способ получения смазочного концентрата для обработки металлов давлением
Классы МПК: | C10M173/00 Смазочные составы, содержащие более 10% воды C10M163/00 Смазочные составы, отличающиеся добавкой, являющейся смесью соединения неизвестного или не полностью определенного строения и низкомолекулярного соединения, причем каждое из этих соединений является существенным C10M129/08 содержащие не менее двух оксигрупп |
Автор(ы): | Постолов Юрий Михайлович (RU), Губанов Александр Владимирович (RU), Губанов Сергей Александрович (RU), Яковлев Владимир Иванович (RU), Яковлева Любовь Владимировна (RU), Иванов Алексей Юрьевич (RU), Иванов Сергей Алексеевич (RU), Иванова Анна Алексеевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Промтехэксперт" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-03-12 публикация патента:
10.12.2014 |
Настоящее изобретение относится к способу получения смазочного концентрата для обработки металлов давлением, представляющего собой эмульсию масла в воде, заключающемуся в том, что смесь гудрона от дистилляции жирных кислот с кислотным числом 40-60 мгКОН/г (жировой гудрон), выделенных из соапстоков растительных масел, представляющего собой смесь триглицеридов и свободных жирных кислот, и водного раствора гудрона от дистилляции глицерина (глицериновый гудрон), подвергают омылению водным раствором щелочи (NaOH) до полной нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в жировом гудроне, с получением мыльно-глицериновой эмульсии в виде дистиллята, при этом соотношение глицеринового и жирового гудронов в омыляемой смеси составляет 1:3-1:2, причем в полученную мыльно-глицериновую эмульсию дополнительно вводят свободные жирные кислоты, полученные в процессе физической рафинации подсолнечного масла (ЖКФР), в соотношении с мылами, полученными при нейтрализации смеси гудронов, в массовом соотношении 0,5:1-1:1. Техническим результатом настоящего изобретения является получение смазочного концентрата с улучшенными антифрикционными свойствами, со сниженным значением вязкости и с повышенной стабильностью водных эмульсий. 2 табл.
Формула изобретения
Способ получения смазочного концентрата для обработки металлов давлением, представляющего собой эмульсию масла в воде, заключающийся в том, что смесь гудрона от дистилляции жирных кислот с кислотным числом 40-60 мгКОН/г (жировой гудрон), выделенных из соапстоков растительных масел, представляющего собой смесь триглицеридов и свободных жирных кислот, и водного раствора гудрона от дистилляции глицерина (глицериновый гудрон), подвергают омылению водным раствором щелочи (NaOH) до полной нейтрализациии свободных жирных кислот, содержащихся в жировом гудроне, с получением мыльно-глицериновой эмульсии в виде дистиллята, при этом соотношение глицеринового и жирового гудронов в омыляемой смеси составляет 1:3-1:2, причем в полученную мыльно-глицериновую эмульсию дополнительно вводят свободные жирные кислоты, полученные в процессе физической рафинации подсолнечного масла (ЖКФР) в соотношении с мылами, полученными при нейтрализации смеси гудронов, в массовом соотношении 0,5:1-1:1.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области получения технологических смазок и смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), в частности смазок, применяемых для обработки металлов давлением.
Известен способ получения смазки для холодной обработки металлов давлением путем дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел, с получением гудронного остатка, содержащего до 30% продуктов полимеризации и конденсации, омыление которого ведут водным раствором щелочи на глубину нейтрализации 35-40% из расчета по кислотному числу. (А.С. СССР № 407942, кл. C10M 5/14. «Способ получения смазки для холодной обработки металлов давлением». Бюл. № 47, 1974 г.).
Недостатком способа является то, что подвергаемый нейтрализации гудрон имеет высокое содержание полимеризата и относительно низкое кислотное число.
Наличие до 30% полимеризата увеличивает вязкость смазки, загрязнение поверхности металла после деформации, затрудняет удаление смазки.
Известен способ получения смазки для обработки металлов, представляющий собой эмульсию масла в воде, в котором смесь триглицеридов, моноглицеридов, жирной кислоты и жирного амина эмульгируется водным раствором щелочного мыла жирной кислоты. (Патент США № 4206059, кл. C10M 3/18, 1980 г.)
Существенным недостатком данного способа является использование дефицитного сырья.
Условием высокой стабильности эмульсий является высокое содержание в концентрате мыла, что приводит к загущению концентрата, затрудняющее их растворение и использование СОЖ в циркуляционных охлаждаемых системах.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения концентрата технологической смазки путем омыления водным раствором щелочи (NaOH) дистиллята от процесса дистилляционной рафинации подсолнечного масла (ЖКРФ) из расчета по кислотному числу 60-150 мг КОН/г (Патент РФ № 2213130, МКИ: C10M 177/00. «Способ получения концентрата технологической смазки для обработки металлов». Бюл. № 27, 2003 г.), который принят за прототип.
Достаточно высокое кислотное число омыляемого дистиллята позволяет получить концентрат с различной глубиной омыления при высоком содержании свободных жирных кислот и достаточном количестве продуктов омыления, обеспечивающих стабильность водных эмульсий.
Недостатком получаемой смазки является отсутствие в ее составе триглицеридов, моно- и диглицеридов, продуктов полимеризации жирных кислот и полиглицеридов, что снижает ее смазочные свойства.
В связи с вышеизложенным смазка применяется в процессах деформации профилей из цветных металлов и сплавов, но недостаточно эффективна в процессах волочения и штамповки изделий из углеродистых и легированных сталей.
Кроме того, наличие в смазке мыльно-масляных композиций обуславливает высокую вязкость омыляемой жировой основы, что определяет низкое содержание в концентрате смазочного вещества.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение антифрикционных свойств смазки, снижение вязкости концентрата и повышение содержания в концентрате смазочного вещества, повышение стабильности водных эмульсий смазки.
Для достижения этой цели смесь гудрона от дистилляции жирных кислот с кислотным числом 40-60 мг КОН/г (жировой гудрон), выделенных из соапстоков растительных масел, представляющего собой смесь триглицеридов и свободных жирных кислот, и водного раствора гудрона от дистилляции глицерина (глицериновый гудрон), подвергают омылению водным раствором щелочи (NaOH) до полной нейтрализациии свободных жирных кислот, содержащихся в жировом гудроне, с получением мыльно-глицериновой эмульсии в виде дистиллята, при этом соотношение глицеринового и жирового гудронов в омыляемой смеси составляет 1:3-1:2, причем в полученную мыльно-глицериновую эмульсию дополнительно вводят свободные жирные кислоты, полученные в процессе физической рафинации подсолнечного масла (ЖКФР) в соотношении с мылами, полученными при нейтрализации смеси гудронов, в массовом соотношении 0,5:1-1:1.
Глицериновый гудрон представляет собой вязкую подвижную жидкость от светло-коричневого до коричневого цвета с массовой долей глицерина и полиглицеринов не менее 30%.
Гудрон от дистилляции жирных кислот содержит в своем составе 30-50 мас.% триглицеридов, 30-50 мас.% свободных жирных кислот и до 30 мас.% продуктов полимеризации и конденсации.
Дистиллят, получаемый в процессе физической рафинации подсолнечного масла, представляет собой смесь преимущественно жирных кислот и нейтрального масла с массовой долей жирных кислот 70-80%, кислотное число 130-160 мг КОН/г, число омыления 170-180 мг КОН/г, температура застывания жирных кислот 18-22°C.
Рецептуры смазочных основ и составы получаемых концентратов приведены в таблице 1.
Таблица 1 | ||||||||||||
Рецептуры смазочных основ и составы получаемых концентратов | ||||||||||||
Наименование способа | Рецептура исходного сырья и состав получаемых концентратов, мас.% | Соотношение компонентов смеси | Число омыления, кислотные числа и глубина нейтрализации, мгКОН | |||||||||
Глицериновый гудрон | Жировой гудрон | ЖКФР | Вода | Содержание смазочного вещества | ЖКФР: мыло | Глицериновый гудрон: жировой гудрон | Жировой гудрон | ЖКФР | ||||
Число омыления | Кислотное число | Глубина нейтрализации | Кислотное число | Глубина нейтрализации | ||||||||
Способ получения мыльно-глицеринового концентрата (предлагаемый) | ||||||||||||
1 | 10 | 30 | 12-9 | 48 | 52 | 1:1 | 1:3 | 150 | 60 | 60 | 150 | 0 |
2 | 12 | 30 | 8-6 | 50 | 50 | 0,8:1 | 1:2,5 | 150 | 50 | 50 | 150 | 0 |
3 | 15 | 30 | 4-3 | 51 | 49 | 0,5:1 | 1:2 | 150 | 40 | 40 | 150 | 0 |
Способ получения мыльно-масляного концентрата (прототип) | ||||||||||||
4 | - | - | 30 | 40 | 30 | - | - | - | - | 150 | 60 |
Проводились испытания 10% эмульсии смазок, которые соответствуют концентрации смазок, применяемых в процессах штамповки и волочения изделий из углеродистых и низколегированных сталей.
В процессе испытаний определяли коэффициент трения, характеризующий антифрикционные свойства смазки.
Коэффициент трения определяли при осадке металлических колец из ст.20. Высота колец 50 мм, наружный диаметр 25 мм, толщина стенки 2 мм. Исходная температура колец и штампа 20°C. Величина разовой деформации кольца - 20%.
Определяли также содержание смазочных веществ в концентратах, вязкость полученных концентратов и стабильность 10% водных эмульсий.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2 | ||||||
Результаты испытаний смазочных концентратов | ||||||
№ № пп | Содержание в концентрате, мас.% | Вязкость концентра та при 50°C, сП | Концетрация водных эмульсий, мас.% | Стабиль ность водных эмульсий, % отстоя | Коэффи циент трения, (f) | |
Смазочно го вещества | Свободных жирных кислот | |||||
1 | 52 | 12 | 100 | 10 | 12 | 0,26 |
2 | 50 | 8 | 92 | 10 | 10 | 0,30 |
3 | 49 | 4 | 84 | 10 | 8 | 0,35 |
4 | 30 | 18 | 110 | 10 | 20 | 0,38 |
Как видно из таблиц 1 и 2, содержание смазочного вещества в концентрате, получаемом по предлагаемому способу, выше, чем при омылении жирных кислот физической рафинации, взятому в качестве прототипа (до 51 мас.% вместо 30 мас.%).
При этом вязкость получаемого концентрата ниже, чем у прототипа (84-100 сП вместо 110 сП).
При увеличении содержания в рецептуре гудрона от дистилляции жирных кислот (жирового гудрона) выше 30 мас.% и снижении содержания глицеринового гудрона ниже 10 мас.% вязкость получаемого концентрата увеличивается до уровня прототипа (110 сП) и выше.
Снижение содержания в рецептуре жирового гудрона ниже 30 мас.% и увеличение содержания глицеринового гудрона выше 15 мас.% ухудшает антифрикционные свойства смазки (коэффициент трения с 0,26-0,35 растет до уровня прототипа - 0,32 и выше).
Таким образом, оптимальное соотношение глицеринового и жирового гудрона в рецептуре составляет 1:3-1:2.
При омылении по кислотному числу жирового гудрона (40-60 мг КОН/г) обеспечивается стабильность водных эмульсий концентрата выше, чем у прототипа (8-12% отстоя при 20% отстоя у прототипа).
Снижение кислотного числа жирового гудрона ниже 40 мг КОН/г не позволяет провести омыление на глубину, обеспечивающую высокую стабильность водных эмульсий.
Получение жирового гудрона с кислотным числом выше 60 мг КОН/г нецелесообразно с точки зрения выхода основного продукта - дистиллированных жирных кислот.
Концентрат, полученный по предлагаемому способу, обеспечивает более высокие антифрикционные свойства водных эмульсий по сравнению с прототипом при соотношении свободных жирных кислот (ЖКФР) с мылами,полученными при нейтрализации жировых гудронов, 0,5:1-1:1.
Увеличение содержания свободных жирных кислот (ЖКФР) по отношению к мылу более 1:1 (выше 12 мас.%) снижает стабильность водных эмульсий до уровня прототипа.
Снижение содержания ЖКФР по отношению к мылу менее 0,5:1 (ниже 4 мас.%) снижает до уровня прототипа антифрикционные свойства водных эмульсий.
Таким образом, предлагаемый способ получения смазочного концентрата позволяет:
- получить концентрат с повышенным содержанием смазочного вещества;
- снизить вязкость смазочного концентрата;
- повысить стабильность водных эмульсий;
- улучшить антифрикционные свойства водных эмульсий;
- получить эффективную смазку на основе жировых отходов различных производств.
Класс C10M173/00 Смазочные составы, содержащие более 10% воды
Класс C10M163/00 Смазочные составы, отличающиеся добавкой, являющейся смесью соединения неизвестного или не полностью определенного строения и низкомолекулярного соединения, причем каждое из этих соединений является существенным
Класс C10M129/08 содержащие не менее двух оксигрупп