Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов

Изобретение относится к области получения смазочно-охлаждающих жидкостей, приготавливаемых в виде эмульсолов и используемых в процессах обработки металлов давлением и резанием. Сущность: дистиллят, получаемый в качестве отходов в процессе физической рафинации подсолнечного масла, подвергают нейтрализации при 70-90°С триэтаноламином. Нейтрализацию триэтаноламином проводят до полной или частичной нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в дистилляте. Предпочтительно нейтрализацию дистиллята триэтаноламином проводят из расчета по кислотному числу 130-160 мг КОН/г, а обрабатываемый триэтаноламином дистиллят имеет кислотное число 130-170 мг КОН/г. Технический результат - улучшение антифрикционных и экранирующих свойств концентрата и водных эмульсий в процессах холодной деформации изделий из нержавеющих и углеродных сталей, упрощение технологии получения жидкости за счет уменьшения технологических стадий процесса, расширение сырьевой базы для получения эффективных смазочных концентратов. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области получения смазочно-охлаждающих жидкостей, приготавливаемых в виде эмульсолов и используемых в процессах обработки металлов давлением и резанием.

Известен способ получения смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов путем нейтрализации гудронов от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или из технического жира, триэтаноламином при 70-100°С до полного омыления свободных жирных кислот с последующим добавлением к продукту нейтрализации минерального масла и обработкой полученной смеси водным раствором щелочи [А.С. РФ №1089110 «Способ получения смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов», Кл. С10М 5/14, 5/20, 1984 г.].

Недостатком этого способа является высокая вязкость эмульсола, что требует нагрева при разбавлении водой до рабочих концентраций; относительно невысокое качество поверхности даже для процессов горячей обработки металлов (литье под давлением), что обусловлено высоким содержанием продуктов полимеризации в гудроне; невысокие антифрикционные свойства при холодной обработке давлением стальных изделий, что объясняется большим разбавлением эффективной жировой основы минеральным маслом.

Недостатком также является трехстадийность способа: нейтрализация жирных кислот триэтаноламином, смешение с минеральным маслом и обработка смеси водным раствором щелочи.

Известен способ получения смазочно-охлаждающей жидкости для литья металлов под давлением путем нейтрализации триэтаноламином смеси гудронов от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков хлопкового масла, с головной фракцией от дистилляции тех же кислот с последовательным добавлением к продукту нейтрализации минерального масла и керосина [А.С. РФ №1404521 «Способ получения смазочно-охлаждающей жидкости для литья металлов под давлением», Кл. С10М 177/00, 1988г.].

Недостатком этого способа является высокая вязкость хлопковых гудронов, которая едва компенсируется добавлением головной фракции от дистилляции жирных кислот и добавлением керосина к готовому эмульсолу.

Введение добавок определяет многостадийность способа: компаундирование гудронов с головной фракцией, нейтрализация полученной смеси триэтаноламином, смешение продукта нейтрализации с минеральным маслом и керосином.

Недостатком способа является то, что стабильность эмульсий достигается за счет полной нейтрализации свободных жирных кислот, отсутствие которых снижает антифрикционные свойства композиции.

Также снижает антифрикционные свойства разбавление жировой основы минеральным маслом и керосином.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов путем нейтрализации триэтаноламином смеси гудронов от дистилляции жирных кислот, выделенных из растительных масел при получении олеиновой кислоты, с головной фракцией от дистилляции тех же кислот, с последующим добавлением к продукту нейтрализации минерального масла и разбавления полученного эмульсола водой [А.С. РФ №1634699 «Способ получения смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов», Кл. С10М 177/00, С10N 40/24, 1991 г.].

Недостатком этого способа является многостадийность: компаундирование гудронов с головной фракцией, нейтрализация полученной смеси триэтаноламином, смешение продукта нейтрализации с минеральным маслом.

Недостатком является также необходимость полной нейтрализации свободных жирных кислот, количество которых увеличивают за счет добавления в жировую рецептуру головной фракции от их дистилляции.

Необходимо учитывать, что количество головной фракции намного меньше, чем количество гудронов, получаемых при дистилляции жирных кислот, что сдерживает широкое производственное применение этого способа.

Снижение глубины нейтрализации триэтаноламином ухудшает стабильность водных эмульсий, что не позволяет иметь в эмульсоле (концентрате) достаточное количество свободных жирных кислот, улучшающих антифрикционные свойства эмульсий.

Антифрикционные и экранирующие свойства концентрата снижает также разбавление эффективной жировой основы минеральным маслом, что делает получаемую смазочно-охлаждающую жидкость малоэффективной в процессах холодной деформации стальных изделий.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение сырьевой базы, улучшение антифрикционных и экранирующих свойств смазочно-охлаждающих жидкостей, упрощение технологии за счет уменьшения количества стадий процесса.

Техническое решение задачи достигается тем, что в способе получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов путем нейтрализации при 70-90°С триэтаноламином продукта дистилляции жирового сырья, причем нейтрализации триэтаноламином подвергают дистиллят, получаемый в качестве отходов в процессе физической рафинации подсолнечного масла, до полной или частичной нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в дистилляте.

При этом нейтрализацию дистиллята триэтаноламином проводят из расчета по кислотному числу 130-160 мг КОН/г, а обрабатываемый триэтаноламином дистиллят имеет кислотное число 130-170 мг КОН/г.

Приводим примеры осуществления предлагаемого способа и способа, принятого за прототип.

В предлагаемом способе нейтрализации триэтаноламином подвергают дистиллят, полученный в процессе физической рафинации подсолнечного масла. Дистиллят получают следующим образом.

Подсолнечное масло, прошедшее стадии глубокой гидратации и отбеливания для удаления фосфолипидов, пигментов и других нежелательных веществ, подвергают физической рафинации, представляющей собой совмещенный процесс дезодорации и дистилляции при котором масло при остаточном давлении 0,13-0,8 кПа и температуре 230-260°С обрабатывают острым водяным паром, поступающим в количестве 1-3%. В этих условиях обеспечивается испарение свободных жирных кислот и других летучих с паром соединений, далее следует отделение их от потока масла и конденсация из парогазовой смеси. За счет капельного уноса с барботирующим паром имеют место механические потери масла.

Полученный таким образом дистиллят представляет собой смесь преимущественно жирных кислот и нейтрального масла с массовой долей жирных кислот 65-85%.

Пример 1 (прототип) - ТЭА-4.

Гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из растительных масел при получении олеиновой кислоты, смешивается с головной фракцией от дистилляции тех же кислот в массовом соотношении 9:1.

Полученная смесь (жировая композиция) с кислотным числом 100 мг КОН/г нейтрализуется триэтаноламином при температуре 80°С до полной нейтрализации свободных жирных кислот.

Затем к продукту нейтрализации добавляют минеральное масло в массовом соотношении 1:1.

Полученный состав тщательно перемешивают и, в случае необходимости, разбавляют водой до рабочей концентрации.

Пример 2 - ТЭА-5.

Дистиллят, полученный в процессе физической рафинации подсолнечного масла, с кислотным числом 130 мг КОН/г нейтрализуют триэтаноламином при температуре 70°С до полной нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в дистилляте (кислотное число полученного концентрата 0 мг КОН/г). Полученный концентрат смешивается с водой в любых соотношениях.

Технологические параметры процесса получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости по предлагаемому способу в примерах 2-6, а также способом, принятым за прототип (пример 1), приведены в таблице 1.

При этом примеры 2, 3, 4, 5 подтверждают возможность осуществления заявляемого способа, что отражено в формуле изобретения.

В примере 6 приведены запредельные значения параметров, при которых снижается эффективность способа.

Эти примеры ограничивают область действия формулы изобретения и претензии авторов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научным источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, а сравнительный анализ способа, принятого за прототип, и заявляемого способа (таблица 1) позволил выявить совокупность существенных отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Как видно из таблицы 1, предлагаемый способ позволяет получить концентраты с различной глубиной омыления.

Кислотное число получаемого концентрата является одним из основных показателей, определяющих его смазочные свойства.

Предлагаемый способ позволяет варьировать кислотное число получаемого концентрата от 0 до 70 мг КОН/г при достаточном количестве омыленных триэтаноламином жирных кислот, что в сочетании с отсутствием разбавления концентрата минеральным маслом обеспечивает по сравнению с прототипом более высокие смазочные свойства.

Повышение температуры нейтрализации ограничено пределом 90°С с целью исключения возможности этерификации жирных кислот триэтаноламином.

Снижение температуры омыления триэтаноламином ниже 70°С приводит к замедлению реакции и падению производительности способа.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить количество технологических операций с трех до одной.

Результаты испытаний смазочного концентрата, полученного по предлагаемому способу (смазка ТЭА-5), в сравнении с прототипом (смазка ТЭА-4) приведены в таблицах 2 и 3.

Испытывались безводные концентраты смазочно-охлаждающей жидкости, полученной по предлагаемому способу, в сравнении с прототипом, и 5%-ные эмульсии этих же концентратов.

Испытания безводных концентратов проводились при вытяжке образцов из стали Х18Н10Т на прессе Эриксона.

Глубина вытяжки 4 см, толщина образцов 2,0 мм.

В ходе испытаний замерялись осевые усилия, толщина слоя смазки и шероховатость поверхности после деформации.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом улучшить антифрикционные и экранирующие свойства получаемых концентратов (снизить осевые усилия с 39 кг до 26-35 кг и обеспечить сохранность слоя смазки после деформации с 0,8 мкм до 1,5-2,4 мкм).

При этом снижается шероховатость поверхности после деформации с 1,6-2,4 мкм по сравнению с 3,5 мкм у прототипа.

Повышение кислотного числа (и содержания свободных жирных кислот) в концентрате за счет снижения глубины нейтрализации жировой основы (пример 6) не приводит к дальнейшему снижению осевых усилий, а качество поверхности после деформации снижается до уровня прототипа.

Испытания 5%-ных эмульсий концентрата, полученного по предлагаемому способу (ТЭА-5), в сравнении с прототипом (ТЭА-4) проводили методом осадки колец, моделирующего условия работы смазки в процессах холодной штамповки металлов.

Кольца изготавливались из отожженных образцов стали 20. Высота колец 50 мм, наружный диаметр 25 мм, толщина стенки 2 мм. Материал штампов пресса - закаленная сталь ШХ-15.

Исходная температура заготовки (колец) и штампа 20°С.

Величина разовой деформации кольца 20%.

В ходе испытаний определялись коэффициент трения и шероховатость поверхности металла после деформации.

Результаты испытаний приведены в таблице 3.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом улучшить антифрикционные свойства разбавленных эмульсий при деформации изделий из углеродистых сталей (снизить коэффициент трения до 0,36-0,49 по сравнению с 0,54 у прототипа).

При этом шероховатость поверхности металла после деформации снижается до 3,2-4,0 мкм против 4,3 мкм у прототипа.

Так же, как и при деформации изделий из нержавеющих сталей, повышение кислотного числа концентрата за счет снижения глубины нейтрализации жировой основы не приводит к улучшению антифрикционных свойств эмульсий (дальнейшему снижению коэффициента трения), а качество поверхности после деформации снижается до уровня прототипа (пример 6).

Таким образом, предлагаемый способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости позволяет:

- улучшить антифрикционные и экранирующие свойства концентрата и водных эмульсий в процессах холодной деформации изделий из нержавеющих и углеродистых сталей;

- упростить технологию получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости за счет уменьшения технологических стадий процесса;

- расширить сырьевую базу для получения эффективных смазочных концентратов.

Таблица 2
№ пп	Тип СОЖ	Марка стали	Толщина образца, мм	Глубина вытяжки, см	Осевые усилия, кг	Толщина слоя смазки после деформации, мкм	Шероховатость поверхности после деформации, мкм	Содержание свободных жирных кислот в концентрате, % мас.
1	ТЭА-4
	(прототип)	Х18Н10Т	2,0	4,0	39	0,8	3,5	0
2	ТЭА-5	Х18Н10Т	2,0	4,0	35	1,5	2,6	0
3	ТЭА-5	Х18Н10Т	2,0	4,0	32	1,8	2,3	15
4	ТЭА-5	Х18Н10Т	2,0	4,0	28	2,2	1,6	25
5	ТЭА-5	Х18Н10Т	2,0	4,0	26	2,4	2,0	35
6	ТЭА-5	Х18Н10Т	2,0	4,0	28	2,9	3,5	40

Таблица 3
№ п/п	Концентрация эмульсий, % масс.	Тип эмульсий	Марка стали	Температура деформации (исходная), °С	Величина деформации, %	Коэффициент трения (f)	Шероховатость поверхности после деформации, мкм
1	5	ТЭА-4
		(прототип)	Ст.20	20	20	0,54	4,3
2	5	ТЭА-5	Ст.20	20	20	0,49	4,0
3	5	ТЭА-5	Ст.20	20	20	0,42	3,6
4	5	ТЭА-5	Ст.20	20	20	0,38	3,2
5	5	ТЭА-5	Ст.20	20	20	0,36	3,5
6	5	ТЭА-5	Ст.20	20	20	0,38	4,3

1. Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости для обработки металлов путем нейтрализации при 70-90°С триэтаноламином продукта дистилляции жирового сырья, отличающийся тем, что нейтрализации триэтаноламином подвергают дистиллят, получаемый в качестве отходов в процессе физической рафинации подсолнечного масла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дистиллят, получаемый в качестве отходов в процессе физической рафинации подсолнечного масла, нейтрализуют триэтаноламином до полной или частичной нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в дистилляте.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что нейтрализацию дистиллята триэтаноламином проводят из расчета по кислотному числу 130-160 мг КОН/г.

4. Способ по пп.2 и 3, отличающийся тем, что обрабатываемый триэтаноламином дистиллят имеет кислотное число 130-170 мг КОН/г.