Концентрат змащувально-охолоджуючої рідини для механічної обробки металів

Реферат: Концентрат змащувально-охолоджуючої рідини для механічної обробки металів містить як основу продукт взаємодії соняшникової олії з алканоламіном та соняшникову олію і неіоногенну поверхнево-активну речовину неонол АФ-9-6 в присутності води. Основою є продукт взаємодії соняшникової олії із алканоламіном моноетаноламіну. Решту компонентів додають після завершення реакції. UA 106988 U (12) UA 106988 U UA 106988 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до обробки металів різанням, а саме до отримання концентратів змащувально-охолоджуючої рідини для механічної обробки металів, і може бути використана на металообробних підприємствах та в енергетичному машинобудуванні. Відомий емульсол для приготування змащувально-охолоджуючих рідин (ЗОР) на основі емульсолу ЕТ-2У [1], що містить наступні компоненти, % мас: оливу дистилятну - 41; оливу індустріальну И-20А - 41; мило талового масла та триетаноламін (TEA)-18. У промисловості як ЗОР для механічної обробки металів застосовують емульсію з відомого емульсолу, який випускається по ТУ У 00152365.133 2001 [2]. Емульсол "АЗМОЛ ЭТ-2" містить наступні компоненти в % мас.: оливу желюгову сиру або легку 13-18; триетаноламін 2-4; оливу індустріальну И-20А або інші нафтові оливи ідентичної в'язкості до 100 [3] (прототип). Вказана ЗОР характеризується достатніми антикорозійними та змащувальними властивостями, але має специфічний запах талового масла (желюгової оливи). Найбільш близьким аналогом до корисної моделі із відомих ЗОР для обробки металів різанням є концентрат ЗОР [4] (патент на корисну модель України 89417 МПК (2013.01) С10М 173/00, С10М 133/02 (2006.01), С10М 129/56 (2006.01), С10М 40/20, 2014. Бюл. № 8. - 4 а), що містить компоненти при співвідношенні в % мас.: продукт взаємодії соняшникової олії з TEA у присутності метилового спирту та лугу 40 % KОН при масовому співвідношенні 4:1,5:1:1 при 95-125 °C 62-65 соняшникова олія 13-16 Неоном АФ-9-6 5-8 вода решта. ЗОР на основі відомого концентрату забезпечує необхідну продуктивність металообробки і стійкість інструменту. Задачею корисної моделі є підвищення якості концентрату ЗОР шляхом покращення його фізико-хімічних властивостей. В основу корисної моделі поставлена задачу створення концентрату ЗОР для механічної обробки металів, в якому введенням відповідних речовин у визначених кількостях є зменшення енергозатрат при синтезі, розширення сировинної бази та підвищення продуктивності процесу металообробки і стійкості інструменту, покращення санітарно-гігієнічних умов праці обслуговуючого персоналу. Поставлена задача вирішується тим, що концентрат ЗОР для механічної обробки металів, що містить як основу продукт взаємодії соняшникової олії з алканоламіном та соняшникову олію і неіоногенну поверхнево-активну речовину неонол АФ-9-6 в присутності води, згідно з корисною моделлю основою є продукт взаємодії алканоламіну моноетаноламіну, а решта компонентів додається після завершення реакції, при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: продукт взаємодії соняшникової олії з моноетаноламін (МЕА) у мольному співвідношенні 2:1 при 55-65 °C 28-32 соняшникова олія 43-47 неонол АФ-9-6 5-8 вода решта. Для вирішення поставленої задачі проведено процес гідроамінування [5], так як омилення олії та переетерифікація вимагають більших енергозатрат. В конічний реактор, який оснащений зворотним холодильником, поміщають соняшникову олію, нагрівають до температури 60 °C та додають МЕА. Співвідношення реагентів (соняшникова олія:МЕА) подані в таблиці 1. МЕА - найпростіший одноосновний амін, що випускається в промислових масштабах. Реакція здійснюється при перемішуванні. Перші помітні зміни в реакційній суміші з'являються через 1,5 години. Реакційна суміш досить швидко набуває прозорості. При підсвічуванні лазерним променем картина міняється від інтенсивного розсіювання на початку реакції до формування через 3 години світлового конуса. В процесі реакції цей конус продовжує звужуватись і через 5 годин спостерігається лише залишкова опалесценція. За цей же час рН середовища зменшується із 12 до нейтрального. Ці показники свідчать про те, що вільного МЕА в реакційній суміші не залишилось. Якісна проба на вторинний амін дає позитивний результат. На появу вторинних амінів вказує характерне синє забарвлення при проведенні реакції з нітропрусидом натрію в присутності оцтового альдегіду. Для цього до краплі слаболужного розчину аміну додають краплю свіжоприготованого 1 % розчину нітропрусиду, що містить 10 % (об.) оцтового альдегіду та краплю 2 % розчину соди [6]. При остиганні продукт реакції перетворюється на густу масу. Тому зразу після реакції в реактор додають відповідну кількість соняшникової олії, неонолу АФ-9-6 та води. Все перемішують протягом 1-2 годин, аналізують та зливають в тару. 1 UA 106988 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На основі синтезованих концентратів отримано модельні емульсійні ЗОР (табл. 1) за рецептурою: співвідношення частин модифікованої і звичайної олій в складі органічної фази -2:3 відповідно; вміст органічної фази 5 %; вміст води 95 % (зразки 1-11). Суттєвою відмінністю запропонованої корисної моделі є отримання продукту, що утворюється в процесі гідроамінування соняшникової олії МЕА при температурі 55-65 °C протягом 5-6 годин при мольному співвідношенні компонентів 2:1. При цьому отримують вторинні аміни тригліцеридів соняшникової олії. В заявленій корисній моделі вторинні аміни тригліцеридів олії проявляюь синергетичний ефект при наявності неонолу АФ-9-6 та забезпечують підвищення продуктивності свердління та стійкості ріжучого інструменту шляхом покращення стабільності ЗОР. Олія соняшникова в заявлені корисній моделі є середовищем, в якому розчиняються вищевказані компоненти і забезпечує емульгування ЗОР. Склад та основні фізико-хімічні показники, що характеризують якість зразків концентратів та їх емульсій із підготовлених і перерахованих вище компонентів, наведені в табл. 1. Фізико-хімічні показники оптимального концентрату ЗОР для механічної обробки металів та його 5 %-ну водну емульсію наведені в табл. 2: Для концентрату ЗОР оцінюють: зовнішній вигляд згідно з ГОСТ 6243-75 "Эмульсолы и пасты. Методы испытаний" (р. 1), запах - органолептично; визначають густину при 20 °C згідно ГОСТ 3900-85, стабільність при зберіганні - ГОСТ 6243-75 (р. 6а). Для водних емульсій ЗОР визначають стабільність та корозійну дію на метал протягом 3-х годин, значення рН згідно з ГОСТ 6243-75 відповідно р. 3, р. 2 (п. 2.1), р. 4 порівняно з прототипом. Ефективність ЗОР на основі отриманих концентратів оцінювали за впливом емульсії з масовою часткою 5 % на продуктивність механообробки (за швидкістю свердління) та зношування інструменту (за сумарною глибиною просвердлених отворів до затуплення інструменту). Результати порівнювальних випробувань ЗОР, виготовлених з концентратів 1-11, і прототипу наведені в таблиці 1. Визначали швидкість свердління (мм/с) при обробці сталі 12 × 18АГІ8Ш свердлом при осьовому навантаженні 150 Н. Для цього визначали глибину отвору, просвердленого при постійному осьовому навантаженні за визначений час (20 с). Визначення повторювали п'ятикратно і результати усереднювали. Стійкість інструменту визначали при вищевказаних умовах за сумарною глибиною просвердлених одним свердлом отворів (мм) до затуплення, критерієм якого є зниження швидкості свердління до 30 %. Оптимальні результати (див табл. 1) по фізико-хімічних показниках і ефективності отримані на зразках 3, 10 (позиція 4) при співвідношенні компонентів у продукті взаємодії соняшникової олії з МЕА (2:1) в % мас. (28-32), неонолу (5-8 %), соняшникової олії (43-47 %). Зменшення концентрацій продукту взаємодії соняшникової олії з МЕА при оптимальному співвідношенні (зразок 1), неонолу (зразки 1, 8), соняшникової олії (зразки 2, 9) не забезпечує потрібної якості концентратів та їх емульсій (не стабільні та викликають корозію чавуну (базового матеріалу, передбаченого згідно із стандартною методикою). В той час як збільшення концентрацій продукту взаємодії соняшникової олії з МЕА оптимального співвідношення (зразок 7), неонолу (зразок 7, 9) соняшникової олії (зразки 6, 11) економічно недоцільно, так як суттєво не впливають на ефективність вказаних зразків. Для отримання продукту взаємодії соняшникової олії з МЕА використано наступні співвідношення соняшникової олії та МЕА: 1) 1:1; 2) 1:2; 3) 1:3; 4) 2:1; 5) 3:1. Збільшення концентрацій МЕА і відповідно зменшення концентрацій соняшникової олії для продукту реакції у співвідношеннях (позиції 1, 2, 3) та зменшення концентрацій МЕА і відповідно збільшення концентрацій соняшникової олії для продукту реакції у позиції 5 не забезпечує ефективність та якість концентратів та емульсій вказаних зразків. Результати випробувань свідчать про те, що запропонована ЗОР (зразок 3) переважає відому (прототип) за технологічною ефективністю: продуктивність збільшується в 1,14 разу і стійкість інструменту в 1,18 разу, зменшуються енерговитрати через пониження температури реакції із 125 °C до 65 °C, збагачує сировинну базу (використання соняшникової олії та МЕА), покращує санітарно-гігієнічні умови праці обслуговуючого персоналу за рахунок відсутності специфічного запаху желюгової оливи. На основі концентрату готуються 2-10 % (переважно 3-5 %) водні емульсії. Концентрацію ЗОР в цих межах вибирають залежно від технологічних умов обробки металу. При необхідності допускається використання в ЗОР на основі заявленого концентрату відомих біоцидів, що не порушують стабільність емульсії. 2 UA 106988 U Таблиця 1 Кількість компонентів (% мас.) в зразках концентрату Найменування компонентів П* 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Олива желюгова сира 15 Триетаноламін 3 Олива індустріальна И82 20А Неонол А-9-6 4 6 5 5 6 8 9 4 9 8 Соняшникова олія (CO) 43 42 43 45 46 48 47 44 42 47 Продукт взаємодії CO з МЕА, в їх молярному співвідношенні 1. 1:1 32 2. 1:2 29 31 3. 1:3 28 30 4.2:1 27 28 33 32 5.3:1 29 Вода До 100 Фізико-хімічні показники Стабільність при Не Не Не Витр. Витр. Витр. Витр. Витр Вит витр. Витр. зберіганні концентрату витр. витр. витр. 5 %-на водна емульсія на воді жорсткістю 17 мг-екв/л Стабільність протягом 3-х год., виділяється 1,0 1,2 1,1 Відс. 1,1 Відс. Відс. Відс 1,1 Відс. Відс. олії, % Корозійна дія на Не Не Не Не метали (чавун марки Витр. Витр. Витр. Витр. Витр. Витр. Витр. витр. витр. Витр. витр. СЧ20) Результати порівняльних випробувань ефективності Швидкість свердління, 1,54 1,16 1,24 1,76 0,93 1,63 1,61 1,76 0,97 1,32 1,76 мм/с Сумарна глибина просвердлених отворів, 1369 1073 1182 1615 953 1571 1565 1615 989 1327 1615 мм Де П* - Прототип, СО - соняшникова олія, МЕА - моноетаноламін. 11 7 48 33 Не витр. 1,0.с Не витр. 1,26 1187 Таблиця 2 № Найменування показників Норма п/п Концентрат 1 Зовнішній вигляд однорідна рідина від білого до бежевого кольору 2 Запах не подразнюючий запах соняшникової олії 3 Густина при 20 °C, не менше, кг/м 910 4 Стабільність при зберіганні витримує 5 %-на водна емульсія на воді жорсткістю 17 мг-екв/л Стабільність протягом 3-х год., 5 відсутні виділяється олії, % Корозійна дія на метали (чавун марки 6 витримує СЧ20) 7 Значення рН 8-10 5 Джерела інформації: 1. Эмульсол ЭТ-2У (Смазочно-охлаждающие технологические среды для обработки металлов резанием и давленим. Справочное пособие. - К.: Изд ВНИИПКнефтехим, 1981. - 69 с. 2. ТУ У 00152365.133-2001 Эмульсол "АЗМОЛ ЭТ-2У". 3 UA 106988 U 5 3. Патент України 75802 МПК С10М 133/04 (2006.01), С10М 133/08 (2006.01). Емульсол "АЗМОЛ ЭТ-2У" для механічної обробки металів. 2006, Бюл. № 5. - 4 с. 4. Патент на корисну модель № 89417 України, МПК (2013.01) С10М 173/00, С10М 133/02 (2006.01), С10М 129/56 (2006.01). Концентрат змащувально-охолоджуючої рідини для механічної обробки високоміцних металів. 2014, Бюл. № 8. - 4 с. 5. John F. Hartwig. Development of catalysts for the hydroamination of olefins. Pure Appl. Chem., 2004. Vol. 76, No. 3, P. 507-516. 6. Губен Вайль. Методы органической химии. Методы анализа, т. 2. - М.: Химия, 1967. - 1032 с. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Концентрат змащувально-охолоджуючої рідини для механічної обробки металів, що містить як основу продукт взаємодії соняшникової олії з алканоламіном та соняшникову олію і неіоногенну поверхнево-активну речовину неонол АФ-9-6 в присутності води, який відрізняється тим, що основою є продукт взаємодії соняшникової олії із алканоламіном моноетаноламіну, а решту компонентів додають після завершення реакції при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: продукт взаємодії соняшникової олії з моноетаноламіном у 28-32 мольному співвідношенні 2:1 при 55-65 °C соняшникова олія неонол АФ-9-6 вода 43-47 5-8 решта. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4