Растворимое масло, содержащее сверхщелочные сульфонатные присадки - RU2458110C2

Описание

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к растворимому маслу, более конкретно к растворимому маслу, содержащему сверхщелочной сульфонат, обладающему противоизносными свойствами и способному образовывать чрезвычайно стабильные эмульсии с водой.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Экологические соображения в Европе, Канаде и Соединенных Штатах Америки, относящиеся к использованию менее вредных материалов в индустриальных маслах, упускали из виду необходимость найти заменители для хлорированных парафинов (ХП). Смазочные охлаждающие жидкости (СОЖ), содержащие противозадирные агенты на хлорной основе, были раскритикованы как ответственные за коррозию и повреждение мусоросжигательных печей, вызванное загрязнением окружающей среды и выбросом хлорных газов, а также как генерирующие диоксин во время сжигания отходов.

Вообще говоря, в процессах металлообработки, таких как резание и шлифование, противозадирные агенты на хлорной основе использовались из-за их превосходной способности улучшать эксплуатационные показатели резания и относительно низкой цены.

Более того, хлорированные парафины, класс противозадирных агентов на хлорной основе, вызывают определенные сомнения в отношении их токсичности и канцерогенности.

Следовательно, предпочтительными являются эмульсии растворимых масел с противозадирными агентами, не содержащими хлорированные углеводороды. Однако возможности получить эмульсии растворимых масел, содержащие сверхщелочные продукты, препятствовала несовместимость сверхщелочного материала и эмульгирующегося масла. Обычно сверхщелочные материалы дают мутную основу растворимого масла и вызывают разделение фаз и/или отстой в конечной эмульсии.

В литературе имеются многочисленные рекомендации, описывающие рецептуры растворимого масла для образования стабильных эмульсий с водой, см., например, патенты США 2307744, 2470913, 2670310, 2695272, 2846393 и 2913410. Композиции, описанные в этих патентах предшествующего уровня техники, обычно включают минеральное масло и эмульгирующий комплекс, включающий эмульгатор, связующее и различные добавки. Хотя эти ранее известные композиции были вполне удовлетворительны во многих случаях, тем не менее сохраняется потребность в маслорастворимом концентрате, способном образовать стабильную эмульсию, в особенности, для использования в качестве смазочного и охлаждающего масла в станках.

В технике остается потребность в экологически безопасных стабильных смазочно-охлаждающих масляных эмульсиях для резки металла с улучшенными характеристиками резания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает композицию растворимого масла, которая включает:

базовое масло;

стабилизирующее эмульсию количество нейтрализованной карбоновой кислоты;

по меньшей мере один сверхщелочной сульфонат щелочноземельного металла и, необязательно,

по меньшей мере одну присадку, выбранную из группы, состоящей из противозадирного агента, противоизносного агента, эмульгатора, агента, предотвращающего ржавление, ингибитора коррозии, антивспенивателя, антиоксидантных присадок, поверхностно-активных агентов, модификаторов трения и стабилизаторов.

Настоящее изобретение предлагает композицию растворимого масла, включающую сверхщелочные сульфонаты, обладающие противоизносными свойствами, которые образуют стабильные эмульсии с водой, не вызывая разделения фаз или седиментации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Композиции описанного здесь типа в целом называют растворимыми маслами, хотя эти композиции обычно образуют эмульсию при смешении с водой. Для того чтобы видеть различие между растворимым маслом и эмульсией, которую получают, когда растворимое масло смешивают с достаточным количеством воды, термин "растворимое масло" будет использоваться, чтобы описать масло с добавленным эмульгатором, а эмульсия, которая образуется, когда растворимое масло смешивают с водой, будет называться "эмульсией растворимого масла". Эмульсия, которая образуется, когда растворимое масло смешивают с водой, является эмульсией типа масло-в-воде, в которой водная фаза составляет сплошную фазу, а составляющая минерального масла является дисперсной фазой. Эмульсия растворенного масла позволяет использовать хорошие охлаждающие свойства воды в процессах металлообработки, в то время как масло и присадки обеспечивают смазочные и ингибирующие коррозию свойства.

Обычно модификаторы трения, противоизносные или противозадирные добавки в смазочных материалах, например в смазочно-охлаждающих маслах для резания металла, уменьшают повреждение, сохраняя слой смазки между движущимися частями, и помогают уменьшить вредный металл на контакте по металлу.

Противоизносные, противозадирные агенты, модификаторы трения, а также детергенты и диспергаторы - все являются полярными добавками, которые обладают сродством к поверхности металла и могут соперничать за активные центры поверхности металла или взаимодействовать друг с другом. В частности, полярные и кислотные добавки склонны дестабилизировать сверхщелочной сульфонат кальция, коллоидную дисперсию сульфоната кальция в масле и вызывать осаждение карбоната кальция. Точный механизм, возможно, еще слабо понятен, но добавки, подобные жирным кислотам, эфирам жирных кислот, аминам, очень проблематичны, если не добавляются в очень малых долях, как использовано здесь.

Базовое масло по настоящему изобретению обычно представляет собой нафтеновое масло 100 Saybolt Universal Second (SUS), используемое при обработке металлов, однако может быть использована любая группа масел I, II, III с вязкостью между 70 и 1000 сСт. Базовое масло может не только быть углеводородным маслом смазочной вязкости, происходящим из нефти (или из смоляных песков, угля, сланцев и т.д.), но также быть натуральным маслом подходящей вязкости, таким как рапсовое масло и т.п., и синтетическим маслом, таким как гидрированные полиолефиновые масла, поли-альфа-олефины (например, гидрированные или негидрированные альфа-олефиновые олигомеры, такие как гидрированный поли-1-децен), алкильные эфиры дикарбоновых кислот, сложные эфиры дикарбоновых кислот, полигликоля и спирта, алкильные эфиры карбоновых или фосфорных кислот, полисиликоны, фторуглеводородные масла и смеси минеральных, натуральных и/или синтетических масел в любом соотношении, и т.д. Термин "базовое масло" для данного изобретения включает все вышеперечисленное.

Как отмечено выше, базовое масло может включать часть из одного или нескольких синтетических масел. Среди подходящих синтетических масел имеются гомо- и интерполимеры С₃-С₁₂олефинов, эфиры карбоновых кислот и с моноспиртами, и с полиспиртами, поли)простые)эфиры, силиконы, полигликоли, силикаты, алкилированные ароматические соединения, карбонаты, тиокарбонаты, ортоформиаты, фосфаты и фосфиты, бораты и галогенированные углеводороды. Представителями таких масел являются гомо- и интерполимеры моноолефиновых углеводородов С₃-C₁₂, алкилированные бензолы (например, додецилбензолы, дидодецилбензолы, тетрадецилбензолы, динонилбензолы, ди-(2,6-этилгексил)бензолы, алкилированные озокеритом нафталины) и полифенилы (например, бифенилы, терфенилы). Полимеры и интерполимеры алкиленоксидов и их производных, где концевые гидроксильные группы модифицированы этерификацией, простой этерификацией и т.п., образуют другой класс синтетических масел. Их примерами являются масла, полученные полимеризацией алкиленоксидов, таких как этиленоксид или пропиленоксид, и алкильные или арильные производные этих полиоксиалкиленовых полимеров (например, метильный эфир полиизопропиленгликоля, имеющий средний молекулярный вес 1000, дифенильный эфир полиэтиленгликоля, имеющий средний молекулярный вес 500-1000, диэтиловый эфир полипропиленгликоля, имеющий средний молекулярный вес 1000-1500) или их моно- и поликарбоксильные эфиры, или С₁₃ оксокислотный диэфир тетраэтиленгликоля.

Другой подходящий класс базовых масел включает эфиры дикарбоновых кислот (например, фталевой кислоты, янтарной кислоты, малеиновой кислоты, азелиновой кислоты, субериновой кислоты, себациновой кислоты, фумаровой кислоты, адипиновой кислоты, димера линоленовой кислоты с различными спиртами, например бутиловым спиртом, гексиловым спиртом, додециловым спиртом, 2-этил-гексиловым спиртом, этиленгликолем). Конкретные примеры этих эфиров включают дибутиладипинат, ди(2-этилгексил)адипинат, дидодециладипинат, дитридециладипинат, ди(2-этилгексил)себацинат, дилаурилсебацинат, ди-н-гексилфумарат, диоктилсебацинат, диизооктилазелинат, диизооктилазелинат, диоктилфталат, дидецилфталат, диэйкозилсебацинат, 2-этилгексиловый диэфир димера линоленовой кислоты и сложные эфиры, образованные реакцией одного моля себациновой кислоты с двумя молями тетраэтиленгликоля и двумя молями 2-этилгексановой кислоты.

Другие сложные эфиры, которые могут быть использованы, включают эфиры, полученные из монокарбоновых кислот С₃-С₁₈ и полиспиртов и простых эфиров полиспиртов, таких как неопентилгликоль, триметилолпропан, пентаэритритол и дипентаэритритол. Примерами служат трипеларгонат триметилолпропана, тетракапроат пентаэритритола и эфир, полученный из триметилолпропана, каприловой кислоты и себациновой кислоты, и полиэфиры, происходящие от дикарбоновой кислоты С₄-С₁₄ и одного или нескольких алифатических двухатомных спиртов С₃-С₁₂, такие как происходящие от азелаиновой кислоты или себациновой кислоты и 2,2,4-тримет-1,6-гександиола.

Масла на основе силиконов, такие как полиалкил-, полиарил-, полиалкокси- или полиаридоксисилоксановые масла, и силикатные масла составляют другой класс синтетических смазочных масел, например тетраэтилсиликат, тетраизопропилсиликат, тетра(3-этил-гексил)силикат, тетра(трет-бутилфенил)силикат, полиметилсилоксаны и полиметилфенилсилоксаны. Другие синтетические смазочные масла включают жидкие эфиры фосфорсодержащих кислот (например, трикрезилфосфат, триоктилфосфат, трифенилфосфит и диэтиловый эфир деканфосфониевой кислоты).

В качестве базовых масел или компонентов базовых масел также используются гидрированные или негидрированные жидкие олигомеры альфа-олефинов С₆-С₁₆, такие как гидрированные или негидрированные олигомеры, образованные из 1-децена. Способы получения таких жидких олигомерных 1-алкеновых углеводородов известны и описаны в литературе, см., например, патенты США 3749560, 3763744, 3780128, 4172855, 4218330, 4902846, 4906708, 4910355, 4911758, 4935570, 4960833, 4956513 и 4981578, содержание которых введено посредством настоящей ссылки. Смеси таких материалов также могут быть использованы для того, чтобы подкорректировать вязкость данного базового масла. Как хорошо известно из практики, гидрированные олигомеры такого типа содержат масло, если содержат этиленовые ненасыщенные связи.

Предпочтительные олигомеры образуют путем использования катализатора Фриделя-Крафтса (в особенности, трифторида бора, промотированного водой или алканолом С_1-20, с последующим каталитическим гидрированием полученного таким образом олигомера с использованием таких методик, как описанные в вышеперечисленных патентах).

Композиция растворимого масла по настоящему изобретению может быть использована в маслах для смазочно-охлаждающих жидкостей, эмульгированных в воде с помощью подходящего эмульгатора. Может быть использован любой обычный эмульгатор, хотя согласно одному конкретному осуществлению изобретения предпочтительным эмульгатором является нейтрализованное соединение карбоновой кислоты. Согласно другому конкретному осуществлению изобретения, предпочтительным эмульгатором является нейтрализованная жирная кислота таллового масла.

Карбоновые кислоты могут быть получены омылением животных или растительных масел или могут быть синтезированы различными методами из нефтяного сырья.

Одним распространенным источником карбоновых кислот является талловое масло и его компоненты (т.е. жирные кислоты таллового масла, жирные кислоты таллового масла с <2% смолы и смола таллового масла). Талловое масло является побочным продуктом процесса изготовления крафт-бумаги. Карбоновые кислоты получают также из растительных масел, таких как, например, масло бабассу, кокосовое масло, пальмовое масло, кукурузное масло, хлопковое масло, масло земляного ореха, оливковое масло, сафлоровое масло, конопляное масло, подсолнечное масло, льняное масло, соевое масло, рапсовое масло, низкоэруковое рапсовое масло (или масло канолы), высокоэруковое ойтиковое масло, тунговое масло, касторовое масло и т.п. Животные источники карбоновых кислот включают, но не ограничиваются этим, молочный жир, лярд, говяжий жир, бараний жир и т.п. Они могут быть также получены из масел морского происхождения, например селедочного масла, жира мэнхаден, жира сардин, китового жира и т.п. Карбоновые кислоты, описанные здесь, могут быть нейтрализованы NaOH или любым другим подходящим щелочным основанием.

Используемые жирные кислоты по настоящему изобретению включают, но не ограничиваются этим, смоляные кислоты и жирные кислоты, присутствующие в талловом масле и других натуральных продуктах. Некоторые конкретные примеры включают насыщенные кислоты: капроновую, каприловую, лауриловую, миристиновую, пальмитиновую, стеариновую, арахидоновую, бегеновую, лигноцериновую, гептадекановую и нонадекановую, и ненасыщенные кислоты, такие как пальмитоолеиновая, олеиновая, рициноолеиновая, линолевая, линоленовая, эйкостеариновая, гадоленовая, эруковая и эйкозадиеновая.

В одном осуществлении изобретения количество нейтрализованной карбоновой кислоты находится в интервале от 0 до примерно 30% масс. от композиции растворимого масла. В другом осуществлении количество нейтрализованной карбоновой кислоты находится в интервале от примерно 5 до примерно 23% масс. от композиции растворимого масла. В еще одном осуществлении изобретения количество нейтрализованной карбоновой кислоты находится в интервале от примерно 12 до примерно 15% масс. от композиции растворимого масла.

В одном конкретном осуществлении настоящего изобретения эмульгатором, используемым в композиции растворимого масла, является нейтрализованное талловое масло. Талловое масло представляет собой смолистую маслянистую жидкость, состоящую из смеси смоляных кислот и жирных кислот, полученную как побочный продукт при переработке сосновой целлюлозной массы и используемую в мылах, эмульгаторах и смазочных материалах. Талловое масло может содержать от 0 до 50% смоляных кислот (смол) и от 0 до 50% жирных кислот. Абиетиновая и дегидроабиетиновая кислоты составляют более 60% смоляных кислот, тогда как олеиновая и линолевая кислоты преобладают во фракции жирных кислот. Обычные смеси таллового масла типично содержат 30% смоляных кислот и 70% жирных кислот. Талловое масло и/или его компоненты могут быть нейтрализованы NaOH или любым другим подходящим щелочным основанием.

В одном варианте осуществления изобретения количество нейтрализованного таллового масла находится в интервале от 0 до примерно 30% масс. от композиции растворимого масла. В другом варианте осуществления количество нейтрализованного таллового масла находится в интервале от примерно 5 до примерно 23% масс. от композиции растворимого масла. В еще одном варианте осуществления изобретения количество нейтрализованного таллового масла находится в интервале от примерно 12 до примерно 15% масс. от композиции растворимого масла.

Сульфированные сверхщелочные соединения по настоящему изобретению являются термически устойчивыми и пригодны в качестве противозадирных (ПЗ) и противоизносных агентов или антиоксидантов для использования в смазочных материалах, функциональных жидкостях и растворимом масле. Сульфированные сверхщелочные продукты особенно подходят для использования в качестве ПЗ и/или противоизносных агентов в смазочно-охлаждающих жидкостях.

Сверхщелочные сульфонаты являются металлическими солями соединений сульфокислот и хорошо известны в технике. Сверхщелочные сульфонаты характеризуются содержанием металла в избытке к тому, которое должно было бы присутствовать по стехиометрии металла и кислотного органического соединения, реагирующего с металлом. "Избыточное" содержание металла сверхщелочного сульфоната обычно может быть суспендировано в нефтяном сульфонате или закомплексовано с ним (Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, Third Edition, N.Y., 1979, vol. 22, page 23).

Наиболее широко используемые сверхщелочные сульфонаты щелочноземельных металлов основаны на кальции, магнии и барии (Kirk-Othmer, см. выше, vol. 22, page 23). Сверхщелочные сульфонаты кальция, например, могут включать СаО, Са(ОН)₂ или СаСО₃, суспендированные или закомплексованные с сульфонатом.

Способы приготовления сверхщелочных сульфонатов описаны в многочисленных патентах, включающих Eliades et al., US 4129589, Allain et al., US 4306983, Allain et al., US 4347147, Eliades et al., US 4597880, Muir, US 4617135 и Burke, Jr. et al., US 5259966, содержание всех из которых введено настоящей ссылкой.

Следовательно, сверхщелочные щелочноземельные сульфонаты являются соединениями, изготовленными путем нейтрализации сульфокислоты избытком основания щелочного металла (например, гидроксидами кальция, магния или бария) так, чтобы получить сверхщелочной щелочноземельный сульфонат с общим щелочным числом ("TBN") больше нуля. TBN является количеством кислоты, необходимым для нейтрализации всей щелочности сверхщелочного материала, и может быть определено согласно ASTM D-2896. Композицию с TNB 100 и менее рассматривают как являющуюся "низкощелочным материалом". TBN от примерно 100 до 300 характеризуется как "среднее избыточное защелачивание". Композицию с TNB выше 300 рассматривают как являющуюся "высокощелочным материалом". Согласно одному осуществлению изобретения сверхщелочной сульфонат щелочноземельного металла представляет собой сверхщелочной сульфонат кальция, имеющий TBN выше чем примерно 250, согласно другому осуществлению выше чем примерно 350, согласно еще одному осуществлению выше чем примерно 400 или выше.

Согласно следующему аспекту изобретения было найдено, что аморфный сверхщелочной сульфонат кальция превосходит кристаллический сверхщелочной сульфонат кальция по показателям нежелательной седиментации. Аморфный избыточно-щелочной сульфонат кальция, пригодный для использования в настоящем изобретении, имеется в продаже от Chemtura Corporation of Middlebury, CT под названием Calcinate™ C-409 CLR. Аморфный сверхщелочной сульфонат кальция имеет размер частиц меньше чем примерно 30 нм. Кристаллический сверхщелочной сульфонат кальция имеет размер частиц выше 30 нм, предпочтительно 50-500 нм и более предпочтительно 50-100 нм. Calcinate™ C-300 CS, доступный от Chemtura Corporation, является примером кристаллического сверхщелочного сульфоната кальция. Способ получения высокощелочного сульфоната кальция описан в патенте США 6444525 В1, который включен сюда посредством ссылки.

В одном осуществлении изобретения количество избыточно-щелочного сульфоната щелочноземельного металла находится в интервале от примерно 0,1 до примерно 20% масс. от композиции растворимого масла. В другом осуществлении количество сверхщелочного сульфоната щелочноземельного металла находится в интервале от примерно 1 до примерно 10% масс. от композиции растворимого масла. В еще одном осуществлении изобретения количество сверхщелочного сульфоната щелочноземельного металла находится в интервале от примерно 2 до примерно 5% масс. от композиции растворимого масла.

Согласно одному аспекту изобретения было найдено, что некоторые противозадирные агенты, противоизносные агенты и/или модификаторы трения при комбинировании со сверхщелочными щелочноземельными сульфонатами обеспечивают улучшенные эксплуатационные свойства.

В одном конкретном осуществлении настоящего изобретения в композиции растворимого масла вместе со сверхщелочным сульфонатом щелочноземельного металла применяют противоизносный агент - сульфированный олефин.

Модификаторы трения используют для того, чтобы понизить коэффициент трения. В этом отношении модификатор трения и/или противоизносный агент и сверхщелочной сульфонат кальция могут быть объединены и скомплектованы с другими присадками, такими как антиоксиданты, диспергаторы и/или противопенные агенты, или с другими типами присадок, такими как упомянутые выше.

Различные модификаторы трения могут быть использованы в смеси присадок. Такие модификаторы трения включают моноэфиры глицерина, сверхщелочные карбоксилаты, избыточно защелоченные жирные кислоты таллового масла, продукт реакции алканоламина (например, триэтаноламина, "ТЭА" или диэтаноламина) или глицерина (например, тиодиглицерина, диэтиленгликоля) с жирной кислотой или эфиром жирной кислоты, окисленные нефтяные фракции, алкоксилированный алкиламин и продукты реакции глицерина с эфирами жирных кислот.

Моноэфиры глицерина, используемые в качестве модификаторов трения, включают, например, глицериновые эфиры насыщенных или ненасыщенных жирных кислот С_8-С20, такие как монопальмитат глицерина, моностеарат глицерина, моноолеат глицерина и т.п.

Сверхщелочные карбоксилаты известны, и их, как правило, получают реакцией кислого материала, обычно кислого газа, такого как SO₂ и СО₂, и наиболее часто - двуокиси углерода, со смесью, включающей карбоновую кислоту и стехиометрический избыток соединения щелочного основного металла в реакционной среде, предпочтительно с промотором. Основным металлом предпочтительно является щелочноземельный металл, такой как магний, кальций или барий в форме оксида или гидроксида. Карбоновая кислота предпочтительно является насыщенной или ненасыщенной карбоновой кислотой, имеющей от примерно 6 до примерно 30 атомов углерода. Используемые карбоновые кислоты включают, но не ограничиваются этим, каприловую кислоту, капроновую кислоту, лауриловую кислоту, миристиновую кислоту, миристолеиновую кислоту, декановую кислоту, додекановую кислоту, пентадекановую кислоту, пальмитиновую кислоту, пальмитолеиновую кислоту, маргариновую кислоту, стеариновую кислоту, 1,2-гидроксистеариновую кислоту, олеиновую кислоту, рициноолеиновую кислоту, линолевую кислоту, арахидоновую кислоту, гадоленовую кислоту, цикозадиеновую кислоту, бегеновую кислоту, эруковую кислоту, смеси любых из этих кислот или их реакционный эквивалент.

Другие подходящие сверхщелочные карбоксилаты включают сверхщелочной таллат кальция и сверхщелочной таллат бария.

Продуктом реакции ТЕА и эфира жирной кислоты, пригодным для использования в качестве модификатора трения, является продукт реакции ТЕА и метилолеата. Другие подходящие модификаторы трения включают продукты реакции ТЕА с, например, олеиновой кислотой, рициноолеиновой кислотой, изостеариновой кислотой, эруковой кислотой, жирной кислотой таллового масла (TOFA), смешанной олеиновой/стеариновой кислотой и изоолеиновой кислотой.

Известны оксигенированные нефтяные фракции. Нефтяные оксиданты и методы их получения описаны, например, в патенте США 5439602, который включен сюда посредством ссылки.

Пригодными для использования в качестве модификаторов трения являются также продукты реакции тиодиглицерина с жирными кислотами или эфирами жирных кислот (например, олеиновой кислотой, метилолеатом и т.д.) и продукты реакции диалкиленгликоля (например, диэтиленгликоля, дипропиленгликоля и т.д.) с жирной кислотой или эфиром жирной кислоты (например, олеиновой кислотой, метилолеатом и т.д.).

В другом аспекте изобретения было найдено, что сверхщелочной щелочноземельный сульфонат (в особенности кристаллический сверхщелочной сульфонат кальция) обеспечивает композиции растворимого масла более сильную смазывающую способность (т.е. более низкий коэффициент трения). Особо предпочтительными в качестве модификатора трения являются сочетания сверхщелочного сульфоната кальция и сульфированного олефина с 40% активной серы, подобного RC2540 (от Rhein-Chemie), обладающие превосходной смазывающей способностью и низкой седиментацией. Предпочтительный кристаллический сверхщелочной сульфонат кальция доступен от Chematura Corp. под наименованием Calcinite™ C-300 CS и имеет размер частиц примерно 50-500 нм. Предпочтительный размер частиц для кристаллического сверхщелочного сульфоната кальция находится в интервале от примерно 50 нм до примерно 100 нм.

Далее, если необходимо, различные присадки могут быть добавлены к композиции растворимого масла по настоящему изобретению, пока это не наносит ущерба цели настоящего изобретения. Примеры присадок включают различные известные модификаторы трения, агенты, улучшающие смазочные свойства, и противозадирные агенты, такие как спирты, жирные кислоты, эфиры, диэфиры, поливалентные эфиры, жиры и масла, сульфированные жиры и масла, сульфированные эфиры, сульфированные олефины, хлорированные парафины, фосфаты, фосфиты, дитиофосфаты (дитиофосфат цинка, дитиофосфат молибдена и т.п.) и дитиокарбаматы (дитиокарбамат молибдена и т.п.). Кроме того, могут быть добавлены различные известные антиоксидантные присадки, поверхностно-активные агенты и стабилизаторы.

Типичные модификаторы трения включают эфиры жирных кислот, жирные амиды, этоксилированный жирный амин. Типичными антиоксидантами являются дифениламин и фенольные продукты, подобные Naugalube 4381, Naugalube 640, Naugalube 438, Naugalube 531 и т.п. Типичные ПЗ/ПИ присадки включают ZDDP, соединения дитиокарбамата молибдена, хлорированные парафины, сульфированные олефины и сульфированные эфиры. Эти присадки могут быть добавлены в известных и обычных количествах.

Следующие примеры иллюстрируют характерные признаки изобретения.

Примеры приготовлены со сверхщелочными сульфонатами кальция, показанными в таблице 1, функциональные присадки показаны в таблице 2, и комплекс растворимого масла показан в таблице 3.

Сравнительный пример 1 и примеры 2 и 3, как показано в таблице 4, демонстрируют влияние добавления нейтрализованного таллового масла к нестабильной смеси комплекса растворимого масла и сверхщелочного сульфоната на образование эмульсии для обработки металла. Объемный процент отстоя, осевшего за недели 1-4, зафиксирован в таблице 5.

1 Отстоя было мало, поскольку карбонат кальция прилип к стенкам центрифужной пробирки.

Сравнительный пример 1 демонстрирует эффект добавления комплекса растворимого масла к сверхщелочному сульфонату кальция для образования эмульсии. В полученном, в результате, продукте происходило осаждение карбоната кальция, а также прилипание карбоната кальция к стенкам центрифужной пробирки.

Пример 2 демонстрирует эффект добавления комплекса растворимого масла и нейтрализованного таллового масла (3% в комплексе) к сверхщелочному сульфонату кальция для образования эмульсии. Нейтрализованное талловое масло подействовало так, что стабилизировало сверхщелочной сульфонат кальция и предотвратило осаждение карбоната кальция и уменьшило количество карбоната кальция, прилипшего к стенкам центрифужной пробирки.

Сравнительный пример 1 и примеры 4-15, которые представлены в таблицах 6А и 6В, соответственно, демонстрируют эффективные комбинации таллового масла, сверхщелочного сульфоната с размером частиц и свободной щелочностью для получения стабильной эмульсии, где в конкретном осуществлении предпочтительной является комбинация аморфного сверхщелочного сульфоната кальция, имеющего размер частиц 10-30 нм и низкую свободную щелочность, с 12-15% нейтрализованного таллового масла в комплексе растворимого масла. Объемный процент отстоя, который осел за недели 1-4, показан в таблицах 6А и 6В.

Пример 4 демонстрирует эффект добавления кристаллического сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 12% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем.

Пример 5 демонстрирует эффект добавления кристаллического сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 100-1000 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 12% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем.

Пример 6 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 12% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии без отстоя.

Пример 7 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 12% нейтрализованного таллового масла, для получения нестабильной эмульсии, которая разделяется после 1 недели (негативное качество эмульсии).

Пример 8 демонстрирует эффект добавления кристаллического сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем.

Пример 8 демонстрирует эффект добавления кристаллического сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 100-1000 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии с высоким отстоем.

Пример 10 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии без отстоя.

Пример 11 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии без отстоя.

Пример 12 демонстрирует эффект добавления кристаллического сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 23% нейтрализованного таллового масла, для получения нестабильной эмульсии.

Пример 13 демонстрирует эффект добавления кристаллического сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 100-1000 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 23% нейтрализованного таллового масла, для получения нестабильной эмульсии.

Пример 14 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 23% нейтрализованного таллового масла, для получения нестабильной эмульсии.

Пример 15 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 23% нейтрализованного таллового масла, для получения нестабильной эмульсии.

Примеры 16-35, которые представлены в таблицах 8А и 8В, соответственно, демонстрируют эффект добавления функциональных присадок к растворимому маслу для получения стабильной эмульсии для применений в металлообработке. Предпочтительным осуществлением является комбинация аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью с 12-15% нейтрализованного таллового масла в комплексе растворимого масла и функциональных присадок. Объемный процент отстоя, осевшего за недели 1-4, приведен в таблицах 8А и 8В.

Пример 16 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии без отстоя.

Пример 17 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный диспергатор OLOA 371, для получения стабильной эмульсии без отстоя.

Пример 18 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный модификатор трения ОА/ТЕА, для получения стабильной эмульсии без отстоя.

Пример 19 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный эмульгатор PIBSA, для получения стабильной эмульсии без отстоя.

Пример 20 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный предотвращающий ржавление агент Alox 165L, для получения стабильной эмульсии без отстоя.

Пример 21 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения нестабильной эмульсии, которая разделяется спустя 1 неделю.

Пример 22 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный диспергатор OLOA 371, для получения нестабильной эмульсии, которая разделяется спустя 1 сутки.

Пример 23 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный модификатор трения ОА/ТЕА, для получения нестабильной эмульсии, которая разделяется спустя 1 сутки.

Пример 24 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный эмульгатор PIBSA, для получения нестабильной эмульсии, которая разделяется спустя 1 неделю.

Пример 25 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный предотвращающий ржавление агент Alox 165L, для получения нестабильной эмульсии, которая разделяется спустя 2 недели.

Пример 26 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии c низким отстоем.

Пример 27 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный диспергатор OLOA 371, для получения стабильной эмульсии с высоким отстоем.

Пример 28 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный модификатор трения ОА/ТЕА, для получения стабильной эмульсии с высоким отстоем.

Пример 29 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный эмульгатор PIBSA, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем.

Пример 30 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный предотвращающий ржавление агент Alox 165L, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем.

Пример 31 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 100-1000 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем.

Пример 32 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 100-1000 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный диспергатор OLOA 371, для получения стабильной эмульсии с высоким отстоем.

Пример 33 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 100-1000 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный модификатор трения ОА/ТЕА, для получения стабильной эмульсии с высоким отстоем.

Пример 34 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 100-1000 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный эмульгатор PIBSA, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем.

Пример 35 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната с размером частиц 100-1000 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный предохранитель ржавления ALOX 165L, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем.

Примеры 36-41, которые представлены в таблице 10, демонстрируют улучшенные свойства предотвращения ржавления композиции растворимого масла, изготовленной из избыточно-щелочного сульфоната кальция и функциональных присадок, для получения стабильной эмульсии для применений в металлообработке. Согласно одному конкретному осуществлению изобретения представлена комбинация аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью с 12-15% нейтрализованного таллового масла в комплексе растворимого масла и функциональными добавками.

Пример 36 демонстрирует фоновые свойства предотвращения ржавления комплекса растворимого масла, где до 5% средства требуется для того, чтобы пройти испытание с железными стружками.

Пример 37 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии без отстоя, которая предотвращает ржавление при концентрации 2,5%.

Пример 38 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный диспергатор OLOA 371, для получения стабильной эмульсии без отстоя, которая предотвращает ржавление при концентрации 2,5%.

Пример 39 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный модификатор трения OA/ТЕА, для получения стабильной эмульсии без отстоя, которая предотвращает ржавление при концентрации 2,5%.

Пример 40 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный эмульгатор PIBSA, для получения стабильной эмульсии без отстоя, которая предотвращает ржавление при концентрации 2,5%.

Пример 41 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла и функциональный предохранитель ржавления ALOX 165L, для получения стабильной эмульсии без отстоя, которая предотвращает ржавление при концентрации 2,5%.

Примеры 42-48, которые представлены в таблице 11, демонстрируют улучшенные ПЗ/ПИ свойства растворимого масла, изготовленного из сверхщелочного сульфоната кальция и функциональных присадок, для получения стабильной эмульсии для применений в металлообработке. В одном конкретном осуществлении изобретения представлена комбинация аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью с 12-15% нейтрализованного таллового масла в комплексе растворимого масла и сульфированным олефином.

Пример 42 демонстрирует фоновые ПЗ/ПИ свойства комплекса растворимого масла по испытаниям по ASTM D 2783 (ПЗ методом четырех шаров) и по ASTM D3233 (стержень и призма по Falex'y).

Пример 43 демонстрирует фоновые ПЗ/ПИ свойства комплекса растворимого масла, содержащего хлорированную (50-60% хлора) парафиновую ПЗ/ПИ присадку, по испытаниям ASTM D2783 и ASTM D 3233.

Пример 44 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии без отстоя, которая обеспечит адекватную ПЗ/ПИ защиту.

Пример 45 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем и улучшенными ПЗ/ПИ свойствами.

Пример 46 демонстрирует фоновые ПЗ/ПИ свойства комплекса растворимого масла, содержащего сульфированную (40% активной серы) олефиновую ПЗ/ПИ присадку, по испытаниям ASTM D2783 и ASTM D 3233.

Пример 47 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью в сочетании с сульфированным олефином к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии без отстоя, которая обеспечит превосходную ПЗ/ПИ защиту.

Пример 48 демонстрирует эффект добавления аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 50-100 нм и высокой свободной щелочностью в сочетании с сульфированным олефином к комплексу растворимого масла, содержащему 15% нейтрализованного таллового масла, для получения стабильной эмульсии с низким отстоем и ПЗ/ПИ свойствами

Примеры 49-53, которые представлены в таблице 12, демонстрируют стабильность растворимого масла, изготовленного с сверхщелочным сульфонатом кальция и сульфированным олефином, для приготовления стабильной эмульсии для применения в металлообработке. В конкретном осуществлении изобретения представлена комбинация аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с размером частиц 10-30 нм (5% или менее) и низкой свободной щелочностью с 12-15% нейтрализованного таллового масла в комплексе растворимого масла и сульфированным олефином (20% или менее).

Пример 40 демонстрирует фоновую стабильность растворимого масла и эмульсии, полученной из комплекса растворимого масла, содержащего 15% нейтрализованного таллового масла, и аморфный сверхщелочной сульфонат кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью.

Пример 40 демонстрирует фоновую стабильность растворимого масла и эмульсии, полученной из комплекса растворимого масла, содержащего 15% нейтрализованного таллового масла, и аморфный сверхщелочной сульфонат кальция с размером частиц 10-30 нм и низкой свободной щелочностью.

Пример 51 показывает фоновую стабильность растворимого масла и эмульсии, образованной из комплекса растворимого масла, содержащего 15% нейтрализованного таллового масла и сульфированного олефина (40% активной серы).

Пример 52 демонстрирует эффект добавления малых количеств (5% или менее) частиц размером 10-30 нм аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с низкой свободной щелочностью в сочетании с сульфированным олефином к комплексу растворимого масла, содержащего 15% нейтрализованного таллового масла, для приготовления светлого и прозрачного (B&C) растворимого масла, которое образует стойкую эмульсию без отстоя.

Пример 53 демонстрирует эффект добавления больших количеств (10% или более) частиц размером 10-30 нм аморфного сверхщелочного сульфоната кальция с низкой свободной щелочностью в сочетании с сульфированным олефином к комплексу растворимого масла, содержащего 15% нейтрализованного таллового масла, для приготовления светлого и прозрачного (B&C) растворимого масла, которое образует нестойкую эмульсию с осадком, прилипающим к стенкам центрифужной пробирки.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на определенные осуществления, специалистам должно быть понятно, что могут быть сделаны изменения и его элементы могут быть заменены эквивалентами без отступления от объема изобретения. Кроме того, многие модификации могут быть сделаны для того, чтобы приспособить конкретные ситуацию или материал к указаниям изобретения без отступления от его сути. Поэтому предполагается, что изобретение не ограничивается конкретными осуществлениями, описанными как наилучшие способы, предложенные для осуществления способа по изобретению, но что изобретение должно включать все осуществления, попадающие в объем прилагаемой формулы изобретения.

Реферат

Настоящее изобретение относится к композиции растворимого масла для использования в качестве смазочного и охлаждающего масла, которая включает: а) базовое масло; b) стабилизирующее эмульсию количество нейтрализованной карбоновой кислоты, полученной из таллового масла; с) по меньшей мере один сверхщелочной сульфонат щелочноземельного металла и, необязательно, d) по меньшей мере одну присадку, выбранную из группы, состоящей из противозадирного агента, противоизносного агента, эмульгатора, агента, предотвращающего ржавление, ингибитора коррозии, антивспенивателя, антиоксидантных присадок, поверхностно-активных агентов, модификатора трения, стабилизаторов. Техническим результатом настоящего изобретения является создание экологически безопасных стабильных смазочно-охлаждающих масляных эмульсий для резки металла с улучшенными характеристиками резания. 10 з.п. ф-лы, 53 пр., 12 табл.

Формула