концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (сож) для механической обработки металлов и способ его получения

Формула изобретения

1. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов, содержащий жировые гудроны из отходов масложировой промышленности, щелочной агент в виде гидроксида натрия, смазку в виде жидкого стекла и воду, отличающийся тем, что основным веществом являются неомыленные отходы масложировой промышленности, дополнительно концентрат смазочно-охлаждающей жидкости содержит антипенную жидкость в виде полиметилсилоксановой жидкости, общее количество улучшающих добавок составляет не более 3% от количества основного вещества, при этом соотношение компонентов выполнено следующим, %:

жировые гудроны	30
гидроксид натрия (NaOH)	2,5-3,5
жидкое стекло	0,5-2,0 (по сухому остатку)
полиметилсилоксановая жидкость	0,05-0,1
вода	64,4-66,95

2. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.1, отличающийся тем, что щелочной агент используют в виде 30-40%-ного раствора каустической соды.

3. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.1, отличающийся тем, что щелочной агент используют в виде сухого едкого натра.

4. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.1, отличающийся тем, что в качестве смазки используют метасиликат натрия.

5. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов масложировой промышленности используют соапстоки растительных масел.

6. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов масложировой промышленности используют масленичный фуз.

7. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов масложировой промышленности используют первичные жировые гудроны.

8. Концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов масложировой промышленности используют смесь различных отходов.

9. Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов, включающий нагрев основного вещества, содержащего жировые гудроны из отходов масложировой промышленности, омыление гудрона щелочным агентом - гидроксидом натрия, добавление к омыленному гудрону при перемешивании улучшающей добавки - смазки в виде жидкого стекла, разбавление полученного концентрата водой, отличающийся тем, в качестве основного вещества используют неомыленные отходы масложировой промышленности, нагрев основного вещества осуществляют до температуры 25-52°С, после чего осуществляют загрузку подогретого основного вещества в реактор, в котором температуру загруженной массы доводят до 102-107°С и производят реакцию омыления при температуре 102-107°С в течение 60-90 мин, затем осуществляют перекачку реакционной массы в реактор-нормализатор, разбавление реакционной массы горячей водой до требуемой концентрации, охлаждение полученной эмульсии до 80°С, добавление улучшающей добавки, дополнительно осуществляют ввод антипенной жидкости в виде полиметилсилоксановой жидкости, при этом количество улучшающих добавок используют не превышающее 3% от количества основного вещества, а соотношение компонентов используют следующим, %:

жировые гудроны	30
гидроксид натрия (NaOH)	2,5-3,5
жидкое стекло	0,5-2,0 (по сухому остатку)
полиметилсилоксановая жидкость	0,05-0,1
вода	64,4-66,95

10. Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.9, отличающийся тем, что щелочной агент используют в виде 30-40%-ного раствора каустической соды.

11. Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.9, отличающийся тем, что щелочной агент используют в виде сухого едкого натра.

12. Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.9, отличающийся тем, что в качестве смазки используют метасиликат натрия.

13. Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.9, отличающийся тем, что в качестве отходов масложировой промышленности используют соапстоки растительных масел.

14. Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.9, отличающийся тем, что в качестве отходов масложировой промышленности используют масленичный фуз.

15. Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.9, отличающийся тем, что в качестве отходов масложировой промышленности используют первичные жировые гудроны.

16. Способ получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов по п.9, отличающийся тем, что в качестве отходов масложировой промышленности используют смесь различных отходов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к технологическим средам и способам их получения и может использоваться для механической обработки металлов.

В настоящее время в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей широко применяются омыленные жировые гудроны, выделяемые из отходов масложировой промышленности, а именно кубовые остатки от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или технического жира.

Известна смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) для обработки металлов, содержащая гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или технического жира, триэтаноламин (15-20 мас.% от гудрона), минеральное масло в соотношении 1:1-1:2,5 от массы омыленного триэтаноламином гудрона, гидроксид натрия, взятый в количестве 0,5-1,0 мас.% от вышеуказанной смеси, и воду для получения 5% эмульсии СОЖ (SU 1634699 А).

Недостатками этой СОЖ являются сложный способ ее приготовления и недостаточные антифрикационные свойства.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов резанием и способ ее получения, (RU 2177983 С1, опубл. 10.01.2002 г., кл. С10М 173/00, С10N 40:22), принятые за ближайшие аналоги (прототипы).

Смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов резанием по прототипу содержит жировые гудроны, щелочной агент, смазку и воду, при этом в качестве жировых гудронов она содержит гудроны, выделенные из соапстоков растительных масел и/или технического жира, в качестве щелочного агента - гидроксид натрия, в качестве смазки - олеат натрия и дополнительно триполифосфат натрия, моноглицерид жирных кислот и жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

жировые гудроны	100
гидроксид натрия	2,0-3,8
олеат натрия	4,0-6,5
моноглицерид жирных кислот	1,5-2,6
триполифосфат натрия	3,7-4,5
жидкое стекло (по сухому остатку)	0,6-4,4
вода	2250-2400.

Смазочно-охлаждающую жидкость для обработки металлов резанием по прототипу готовят следующим образом: жировой гудрон, который представляет собой кубовый остаток дистилляции жирных кислот соапстоков растительных масел и технического жира, помещают в обогреваемый смеситель и подогревают до температуры размягчения 55-75ºС. После этого в гудрон при непрерывном перемешивании небольшими порциями добавляют 10% водный раствор гидроксида натрия. Процесс ведут в течение 30-40 мин, в результате чего получают гудрон, омыленный на 40-60% (в зависимости от исходного кислотного числа). В омыленный гудрон при непрерывном перемешивании добавляют олеат натрия и моноглицерид жирных кислот при указанной выше температуре и перемешивают в течение 10-15 мин. Далее к смеси добавляют триполифосфат натрия в виде 10-20% водного раствора. В последнюю очередь вводят жидкое стекло в виде стандартного 40-60% раствора. После этого смесь перемешивают в течение 5-10 мин. Полученный концентрат разбавляют водой до содержания в нем воды 50 мас.%.

Преимуществами и общими признаками с предлагаемым изобретением являются:

- использование основного вещества в виде жировых гудронов из отходов масложировой промышленности увеличивает моющую, смазывающую, эмульгирующую и экранирующую способность,

- использование щелочного агента в виде гидроксида натрия способствует быстрому и нетоксичному омылению,

- использование смазки в виде жидкого стекла способствует снижению поверхностного натяжения СОЖ, увеличивая ее моющую и проникающую способность, образует на поверхности трения силаксановые пленки, снижающие коэффициент трения.

Однако при этом описанная в качестве прототипа смазочно-охлаждающая жидкость и способ ее получения характеризуются такими недостатками, как:

- использование жировых гудронов, предварительно выделенных из соапстоков растительных масел и/или технического жира, усложняет процесс изготовления, способствует повышению себестоимости;

- использование олеата натрия усложняет процесс изготовления, способствует повышению себестоимости.

В задачу предлагаемого изобретения положено создание недорогого концентрата смазочно-охлаждающей жидкости, эффективного для любой механической обработки металлов.

Технический результат от использования изобретения заключается в упрощении производства, снижении себестоимости, ценообразования, повышении экологических свойств.

Поставленная задача достигается тем, что в концентрате смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов, содержащем жировые гудроны из отходов масложировой промышленности, щелочной агент в виде гидроксида натрия, смазку в виде жидкого стекла и воду, основным веществом являются неомыленные отходы масложировой промышленности, дополнительно концентрат смазочно-охлаждающей жидкости содержит антипенную жидкость в виде полиметилсилоксановой жидкости, общее количество улучшающих добавок составляет не более 3% от количества основного вещества, при этом соотношение компонентов выполнено следующим, в %: жировые гудроны - 30, гидроксид натрия (NaOH) - 2,5-3,5, жидкое стекло - 0,5-1,0 (по сухому остатку), полиметилсилоксановая жидкость - 0,05-0,1, вода- 64,4-66,95; щелочной агент используют в виде 30-40% раствора каустической соды; щелочной агент используют в виде сухого едкого натра; в качестве смазки используют метасиликат натрия; в качестве отходов масложировой промышленности используют соапстоки растительных масел; в качестве отходов масложировой промышленности используют масленичный фуз; в качестве отходов масложировой промышленности используют первичные жировые гудроны; в качестве отходов масложировой промышленности используют смесь различных отходов.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, включающем нагрев основного вещества, содержащего жировые гудроны из отходов масложировой промышленности, омыление гудрона щелочным агентом - гидроксидом натрия, добавление к омыленному гудрону при перемешивании улучшающей добавки - смазки в виде жидкого стекла, разбавление полученного концентрата водой, отличающимся тем, что в качестве основного вещества используют неомыленные отходы масложировой промышленности, нагрев основного вещества осуществляют до температуры 25-52°С, после чего осуществляют загрузку подогретого основного вещества в реактор, в котором температуру загруженной массы доводят до 102-107°С, и производят реакцию омыления при температуре 102-107°С в течение 60-90 мин, затем осуществляют перекачку реакционной массы в ректор-нормализатор, разбавление реакционной массы горячей водой до требуемой концентрации, охлаждение полученной эмульсии до 80°С, добавление улучшающей добавки, дополнительно осуществляют ввод антипенной жидкости в виде полиметилсилоксановой жидкости, при этом количество улучшающих добавок используют не превышающим 3% от количества основного вещества, а соотношение компонентов используют следующим, в %: жировые гудроны - 30, гидроксид натрия (NaOH) - 2,5-3,5, жидкое стекло - 0,5-1,0 (по сухому остатку), полиметилсилоксановая жидкость - 0,05-0,1, вода - 64,4-66,95; щелочной агент используют в виде 30-40% раствора каустической соды; щелочной агент используют в виде сухого едкого натра; в качестве смазки используют метасиликат натрия; в качестве отходов масложировой промышленности используют соапстоки растительных масел; в качестве отходов масложировой промышленности используют масленичный фуз; в качестве отходов масложировой промышленности используют первичные жировые гудроны; в качестве отходов масложировой промышленности используют смесь различных отходов.

В таблице 1 приведены основные характеристики предложенного концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов.

В таблице 2 приведена область применения предложенного концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов в зависимости от его концентрации.

В таблицах 3 и 4 приведены примеры конкретного выполнения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов.

Изготовление концентрата смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов предложенным способом осуществляют следующим образом.

Основное вещество в виде неомыленных отходов масложировой промышленности, таких как, например, соапстоков растительных масел либо жировых гудронов, либо масленичного фуза, либо их смеси, в транспортной таре подогревают до 25-52°С и с помощью насоса загружают в реактор, в котором температуру загруженной массы доводят до 102-107°С. Обогрев реактора осуществляют через паровую рубашку паром не менее 2 атм. Затем при перемешивании вводят щелочной агент - гидроксид натрия (NaOH) в виде, например, 30-40% раствора каустической соды либо в виде, например, сухого едкого натра. Реакцию производят при температуре 102-107°С в течение 60-90 минут. Затем реакционную массу перекачивают в реактор-нормализатор, где полученную массу разбавляют горячей водой до требуемой концентрации. Полученную эмульсию СОЖ охлаждают до 80°С и при перемешивании вводят улучшающие добавки: смазку в виде, например, жидкого стекла либо в виде, например, метасиликат натрия; пеностабилизирующую жидкость в виде, например, полиметилсилоксановой жидкости. При этом количество улучшающих добавок используют не превышающим 3% от количества основного вещества, а соотношение компонентов используют следующим, в %:

- жировые гудроны	30
- гидроксид натрия (NaOH)	2,5-3,5
- жидкое стекло	0,5-1,0 (по сухому остатку)
- полиметилсилоксановая жидкость	0,05-0,1
- вода	64,4-66,95.

Подогрев основного вещества до температуры ниже 25°С снижает его текучесть, что препятствует дальнейшей его перекачке в реактор.

Подогрев основного вещества до температуры выше 52°С экономически нецелесообразно.

При содержании гидроксида натрия менее 2,5% эмульсия СОЖ нестабильна.

При содержании гидроксида натрия более 3,5% повышается коррозионная агрессивность эмульсии СОЖ по отношению к обрабатываемому металлу.

Снижение содержания жидкого стекла менее 0,5% (по сухому остатку) приводит к увеличению коэффициента трения.

Повышение содержания жидкого стекла более 1,0% (по сухому остатку) снижает устойчивость эмульсии к расслаиванию.

Снижение содержания полиметилсилоксановой жидкости менее 0,05% не оказывает эффективного действия.

Повышение содержания полиметилсилоксановой жидкости более 0,1% экономически нецелесообразно.

Проведение реакции омыления при температуре ниже 102°С и времени меньше 60 минут способствует неполному омылению свободных жирных кислот, изменению соотношения омыленных и неомыляемых кислот, неомыляемых триглециридов, что приводит к снижению качества эмульсии.

Проведение реакции омыления при температуре выше 107°С и времени больше 90 минут способствует увеличению себестоимости эмульсии за счет необоснованных энергетических затрат.

Срок хранения предложенного концентрата - 12 месяцев с даты изготовления.

Предложенный концентрат СОЖ (30% и более) хранят в закрытой таре при температуре от +30°С до -30°С.

Использование любых неомыленных отходов масложировой промышленности способствует упрощению изготовления, снижению себестоимости, повышению экологических свойств концентрата СОЖ для механической обработки металлов.

Повышению экологических свойств предлагаемого продукта способствует также его 100% биологическая разлагаемость и нетоксичность.

Использование антипенной жидкости в виде полиметидсилоксановой жидкости способствует снижению ценообразования и себестоимости.

Использование улучшающих добавок в количестве не превышающим 3% от количества основного вещества способствует достижению синергетического эффекта.

Таблица 1
Основные характеристики концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов
№ п/п	Наименование показателей	Норма
1.	Цвет при температуре 18-25°С	От светло-желтого до темно-коричневою цвета
2.	Консистенция при температуре 18-25°С	От маслянистой жидкости до твердой
3.	Запах	Специфический нераздражающий
4.	Стабильность при хранении	Выдерживает
5.	Массовая доля жирных и неомыляемых кислот, % не менее	10,5%
6.	Массовая доля свободной едкой щелочи, % не более	0,3
7.	Кислотное число, мг КОН/Г, не более	158
8.	рH мыльного раствора с массовой долей 1%	8,0-10,0
9.	Коррозионная активность по отношению к черным металлам (метод «отпечатка»)	Отсутствует (для 1-5% раствора)
10.	Склонность к ценообразованию 2% раствора, куб.см	420

Таблица 2
Область применения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов
№ п/п	% содержание эмульсии	Виды обработки	Обрабатываемые материалы
1	1,5-3%	Лезвийная (токарная, фрезерная) обработка, сверление, строгание	Чугун, углеродистые и инструментальные стали
2	3-5% и 5-7%	Лезвийная (токарная, фрезерная) обработка, сверление на станках и автоматах, отдельные операции при нарезании резьбы (метчиками, плашками, фрезами), зубодолбежные операции и протягивание	Чугун, углеродистые легированные, конструкционные, нержавеющие стали, цветные металлы и сплавы
3	7-10%	Все виды лезвийной обработки на станках и автоматах, в том числе на расточных и карусельных, чистовые зубодолбежные, шлифовальные операции (шлифование, хонингование)	Труднообрабатываемые, жаропрочные стали, цветные металлы и титановые сплавы

Таблица 3
Состав концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов
№ п/п	Компонент	Пример 1, кг	Пример 2, кг	Пример 3, кг
1	Соапсток растительного масла	1650	770	1000
2	Скруберное масло	90	-	50
3	Первичные гудроны	-	880	600
4	Каустическая сода	90	90	90
5	Жидкое стекло или метасиликат натрия	30	15	5
6	Полиметилсилаксановая жидкость	0,5	0,25	0,1
7	Вода	139,5	244,75	254,9
8	Общая масса	2000	2000	2000

№ п/п	Компоненты	% содержание СОЖ из гудронного мыла
3% основного вещества	5% основного вещества	10% основного вещества
1.	Соапсток подсолнечного масла или первичные гудроны	3	5	10
2.	Гидроксид натрия	0,1	0,15	0,3
3.	Жидкое стекло или метасиликат натрия	0,015	0,025	0,05
4.	Полиметилсилаксановая жидкость	0,015	0,0425	0,085
5.	Вода	96,87	94,78	89,56