Смазочно-охлаждающая жидкость для холодной обработки металлов
297I98
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Союз Советских
Социалистических
Реслублик
Зависимый от патента №
Заявлено 12.Ч11,1968 (№ 1257161/23-4)
Приоритет 15.VII.1967, № F 52971 IVc/23c, ФР Г
Опубликовано 02.111.1971. Бюллетень № 9
Дата опубликования описания 8,VII.1971
МПК С 10m 3/32
Комитет оо делам иаобретеиий и открытий ори Совете хсииистров
СССР
УДК 621.892:627.7.016.3 (088.8) Авторы изобретения
Иностранцы
Хельмут Дири, Зигберт Риттнер и Хорст Лорке (Федеративная Республика Германии) Иностранная фирма
«Фарбверке Хехст АГ» (Федеративная Республика Германии) Заявитель
СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ
ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ где R4 и R2 — атомы водорода, фтора, хлора, 1и брома, алкильные или алкоксильные группы, которые содержат 1 — 4 углеродных атома, причем сумма углеродных атомов в R4 и Яг не превышает число 7, преимущественно это число равно 3;
1s Аг — остатки бензола, нафталина, антрацена, дифенила, дифенилметана, дифенилоксида, дифенилсульфида, дифенилсульфоксида или дифенилсульфона;
Кз — атом водорода, алкильный радикал, 20 содержащий не более 4 атомов углерода, Р-цианэтильный остаток или гидроксиалкильный остаток, содержащий 2 — 4 углеродных атома;
R4 — алкиленовый остаток, содержащий 4—
25 15 атомов углерода в цепи, который может быть замешен внутри цепи одним или несколькими метильными или этильными радикалами;
Известны смазочно-охлаждающие жидкости для холодной обработки металлов на основе воды с введением различных добавок и ингибитора коррозии, например аминовой соли ароматической кислоты. Однако в рабочих условиях известные эмульсии изменяют свой состав, во многих случаях они расслаиваются, разрушаются под действием высокой температуры или подвергаются воздействию бактерий, обладают недостаточными защитными свойствами. Кроме того, эмульсия непрозрачна, вследствие чего обрабатываемый предмет не поддается визуальному наблюдению в процессе обработки. Наконец, использованная эмульсия должна отделяться от сточных вод с помощью специального устройства.
Были сделаны попытки получить свободные оТ масла, растворимые в воде охлаждающие смазочные материалы, обладающие защитным действием от коррозии изделий из железа или сплавов, содержащих железо, которые были бы применимы даже при сильном разбавлении и не обладали бы недостатками известных э мульсий.
С целью повышения эффективности жидкости предлагается в качестве ингибитора коррозии использовать соль органического или неорганического основания ароматической суль2 фонамидокарбоновой кислоты общей формулы
О
П (R4) (R ) — Аг — (S — N — R4 — СОгН) и, II I
О R3
297198 и равно 1, но для случая, когда Аг обозначает остатки бензола, нафталина или антрацена, его значение может равняться 1 или 2.
Для получения солей с указанными .сульфонамидокарбоновыми кислотами берут любые неорганические или органические основания, поскольку они позволяют получать водорастворимые материалы. При этом к «водорастворимым» здесь следует отнести также и те продукты, которые способны образовывать коллоидные, суспензионные или эмульсионные системы. Для образования солей могу г применяться, например, щелочи или главным образом органические основания, такие как моно-, ди- и триметиламин, моно-, ди- и триэтиламин, моноизопропиламин, монобутиламин и дибутиламин, З-метоксипропиламин, моно-2-этилгексиламин, диметиламинопропиламин, моноэтаноламин, диэтаноламин и триэтаноламин, З-аминопропанол, монометилэтаноламин, диметилэтанола IHH, моноизопропаноламин, триизопропаноламин, циклогексиламин, N, N-диметилциклогексиламин,. морфолин, пиридин, хинолин, этилендиамин, диэтилентриамин, пентаэтилен гексамин или жирные амины, которые замещают алкиленоксидами, содержащими 2 — 4 углеродных атома.
При получении солей исходные компоненты могут браться в стехиометрическом соотношении или один из компонентов может браться в избытке.
Для получения водных жидкостей, использующихся при обработке металлов, могут применяться как эмульсии, так и дисперсные
«системы». В большинстве случаев достаточны концентрации вспомогательных веществ порядка 10 вес. О о. Существенным преимуществом предлагаемых средств является то, что они уже при незначительных концентрациях обладают очень хорошим действием. Так, во многих случаях достигается достаточное действие уже при незначительных концентрациях, порядка 0,1 вес. О о. Применяемые концентрации предлагаемых средств прежде всего зависят от сложности процесса обработки изделия, для большинства случаев они находятся в интервале 0,1 — 2 вес. О о, но в некоторых случаях указанные значения концентраций могут быть превышены или несколько занижены.
Предлагаемые водные жидкости могут применяться при обычных процессах обработки деталей из железа и железосодержащих сплавов в качестве охлаждающих, смазывающих и промывающих жидкостей и т. д. Они могут использоваться при обработке металлов с помощью режущих инструментов, например при сверлении, нарезке резьбы, точении, фрезеровании, распиловке и шлифовании заготовок, а также при такой обработке металлов как волочение, вальцевание, прессование и, кроме того, для мгновенного охлаждения деталей при закалке.
Полезно применять водные жидкости в качестве вспомогательных средств при обработке металлов, например, при проведении процесса шлифования деталей, так как в этом случае не происходит засаливания,шлифовального диска, которое всегда наблюдается при использовании маслосодержащих вспомогательных валериановая, 2-хлордифенил-N-метилсульфон65 средств. Одновременно, благодаря применению ,новых вспомогательных средств, уменьшается коррозия шлифовальных деталей, которые особенно ей подвержены.
10 Предлагаемые соединения, в виде их солей, могут использоваться в водных жидкостях, которые находятся в контакте с деталями из железа или железосодержащих сплавов, при обработке металлов в качестве высокоэффектив15 ных ингибиторов коррозии, например, в охлаждающей жидкости. При этом они способны проявлять ингибирующее действие уже при незначительных концентрациях, как и в случае использования их в качестве средств, которые
20 применяются при обработке металлов.
В указанной формуле сульфонамидокарбоновых кислот алкиленовый остаток R4 представляет собой цепь,.содержащую минимум 4 углеродных атома. В большинстве случаев .ис25 пользуют соединения, в которых длина цепи доходит до 15 углеродных атомов, желательны соединения, содержащие в алкиленовой цепи б — 15 углеродных атомов. Особенно предпочтительны соединения, в которых Кз не атом
30 водорода, а алкильный остаток, лучше метильный или этильный. Ниже приводятся кислоты, соответствующие указанной формуле: бензолсульфонил-6 - аминовалериановая, бензолсульфонил-N-метил - 6 - аминовалериановая, Ç5 бензолсульфонил — е - аминокапроновая, бензолсульфонил-N-метил - е — аминокапроновая, и - толуолсульфонил - е - аминокапроновая, и-толуолсульфонил - N - метил-е-аминокапроновая, бензолсульфонил-N-этил - е - амино40 капроновая, бензолсульфонил-N-бутил-е-аминокапроновая, ксилолсульфонил-N-метил - е ° аминокапроновая, бензол-(1,3) - ди-N- метилсульфонамидокапроновая, нафталин - (1,6) ди - N - метилсульфонамидокапроновая, ант45 рацеи-(2) - сульфонил - N - метил-е-аминокапроновая, бензолсульфонил - N - метил - qаминокаприловая, и-толуолсульфонил - Nметил - v - аминооктан-а - карбоновая, бензолсульфонил - т — аминононан — а - карбоновая, и - толуолсульфонил - а - аминоундекановая, 4 - метоксибензолсульфонил - N - метил - еаминокапроновая, 4 - хлорбензолсульфонилN-метил - 6 - аминовалериановая, 2,4-дихлорбензолсульфонил - N - метил - е - аминокапроновая, гексилбензол-N-метил - е - аминокапроновая, изопропилбензол-N-метил - е - аминокапроновая, дифенилсульфонамидовалериановая, дифенил-N-метилсульфонамидовалериановая, дифенилсульфонамидокапроновая, дифеgp нил-N-метилсульфонамидокапроновая, 2,2-диметилдифенилсульфонамидовалериановая 2,4 ° диметилдифенил - N метилсульфонамидокапроновая, 2-бромдифенилсульфонамидоундекановая, 3-бромдифенил-N-метилсульфонамидо297198 б амидокапроновая, 2-фтордифенилсульфонамидокапроновая, дифенилсульфонамидоундекановая, дифенилоксидсульфонамидовалериановая, дифенилоксид-N — бутилсульфонамидовалериановая, дифенилоксидсульфонамидокапроновая, дифенилоксид - N метилсульфонамидокапроновая, 4-хлордифенилоксидсульфонамидовалериановая, дифенилоксидсульфонамидоундекановая, дифенилоксид-N-метилсульфонил-п-аминокаприловая, дифенилметансульфонамидовалериановая, дифенилметан
N - метилсульфонамидокапроновая, дифенилметансульфонамидоундекановая, дифенилсульфидсульфонамидовалериановая, дифенилсульфидсульфонамидокапроновая, дифенилсульфид - N - метилсульфонамидокапроновая, дифенилсульфонсульфонамидовалериановая, дифенилсульфон - N - метилсульфонамидокапроновая, 4-хлордифенилсульфонамидокапроновая, дифенилсульфонсульфонамидоундекановая, дифенилсульфоксид - N - метилсульфонамидокапроновая, дифенилсульфоксидсульфонамидоундекановая, 2,2 - дихлордифенилсульфонамидовалериановая, Таблица 1
Смазывающая способность
F о о х
C(IZl
O y (v
Х
=г щ
f а о
Ю
v о
М а нагрузка 1500г/100 погонных метров в колодезной воде
Всценивающая способность х х х х
Ф
erg х «х о о
l о о о х сч
Ф о о р о
o Е-водасмягченная, 2 — 3 - dH Е-вода смягченная, 2 — 3 dH А Ф v х „2 сб о о о о ta н z сф Cf -1 о оо дл 100 Очень сильная ++ (+) ++— ++— ++— 93 32,2 28,8 33,0 Очень сильная Незначительная Незначительная 35,1 Незначительная 105 28,8 Незначительная 31,6 33,3 Незначительная Незначительная 33,3 Незначительная Незначительная 31,6 Незначительная 131 +++ +++ +++ +++ ++(+> +++ Незначительная Незначительная 23,0 32,0 +++ 4-++ ++ (+) 94 Незначительная +++ +++ 137 110 Незначительная Незначительная 22 +++ +++ +++ +++ ++(+) (- +++ +++ ++— 91 Незначительная Незначительная +++ ++ (+) ++ (+) +++ ++— 5„0 3,0 2,0 1,0 5,0 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 Антикоррозионные свойства Полученные соединения эффективны при использовании их в качестве коррозионнозащитных средств, а также проявляют очень хорошее смазывающее действие и явную неспособность к образованию пен. Перечисленные свойства неожиданным образом проявляются даже у продуктов на основе длинноцепных аминокарбоновых кислот, например бензолсульфонил-(0-аминоундекановой кислоты. Преимущество предлагаемых продуктов в отношении защиты от коррозии, смазывающего действия и неспособности образовывать пены проявляется, например, при сравнении с обычно применяемыми для этих целей поод ктами на основе длинноцепных алибатических сульфонамидокарбоновых кислот. Превосходство предлагаемых продуктов проявляется также при сравнении с соединениями. построенными аналогично соединениям, соответствующим указанной формуле у которых алкиленовый остаток R> содержит в цепи менее 4 атомов углерода. Эти преимчщества ясно видны из результатов исследований, которые сведены з приводимые ниже таблицы. 297198 Продолжение Смазывающая способность Антикоррозионные свойства х ф о O О н агр уз к а 1500г/100 погонных метров в колодезной воде Вспенив ающая способность х х о Ф о ф о о о о<о х фс4 ф х о + о о <о :С Ocq а ф" а о ф v о м а поверхностное давление, к%лР Е-вода смегченная, 2 — 3 dH Е-вода смягченная, 2 — 3 dH ф а х (- (D v х CU о о о ф 19,8 151 +++ +++ +++ +++ „" ++ (+) ++ <+) Незначительцая Незначцтельная Незначительная Незначительная Незначительная 11,5 12,5 240 Незначительная Незначительная Незначительная 240 12,5 145 20,9 Незначительная 28,5 105 Незначительная Таблица 2 К о р роз но ни о з а щ и т но е д ей с т в не Концентстальная стружка чугунная стружка рация водного о Вспенивающая способность чугунная пластина стальная пластина Е-водасмягченная, 2 — 3 dH Е-водасмягченная, 2 — 3 dH колодезная вода, 20 - dH колодезная вода, 20 dH раствора, вес. % вода. 10О dH — (— ) 10 Очень сильная То же ++ (+) ++— Незначительная Незначительная Незначительная Незначительная Незначительная +++ ++ (+) ++ (+) ++) — ) ++ (— ) +++ Незначительная ++ (+) Незначительная + + + + + + Незначительная Незначительная +++ ++ (+) 14 Незначительная Незначительная Незначительная Незначительная +++ ++ (+) ++— ++ (+) + ++ (+) обоим исв соответОценку защиты от коррозии по пользованным методам производили ствии со следующей шкалой: +++ Очень хорошая ++(+) Хорошая Равна нулю 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 5,0 3 0 2,0 1,0 0,5 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 5,0 3,0 г,о 1,0 0,5 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 5,0 3,0 2,0 1,0 0,5 Удовлетворительная Имеет место, однако неудовлетворительная Лишь незначительная 297198 При исследованиях изучали коррозионнозащитные свойства предлагаемых продуктов с |помощью, так называемого,.испытания Герберта со стальной стру ккой на чугунной пластине (I. P. Standart for Petroleum and its Product 125/63/Т) и с помощью такого же метода испытаний, но с чугунной стружкой (GG-22) на стальной пластине. Для изучения смазывающего действия использовали весы, определяющие износ при трении по способу Райхерта, причем трущуюся поверхность F измеряли в мм и специфическое поверхностное давление в кг/см . Вспенивающие свойства определяли по ШN 53 902 при 25 С. Для исследования использовали следующие продукты. 1. Триэтаноламмонийные соли алифатических сульфонамидокарбоновых кислот, содержащие в среднем 16 атомов углерода в цепи (вещество для сравнения). 2. Триэтаноламмонийная соль бензолсульфонил-N-метил-а-аминоуксусной кислоты (вещество для сравнения). 3. Триэтаноламмонийная соль бензолсульфонил-N-метил-6-аминобутанокарбоновой кислоты, 4. Триэтаноламмонийная соль бензолсульфонил-N-метил-6 - аминовалериановой кислоты. 5. Триэтаноламмонийная соль бензолсульфонил-N-метил-е-аминокапроновой кислоты. 6. Триэтаноламмонийная соль и-толуолсульфонил-N-метил-е-аминокапроновой кислоты, 7. Триэтаноламмонийная соль нафталин(1,5) -ди N - метилсульфонамидокапроновой кислоты. 8. Триэтаноламмонийная соль бензолсульфонил-в-аминоундекановой кислоты. 9. Триэтаноламмонийная соль 4-хлорбензолсульфонил-е-аминокапроновой кислоты. 10. Триэтаноламмонийные соли алкилсульфонамидоуксусных кислот, содержащие в среднем 16 углеродных атомов в алкильном остатке (вещество для сравнения). 11. Триэтаноламмонийная соль дифенилоксид-N-метил сульфонамидокапроновой кислоты. 12. Триэтаноламмонийная соль дифенилоксидсульфонамидокапроновой кислоты. 13. Триэтаноламмонийная соль дифенил-Nметилсульфонамидокапроновой кислоты. 5 14. Триэтаноламмонийная соль дифенилсульфонсульфонамидокапроновой кислоты. Предмет изобретения 10 1. Смазочно-охлаждающая жидкость для холодной обработки металлов на основе воды с введением добавок и ингибитора коррозии, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности жидкости, в качестве ингибитора 15 коррозии введена соль неорганического или органического основания и ароматической сульфонамидокар боновой кислоть1 общей формулы О ll (R,) (R,) — Ar — (S — N — R,— СО,Н)„ П О R, 20 где R> и R> — атомы водорода, фтора, хлора, брома, алкильные или алкоксильные группы, содержащие 1 — 4 углеродных атомов, сумма которых в Ri u Rq не должна превышать число 7; Ar — остатки бензола, нафталина, антрацена, дифенила, дифенилметана, дифенилоксида, дифенилсульфида, дифенилсульфоксида или дифенилсульфона; R3 — атом водорода, алкильный радикал, соЗ5 держащий не более 4 атомов углерода, P — цианэтильный остаток или гидроксиалкильный остаток, содержащий 2 — 4 углерод.ных атома; R4 — содержащий 4 — 15 атомов углерода ал40 киленовый остаток, который может быть замещен одним,или несколькими метильными или этильными радикалами; п равняется 1, при Ar, представляющем остатки бензола, нафталина или антрацена, п 45 р авняется 1 или 2. 2. Жидкость по п. 1, отличающаяся тем, что в ее состав ингибитор коррозии введен в количестве 0,1 — 2 вес. /р.
