Патент на изобретение №2259391

(54) ЭМУЛЬСОЛ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОСМЕШИВАЕМОЙ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ

(57) Реферат:

Использование: в машиностроительной промышленности, а именно в водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостях для механической обработки металлов. Сущность: состав эмульсола, содержащий в масс.%:

дополнительно содержит антикоррозионную добавку – дитиофосфат цинка и бактерицидную добавку, представляющую собой нейтрализованный продукт взаимодействия смеси ди- и триметилолтиомочевины с динатрийфосфатом, при следующем соотношении компонентов в масс.% в расчете на 100 масс.% вышеуказанного состава: антикоррозионная добавка 3,0-4,0, бактерицидная добавка 7,0-8,0. Технический результат – улучшение антикоррозионных и бактерицидных свойств эмульсола, увеличение срока службы водосмешиваемых СОЖ, полученных на основе эмульсола.

Изобретение относится к области защиты от биопоражения. Может быть использовано в машиностроительной промышленности, а именно в использующихся при механической обработке металлов водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).

Эффективным методом борьбы с коррозией обрабатываемых металлов и коммуникаций станков, а также с биопоражением используемых СОЖ является применение в их составе эмульсолов, обладающих антикоррозионным и бактерицидным действием.

Из (Топлива и смазочные материалы. Рынок продукции: Каталог / Коллектив составителей. – М.: Машиностроение, 1994. С.107-115, Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов: Справочник. – М.: Машиностроение, 1984. С.74-85) известно, что для приготовления СОЖ широко используют эмульсолы Аквол-15, Аквол-16, Аквол-18, СИНХО-6, МХО-67, Укринол-1, содержащие в своем составе различные улучшающие добавки. Одновременно антикоррозионная и бактерицидная добавки введены в эмульсол ИХП-45Э, в котором роль ингибитора коррозии выполняет нитрит натрия, а бактерицида – гексахлорофен (Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1984. С.82). В составе эмульсола НЛ-205 в качестве антикоррозионной добавки используют нитрит натрия (0,5% масс.) и тринатрийфосфат (0,5% масс.) (Масла, вырабатываемые предприятиями Миннефтехимпрома СССР.: под ред. В.М.Школьникова, Н.А.Кузнецова. Каталог-справочник. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986, с.49).

Общими признаками известных технических решений и предлагаемого изобретения является использование в качестве одного из компонентов эмульсолов бактерицидных и антикоррозионных добавок.

Основными недостатками известных эмульгирующих композиций (эмульсолов) является высокая стоимость, токсичность и недостаточная эффективность использующихся при их приготовлении улучшающих добавок.

Антикоррозионные свойства эмульсолов (эмульгирующих композиций) предложено (А.с. 43940 НРБ. Опубл. 30.09.88) улучшать путем введения в их состав следующих соединений: борсодержащий эфир триэтаноламина и/или этиленгликоля и жирных кислот и продукт конденсации декагидрата тетрабората натрия с этиленгликолем.

Общими признаками известного и предлагаемого изобретения является введение в состав эмульсола улучшающих добавок.

К недостаткам известных технических решений относятся коррозионность эмульсолов и водосмешиваемых СОЖ, полученных на их основе, потеря функциональных свойств при их хранении в условиях с низкими температурами.

В (Топлива и смазочные материалы. Рынок продукции: Каталог / Коллектив составителей. – М.: Машиностроение, 1994. С.107-115. Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов: Справочник. – М.: Машиностроение, 1984. С.74-85) указано, что в состав эмульгирующих композиций, таких, как РИЗОЛ, Карбамол-C1, эмульцид ЭГТ, эмульцид ЭТ-2, эмульсол ЭТ-2ГХФ, входят только бактерицидные добавки.

Общими признаками известного и предлагаемого изобретения является введение в эмульсол бактерицидных добавок.

К недостаткам эмульгирующих композиций относятся коррозионность эмульсолов и водосмешиваемых СОЖ, полученных на их основе, монофункциональность, токсичность и плохая водорастворимость добавки – гексахлорофена. Нерастворимость в воде такой добавки, как гексахлорофен, создает трудности при использовании ее на производстве.

Наиболее близким (прототип) к предлагаемому изобретению является эмульсол СП-3, выпускаемый Оренбургским НМЗ по ГОСТ 5702-75 (Масла, вырабатываемые предприятиями Миннефтехимпрома СССР.: под ред. В.М.Школьникова, Н.А.Кузнецова. Каталог-справочник. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986, с.48), в состав которого входит 82-85,5% масс. трансформаторного масла (без присадки), 4,5-6% масс. триэтаноламина, 10-12% масс. олеиновой кислоты.

Недостатками прототипа является коррозионность эмульсолов и полученных на их основе водосмешиваемых СОЖ, значительная биопоражаемость и ограниченный срок (не долгосрочность) эксплуатации последних.

Задачей изобретения является: улучшение анитикоррозионных и бактерицидных свойств эмульсола и соответственно полученных на их основе водосмешиваемых СОЖ; расширение ассортимента с улучшенными антикоррозионными и бактерицидными свойствами эмульсолов, используемых для приготовления водосмешиваемых СОЖ; увеличение срока службы водосмешиваемых СОЖ, полученных на основе предложенного эмульсола.

Технический результат, достижение которого обеспечивает реализация заявляемого изобретения, заключается в улучшении анитикоррозионных и бактерицидных свойств эмульсола и соответственно полученных на их основе водосмешиваемых СОЖ, а также в расширении ассортимента эмульсолов, используемых для приготовления водосмешиваемых СОЖ.

Указанный технический результат достигают за счет того, что в состав эмульсола, включающего олеиновую кислоту, триэтаноламин, базовую основу трансформаторного масла или масло трансформаторное, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

дополнительно вводят дитиофосфат цинка и бактерицидную добавку, представляющую собой нейтрализованный продукт взаимодействия смеси ди- и триметилолтиомочевины с динатрийфосфатом, в количестве 3,0-4,0 масс.% и 7,0-8,0 масс.%, соответственно, в расчете на 100 масс.% вышеуказанного состава.

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

Отличием изобретения от прототипа является то, что состав эмульсола, содержащий, масс.%:

дополнительно включает антикоррозионную добавку – дитиофосфат цинка и бактерицидную добавку, представляющую собой нейтрализованный продукт взаимодействия смеси ди- и триметилолтиомочевины с динатрийфосфатом, в количестве 3,0-4,0 масс.% и 7,0-8,0 масс.%, соответственно, в расчете на 100 масс.% вышеуказанного состава.

Олеиновая кислота и триэтаноламин являются компонентами эмульгатора (поверхностно-активного вещества), которые при взаимодействии друг с другом (в процессе производства эмульсола) образуют триэтаноламиновый эфир олеиновой кислоты следующей формулы:

(С₂Н₄OH)₂-N-С₂Н₄OOC-С₁₇Н₃₃,

являющийся эмульгатором. Масло трансформаторное или базовая основа масла трансформаторного является смазывающим компонентом эмульсола.

Возможность реализации изобретения, а именно: получения бактерицидной добавки и эмульсола, использования последнего в смазочно-охлаждающих жидкостях, а также определение бактерицидных и антикоррозионных свойств эмульсола и приготовленных на его основе СОЖ, показана в следующих примерах.

Пример 1. Приготовление эмульсола.

В результате реализации изобретения получают эмульсол, содержащий, масс.%:

который дополнительно включает антикоррозионную добавку – дитиофосфат цинка и бактерицидную добавку, представляющую собой нейтрализованный продукт взаимодействия смеси ди- и триметилолтиомочевины с динатрий – фосфатом, в количестве 3,5 масс.% и 7,5 масс.%, соответственно, в расчете на 100 масс.% вышеуказанного состава.

Ниже представлена характеристика используемых ингредиентов.

1. Триэтаноламин технический (ТУ 6-02-916-79):

– Формула – С₆Н₁₅О₃N;

– Молекулярная масса – 149,19;

2. Кислота олеиновая техническая (ГОСТ 7580-91):

– Формула – С₁₇Н₃₃СООН;

– Молекулярная масса – 282,198;

– Цветное число – не более 70 мг йода;

– Массовая доля жирных кислот в безводном продукте – не менее 97,4%;

– Массовая доля неомыляемых и неомыленных веществ – не более 2,5%;

– Йодное число – 85-105 г йода/100 г (для марки Б14), 90-105 г йода/100 г (для марки ОМ);

– Кислотное число – 185-200 мг КОН/г;

– Число омыления – 185-200 мг КОН/г;

3. Масло трансформаторное ГК (ТУ 38. 1011025-85):

– Вязкость кинематическая:

– при 50°С – не более 9 мм²/с;

– при минус 30°С – не более 1200 мм²/с;

– Кислотное число – не более 0,01 мг КОН/г масла;

– Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле – не ниже 135°С;

– Температура застывания – не выше минус 45°С;

– Цвет на колориметре ЦНТ – не более 1 ед. ЦНТ;

– Стабильность против окисления (при 150°С, 14 ч, расходе кислорода 50 мл/мин):

а) масса летучих низкомолекулярных кислот – не более 0,04 мг КОН/г,

б) массовая доля осадка – не более 0,015%,

в) кислотное число окисленного масла – не более 0,1 мг КОН/г;

– Тангенс угла диэлектрических потерь при 90°С – не более 0,5%;

– Плотность при 20°С – не более 895 кг/м³.

4. Дитиофосфат цинка – присадки ДФ-11 (ТУ 38 590 1254-90):

– Вязкость кинематическая при 100°С – 5-10 мм /с;

– Массовая доля цинка – 5,0-5,6%;

– Массовая доля фосфора – 4,4-4,9%;

– Степень чистоты – не более 185 мг на 100 г присадки;

– Коррозионность базового масла М-11 по ТУ 38 101523-80 с 1,2% присадки ДФ-11 на пластинке из свинца марки С1 или С2 оп ГОСТ 3778-77 – не более 5 г/м²;

– Температура вспышки, определяемая в открытом тигле – не ниже 170°С;

– Цвет (при разбавлении 15:85) – не более 3,5 ед. ЦНТ.

5. Бактерицидная добавка:

белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде, нерастворимый в спиртах и углеводородах, имеет интервал температуры плавления 315-325°С и насыпную плотность 0,45 г/см³.

Способ получения эмульсола осуществляют следующим образом.

1. В контактор-смеситель вводят базовую основу трансформаторного масла или масло трансформаторное (половина от общего количества всего масла), затем при постоянном перемешивании в масло добавляют все количество олеиновой кислоты. Смесь перемешивают в течение одного часа при температуре не выше 25°С. Последующие операции проводят при постоянном перемешивании и температуре не выше 25°С.

2. В полученную смесь постепенно, небольшими порциями добавляют все количество триэтаноламина (перемешивание длится 2-3 часа). На этой стадии протекает синтез эмульгатора – триэтаноламинового мыла олеиновой кислоты.

3. Затем вводят оставшееся количество базовой основы трансформаторного масла или масла трансформаторного, после чего полученную смесь перемешивают в течение одного часа.

4. В полученный раствор триэтаноламинового мыла олеиновой кислоты в базовом масле (или в масле трансформаторном) вводят все количество антикоррозионной присадки – дитиофосфата цинка, после чего перемешивают в течение двух часов.

5. После полного растворения дитиофосфата цинка в смесь добавляют бактерицидную добавку, полученную смесь перемешивают в течение одного часа.

Пример 2. Синтез бактерицидной добавки.

Способ получения бактерицидной добавки включает следующие стадии:

1) проводят конденсацию тиокарбамида и формальдегида и получают смесь ди- и триметилолтиокарбамида;

2) затем осуществляют фосфонилирование реакционной смеси динатрийфосфатом;

3) по окончании фосфонилирования образовавшуюся продуктовую смесь нейтрализуют;

4) выпавший осадок фильтруют под вакуумом и сушат при комнатной температуре.

Способ получения бактерицидной добавки осуществляют следующим образом. В реакционную колбу с мешалкой и обратным холодильником загружают 10 мл 70% (масс.) раствора тиокарбамида и 20 мл 37% (масс.) формалина, смесь нагревают до кипения и выдерживают в течение 40 минут. По истечении указанного времени реакционную массу охлаждают до 40-45°С, после чего вводят 60 мл нагретого до 20-30°С 50% (масс.) раствора соли динатрийфосфата и выдерживают в течение 4-х часов. Затем смесь охлаждают, после этого добавляют 100 мл 15% (масс.) водного раствора каустической соды.

Выпавший хлопьевидный осадок фильтруют под вакуумом и сушат при комнатной температуре до постоянного веса. В итоге получают 50 грамм продукта – бактерицидной добавки. Структура вещества однозначно не установлена.

Пример 3. Определение бактерицидных свойств эмульсола. Бактерицидные свойства полученного по примеру 2 эмульсола, и используемого для приготовления 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.). Опыты проводили следующим образом. В одну пробирку помещают 9 мл зараженной бывшей в употреблении СОЖ, представляющей собой 5%-ный (масс.) водную эмульсию из эмульсола, не содержащего бактерицидную добавку. Во вторую пробирку помещают 9 мл бывшей в употреблении СОЖ, представляющей собой 5%-ную (масс.) водную эмульсию из эмульсола, содержащего бактерицидную добавку. Затем в обе пробирки добавляют по 1,0 мл индикатора – 0,5% (масс.) водного раствора 2,3,5-трифенилтетразолия хлористого (ТТХ). Содержимое пробирок тщательно перемешивают, пробирки помещают в термостат и выдерживают при температуре 30±5°С в течение времени, необходимого для появления характерной окраски в испытуемых СОЖ (1-5 суток). Оценивают визуально наличие и интенсивность окраски СОЖ и определяют балл микробиологического поражения эмульсии. В результате испытаний было выяснено, что по истечении испытательного срока СОЖ, приготовленная из эмульсола без бактерицидной добавки, имеет предельный IV-й балл биопоражения по V-балльной шкале от 0 до IV, что говорит о непригодности СОЖ к дальнейшей эксплуатации. СОЖ, приготовленная из эмульсола с добавлением бактерицидной добавки, имеет 0-1 балл, т.е. данная СОЖ длительное время пригодна для эксплуатации.

Пример 4. Определение антикоррозионных свойств эмульсола.

Антикоррозионные свойства СОЖ, приготовленных из эмульсола с добавкой дитиофосфата цинка, оценивали 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. Дубровский Ю.С., Румянцева Т.А., Чугай Г.Н. Эксплуатационные свойства водосмешиваемых смазочно-охлаждающих технологических средств. – К.: УкрНИИНТИ Госплана УССР, 1991, вып.2. 64 с.). Исследования проводили следующим образом. На бумажный фильтр диаметром 50 мм, помещенный в чашку Петри, с помощью шпателя равномерно наносят 2±0,1 г чугунной стружки. В мерную пипетку отбирают 2 мл свежей СОЖ, представляющей собой водную 5%-ную (масс.) эмульсию из эмульсола, и равномерно смачивают стружку на фильтре. Чашку Петри закрывают крышкой и выдерживают 2 часа при комнатной температуре, исключая попадание прямых солнечных лучей. Затем фильтр вынимают из чашки Петри, удаляют стружку, а фильтр просушивают при комнатной температуре. После этого по характеру и количеству пятен на фильтре или по их отсутствию оценивают балл коррозии. Испытания проводят параллельно в двух чашках Петри. Балл коррозии оценивают у СОЖ, приготовленных из эмульсолов, содержащих и не содержащих антикоррозионную добавку (дитиофосфат цинка). В результате проведенных испытаний установлено, что СОЖ, приготовленная из эмульсола без антикоррозионной добавки (дитиофосфата цинка), имеет балл коррозии III (по V-балльной шкале от 0 до IV баллов), что соответствует умеренной степени коррозии. СОЖ, приготовленная на основе эмульсола с антикоррозионной добавкой (дитиофосфатом цинка), имеет балл, равный 0, что соответствует отсутствию коррозии.

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

Формула изобретения

Эмульсол для приготовления водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости, содержащий олеиновую кислоту, триэтаноламин и базовую основу трансформаторного масла или масло трансформаторное, отличающийся тем, что состав эмульсола, содержащий мас.%:

дополнительно содержит антикоррозионную добавку – дитиофосфат цинка и бактерицидную добавку, представляющую собой нейтрализованный продукт взаимодействия смеси ди- и триметилолтиомочевины с динатрийфосфатом, при следующем соотношении компонентов мас.% в расчете на 100 мас.% вышеуказанного состава: