RO116413B1

RO116413B1 - Metoda de lubrifiere a sistemelor de contactare metal-metal, in operatiile de prelucrare a metalelor

Info

Publication number: RO116413B1
Application number: RO94-01540A
Authority: RO
Inventors: Robert D Evans; Quentin D Craft
Original assignee: Quaker Chem Corp
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1994-01-05
Publication date: 2001-01-30
Also published as: PL305289A1; EP0631607A1; FI944357A0; AU665148B2; FI944357A; BR9403764A; EP0631607A4; US5318711A; CZ231494A3; BG99128A; WO1994017162A1; CA2132100A1; RU94042223A; NO943493D0; NZ261064A; CA2132100C; AU5964794A; NO943493L

Abstract

Inventia se refera la o metoda de lubrifiere a sistemelor de contactare metal-metal, in operatiile de prelucrare a metalelor. Metoda conform inventiei consta din aplicarea, pe o suprafata metalica, a unor compozitii lubrifiante continand un ester, urmata de aducerea in contact a suprafetei metalice pe care s-a depus compozitia cu o alta suprafata metalica. Metoda se aplica in industria de prelucrare a metalelor.

Description

Invenția se referă la o metodă de lubrifiere a sistemelor de contactare metalmetal. în mod special, invenția are ca obiect o metodă de lubrifiere a suprafețelor metalice cu compoziții care pot înlocui sau crește utilizarea lubrifianților convenționali din esteri sintetici și alte grăsimi naturale în aplicații precum sunt cele din procedeele de prelucrare a metalelor.

Se știe că, atunci când procedeele de prelucrare a metalelor devin mai complexe și mai sofisticate și se lucrează la presiuni și viteze înainte, se impun cerințe crescute lubrifianților pentru a rezista forțelor puternice generate de mediile ostile ale procedeelor de prelucrare a metalelor. Procedeele de prelucrare a metalelor și anume, procedeele tipice, cuprind deformarea elastică sau plastică sau prelucrarea la rece a metalelor. Exemple de astfel de procedee de prelucrare a metalelor cuprind laminarea la rece a suprafețelor sau a foliilor de oțel sau aluminiu, ștanțarea, trefilarea, netezirea, tăierea, șlefuirea, rectificarea, broșarea, găurirea și prelucrarea materialelor metalice. Materialele metalice din care sunt fabricate articolele și aparaturile pentru prelucrarea metalelor se selecționează dintre oțel, fier turnat, și aliaje feroase, precum și aliaje de aluminiu și alte aliaje neferoase, aliajele cuprinzând componenți ca titan, magneziu, cupru, alamă și staniu.

Lubrifianții utilizați reduc nu numai coeficientul de frecare de alunecare dintre suprafețele metalice aflate în contact, dar, au și calitatea de a controla temperatura componentelor și articolelor prelucrate în timpul procesului de prelucrare a metalelor.

Lubrifianții sunt reprezentați, în general, de oricare lichid sau solid, care atunci când este folosit singur sau cu alți componenți într-o compoziție reduce frecarea dintre părțile metalice și ușurează îndepărtarea metalului. Capacitatea de lubrifiere este proprietatea unui material lubrifiant de a reduce eficient frecarea și uzura a două suprafețe metalice în procesele de ductilitate sau de deformare plastică în volum a uneia sau ambelor suprafețe metalice. Capacitatea de lubrifiere a unui lubrifiant este reflectată prin gradul de planeitate sau de șlefuire a suprafeței finite a produsului din procesul de prelucrare a metalelor prin deformare, prin ușurința de a controla temperatura componentelor și articolelor de prelucrare a metalelor în timpul deformării, precum și distribuirea deformării în produsul metalic format în timpul prelucrării.

în prezent, lubrifianții cu esteri sintetici convenționali, precum sunt poliol esterii și alte grăsimi naturale sunt utilizați ca lichide lubrifiante pentru operațiunile de prelucrare a metalelor. în brevetul US 3526596 sunt prezentați polioli esteri sau acizi grași având 12 până la 22 atomi de carbon, de preferință, poliolii având 2 până la 12 grupări hidroxi și glicolii având 2 până la 14 atomi de carbon, care sunt utilizați ca lubrifianți în operațiunile de prelucrare a metalelor.

Brevetul US 3681440 descrie lubrifianți ai esterilor derivați din acizi aromatici monocarboxilici sau din acizi monocarboxilici alifatici și esteri di- neoalchil având o funcționalitate tetrahidroxi.

Brevetul US 4178261 prezintă un ulei lubrifiant pe bază de esteri ai acidului carboxilic format prin reacționarea acidului 6-ciclohexilhexanoic, opțional, în combinație cu un acid monocarboxilic alifatic având 4 până la 20 atomi de carbon, cu un alcool polihidroxilic.

Brevetul US 4871476 descrie un fluid sintetic de lubrifiere pentru transmisiile de forță care cuprinde (a) un ester sau derivații săi de la ciclohexanol și acidul ciclohexan carboxilic sau derivații săi; și [b] 1 până la 70% în greutate o poli-a/fo-olefină

RO 116413 Bl ramificată. Esterul are un coeficient de tracțiune mai mare, cu 5 până la 7%,decât acela al uleiurilor comerciale utilizabile, având o viscozitate cuprinsă în același domeniu.

Brevetul US 4786427 prezintă lubrifianți pe bază de compuși esterici utilizați 50 în acționarea transmisiilor. Brevetul US 4978468,de asemenea, descrie un fluid de tracțiune, care cuprinde (1) cel puțin, un compus esteric sau derivatul lui conținând un ciclohexil sau alchil substituit, gruparea ciclohexil asociată la o grupare a unei hidrocarburi cu legătură liniară alături de o grupare ester; și (2) 0,1 până la 95% în greutate, din cel puțin un polimer ales dintre polimeri ai hidrocarburilor, ca poliolefine 55 și poliolefine hidrogenate și poliesteri ca poliacrilații și polimetacrilații. Componenții esterici cresc coeficienții de tracțiune cu un surplus, de 0,075.

în operațiile de prelucrare a metalelor, ca opunere la transmisia tracțiunii, este de dorit a avea un lubrifiant care prezintă coeficienți de tracțiune, în film compact și de frecare de alunecare, inferiori. Filmul compact de lubrifiere este definit aici ca fiind 6o o condiție a lubrifierii, în care grosimea filmului sau a stratului de lubrifiant este apreciabil mai mare decât necesitatea de a acoperi asperitățile suprafeței de pe suprafața metalică, când se operează în condiții de exploatare, astfel ca,efectul asperităților să nu fie perceptibil. De văzut Organization, For Economic Cooperation and Development, Friction.Wear- and Lubrication, Glossari, la p. 61 (Paris, 1969). în domeniile unde nu 65 se poate atinge un strat de lubrifiere compact este de dorit ca lubrifiantul să aibă un coeficient de tracțiune mic al întregului film sau strat, în condiții de lubrifiere hidrodinamică și coeficient de frecare scăzut în condițiile de lubrifiere limită.

Lubrifianții care urmează a fi utilizați în operațiunile de prelucrare a metalelor, trebuie să aibă capacitatea de a rezista forțelor mari de forfecare, temperaturilor și 70 presiunilor cuprinse în astfel de operațiuni și de a produce un film de o grosime suficientă pentru a proteja suprafețele metalice în contact. Astfel, un lubrifiant trebuie să reziste schimbării viscozității în timpul procesului de prelucrare a metalelor și să posede un randament al tensiunii de forfecare mai mic decât al suprafețelor metalice. Ductilitatea și mobilitatea în condiții severe de operare și o mare afinitate pentru 75 suprafețele metalice, pentru inhibarea contactului metal la metal dintre suprafețe este, de asemenea, necesar.

Este de dorit pentru un lubrifiant utilizat la prelucrarea metalelor de a avea nu numai o înaltă tensiune sau presiune reologică și slabe proprietăți de tracțiune, dar și o stabilitate hidrolitică. 8 o

Esterii sintetici tipici, cunoscuți, de bază, de tip neopentil, suferă de instabilitate hidrolitică. înalta stabilitate la oxidare sau instabilitatea hidrolitică sunt, în mod special, importante, deoarece descompunerea termică sau hidrolitică au ca rezultat devenirea lubrifiantului însuși coroziv și/sau volatil, precum și scăderea eficienței. De asemenea, dacă lubrifiantul se degradează, produce reziduuri sau se descompune, produsele 85 acestea se depun sau formează pe suprafața componentelor metalice și a articolelor efecte nedorite, în timpul procedeului de prelucrare a metalelor.

Alte neajunsuri ale lubrifianților datorate instabilității termice și hidrolitice conduc la decolorarea produsului de prelucrare și degradarea calitativă a acestuia, cauzate de schimbarea viscozității sau de capacitatea de acoperire a lubrifiantului. 90 Astfel, este de dorit, a avea un lubrifiant care să prezinte nu numai un coeficient slab al frecării de alunecare, dar, de asemenea, care să fie stabil din punct de vedere

RO 116413 Bl hidrolitic în prezența apei, adăugată pentru a emulsiona compoziția de lubrifiant și a apei utilizată pentru răcirea suprafeței metalice în timpul proceselor sau a procedeelor de prelucrare a metalelor.

Metoda de lubrifiere, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate, prin aceea că, se aplică pe o suprafață metalică o compoziție lubrifiantă care conține un ester cu un coeficient de tracțiune a filmului mai mic, de 0,05 la o presiune, de 0,5... 1,2 Gpa, la o temperatură, de 5O°C și la o viteză de alunecare, de 0,5... 10 m/s și este reprezentat prin formula generală (I):

R³C-O-(R R² (I) unde m este un număr întreg, cu valoarea 1 sau O,

R¹ și R² sunt fiecare independent, ales dintr-o grupare constând din _/r5î _ q—, o hidrocarbură cu lanț liniar sau ramificat,

II

O saturată sau nesaturată având 1 ...8 atomi de carbon și o grupare cu formula (II):

—O-C-(CH₂)_p-CO-A

II II o o (II) unde n este un număr întreg, cu valoarea 1 sau O și p este un număr întreg, de la 1 la 10, A este ales dintr-un grup constând din H, Na, Li, K, o amină primară, o amină secundară și o amină terțiară, fiecare dintre R³ și R⁶ este independent o hidrocarbură saturată sau nesaturată, cu lanț liniar sau ramificat, cuprinzând 8 până la 35 atomi de carbon și fiecare dintre R⁴ și R⁵ este independent o grupare cu un lanț alchil având 1... 3 atomi de carbon.

în prezenta metodă, compoziția cuprinzând esterul este aplicată pe suprafața metalică a unui articol sau a componentului supus prelucrării metalice, prin metode standard ca, pulverizare, scufundare, aplicare cu rola și alte tehnici de aplicare prin scufundare. în general, compoziția este aplicată practic în procedeele de prelucrare a metalelor sub formă lichidă, după care compoziția aplicată poate fi uscată, înainte de prelucrarea metalelor, prin metode convenționale bine cunoscute în practică.

Cantitatea de compoziție lubrifiantă necesară pentru o performanță efectivă depinde de operațiunea specială de prelucrare a metalelor și de parametrii operaționali, precum, și, de proprietățile metalului piesei de prelucrat și ale metalului din care este confecționată scula de prelucrare. De preferință, lubrifiantul trebuie să fie aplicat într-o cantitate sucientă pentru a forma “ un film compact, de exemplu, suficient pentru a acoperi toate asperitățile suprafeței, lucru care nu este posibil, sau practic, când suprafața rugoasă a metalului este mare. După ce s-a aplicat compoziția lubrifiantă pe suprafața metalică, suprafața lubrifiantă poate fi pusă în contact cu o suprafață metalică opusă, de exemplu, cu scula de prelucrare a metalelor.

RO 116413 Bl

Compoziția cuprinde un ester cu formula (I). Esterul are un coeficient de tracțiune a filmului, sub 0,05, la o presiune de contact, de 0,5...1,2 Gpa, la o temperatură, de 50... 150°C și la o viteză de alunecare, de 0,5... 10 m/s. Se preferă ca acest coeficient să aibe valoarea, sub 0,03.

Compoziția, din prezenta invenție, poate fi aplicată ca lubrifiant într-un domeniu larg privind condițiile de operare. Condițiile specificate mai sus, definesc numai condițiile pentru determinarea coeficientului de tracțiune al filmului din ester și, nu au intenția de a limita domeniul condițiilor de exploatare, în care prezenta compoziție poate fi aplicată ca lubrifiant, conform cu prezenta metodă.

Esterul având formula (I) poate fi obținut printr-o varietate de metode. De exemplu, un mol de alcool ciclohexilic poate fi reacționat cu un mol de acid gras monobazic în prezența unui catalizator de acid sulfonic adecvat, cum ar fi, de exemplu, acidul metansulfonic. Alcoolii ciclohexilici convenabili cuprind de exemplu, ciclohexanol, ciclohexandiol și ciclohexantriol. Una din principalele metode practice cunoscute în tehnică constă în reacționarea alcoolului ciclohexilic, ciclohexildiol sau ciclohexiltriol, cu un acid clorurat specific sau anhidridele respective.

Pot fi utilizate și alte metode pentru a produce esterul cu formula (I).

De preferință, R¹ și R² sunt aleși dintre H, -CH3, - CH2CH2CH3, - CH2CH3, C(CH3)3, și —(R⁵)n— O- CR⁶ , unde n = O si R¹ poate fi același sau diferit de R².

II O într-una din variantele invenției, esterul poate fi amestecat cu o hidrocarburăsolvent pentru a forma o soluție a esterului, pentru a fi aplicată pe suprafața metalică. Exemplele de hidrocarburi-solvent (având rolul de solvent pentru ester) adecvate cuprind uleiuri petroliere parafinice, naftenice și aromatice, keroseni, benzine minerale, produse petroliere sintetice, polibutene, poliizopren și amestecurile acestora.

Alți aditivi, care pot fi combinați cu esterul sau cu soluția acestuia, sunt inhibitori de coroziune sau inhibitori ai ruginii, agenți emulgatori, antioxidanți sau inhibitori de oxidare, coloranți, inhibitori de ceață, detergenți, dispersanți, agenți de creștere a gradului de viscozitate, agenți de reducere a temperaturii de congelare, biocizi, agenți biostatici și lubrifianți de extremă presiune. Procentul relativ de solvenți din hidrocarburi și de aditivi combinat cu esterii, conform prezentei invenții, este foarte variat și se bazează pe factorii nominali de utilizare a lubrifiantului și, pe proprietățile speciale ale esterilor, solvenților din hidrocarburi și a aditivilor.

într-o altă procedură, a prezentei invenții, lubrifiantul esteric poate cuprinde apă, astfel, încât compoziția este sub forma unei emulsii, care se aplică pe suprafața produsului metalic. în general, cantitatea de apă utilizată pentru a forma emulsia poate fi, de până la 99% în greutate. Cantitatea de apă utilizată pentru a forma emulsia este în funcție de numeroase variabile, de asemenea menționate, precum sunt alegerea esterului, produsul metalic pe care se aplică emulsia, condițiile în care emulsia este aplicată pe suprafața produsului metalic aflat într-un anumit mediu ambiant, etc.

Metoda de lubrifiere, conform invenției, prezintă avantajul că asigură proprietăți de lubrifiere crescute, măsurate prin coeficienții de tracțiune a întregului film stabilitate termică și hidrolitică, îmbunătățite.

în continuare, se prezintă 12 exemple de realizare, a metodei de lubrifiere, conform invenției.

140

145

150

155

160

165

170

175

180

185

RO 116413 Bl

Exemplul 1. Se prepară esteri conform formulei generale (I), în care m și n, fiecare este egal cu O, R¹ este H, R² este ales dintre H și o hidrocarbură liniară sau ramificată având 1 ...4 atomi de carbon și R³ este o hidrocarbură saturată sau nesaturată, cu catenă liniară, având 11...21 atomi de carbon, ca esterul din formula (I). în acest exemplu, esterul se comportă bine nu numai ca lubrifiant, dar prezintă o bună stabilitate hidrolitică și compatibilitate cu alți componenți utilizați în produsele de lubrifiere din prelucrarea metalelor. Un exemplu al unui astfel de ester este 4-terțbutil-ciclohexil laurat.

Compusul 4-terț-butil-ciclohexil laurat, în care m și n sunt fiecare O, R¹ este H, R² este o grupare terț-butil, și R³ este o hidrocarbură liniară saturată având 11 atomi de carbon, se prepară în modul următor: 50 g de 4-terț-butil-ciclohexanol (0,32 mol], 64,64 g acid dodecanoic (0,32 mol] și 0,27 g de acid metansulfonic sunt adăugate la 250 ml, capacitatea unui balon rotund, montat la un agitator magnetic, dotat cu un cap de distilare și o sursă de azot. Amestecul este încălzit, la 18O°C, sub pernă de azot și agitare continuă. Apa rezultată din amestecul de reacție este colectată prin distilare, până la 5,76 g (0,32 mol] din apa colectată. Amestecul reacționat este răcit la temperatura camerei (circa 25°C) și dizolvat, în 500 ml de reactiv uzual din clasa hexanilor. Acest amestec este spălat de trei ori cu câte 200 ml, la fiecare spălare, dintr-o soluție apoasă saturată de bicarbonat de sodiu. Amestecul este apoi uscat peste silicagel și hexanul este recuperat prin distilare în vacuum, pentru a se obține

4-terț-butil-ciclohexil laurat și o mică cantitate de 4-terț-butil-ciclohexanol nereacționat. Cantitatea nereacționată de 4-terț-butil-ciclohexanol este recuperată prin distilare în vacuum,pentru a se obține un lichid incolor de 4-terț-butil-ciclohexil laurat. Acest ester intră într-o compoziție lubrifiantă care se aplică pe o suprafață metalică, care vine în contact cu o altă suprafață metalică, în operațiunile de prelucrare a metalelor.

Exemplul 2. Se prepară esteri, cu formula generală I, în care m și n, fiecare este egal cu O, R¹ este H, R² este ales dintre H și -0CR⁶, și R³ și R⁶ sunt fiecare

II o hidrocarburi liniare nesaturate având 17 atomi de carbon. Un exemplu de ester, conform acestei proceduri, este cis/trans-1,4-ciclohexandiol dioleat.

Compusul cis/trans-1,4-ciclohexandiol dioleat, unde m și n sunt fiecare O, R¹este H, R² este -0CR⁶ și R³ este egal cu R⁶, ambii fiind -C₁₇H₃₃, este preparat în modul

II o următor: 116,1 g (1,0 mol) de cis/trans-1,4-ciclohexandiol, 560 g (2,0 mol) de cisA⁹-acid octadecenoic și 1,0 g de acid metansulfonic sunt adăugate la 1000 ml, capacitatea unui balon rotund, prevăzut cu agitator magnetic, coloană de distilare și sursă de azot. Amestecul de reacție este încălzit, la 185°C, sub pernă de azot și apa care a rezultat, se colectează continuu, prin distilare, până la 36 g din apa colectată. Amestecul reacționat este răcit la temperatura camerei (circa 25°C) și dizolvat în 1000 ml reactiv din clasa hexanilor. Soluția este spălată de trei ori cu câte 300 ml, dintr-o soluție apoasă saturată de bicarbonat de sodiu. Soluția spălată este uscată peste silicagel și hexanii sunt recuperați prin distilare în vacuum pentru a se obține un lichid galben pal de cis/trans-1,4-ciclohexandiol dioleat.

în continuare se procedează ca în exemplul 1.

RO 116413 Bl

Exemplul 3. Se prepară esteri. având formula (I), unde m și n sunt fiecare O, R¹ este H, R² este ales dintr-o grupare constând din H, CH₃, CH₃CH₂, PF fiind localizat într-o poziție, pe inelul ciclohexil, care este vicinal lui R³C0-, R³ fiind o

II 235

O hidrocarbură liniară, nesaturată, având 17 atomi de carbon. Astfel de esteri prezintă o stabilitate hidrolitică înaltă și excelente performanțe de lubrifiere. Ca exemple de astfel de esteri sunt compușii 2-metilciclohexil oleat și ciclohexil oleat.

Compusul 2-metilciclohexil oleat, unde m și n sunt fiecare egale cu □, R¹ este 240 H, R² este CH₃ și R³ este -C^Hgg, este preparat în modul următor: 68,4 g (O,6O)mol) de 2-metilciclohexanol și 168 g (0,6 mol) de A⁹-acid octadecenoic sunt combinate cu 0,6 g de acid metansulfonic în 500 ml într-un balon rotund de 500 ml, prevăzut cu agitator magnetic, coloană de distilare și o sursă de azot. Amestecul este încălzit, la 185°C, sub pernă de azot. Apa rezultată în timpul reacției este colectată prin distilare, 245 până la 10,8 g (0,6 mol) din apa colectată. Amestecul reacționat este răcit, la temperatura camerei (circa 25°C) și dizolvat în 500 ml de hexani. Soluția este spălată de trei ori, cu 250 ml la fiecare spălare, cu o soluție apoasă saturată de bicarbonat de sodiu. Soluția este uscată peste silicagel și hexanii sunt recuperați prin distilare în vacuum rezultând un lichid galben pal, care este numit 2-metilciclohexil oleat. 250

Exemplul 4. Compusul ciclohexil oleat, unde m și n sunt fiecare O, R¹ este H, R² este H și R³ este -C₁₇H₃₃ este preparat în modul următor: 68,4 g (0,60 mol) de ciclohexanol și 168 g (0,6 mol) de A⁹-acid octadecenoic sunt combinate cu 0,6 g de acid metansulfonic în același mod, prezentat, în exemplul de preparare 3, pentru a se obține un lichid galben pal, denumit ciclohexil oleat. 255

Exemplul 5. Se prepară un ester care conține o grupare, cu formula (II).

Acest ester prezintă următoarea formulă (III):

Compusul, având formula (III), se prepară în modul următor: 130 g (1,0 mol) de 2-metil-4-hidroxiciclohexanol și 230 g (1,0 mol) de cis-A⁹-acid octadecenoic sunt 265 combinate cu 1,0 g de acid metansulfonic într-un balon rotund de 1000 ml, prevăzut cu agitator magnetic, coloană de distilare și sursă de azot. Amestecul este încălzit, la 185°C, sub pernă de azot. Apa rezultată în timpul reacției este colectată prin distilare, la 18 g (1,0 mol) din apa colectată. Amestecul reacționat este răcit, la o temperautră, între 50°C...55°C și sunt adăugate apoi 250 ml de hexani și 100,07 g (1,0 270 mol) anhidridă succinică. Amestecul este agitat, la o temperatură cuprinsă, între 50 la 55°C, timp de 24 h. Hexanii sunt recuperați prin distilare în vacuum pentru a se obține o substanță solidă. 500 g soluție apoasă de hidroxid de sodiu de concentrație 10% în greutate este adăugată la substanța solidă și amestecul este agitat, timp de min, la o temperatură cuprinsă, între 30 la 35°C. Astfel, se obține o soluție 275 apoasă compusului având formula (III). Produsul rezultat poate fi utilizat ca soluție apoasă sau apa poate fi îndepărtată și se poate obține un compus solid.

RO 116413 Bl

Exemplul 6. Se prepară esteri având formula generală (I), în care m și n sunt fiecare 1, R¹ este H, R^a și R³ sunt fiecare o hidrocarbură liniară nesaturată având 17 atomi de carbon și R⁴ și R⁵ este fiecare CH₂. Acest ester, 1,4-ciclohexandimetil dioleat, prezintă proprietăți excelente de lubrifiere și o înaltă stabilitate hidrolitică.

Compusul 1,4-ciclohexandimetil dioleat, unde mși n sunt fiecare 1, R¹ este H, R^a și R³ sunt fiecare -C17H33 și R⁴ și R ⁵sunt fiecare CH2 este preparat în modul următor: 144,21 g (1,0 mol] de 1,4-ciclohexandimetanol și 560 g (2,0 mol) de A⁹acidoctadecenoic sunt combinate cu 1 g de acid metansulfonic, în același fel, ca în exemplul 3, pentru a se obține un lichid galben pal, numit 1,4-ciclohexandimetil dioleat.

Exemplul 7. 10 până la 50 procente în greutate dintr-un ester, având formula generală (I), se amestecă, cu circa 10 până la 80 procente în greutate ulei mineral naftenic, până la 70% în greutate dintr-o amină sau sarea unui metal alcalin a unui acid carboxilic, până la 20% în greutate dintr-un inhibitor de coroziune, până la 15% în greutate, cel puțin un agent biostatic și/sau biocid, de la 5 până la 20% în greutate dintr-un aditiv emulgator neionic, până la 10% în greutate dintr-un cosolvent, cum ar fi, etilen glicol, dietilen glicol sau izopropanol și până la 20% în greutate dintr-un lubrifiant de presiune extremă, pentru a forma o soluție. Amina sau sarea de metal alcalin a acidului carboxilic este, în general, un emulgator și un inhibitor de rugină și poate fi utilizată ca un co-emulgator, împreună cu aditivul emulgator neionic. O emulsie convenabilă poate fi formată prin amestecarea a 2 până la 50% în greutate din emulsia de mai sus, cu 50 până la 98 procente în greutate apă. O astfel de soluție, când este utilizată sub formă de emulsie sau în stare pură, acționează eficient în operațiunile de prelucrare a metalelor, învelind aliajele feroase și neferoase utilizate pentru laminarea părților metalice de oțel și aluminiu.

Exemplul 8. Se folosește un ester,cu formula generală (I), unde m și n sunt fiecare O, R¹ este H, R² este ales dintr-o grupare constând din H, CH₃, și -CH₂CH₃, și R³ este o hidrocarbură liniară saturată sau nesaturată, lanțul având 11 până la 21 atomi de carbon 10 până la 30% în greutate dintr-un astfel de ester se amestecă, cu 50 până la 80% în greutate dintr-un ulei mineral naftenic și un ulei mineral parafinic, 5 până la 15% în greutate din sarea metalului alcalin ai unui acid gras, amestecul cuprinzând un acid gras având 10 până la 22 atomi de carbon, până la 15% în greutate, la cel puțin 1 dintr-un agent biocid și un agent biostatic, 5 la 20% în greutate dintr-un emulgator neionic și 5 până la 15% în greutate, cel puțin un inhibitor de coroziune sau un aditiv de prevenire a ruginii, 5 până la 20% în greutate din soluție poate fi amestecată cu apă pentru a forma o emulsie, ce se poate aplica pe produsele metalice. Astfel de soluție, ce se poate aplica în stare pură sau ca o emulsie este eficientă pentru operațiunile de prelucrare a metalelor pe aliajele de oțel și aluminiu și, este adecvată, în mod special, pentru operațiuni ca broșarea, tăierea, găurirea, polizarea, trefilarea și ștanțarea.

Exemplul 9. 30 până la 70 procente în greutate dintr-un ester, în conformitate cu prezenta invenție, sunt amestecate, cu 10 până la 20% în greutate ulei mineral naftenic, până la 15% în greutate emulgator, până la 5% în greutate, cel puțin un antioxidant și un inhibator de oxidare și, 5 până la 20% în greutate cel puțin un aditiv de extremă presiune și un aditiv antiuzură. 0,5 până la 20% în greutate, din soluția astfel formată, se amestecă cu apă pentru a forma o emulsie ce urmează a fi aplicată pe produsul metalic. O astfel de soluție, fie în stare pură, fie sub formă de emulsie,

RO 116413 Bl acționează eficient în operațiunile de prelucrare a metalelor, precum sunt trefilarea și ștanțarea aliajelor de aluminiu și oțel.

Exemplul 10. Se folosește esterul, cu formula generală (I), în care m și n sunt fiecare O, R¹ este H, R² este -0CR⁶ și R³ și R⁶ sunt independent aleși dintre

II o

hidrocarburi liniare saturate sau nesaturate, având 11 până la 21 atomi de carbon. 40 până la 70% în greutate din acest ester se amestecă, cu 10 până la 20% în greutare ulei mineral, 3 până la 10 părți în greutate emulgator până la 1%în greutate aditiv de inhibare a oxidării și 10 până la 15% în greutate la cel puțin un aditiv de presiune extremă și aditiv de antiuzură, pentru a forma o soluție. 0,5 până la 5% în greutate din soluție se poate amesteca cu apă pentru a forma o emulsie ce se poate aplica pe suprafața produselor metalice. O astfel de soluție în stare pură sau ca emulsie este un lubrifiant eficient pentru laminarea la rece a oțelului și a aliajelor neferoase, de exemplu.

Exemplul 11. 30 până la 85% în greutate dintr-un ester, conform prezentei invenții, se amestecă cu 15 până la 60% în greutate hidrocarbură sintetică, 5 până la 20% în greutate inhibitor de coroziune, 5 până la 15% în greutate emulgator, și până la 10% în greutate, la cel puțin un agent biocid și agent biostatic. 0,5 până la 10% în greutate din soluție se poate amesteca cu apă pentru a forma o emulsie. O astfel de soluție, după aplicare în stare pură sau sub formă de emulsie, este utilizată ca lubrifiant pentru operațiunile de prelucrare a metalelor, a aliajelor de oțel și aluminiu, cuprinzând laminarea cupelor și a cutiilor din fier și aluminiu.

Exemplul 12. Se prepară esterul, cu formula generală (I), în care m și n sunt fiecare O, R¹ este H, R² este - OCR⁶, și R³ și R⁶ sunt independent aleși il o

dintre hidrocarburi liniare nesaturate, având între 11 și 17 atomi de carbon. 30 până la 50% în greutate dintr-un ester de mai sus se amestecă, cu 40 până la 70% în greutate polibutenă cu masă moleculară medie, cu 10 până la 14% în greutate dintrun emulgator, cu 1 până la 4% în greutate dintr-un aditiv inhibitor de coroziune, și cu până la 1%în greutate dintr-un agent biocid. 1 până la 10% în greutate dintr-o astfel de soluție se poate amesteca cu apă, pentru a forma o emulsie, ce se aplică pe suprafața produselor metalice. O astfel de soluție, aflată în formă de emulsie sau în stare pură, este utilizată în operațiunile de prelucrare a metalelor, cum sunt laminarea și ștanțarea.

Test comparativ A în multe procedee de prelucrare industrială a metalelor și, în special, în laminarea la rece a tablelor de oțel, proprietățile reologice la presiune înaltă și proprietățile la tracțiune ale unui lubrifiant în condiții de lubrifiere elastohidrodinamice (EHD) sunt decisive în ceea ce privește performanțele efective ale lubrifiantului în prelucrarea metalelor. în astfel de operațiuni, eficiente lubrifianților este adesea caracterizată prin coeficienții relativi de viscozitate la presiune joasă și de coeficienții de tracțiune inferiori în condițiile de lubrifiere elastohidrodinamice. Tabelul 1 prezintă coeficienții de presiune-viscozitate și coeficienții de tracțiune ai unui film compact, ai diesterilor de ciclohexandiol, conform prezentei invenții, precum și rezultatele obținute cu utilizarea

325

330

335

340

345

350

355

360

365

RO 116413 Bl esterilor sintetici uzuali, cuprinzând esteri de tip neopentil. Fiecare dintre lubrifianți a fost testat în stare pură.

Coeficienții de presiune-viscozitate au fost obținuți folosind un viscozimetru cu corp în cădere, conform procedeelor descrise de S. Bair et. Al., în “ Some Observadions in High Pressure Rheology of Lubricants”, 104 Journal of Lubrication Technology, la pp.357-364 (iulie 1982). Coeficienții de tracțiune elastohidrodinamici (EHD) sunt obținuți folosind un stimulator de contact EHD. Acest aparat și procedeul de utilizare sunt descrise detaliat de către S.Bair et. al., în “Shear Rheological Characterization of Motor Oils, 31(3] Tribology Transactions, la pp. 316...324 (1987).

Rezultatele testelor descrise în tabelul 1 prezintă coeficienții de tracțiune și coeficienții de presiune-viscozitate comparativ sau mai mici, ce pot fi obținuți utilizând esterii din prezenta invenție, în comparație cu esterii uzuali pe bază de neopentil. Esterii ciclohexil, din prezenta invenție, de asemenea, prezintă o stabilitate superioară la hidroliză, care este un avantaj special în operațiunile de prelucrare a metalelor.

Test comparativ B

Viitorul va demonstra utilitatea prezentei metode, pentru înlocuirea lubrifianților din esteri sintetici obișnuiți folosiți ca fluide în prelucrarea metalelor. Lubrifiantul din exemplul 4, denumit ciclohexil oleat, este folosit în comparație cu o compoziție etalon de produs tipic pe bază de ester neopentil triol, “MICR0CUT', produs comercializat de la Quakter Chemical Corporation din Conshohocken, Pennsylvania. Ciclohexil oleatul este inclus într-un test având aceeași aditivi anticorozivi, de presiune extremă și lubrifianți antirugină.emulgatori și biocizi, ca în compoziția controlată. O problemă tipică pe care o ridică produsele lubrifiate cu ester neopentil triol este slaba stabilitate hidrolitică a lubrifiantului din ester sintetic, din care rezultă o rapidă instabilitate a produsului curat în stocare și emulsificarea produsului în cursul operațiunii. Diferiți alți esteri sintetici, inițial tipul de neopentil, au fost de asemenea evaluați, dar prezintă proprietăți similare de instabilitate. Tabelul 2 prezintă rezultatele unor teste standard care au condus la evaluarea caracteristicilor compoziției de control, conținând esterul original de neopentil poliol și o formulare similară în care esterul neopentil poliol este înlocuit cu ciclohexil oleatul din exemplul 4.

Compoziția conținând ciclohexil oleat are o stabilitate a produsului pur la stocare mai mare de 115 zile, care este mai mare de două ori față de timpul în care compoziția de control de ester neopentil rămâne stabilă.

Testul Falex Pin din schema test a fost condus pe un produs pur și produs de concentrație 5% în greutate emulsionatîn apă. Testele Falex (FAVILLIS -LeVALLY) au fost conduse pe un aparat de testare Falex Lubricant Tester, care este descris, de exemplu, în Unites States Steel Lubrication Engineer’s Manual, la pp. 136-137. In acest test, un pivot din oțel se rotește cu o viteză, de 290 rot/min, între două blocuri de oțel imersate în uleiul testat. Presiunea exercitată de blocuri pe pivot este crescută până când pivotul din oțel se distruge, fie printr-o încovoiere bruscă, fie prin frecare, la o viteză mai mare, când solicitarea poate fi mărită. Sarcina maximă de rupere este 315 kgf/cm².

Pe baza rezultatelor din testul descris în tabelul 2, compusul ciclohexil oleat din prezenta invenție prezintă excelente proprietăți în prelucrarea metalelor. Valorile sarcinii de rupere Falex EP (și anume, 1012 kgf) pentru compusul ciclohexil oleat sunt

RO 116413 Bl

420 similare cu valorile obținute pentru esterul neopentil. Diagramele pentru compoziția de control de ester neopentil și compoziția de ciclohexil oleat sunt comparabile.

Tabelul 7

Reologia la presiune înaltă și coeficienții de tracțiune elastohidrodinamici

	Coeficientul de tracțiune 1OO°C, alunecare 5m/s	Coeficientul presiune-viscozitate (100°C)
LUBRIFIANTUL 1,4-ciclohexandiol diester al acizilor grași din grăsimile naturale	0,083	9,36
1,4-ciclohexandiol dioleat	0,108	8,13
1,4-ciclohexandiol dilaurat	0,116	10,3
1,2-silcohexandiol dioleat	0,133	10,33
LUBRIFIANȚI DE CONTROL trimetilol propan trioleat	0,094	8,34
trimetilol propan tristearat	0,136	10,33
trimetilol propan triizostearat	0,149	11,37
pentaeritritol tetraoleat	0,089	9,51
ulei mineral naftenic 200 SUS	0,492	17,10

425

430

435

Tabelul 2

	Neopentil ester	Ciclohexil oleat
1. Stabilitatea produsului pur	45 zile	> 115 zile
2. Testul FALEX PIN (diagramă) lubrifierea blocului (produsul pur) Testul 1137 Pivot din oțel/ 380 Al - Sarcina finală (kgf)	2250	2250
- Punct de rupere (kgf)	1012,5	1012,5
- Efort de torsiune final (kgf) - Valoarea medie a efortului de	8,10	7,65
torsiune (kgf) - Valoarea medie a testului de uzură	7,85	5,805
prin frecare	94,5	91,6
- Structura blocului	frecare ușoară pe	frecare ușoară pe
	suprafață netedă	suprafață netedă
- Structura axului (fusului)	frecare ușoară	frecare ușoară

440

445

450

RO 116413 Bl

Tabelul 2 (continuare]

	Neopentil ester	Ciclohexil oleat
3. Testul FALEX PIN pe blocul testat (5% emulsie) - Sarcina finală (kgf) - Efort de torsiune finală (kgf) - Valoarea medie a efortului de torsiune (kgf) - Valoarea medie a testului de uzură prin frecare la danturare - Structura blocului	1012,5 35 10,57 84,7 frecare foarte ușoară pe suprafața netedă	1012,5 30 10,49 81,1 frecare foarte ușoară pe suprafața netedă
- Structura axului	frecare foarte ușoară pe suprafața netedă	frecare foarte ușoară pe suprafața netedă
4. Testul de Rezistență la presiune ridicată pe mașina cu 4 bile (ASTM D 2596) 1800 rot/min - Test de rupere 5 min la 7,5 kg și 5% concentrație în apă distilată - Sarcina finală (kg) - Diametrul petei de uzură (mm)	180 1,0	180 0,975
5. Testul de Rezistență pe mașina cu 4 bile (ASTM D 4172) 1200 rot/min - 5 min, la 7,5 kg - 30 min, la 165 kg - 5% concentrație în apă distilată - Diametrul petei de uzură (mm)	1,32	1,62

Testele de rezistență la extremă presiune pe mașina cu patru bile (ASTM D 2596) și (ASTM D 4172) măsoară caracteristicile presiunii extreme la un lubrifiant și sunt indicate prin solicitate finală sau prin solicitarea sudurii și valoarea medie a petei de uzură. Testul de rezistență la extremă presiune pe mașina cu patru bile este condus prin rotirea bilei de testare sub sarcină bila testata fiind localizată într-o poziție tetraedrică pe coronamentul celor trei bile fixe, care rămân în lubrifiatul testat. Măsurătorile petelor de uzură de pe cele trei bile fixe sunt utilizate pentru a calcula valoarea medie a petei de uzură. Solicitarea finală este solicitarea primă, la care are loc sudarea sau solicitarea maximă, după sudare. La solicitarea maximă, de 180 kgf, fluidele previn sudarea, în timpul desfășurării întregului test. Pe baza rezultatelor prezentate în tabelul 2, valorile solicitării finale pentru controlul compoziției conținând neopentil ester și compoziția conținând ciclohexiloleat sunt 180 kg pentru fiecare. Câteodată valoarea medie a diametrului petei de uzură pentru ciclohexil oleat este mai mică decât a compoziției de neopentil ester.

RO 116413 Bl

Test comparativ C

Se demonstrează mai departe utilitatea prezentei metode în prevederea creșterii stabilității hidrolitice peste cea a lubrifianților sintetici esterici utilizați în mod obișnuit. Lubrifianții preparați în exemplul 4, numiți ciclohexil oleat, cei preparați în exemplul 6, numiți 1,4-ciclohexandimetil dioleat, au fost comparați în laborator, în testele de hidroliză, cu trei lubrifianți esterici diferiți, utilizați în fluidele de prelucrare a metalelor, numiți izopropil oleat, trimetilolpropan triester și glicerol trioleat.

Stabilitatea hidrolitică a lubrifiantului poate fi stabilită și evaluată prin măsurarea schimbării indicelui de aciditate, după o perioadă de 75 h, în condițiile de testare. în evaluarea stabilității hidrolitice a lubrifiantului, o modificare a indicelui de aciditate a lubrifiantului mai mică, de 0,5 până la 1, poate fi considerată nocivă asupra eficacității lubrifiantului, în menținerea stabilității hidrolitice. în metoda de testare, 50 g din fiecare lubrifiant esteric (în stare naturală) este amestecat cu 20 g polioxietilenă nonil fenol, un emulgator neionic, și fiecare amestec este adăugat la 130 g de apă distilată pentru a rezulta o emulsie de 35% amestec în apă. Trietanolamina este adăugată la fiecare emusieîn cantități, tipice de 0,05...0,1 g, suficient pentru a crește pH-ul fiecărei emulsii la 7,0. Indicele de aciditate al fiecărei emulsii este măsurat prin determinarea miligramelor de KOH necesare pentru a neutraliza un gram de emulsie. Utilizând un condensator de reflux, fiecare emulsie este încălzită la relux, la o agitare continuă, și aceste condiții sunt menținute, timp de 75 h. După 75 h, indicele de aciditate pentru fiecare emulsie este determinat ca mai sus.

Rezultatele testului sunt descrise în tabelul 3 și arată că, atât ciclohexil oleatul, cât și 1,4-ciclohexandimetil dioleatul sunt semnificativ mai stabili hidrolitic, decât acei trei lubrifianți esterici convențional aleși. Creșterea stabilității hidrolitice este foarte importantă în operațiunile de prelucrare a metalelor.

Tabelul 3

495

500

505

510

515

520

Lubrifiantul	Modificarea indicelui de aciditate
Ciclohexil oleat	1.4
1,4-ciclohexandimetil dioleat	0,8
izopropil oleat	3,8
trimetilolpropan triester	5,0
gliceroltrioleat	5,6

525

Prezenta metodă privind lubrierea suprafeței unui produs metalic prevede o mai bună stabilitate a lubrifiantului, stabilitate a compoziției și a emulsiilor conținând lubrifiantul, controlul coroziunii, performanța lubrifiantului și inerenta sa rezistență, mai mare la baze sau hidroliză catalizată acid, decât poliolul sau esterii aciclici ramificați, utilizați în mod obișnuit ca lubrifianți în procedeele de prelucrare a metalelor. Prezenta metodă prevede un număr de alte avantaje, cuprinzând realizarea unei presiuni reologice înalte și un film cu proprietăți de tracțiune slabe precum și alte numeroase avantaje discutate mai sus.

Prezenta invenție nu se limitează la principalele proceduri discutate, dar se intenționează a se acoperi modificările în spiritul și scopul invenției, așa după cum sunt definite în revendicările anexate.

Claims

1. Metodă de lubrifiere a sistemelor de contactare metal-metal în operațiile de prelucrare a metalelor prin aplicarea pe o suprafață metalică a unei compoziții lubrifiante conținând un ester, urmată de aducerea în contact a suprafeței metalice pe care s-a depus compoziția cu o altă suprafață metalică, caracterizată prin aceea că, compoziția lubrifiantă conține un ester care are un coeficient de tracțiune a filmului mai mic, de 0,05, la o presiune, de 0,5...1,2 Gpa, la o temperatură, de 15O°C și la o viteză de alunecare de 0,5...10 m/s și este reprezentat prin formula generală (I):

R3c_O_(R⁴)_mxA—Λ R2 (I) unde m este un număr întreg cu valoarea 1 sau O,R¹ și R² sunt alese dintr-o grupare constând din _țR5j_n_ q—qr⁶ , o hidrocarbură cu lanț liniar sau ramificat, saturată sauII

O nesaturată având 1...8 atomi de carbon și o grupare, cu formula generală (II):

—O-C-(CH₂)_p-CO-A

IIII oo (II) unde n este un număr întreg cu valoarea 1 sau O și p este un număr întreg, de la 1 la 10, A este ales dintr-un grup constând din H, Na, Li, K, o amină primară, o amină secundară și o amină terțiară, fiecare dintre R³ și R⁶ este o hidrocarbură saturată sau nesaturată, cu lanț liniar sau ramificat, cuprinzând 8...35 atomi de carbon și fiecare dintre R⁴ și R⁵ este o grupare cu un lanț alchil având 1...3 atomi de carbon.

2. Metodă, conform revendicării 1, caracteirzată prin aceea că, coeficientul de tracțiune al esterului este, de până la 0,03.

3. Metodă, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că R¹ este același cu R².

4. Metodă, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, fiecare dintre R¹ și R² este ales dintr-o grupare constând din H, CH3 -CH2CH2CH3, -CH2CH3 -C(CH3)3, și -(R⁵)n-0-CR⁶, unde n = O.

5. Metodă, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, în cazul, în care m și n sunt fiecare O, R¹ este H, R² este ales dintr-o grupare constând din H și o hidrocarbură cu lanț liniar sau ramificat, având 1.. .4 atomi de carbon și R³ este o hidrocarbură liniară, saturată sau nesaturată având 11...21 atomi de carbon.

6. Metodă, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, în cazul, în care m și n sunt fiecare O, R¹ este H, R² este ales dintre H și -0CR⁶ și R³

II o

și R⁶ sunt fiecare hidrocarburi liniare nesaturate, având 17 atomi de carbon.

RO 116413 Bl

590

7. Metodă, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că,în cazul, în care m și n sunt fiecare O, R¹ este H, și R^a este ales dintr-o grupare constând din H, CH3, CH3CH2, R^s fiind localizat într-o poziție pe inelul ciclohexil, vicinală lui R³C-0-(R⁴l11-,

II o iar R³ fiind o hidrocarbură, liniară, nesaturată, având 17 atomi de carbon.

8. Metodă, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, compoziția lubrifiantă conținând esterul se amestecă cu apă pentru a forma o emulsie, care se aplică pe suprafața produsului metalic.

9. Metodă, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că esterul este amestecă cu o hidrocarbură drept solvent, pentru a forma o soluție, care se aplică pe suprafața produsului metalic.

10. Metodă, conform revendicării 9, caracterizată prin aceea că hidrocarbura folosită drept solvent este aleasă dintr-o grupare, constând din uleiuri petroliere de tip parafinic, naftenic și aromatic, kerosen, alcooli minerali, uleiuri sintetice, polibutene, poliizopren și amestecuri ale acestora.

11. Metodă, conform revendicării 9, caracterizată prin aceea că soluția se amestecă cu apă pentru a forma o emulsie, care se aplică pe suprafața produsului metalic.