не менее 35,

- растворимость в масле - полная.

Присадка Детерсол-140 за счет высокой щелочности способна нейтрализовать кислые соединения в масляной СОЖ, которые накапливаются в ней при эксплуатации. В реакции нейтрализации кислых продуктов активное участие принимает карбонат кальция, выделяющийся при разложении присадки Детерсол-140 в высоких температурных зонах. Указанная особенность реализуется в масляной пленке, образующейся на нагретой поверхности, при этом улучшаются антикоррозионнные свойства содержащей Детерсол-140 СОЖ. Кроме того, присутствие в составе СОЖ данной присадки предотвращает ее окисление, предупреждает оседание шлама и смолистых веществ на поверхностях режущего инструмента и обрабатываемых изделий. Присадка нейтрализует также продукты жизнедеятельности бактерий, проявляя бактерицидные свойства.

2. Присадка полиметакрилатная марки "Д", приготовленная по ТУ 6-01-270-94, представляет собой 30-40% (мас.) раствор полиметакрилата в индустриальном масле И-20 А. Присадку полиметакрилатную марки "Д" получают методом полимеризации эфиров метакриловой кислоты и синтетических первичных спиртов типа "Алфол" фракции C₁₂-C₁₈. Присадка применяется в качестве добавки к смазочным нефтяным маслам для понижения температуры застывания, повышения вязкости и индекса вязкости, хорошо растворима в минеральных маслах.

Присадка имеет следующие физико-химические показатели:

- вязкость кинематическая при 50°С, мм²/с (сСт) 900-2500,

- массовая доля активного вещества, % (мас.) 30-40.

ПМА-Д - вязкостная, противотуманная и антипенная присадка. При введении этой полимерной присадки в состав СОЖ происходит снижение количества образующегося масляного тумана за счет адсорбции микромолекул полимера на частицах парафиновых углеводородов масляной основы, при этом предотвращается разрыв масляного потока и образование аэрозоля.

При совместном использовании в составе заявляемой СОЖ Детерсола-140 и ПМА-Д улучшаются эмульгирующие свойства и показатель вязкости заявляемой композиции.

3. Парафины хлорированные жидкие (ХП-470) - вторичный пластификатор в светлых полимерных композициях.

ХП-470 имеют следующие физико-химические показатели:

- плотность при 20°С, кг/м³, в пределах 1185-1235,

- вязкость, Па·с, не более 0,115,

- массовая доля хлора, %, в пределах 45-49.

За счет добавки ХП-470 повышается эффективность смазывающего компонента - трансформаторного масла. ХП-470 включена в данную композицию также в качестве ингибитора окисления, коррозии, противозадирной и противоизносной присадки. Эта присадка предотвращает схватывание режущего инструмента с обрабатываемым материалом и снижает интенсивность износа инструмента при высоких температурах и механических нагрузках. Известно, что антиокислительные присадки по своей природе являются сложными веществами, содержащими соли сильных кислот или такие компоненты как хлор, сера, азот и др. Активность противоизносных присадок также зависит от наличия в их молекулах активных химических элементов (серы, хлора, азота, фосфора и др.). При использовании данной СОЖ образуются прочные граничные пленки за счет химического взаимодействия присадки с металлом.

Несмотря на то что заявляемые присадки Детерсол-140, ПМА-Д и ХП-470 хорошо известны и широко используются в производстве, в уровне техники не описаны композиции при их одновременном использовании в составе СОЖ.

Опытным путем установлено, что включенные в состав заявляемой СОЖ присадки усиливают действие друг друга и одновременно оказывают сумму указанных выше действий в конкретных условиях эксплуатации СОЖ.

Синергетический эффект проявляется, например, при совместном присутствии и взаимодействии присадок ПМА-Д и Детерсол-140, который заключается в улучшении дисперсионных свойств композиции. Консистенция СОЖ при включении в ее состав данных присадок становится однородной. Водная эмульсия, приготовленная из заявляемой СОЖ, при длительном хранении не расслаивается и устойчива к биопоражению, на ее поверхности не накапливается слой масла. Эмульсия, полученная из СОЖ по прототипу, расслаивается при хранении, загнивает, а на ее поверхности накапливается масляный слой. Благодаря совместному присутствию названных присадок СОЖ в процессе ее использования оказывает одновременно как смазывающее, охлаждающее, диспергирующее, моющее действие, так и сумму этих действий в конкретных условиях обработки металлических изделий.

В следующих примерах показана реализация изобретения.

Пример 1. Приготовление СОЖ.

Заявляемую СОЖ получают в контакторе-смесителе следующим образом.

К 1/2 части расчетного количества трансформаторного масла добавляют расчетное количество олеиновой кислоты и триэтаноламина. Полученную смесь перемешивают в течение одного часа, после чего последовательно вводят расчетное количество Детерсола-140, ХП-470 и ПМА-Д. Данную смесь также перемешивают в течение одного часа. При получении смеси однородной консистенции добавляют оставшуюся часть (1/2 расчетного количества) трансформаторного масла и еще раз перемешивают в течение двух часов. Процесс осуществляют при температуре 18-35°С.

В результате реализации изобретения получают СОЖ, содержащую, мас.%:

олеиновая кислота	10
триэтаноламин	5
Детерсол-140	2
ХП-470	2
ПМА-Д	0,5
базовая основа трансформаторного масла	остальное.

Пример 2. Определение бактерицидных свойств СОЖ.

Бактерицидные свойства полученной по примеру 1 СОЖ исследовали по методике, изложенной в Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник / Под общей ред. С.Г.Энтелиса, Э.М.Берлинера. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1995. 496 с.. В качестве индикатора использовали 0,5% (мас.) водный раствор 2,3,5-трифенилтетразолия хлористого (ТТХ).

Балл микробиологического поражения эмульсии оценивают визуально по наличию и интенсивности окраски 10%-ной водной эмульсии, приготовленной из заявляемой СОЖ и СОЖ по прототипу. При испытании СОЖ с составом по прототипу показан предельный IV-й балл биопоражения по V-балльной шкале от 0 до IV. Эта СОЖ непригодна к дальнейшей эксплуатации. У СОЖ заявляемого состава определен 0 балл биопоражения, данная СОЖ длительное время хорошо хранится и остается пригодной для использования.

Пример 3. Определение антикоррозионных свойств СОЖ. Антикоррозионные свойства СОЖ оценивали по методике, изложенной в (ГОСТ 2917-76 "Метод определения коррозионного воздействия на металлы"). Балл коррозии оценивают у СОЖ, приготовленных по прототипу и по заявляемому изобретению. В результате проведенных испытаний установлено, что СОЖ, приготовленная по прототипу, имеет балл коррозии III (по V-балльной шкале от 0 до IV баллов), что соответствует умеренной степени коррозии. СОЖ, приготовленная по заявляемой рецептуре, имеет балл, равный 0, что соответствует отсутствию коррозии.

Пример 4. Испытание заявляемой СОЖ в промышленных условиях. При эксплуатации предлагаемой СОЖ на ремонтно-механическом заводе в процессе металлообработки повысилась эффективность работы при всех режимах обработки металлических изделий. Водная эмульсия, приготовленная из заявляемой СОЖ, при длительном хранении сохранила первоначальные физико-химические свойства, не расслаивалась, не имела гнилостного запаха, а при ее эксплуатации не оказывала коррозионного воздействия на металл станка. Использование эмульсии, приготовленной из известного состава СОЖ, приводит к видимым следам коррозии металлических частей станка. Практика показала, что при обработке металлов резанием с использованием заявляемой СОЖ процесс идет мягче, обрабатываемая поверхность деталей имеет меньшую шероховатость. Показано, что испытываемая партия СОЖ заявляемого состава облегчает процесс резания металла и улучшает качество обрабатываемых изделий.

Представленные примеры убедительно показывают возможность реализации предлагаемого изобретения и достижения заявляемого технического результата.

По сравнению с известными эмульгирующими композициями (СОЖ), которые либо не обладают необходимыми эксплуатационными свойствами, либо сложны по составу и способу приготовления, заявляемая СОЖ позволяет достичь желаемых результатов несложными средствами с использованием широко известных и доступных продуктов. Использование предлагаемой композиции обеспечивает по сравнению с известными СОЖ существенное повышение надежности и длительных сроков службы машин и инструментов.

Водосмешиваемая смазочно-охлаждающая жидкость, включающая олеиновую кислоту, триэтаноламин, базовую основу трансформаторного масла, отличающаяся тем, что жидкость дополнительно содержит присадку "Детерсол-140", хлорпарафины жидкие марки ХП-470, присадку полиметакрилатную марки "Д" (ПМА-Д) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Олеиновая кислота	10,0-12,0
Триэтаноламин	4,0-6,0
Детерсол-140	1,0-4,0
ХП-470	0,8-4,0
ПМА-Д	0,3-0,7
Базовая основа трансформаторного масла	Остальное