Смазочно-охлаждающая жидкость для алмазной обработки мягкого оптического стекла

 

Изобретение относится к технологиям обработки стекла, в частности к составам смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). СОЖ имеет следующий состав, мас. %: соль полиоксиалкиленгуанидина (ПОАГ) 0,1-0,3, вода остальное. При этом в качестве соли ПОАГ используют следующие соединения: фосфат поли(4,9-диоксадодекангуанидина) n = 20-30, или хлорид поли(4,9-диоксадодекангуанидина) n = 20-30, или фосфат ПОАГ на основе полиэфирамина с молекулярной массой 230 n = 10-20; x, y,z = 2,3,4. Достигается повышение производительности и качества обработанной поверхности, а также повышение экологичности технологии за счет исключения из сферы оптического производства вредных веществ, а также увеличивается срок службы СОЖ за счет химической стабильности полимерного компонента, обеспечивающей его постоянную регенерацию отфильтровыванием сошлифованной стеклянной крошки. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к технологиям обработки стекла, в частности к составам смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), применяемым для шлифования алмазным инструментом оптических деталей на предприятиях оптико-механической промышленности, в частности широко распространенных мягких оптических стекол.

Известны многокомпонентные составы СОЖ для алмазной обработки оптического стекла, включающие эмульгаторы, ингибиторы коррозии и полимерные добавки. В качестве такой добавки был предложен аминный полимер полиэтиленимин (ПЭИ) (пат. США 3922821, 1975.) Характерно, что для предотвращения нагрева трущихся деталей используется всего лишь 0,1-5%-ный водный раствор ПЭИ.

Известно, что ПЭИ является сравнительно малостабильным полимером и в условиях интенсивного аэрирования (в технологии шлифования стекла), подвержен окислительной деструкции, которая должна быть особенно значительной на ювенильных поверхностях обрабатываемого стекла и инструмента. Химические превращения на такой поверхности макромолекул ПЭИ должны привести, с одной стороны, к получению токсических N-окисей низкомолекулярных аминов, а с другой - к образованию структурированных осмоленных продуктов и, следовательно, к потере технологических характеристик СОЖ.

Наиболее близким решением к предлагаемому является СОЖ для алмазной обработки оптического стекла, содержащая воду, а в качестве азотсодержащей полимерной добавки полиэтиленполиамин (ПЭПА) с мол. м. 8000-11000 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Полиэтиленполиамин молекулярной массы 8000-11000 - 0,5-1,0 Вода - Остальное (авт. св. СССР 1074895, 1982 г.).

Однако использование в качестве азотсодержащей добавки малостабильного токсичного и аллергически активного ПЭПА превращает технологию шлифовки стекла во вредное производство.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, заключается в повышении производительности и качества обработанной поверхности, а также повышение экологичности технологии за счет исключения из сферы оптического производства вредных веществ. Кроме того, увеличивается срок службы СОЖ за счет химической стабильности полимерного компонента, обеспечивающей его постоянную регенерацию отфильтровыванием сошлифованной стеклянной крошки.

Для достижения указанного технического результата в СОЖ для алмазной обработки мягкого оптического стекла, включающую воду и азотсодержащую полимерную добавку, в качестве азотсодержащей полимерной добавки используют соль полиоксиалкиленгуанидина (ПОАГ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Соль полиоксиалкиленгуанидина - 0,1 -0,3
Вода - Остальное
При этом, в качестве соли ПОАГ используют следующие соединения:
фосфат поли(4,9-диоксадодекангуанидина)
или
хлорид поли(4,9-диоксадодекангуанидина)
или
фосфат ПОАГ на основе полиэфирамина с молекулярной массой 230.

Сущность изобретения поясняется следующим образом.

Применение солей ПОАГ, в качестве которых используют:
фосфат поли (4,9-циоксадодекангуанидина)

где n=20-30
(пат.РФ 2137785, кл. C 08 G 73/00, 1998 г.)
или
хлорид поли (4,9-диоксадодекангуанидина)

где n=20-30
(пат. РФ 2137785, кл. C 08 G 73/00, 1998 г.)
или
фосфат ПОАГ на основе полиэфирамина с молекулярной массой 230

где n=10-20; x=2, y=3, z=4
(пат. РФ 2137785, кл. C 08 G 73/00, 1998 г.)
практически безопасны для работающих и обеспечивают более высокий технологический эффект как в отношении интенсификации процесса путем повышения производительности оборудования, так и улучшения качества обработанной поверхности.

Подобно ПЭИ и полиалкиленгуанидинам ПОАГ являются катионными полиэлектролитами. За счет своих гуанидиновых катионных групп ПОАГ активно адсорбируется на отрицательно заряженной поверхности стекла, облегчая ее разрушение при шлифовании. Адсорбция катионного полимера на частицах сошлифованного стекла приводит к их агрегации и облегчает удаление из СОЖ при регенерации.

Присутствие же эфирных кислородных атомов в полимерных цепях ПОАГ существенно повышает эффективность взаимодействия полимера с водой в процессе гидратации. Тем самым увеличиваются по сравнению с ПЭИ и полиалкиленгуанидинами смазывающие свойства СОЖ, что приводит к снижению трения и тепловыделения при шлифовании. Высокая поверхностная активность ПОАГ снижает энергетические затраты на разрушение стекла при шлифовании, что еще больше снижает тепловыделение и повышает производительность шлифовального оборудования. Результатом этих эффектов является существенный рост производительности технологического процесса (увеличение съема стекла с обработанных деталей) и повышение качества обработанных поверхностей по сравнению с известными технологиями.

Полиалкиленоксидная структура использованных полимерных добавок и уменьшенное содержание гуанидиновых фрагментов обеспечивают их безопасность для обслуживающего персонала и экологическую безвредность отработанных СОЖ. Так полиалкиленоксиды являются известными пищевыми добавками и заменителями плазмы крови.

Полигуанидиноэфиры получают обычно в хлоридной форме поликонденсацией полиэфираминов с гидрохлоридом гуанидина согласно патенту РФ 2137785, кл. C 08 G 73/00, 1998 г. Технически более доступный и более дешевый ПОАГ образуется в аналогичной реакции гуанидингидрохлорида с полиэфирамином - 230 (продукт фирмы BASF Германия). Для снижения коррозионных свойств СОЖ гидрохлориды ПОАГ обычно конвертируют в соответствующие фосфатные формы по разработанной нами методике (авт. свид. 1687261,1991 г.).

Опыты по шлифованию проводились на станке ШП-50. Обрабатывались блоки плоских заготовок диаметром 70 мм из оптического стекла мягких сортов. Исходная шероховатость поверхности заготовок составляла Ra 0,4 мкм, частота вращения шпинделя станка 1100 об/мин, давление на инструмент 1 кг/см², цикл обработки продолжался 40 сек. Все эксперименты по шлифовке оптического стекла проводились по принятой в оптическом производстве технологической схеме в два перехода инструментами разной зернистости 40/28 и 20/14.

В таблице 1 приведены данные для обоснования оптимальности заявленных пределов соотношений ингредиентов по влиянию их на основные технологические параметры: производительность шлифования (съем стекла), износ инструмента и шероховатость обработанной поверхности. Использовали инструмент 40/28 и стекло К-8. Из табл. 1 видно, что в рекомендованном интервале 0,1-0,3% ПОАГ достигаются близкие результаты. При содержании полигуанидиноэфира ниже 0,1% снижается производительность процесса обработки, т.е. съем стекла, а увеличение его концентрации более 0,4% не дает выигрыша в производительности и приводит к увеличению шероховатости на втором переходе с соответственным повышением износа инструмента. Кроме того, увеличение содержания в СОЖ полимерного компонента приводит к его удорожанию.

Данные таблиц 2 и 3 демонстрируют преимущества СОЖ на основе полигуанидиноэфиров: высокую производительность по съему стекла при сравнительно невысоком износе инструмента, а также хорошее качество обработанных с этим СОЖ поверхностей.

Как видно из таблицы 2, наиболее значительный положительный эффект предлагаемого СОЖ по сравнению с прототипом достигается на мягких стеклах (твердость по сошлифовыванию 0,5) БФ-16, ТФ-5. В сравнении в известными предлагаемые составы СОЖ обеспечивают более высокую производительность (в 1,5 раза) и дают более низкую шероховатость обработанной поверхности. Несколько менее эффективна предлагаемая СОЖ на стекле средней твердости К-8 (см. табл.3).

Предлагаемую нами СОЖ на основе полигуанидиноэфиров получают растворением навески ПОАГ в воде до достижения желаемой концентрации 0,1%-0,3%.

Пример. Получение ПОАГ на основе полиэфирамина - 230.

Полиэфирамин-230 фирмы BASF представляет собой нефракционированную смесь аминов с полиалкилоксидными фрагментами.

NH₂(CH₂)_xО(CH₂)_у О(CН₂)_zNН₂,
где x=2, y=3, z=4.

Средняя мол. масса этой смеси равна 230. Смесь рекомендована в качестве отвердителя эпоксидных смол.

Нами полиэфирамин-230 использовался в качестве диаминной компоненты в синтезе ПОАГ по методу, разработанному в патенте РФ 2137785, кл. C 08 G 73/00, 1998 г.

Порцию 230 г (1 моль) полиэфирамина-230 смешивали с 95,5 г (1 моль) гидрохлорида гуанидина и нагревали на масляной бане при перемешивании. При температуре 140^oС началось выделение аммиака, которое продолжалось 8 часов. Затем температура бани была увеличена до 170^oС и через 3 часа газовыделение из реакционной смеси прекратилось. Полученный продукт охлаждался до комнатной температуры и исследовался.

Порцию 250 г полученного ПОАГ растворяли в 250 мл воды и к полученному раствору при перемешивании добавляли 50 мл водного раствора 30 г NaOH. Всплывающее основание ПОАГ отделяли и смешивали с 40 г (28 мл) концентрированной ортофосфорной кислоты. Полученный реакционный раствор обезвоживали и получали ~250 г твердого фосфата ПОАГ на основе полиэфирамина-230.

Полученный продукт использовали в количестве 0,3 мас.% в качестве активного компонента СОЖ для приготовления которого 30 г фосфата ПОАГ на основе полиэфирамина-230 растворяли в 10 л водопроводной воды.

Аналогично готовились СОЖ на основе ПОАГ, синтезированных по методу, описанному в пат. РФ 2137785, 1998 г., с последующим растворением в водопроводной воде навесок ПОАГ, необходимых для получения концентраций по табл. 1.

Формула изобретения

1. Смазочно-охлаждающая жидкость для алмазной обработки мягкого оптического стекла, включающая воду и азотсодержащую полимерную добавку, отличающаяся тем, что в качестве азотсодержащей полимерной добавки используют соль полиоксиалкиленгуанидина при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Соль полиоксиалкиленгуанидина - 0,1 - 0,3
Вода - Остальное
2. Смазочно-охлаждающая жидкость для алмазной обработки оптического стекла по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве соли полиоксиалкиленгуанидина используют следующие соединения:
фосфат поли(4,9 диоксадодекангуанидина)

n= 20-30,
или хлорид поли(4,9 диоксадодекангуанидина)

n= 20-30,
или фосфат полиоксиалкиленгуанидина на основе полиэфирамина с молекулярной массой 230

n= 10-20; x= 2, y= 3, z= 4.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3