BRPI1015221B1

BRPI1015221B1 - Fluido lubrificante de óleo em água de pequeno tamanho de partícula

Info

Publication number: BRPI1015221B1
Application number: BRPI1015221-0A
Authority: BR
Inventors: Zhu Tao; Pieter Schellingerhout; Yuming Zhang; Jiangbo Ma
Original assignee: Quaker Chemical Corporation
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2022-04-05
Also published as: PT2429732T; EP2429732A4; MX2011011807A; ES2589654T3; JP2014111797A; CN102625735B; CA2760898A1; BRPI1015221A2; CN102625735A; AU2010245702A1; JP2012526183A; WO2010129951A1; JP2015221911A; CA2760898C; JP5851393B2; US20120245067A1; RU2542048C2; KR20120057576A; PL2429732T3; EP2429732A1

Abstract

FLUIDO LUBRIFICANTE DE ÓLEO EM ÁGUA DE PEQUENO TAMANHO DE PARTÍCULA. Trata-se de um fluido lubrificante de óleo em água para uso em laminação a frio do aço, compreendendo uma emulsão de óleo em água tendo um tamanho de partícula de 1 (Mi)m ou menos, consistindo de uma fase oleosa e uma fase aquosa, onde a fase oleosa inclui aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 40% em peso de ao menos um tensoativo polimérico, aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 95% em peso de óleo base, aproximadamente 0,2% em peso a aproximadamente 10% em peso de aditivos de lubrificação de extrema pressão, e aproximadamente 0,5% em peso a aproximadamente 6% em peso de outros aditivos funcionais.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Em processos de laminação a frio do aço, a lubrificação é um componente importante e geralmente necessário. Devido à alta velocidade, as altas forças de pressão e de atrito entre um cilindro e uma tira associados com os processos de laminação, lubrificação insuficiente, resfriamento insuficiente, e proteção de superfície insuficiente podem ocorrer, o que pode resultar (1) em um aumento na força de laminação, (2) baixa refletividade da tira, (3) em um aumento do desgaste do cilindro, e em alguns casos, (4) na incapacidade de laminar com sucesso a tira de aço. Tais efeitos negativos podem consumir energia, consumir os cilindros, resultar em pobre qualidade do produto, e assim por diante.

Tradicionalmente, há principalmente dois tipos de modos de lubrificação para os processos de laminação a frio do aço: (1) lubrificação com óleos puros, e (2) lubrificação com emulsões de óleo em água. A lubrificação com óleos puros tem sido geralmente eliminada por causa dos problemas com a alta flamabilidade e com o resfriamento insuficiente.

No presente, a tecnologia de lubrificação do estado da técnica para laminação a frio de aços envolve a lubrificação usando uma emulsão com tamanhos de partículas maiores do que 1,0 μm, especialmente tamanhos de partículas maiores do que 2,0 μm.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um fluido lubrificante de óleo em água para uso em laminação a frio do aço inclui uma emulsão de óleo em água tendo um valor de tamanho de partícula de 1 μm ou menos. Em algumas modalidades, um fluido lubrificante de óleo em água para uso na laminação a frio do aço inclui uma emulsão de óleo em água tendo um valor de tamanho de partícula de aproximadamente 0,5 μm ou menos.

De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um fluido lubrificante de óleo em água para uso na laminação a frio do aço inclui uma emulsão de óleo em água com uma fase oleosa e uma fase aquosa. A fase oleosa pode incluir aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 40% em peso de ao menos um tensoativo polimérico, aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 95% em peso de óleo base, aproximadamente 0,2% em peso a aproximadamente 10% em peso de aditivos de lubrificação de extrema pressão. Em algumas modalidades, a emulsão inclui partículas de fase oleosa tendo um valor modal de tamanho de partícula, d(50%), de 1 μm ou menos. Em algumas modalidades, o lubrificante de óleo em água inclui aproximadamente 0,5% em peso a aproximadamente 6% em peso de aditivos funcionais na fase oleosa. Em algumas modalidades, a fase oleosa constitui aproximadamente 0,5% em peso a aproximadamente 15% em peso do fluido lubrificante de óleo em água.

Em certas modalidades, o fluido lubrificante de óleo em água inclui ao menos um tensoativo polimérico com um peso molecular médio de aproximadamente 1.000 a aproximadamente 100.000. O tensoativo polimérico pode incluir um tensoativo de polímero de bloco de enxerto. Em algumas modalidades, o tensoativo polimérico inclui blocos hidrofóbicos tendo um peso molecular numérico médio de ao menos aproximadamente 200, ou blocos hidrofílicos tendo um peso molecular numérico médio de ao menos aproximadamente 200.

Em algumas modalidades, o óleo base inclui um éster natural, éster sintético, óleo mineral, ou misturas dos mesmos. Em certas modalidades, o aditivo de lubrificação de extrema pressão é à base de fósforo, à base de enxofre, ou uma mistura dos mesmos.

Em certas modalidades, ao menos aproximadamente 50% da fase oleosa está contido em partículas com um tamanho de menos de 1 μm. Em algumas modalidades, ao menos aproximadamente 50% da fase oleosa está contido em partículas com um tamanho de menos de aproximadamente 0,5 μm.

De acordo com algumas modalidades, um método de laminar a frio o aço inclui lubrificar o aço com o fluido lubrificante de óleo em água da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1 mostra uma distribuição de tamanho de partícula de uma formulação de aproximadamente 0,13 μm. A FIG. 2 mostra uma distribuição de tamanho de partícula de uma formulação de aproximadamente 0,45 μm. A FIG. 3 mostra uma distribuição de tamanho de partícula de uma formulação de aproximadamente 0,17 μm. A FIG. 4 mostra os resultados da formação de película para várias formulações e óleos de referência. A FIG. 5 mostra os resultados do teste de coloração de pilha para várias formulações e um óleo. A FIG. 6 mostra os resultados da análise termogravimétrica para um óleo de referência. A FIG. 7 mostra os resultados da análise termogravimétrica para uma formulação. A FIG. 8 mostra a temperatura da tira após a laminação para várias formulações e óleos de referência. A FIG. 9 mostra a temperatura da tira após a laminação para várias formulações e óleos de referência. A FIG. 10 mostra a distribuição de tamanho de partícula de uma formulação de aproximadamente 0,13 μm.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Composições e métodos de algumas modalidade da presente invenção referem-se a processos de laminação a frio do aço com lubrificantes de óleo em água tendo um pequeno tamanho de partícula menor ou igual a 1 μm. Como usado aqui, o tamanho de partícula (PSD) representa um valor modal, d(50%), do diâmetro da gotícula de óleo, com base em uma distribuição de tamanho ponderado por volume de gotículas de óleo na emulsão lubrificante. O valor de d(50%) é amplamente usado nesse campo para expressar o tamanho de partícula da emulsão. PSD < 1 μm pode se referir a um tamanho de partícula ponderado por volume da qual o modo ponderado por volume d(50%) é igual ou menor do que 1 μm. Os tamanhos de partículas mencionados aqui são medidos com um Mastersizer 2000 (Malvern Instruments). A medição é baseada na difração da luz.

Em algumas modalidades, uma emulsão contém uma distribuição de tamanhos de partícula em torno do tamanho de partícula médio. Tais processos e fluidos lubrificantes podem ser adequados para qualquer tipo de aço. *

De acordo com a teoria de lubrificação tradicional de laminação a frio do aço e com a experiência no campo, há dois regimes de lubrificação no processo de laminação: lubrificação limite e lubrificação elasto hidrodinâmica (“LEH”). Muitos processos de laminação do aço são conduzidos no regime de lubrificação mista, incluindo características tanto da lubrificação limite quanto da lubrificação LEH. Então, em algumas modalidades, pode ser benéfico que um fluido lubrificante de laminação a frio demonstre boa lubrificação limite, bem como mostre boa lubrificação LEH. Em algumas modalidades, os fluidos lubrificantes de óleo em água da presente invenção possuem propriedades de lubrificação suficientes tanto na lubrificação limite quando na lubrificação LEH para uso em processos de laminação a frio.

Em adição à exigência de lubrificação, algumas outras exigências técnicas para um lubrificante adequado usado para a laminação a frio do aço deveriam ser consideradas, tal como capacidade de resfriamento, capacidade antiferrugem, capacidade de recozimento, e assim por diante.

Composição do Fluido Lubrificante

Em algumas modalidades, um lubrificante de óleo em água da presente invenção inclui: (A) uma fase oleosa dispersa em (B) água. Em algumas modalidades, o lubrificante de óleo em água é um fluido lubrificante.

A. Fase Oleosa

De acordo com algumas modalidades, um lubrificante inclui uma fase oleosa. Em algumas modalidades, a fase oleosa pode opcionalmente incluir um ou mais dentre (1) aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 40% em peso de um ou mais tensoativos poliméricos, (2) aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 95% em peso de um ou mais óleos base, (3) aproximadamente 0,5% em peso a aproximadamente 10% em peso de um ou mais aditivos de lubrificação de extrema pressão (“EP”) ou antiferrugem, e/ou (4) aproximadamente 1% em peso a aproximadamente 6% em peso de um ou mais aditivos funcionais.

Tensoativos Poliméricos

Uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água de algumas modalidades da presente invenção inclui um ou mais tensoativos poliméricos. Exemplos de tensoativos poliméricos adequados incluem, mas não estão limitados a polivinil pirrolidona, polímero de bloco EO-PO ramificado, e assim por diante.

Em algumas modalidades, os tensoativos poliméricos adequados têm um peso molecular médio de aproximadamente 1.000 a aproximadamente 100.000, aproximadamente 2.000 a aproximadamente 80.000, ou aproximadamente 3.000 a aproximadamente 70.000. Em algumas modalidades, os tensoativos poliméricos adequados têm um peso molecular médio de aproximadamente 1.000, aproximadamente 2.000, aproximadamente 5.000, aproximadamente 10.000, aproximadamente 15.000, aproximadamente 20.000, aproximadamente 25.000, aproximadamente 30.000, aproximadamente 35.000, aproximadamente 40.000, aproximadamente 45.000, aproximadamente 50.000, aproximadamente 55.000, aproximadamente 60.000, aproximadamente 65.000, aproximadamente 70.000, aproximadamente 75.000, aproximadamente 80.000, aproximadamente 85.000, aproximadamente 90.000, aproximadamente 95.000, ou aproximadamente 100.000.

Em algumas modalidades, os tensoativos poliméricos incluem tensoativos de polímeros de bloco de enxerto. Os tensoativos de polímeros de bloco de enxerto podem incluir, por exemplo, blocos hidrofóbicos tendo um peso molecular médio numérico de ao menos aproximadamente 200. Os tensoativos de polímeros de bloco de enxerto podem incluir, por exemplo, blocos hidrofílicos tendo um peso molecular médio numérico de ao menos aproximadamente 200, em algumas modalidades tendo um peso molecular médio numérico de ao menos aproximadamente 300 a aproximadamente 5000, e em algumas modalidades tendo um peso molecular médio numérico de aproximadamente 400 a aproximadamente 1000.

Em algumas modalidades, uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água inclui um ou mais tensoativos poliméricos em uma quantidade de aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 40% em peso, aproximadamente 10% em peso a aproximadamente 35% em peso, ou aproximadamente 15% em peso a aproximadamente 30% em peso. Em algumas modalidades, uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água inclui um ou mais tensoativos poliméricos em uma quantidade de aproximadamente 5% em peso, aproximadamente 6% em peso, aproximadamente 7% em peso, aproximadamente 8% em peso, aproximadamente 9% em peso, aproximadamente 10% em peso, aproximadamente 11% em peso, aproximadamente 12% em peso, aproximadamente 13% em peso, aproximadamente 14% em peso, aproximadamente 15% em peso, aproximadamente 16% em peso, aproximadamente 17% em peso, aproximadamente 18% em peso, aproximadamente 19% em peso, aproximadamente 20% em peso, aproximadamente 21% em peso, aproximadamente 22% em peso, aproximadamente 23% em peso, aproximadamente 24% em peso, aproximadamente 25% em peso, aproximadamente 26% em peso, aproximadamente 27% em peso, aproximadamente 28% em peso, aproximadamente 29% em peso, aproximadamente 30% em peso, aproximadamente 31% em peso, aproximadamente 32% em peso, aproximadamente 33% em peso, aproximadamente 34% em peso, aproximadamente 35% em peso, aproximadamente 36% em peso, aproximadamente 37% em peso, aproximadamente 38% em peso, aproximadamente 39% em peso, ou aproximadamente 40% em peso.

Óleo Base

Uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água de algumas modalidades da presente invenção inclui um ou mais óleos base. Exemplos de óleos base adequados incluem, mas não estão limitados a ésteres naturais, ésteres sintéticos, óleos minerais, ou combinações ou misturas dos mesmos. Em algumas modalidades, um óleo base adequado inclui óleo de palma.

Em algumas modalidades, uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água da presente invenção inclui um ou mais óleos base em uma quantidade de aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 95% em peso, aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 93% em peso, aproximadamente 50% em peso a aproximadamente 93% em peso, aproximadamente 40% em peso a aproximadamente 80% em peso, aproximadamente 50% em peso a aproximadamente 70% em peso, aproximadamente 56% em peso a aproximadamente 70% em peso, aproximadamente 60% em peso a aproximadamente 66% em peso, aproximadamente 60% em peso a aproximadamente 95% em peso, aproximadamente 60% em peso a aproximadamente 93% em peso, aproximadamente 65% em peso a aproximadamente 85% em peso, aproximadamente 70% em peso a aproximadamente 85% em peso, aproximadamente 75% em peso a aproximadamente 80% em peso, aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 55% em peso, aproximadamente 30% em peso a aproximadamente 50% em peso, aproximadamente 35% em peso a aproximadamente 45% em peso, ou aproximadamente 38% em peso a aproximadamente 44% em peso. Em algumas modalidades, uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água da presente invenção inclui um ou mais óleos base em uma quantidade de aproximadamente 25% em peso, aproximadamente 30% em peso, aproximadamente 35% em peso, aproximadamente 40% em peso, aproximadamente 45% em peso, aproximadamente 50% em peso, aproximadamente 55% em peso, aproximadamente 60% em peso, aproximadamente 65% em peso, aproximadamente 70% em peso, aproximadamente 75% em peso, aproximadamente 80% em peso, aproximadamente 85% em peso, aproximadamente 90% em peso, ou aproximadamente 95% em peso.

Aditivos de Lubrificação Antidesqaste e/ou de Extrema pressão Uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água de algumas modalidades da presente invenção inclui um ou mais aditivos de lubrificação antidesgaste e/ou de extrema pressão (“PE”). Exemplos de aditivos de lubrificação antidesgaste e/ou PE adequados incluem, mas não estão limitados a fosfatos de amina, ésteres de fosfato não etoxilados, ésteres de fosfato etoxilados, alquil fosfato ácido, ésteres graxos sulfurizados, e alquil polissulfetos. Em algumas modalidades, os aditivos de lubrificação antidesgaste e EP são à base de fósforo, à base de enxofre, e/ou uma mistura dos mesmos.

Em algumas modalidades, uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água inclui um ou mais aditivos de lubrificação antidesgaste e/ou EP em uma quantidade de aproximadamente 0,2% em peso a aproximadamente 10% em peso, aproximadamente 0,5% em peso a aproximadamente 10% em peso, aproximadamente 1% em peso a aproximadamente 9% em peso, aproximadamente 2% em peso a aproximadamente 8% em peso, aproximadamente 3% em peso a aproximadamente 7% em peso, ou aproximadamente 4% em peso a aproximadamente 6% em peso. Em algumas modalidades, uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água inclui um ou mais aditivos de lubrificação antidesgaste e/ou EP em uma quantidade de aproximadamente 0,2% em peso, 0,5% em peso, 1% em peso, 1,5% em peso, 2% em peso, 2,5% em peso, 3% em peso, 3,5% em peso, 4% em peso, 4,5% em peso, 5% em peso, 5,5% em peso, 6% em peso, 6,5% em peso, 7% em peso, 7,5% em peso, 8% em peso, 8,5% em peso, 9% em peso, 9,5% em peso, ou 10% em peso.

Aditivos Funcionais

Uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água de algumas modalidades da presente invenção inclui um ou mais aditivos funcionais. Quaisquer aditivos funcionais podem ser incluídos para alcançar o resultado desejado. Tais aditivos podem ser escolhidos de modo a cobrir a lubrificação limite e outras exigências de processo de laminação a frio do aço. Exemplos de aditivos adequados incluem, mas não estão limitados a aditivos antiferrugem, aditivos antiespumígenos, aditivos antioxidantes, emulsificantes, espessantes, aditivos umectantes, e similares. Um exemplo de um aditivo inibidor de corrosão adequado inclui, mas não está limitado a tolutriazol. Um exemplo de um aditivo antioxidante adequado inclui, mas não está limitado a amino fenol alquilado. Um exemplo de um aditivo umectante adequado inclui, mas não está limitado a ácidos graxos ramificados.

Em algumas modalidades, uma fase oleosa de um lubrificante de óleo em água inclui um ou mais aditivos funcionais em uma quantidade de aproximadamente 0,5% em peso a aproximadamente 10% em peso, aproximadamente 1% em peso a aproximadamente 8% em peso, aproximadamente 1% em peso a aproximadamente 6% em peso, ou aproximadamente 1% em peso a aproximadamente 4% em peso.

B. Dispersão de Óleo em Água

Os lubrificantes de óleo em água de algumas modalidades da presente invenção podem ser preparados dispersando-se uma fase oleosa descrita acima em água. Em algumas modalidades, um fluido lubrificante de óleo em água é preparado por circulação de bomba. Em algumas modalidades, um fluido lubrificante inclui a fase oleosa dispersa em água em uma quantidade de aproximadamente 0,5% em peso a aproximadamente 15% em peso do fluido lubrificante de óleo em água, aproximadamente 1% em peso a aproximadamente 10% em peso do fluido lubrificante de óleo em água, aproximadamente 1% em peso a aproximadamente 7% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 1% em peso a aproximadamente 5% em peso do fluido lubrificante. Em algumas modalidades, um fluido lubrificante tem uma fase oleosa dispersa em água em uma quantidade de aproximadamente 0,5% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 1% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 2% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 3% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 4% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 5% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 6% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 7% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 8% em peso do fluido lubrificante, aproximadamente 9% em peso do fluido lubrificante, ou aproximadamente 10% em peso do fluido lubrificante.

Um fluido lubrificante de óleo em água pode conter gotículas ou partículas de fase oleosa. Em algumas modalidades, um fluido lubrificante de óleo em água pode conter partículas de fase oleosa tendo um tamanho de partícula (PSD) representando um modo ou valor modal, d(50%), com base em uma distribuição de tamanho ponderada por volume de gotículas de óleo na emulsão lubrificante. Em algumas modalidades, um fluido lubrificante de óleo em água contém uma distribuição de tamanhos de partículas em torno do valor modal de tamanho de partícula d(50%). Em algumas modalidades, uma distribuição de tamanho de partícula de um fluido lubrificante de óleo em água é dependente do tipo de emulsificantes e/ou da concentração dos mesmos.

Em algumas modalidades, a concentração de tensoativos polimérico pode ser usada para preparar emulsões de óleo em água de pequeno tamanho de partícula como um resultado de baixa tensão interfacial estática. Acredita- se que como um resultado da concentração de um tensoativo polimérico como idealizado aqui, o lubrificante de óleo em água pode ter o desempenho de pequenos tamanhos de partículas (PSD < 1 μm ou PSD < 0,5 μm), incluindo a estabilidade aprimorada e menos acúmulo (“plate out”) de óleo residual no metal laminado, e ainda mantendo uma formação de película suficientemente espessa comparada com uma emulsão de tamanho de partícula tradicional (PSD > 1 μm).

Em algumas modalidades, aproximadamente 96% em volume da fase oleosa está contido em partículas com um tamanho menor do que 1,0 μm. Em algumas modalidades, ao menos aproximadamente 94% em volume da fase oleosa está contido em partículas com um tamanho menor do que aproximadamente 0,5 μm. Em algumas modalidades, ao menos aproximadamente 75% em volume da fase oleosa em um fluido lubrificante de óleo em água está contido em partículas com um tamanho menor do que aproximadamente 0,20 μm. Em algumas modalidades, ao menos aproximadamente 50% em volume da fase oleosa de um fluido lubrificante de óleo em água está contido em partículas com um tamanho menor do que aproximadamente 0,13 μm.

Em algumas modalidades, um lubrificante de óleo em água tem um valor modal de tamanho de partícula d(50%) menor ou igual a 1,0 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,9 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,8 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,7 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,6 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,5 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,4 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,3 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,2 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,1 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,09 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,08 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,07 μm, menor ou igual a aproximadamente 0,06 μm, ou menor ou igual a aproximadamente 0,05 μm. Em algumas modalidades, um fluido lubrificante de óleo em água tem um valor modal de tamanho de partícula d(50%) de aproximadamente 0,05 μm a 1 μm, aproximadamente 0,05 μm a aproximadamente 0,9 μm, aproximadamente 0,05 μm a aproximadamente 0,8 μm, aproximadamente 0,05 μm a aproximadamente 0,7 μm, aproximadamente 0,05 μm a aproximadamente 0,6 μm, aproximadamente 0,05 μm a aproximadamente 0,5 μm, aproximadamente 0,05 μm a aproximadamente 0,4 μm, aproximadamente 0,05 μm a aproximadamente 0,3 μm, aproximadamente 0,05 μm a aproximadamente 0,2 μm, aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 1 μm, aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 0,9 μm, aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 0,8 μm, aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 0,7 μm, aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 0,6 μm, aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 0,5 μm, aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 0,4 μm, aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 0,3 μm, aproximadamente 0,1 μm a aproximadamente 0,2 μm. Em algumas modalidades, um lubrificante de óleo em água tem um valor modal de tamanho de partícula d(50%) de aproximadamente 0,05 μm, aproximadamente 0,05 μm, aproximadamente 0,05 μm, aproximadamente 0,06 μm, aproximadamente 0,07 μm, aproximadamente 0,08 μm, aproximadamente 0,09 μm, aproximadamente 0,1 μm, aproximadamente 0,11 μm, aproximadamente 0,12 μm, aproximadamente 0,13 μm, aproximadamente 0,14 μm, aproximadamente 0,15 μm, aproximadamente 0,16 μm, aproximadamente 0,17 μm, aproximadamente 0,18 μm, aproximadamente 0,19 μm, aproximadamente 0,2 μm, aproximadamente 0,21 μm, aproximadamente 0,22 μm, aproximadamente 0,23 μm, aproximadamente 0,24 μm, aproximadamente 0,25 μm, aproximadamente 0,26 μm, aproximadamente 0,27 μm, aproximadamente 0,28 μm, aproximadamente 0,29 μm, aproximadamente 0,3 μm, aproximadamente 0,31 μm, aproximadamente 0,32 μm, aproximadamente 0,33 μm, aproximadamente 0,34 μm, aproximadamente 0,35 μm, aproximadamente 0,36 μm, aproximadamente 0,37 μm, aproximadamente 0,38 μm, aproximadamente 0,39 μm, aproximadamente 0,4 μm, aproximadamente 0,41 μm, aproximadamente 0,42 μm, aproximadamente 0,43 μm, aproximadamente 0,44 μm, aproximadamente 0,45 μm, aproximadamente 0,46 μm, aproximadamente 0,47 μm, aproximadamente 0,48 μm, aproximadamente 0,49 μm, aproximadamente 0,5 μm, aproximadamente 0,55 μm, aproximadamente 0,6 μm, aproximadamente 0,65 μm, aproximadamente 0,7 μm, aproximadamente 0,75 μm, aproximadamente 0,8 μm, aproximadamente 0,85 μm, aproximadamente 0,9 μm, aproximadamente 0,95 μm, ou aproximadamente 0,1 μm.

Método de Laminação a Frio do Aço

Em algumas modalidades, um método de laminação a frio do aço inclui laminar a frio o aço enquanto lubrificando o aço com um lubrificante de óleo em água como descrito no presente. Em algumas modalidades, um método de laminação a frio do aço inclui laminar a frio o aço enquanto lubrificando o aço com um lubrificante de óleo em água tendo um tamanho de partícula menor do que 1 μm. Em algumas modalidades, um método de laminação a frio do aço inclui laminar a frio o aço enquanto lubrificando o aço com um lubrificante de óleo em água tendo um tamanho de partícula menor ou igual a aproximadamente 0,5 μm.

Os métodos de algumas modalidades da presente invenção podem ser vantajosos sobre a laminação a frio do aço usando emulsões tradicionais, tal como aquelas tendo diâmetros de tamanho de partícula (“PSD”) maiores do que 1 μm ou maiores do que 2 μm, porque os fluidos lubrificantes de óleo em água da presente invenção podem fornecer alta estabilidade, menos acúmulo de óleo residual na superfície de metal laminada, espessura de película comparável ou aprimorada, propriedades antimanchamento comparáveis, e/ou capacidade de resfriamento aprimorada durante a laminação a frio do aço. O acúmulo de uma emulsão pode ser definido como a quantidade que é usada para descrever a capacidade da fase oleosa adsorver na superfície de metal laminada; ou a quantidade de óleo deixada em uma tira de aço após a aspersão com uma emulsão.

De modo a tornar um óleo emulsificável, os tensoativos monoméricos são tradicionalmente aplicados em combinação com quantidades relativamente baixas de tensoativo polimérico. Tal combinação pode resultar em uma emulsão com pequenas partículas, mas um nível de lubricidade que é insuficientemente baixo para laminação. Enquanto não se deseja estar limitado à teoria, acredita-se que geralmente, emulsões de pequeno tamanho de partícula feitas com tensoativos monoméricos e baixas quantidades de tensoativo polimérico não podem formar uma película significativamente espessa devido a uma tensão interfacial muito baixa comparada com a tensão interfacial demonstrada por emulsões tradicionais tendo um tamanho de partícula maior do que 1 μm. Supreendentemente, os fluidos lubrificantes de algumas modalidades da presente invenção que incluem emulsões de óleo em água preparadas usando um tensoativo polimérico e tendo um pequeno tamanho de partícula (PSD á 1 μm ou PSD á 0,5 μm), resultaram em película ainda mais espessa comparada com a emulsão tradicional (PSD > 1 μm). A formação de película de uma emulsão pode estar relacionada à tensão interfacial do fluido na entrada; em algumas modalidades, uma tensão interfacial inferior resulta em uma menor espessura de película. Em um processo de laminação a frio do aço, uma emulsão da invenção pode ser rapidamente aspergida nos cilindros. Acredita-se que em algumas modalidades, um tensoativo polimérico ramificado com propriedades de tensão superficial dinâmica lentas fornece, sob essas circunstâncias dinâmicas, uma alta tensão interfacial levando a películas espessas.

Como usado aqui, o termo “aproximadamente” refere-se a ±10% do valor mencionado. Por exemplo, “aproximadamente 0,8” significa literalmente de 0,72 a 0,88.

Exemplos

Pacotes de fluido lubrificante de óleo em água de pequeno tamanho de partícula foram avaliados usando um arranjo de experimentos que são considerados na indústria como sendo altamente preditivos do desempenho de um pacote de lubrificante quando aplicado em um processo de laminação a frio do aço, incluindo: (a) propriedades de lubrificação intrínsecas avaliadas com testes de lubrificação SODA e Falex; (b) propriedades antidesgaste/EP avaliadas com o teste de 4 esferas; (c) propriedades de formação de película lubrificante de pacotes de lubrificante de óleo em água com pequeno PSD avaliadas sob contatos EHD de alta pressão e alta velocidade com uma plataforma EHD de interferômetro óptico / nanómetro; (d) propriedade de acumular uma camada de óleo em superfícies laminadas quando uma emulsão é aspergida com uma alta pressão nas superfícies lembrando as aspersões refrigerantes normal e comumente usadas em um laminador de aço; (e) propriedades de estabilidade térmica e evaporação foram testadas com equipamento de análise termogavimétrica (TGA); 5 (f) características de desempenho de laminação foram testadas em um laminador quádruo reversível com um procedimento de teste correlacionando aos vários processos de moagem de produção, em tandem ou reversível.

Os seguintes exemplos são fornecidos meramente com a finalidade de descrever algumas composições lubrificantes representativas da 10 presente invenção em mais detalhes, e não são, de forma alguma, consideradas como limitantes do escopo da invenção. Formulações Trés formulações foram preparadas para uso nos Exemplos. Formulação 1: 15 A composição da fase oleosa é como segue: Óleo de palma 63,05% em peso Tensoativo polimérico ramificado (MW: 3000 a 70.000) 30,00% em peso Doador P1: 0,50% em peso Doador P 2: 0,40% em peso 20 Doador S 1: 4,75% em peso Tolutriazol: 0,10% em peso Amino fenol alquilado: 0,20% em peso Ácido graxo ramificado: 1,00% em peso Total: 100,00% em peso 25 3% em peso acima da fase oleosa foi disperso em água. PSD: 0,13 μm. O PSD da Formulação 1 em torno de 0,13 μm é mostrado na FIG. 1 e nos dados da Tabela 1, abaixo:

Formulação 2: A composição da fase oleosa é como seque: Óleo de palma 78,05% em peso Tensoativo polimérico ramificado (MW: 3000 a 70.000 15,00% em peso Doador P 1: 0,50% em peso Doador P 2: 0,40% em peso Doador S 1: 4,75% em peso Tolutriazol: 0,10% em peso Amino fenol alquilado: 0,20% em peso Ácido graxo ramificado: 1,00% em peso Total: 100,00% em peso 3% em peso acima da fase oleosa foi disperso em água. PSD: 0,45 μm. O PSD da Formulação 2 em torno de 0,45 μm é mostrado na FIG. 2 e nos dados da tabela 2, abaixo:

Formulação 3: A composição da fase oleosa é como seque: Óleo de palma 41,50% em peso Tensoativo polimérico ramificado (MW: 3000 a 70.000) 30,00% em peso 5 Éster PE 15,00% em peso Polibuteno 3,50% em peso Ácido graxo 2,25% em peso Doador P 1: 0,50% em peso Doador S 1: 3,00% em peso 10 Doador S 2: 1,00% em peso Benzotriazol: 0,25% em peso Amino fenol alquilado: 0,75% em peso Doador P 2: 1,25% em peso Éster complexo PE: 1,00% em peso 15 Total: 100,00% em peso 3% em peso acima da fase oleosa foi disperso em água. PSD: 0,17 μm. O PSD da Formulação 3 em torno de 0,17 μm é mostrado na FIG. 3 e nos dados da tabela 3, abaixo:

Exemplo 1: Lubrificação Limite

As propriedades de lubrificação intrínseca do pacote de fluido lubrificante de óleo em água de pequeno tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD < 0,5 μm) foram avaliadas usando testes SODA e Falex com procedimentos de teste prescritos geralmente usados para avaliar as propriedades de lubrificação de lubrificantes para uso em laminação a frio do aço. Três pacotes de lubrificantes de emulsão convencionais (PSD > 2 μm), amplamente usados em laminadores em tandem quádruos de quatro cadeiras e/ou de 6 cilindros e 5 cadeiras e/ou laminadores reversíveis de alta velocidade de 6 cilindros com bons resultados de desempenho foram usados como as referências para comparação (referidos aqui como óleo 1, óleo 2 e óleo 3, respectivamente). SODA (50° C): Óleos e produtos de pequeno PSD são todos testados puros (= 100%).

* CoF: coeficiente de atrito

A maioria dos óleos lubrificantes usados em laminadores de produção têm coeficientes de atrito de aproximadamente 0,10 a 0,15 em Soda (50° C). As formulações 1 a 3 estão dentro da faixa padrão. Falex: Óleos e produtos com pequeno PSD são todos puros (= 100%).

A partir dos resultados de teste mostrados acima, todos os pacotes de fluido lubrificante de óleo em água de pequeno tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD < 0,5 μm) fornecem propriedades de lubrificação intrínseca melhores ou comparáveis se comparadas às três referências. As formulações 1 a 3 estão dentro da faixa padrão.

Exemplo 2: Extrema pressão

Os óleos e produtos com pequeno PSD foram todos testados puros (= 100%). As propriedades de lubrificação de PE dos pacotes de fluido lubrificante de óleo em água de pequeno tamanho de partícula (PSD s 1 μm ou PSD < 0,5 μm) foram avaliadas usando testes de 4 esferas com procedimentos de teste prescritos geralmente usados para avaliar as propriedades de lubrificação de lubrificantes para uso na laminação a frio de aço. Novamente, as três referências foram usadas para propósitos de comparação. Os resultados de tensões de ruptura são incluídos na seguinte tabela:

Óleo 1 Óleo 2 Óleo 3 Formulação 1 Formulaçã o 2 Formulação 3 PB (N) 1167 932 1363 1961 1961 1961 Resultados de Extrema pressão (Ps) A maioria dos óleos lubrificantes usados em laminadores de produção têm tensões de ruptura acima de 600 N em 4 esferas. Um produto de laminação a frio geralmente tem uma tensão de ruptura de aproximadamente 600 N ou mais. As formulações 1 a 3 estão dentro dessa faixa padrão.

Exemplo 3: Espessura da Película

Os óleos e produtos de pequeno PSD são testados em 3% em peso. As propriedades de formação de película de fluido lubrificante de óleo em água de pequeno tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD < 0,5 μm) sob contatos EHD de alta pressão e alta velocidade foram avaliadas usando uma plataforma de interferência óptica (interferômetro) com procedimentos de teste prescritos geralmente usados para avaliar as propriedades de formação de película de lubrificantes para uso em laminação a frio do aço. Os óleos de referência 1 e 2 foram usados com propósitos de comparação. Os resultados da formação de película para as Formulações 1 a 3 e Óleos 1 e 2 podem ser vistos na FIG. 4. As películas de emulsão a 3% da formulação 1 a 3 são mais espessas do que aquelas de uma emulsão a 3% de óleo 1 e óleo 2 sob as mesmas condições. Esses resultados mostram que o fluido lubrificante de óleo em água de pequeno tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD < 0,5 μm) podem formar películas ainda mais espessas do que as emulsões de tamanho de partícula normal.

Exemplo 4: Valores de Acúmulo

Os óleos e produtos com pequeno PSD são testados em 3% em peso.

O acúmulo de uma emulsão é uma quantidade que é usada para descrever a capacidade do óleo adsorver na superfície do aço. As emulsões foram avaliadas usando um sistema de aspersão de alta pressão com procedimentos de teste prescritos. Três produtos de óleo típicos usados em laminadores de produção (óleo 1, óleo 2 e óleo 3 como descritos acima) são selecionados como referências para comparação. Os resultados do acúmulo de emulsões a 3% são mostrados abaixo:

Os resultados do acúmulo. Os valores do acúmulo de fluidos lubrificantes de óleo em água com pequeno PSD da Formulação 1 a 3 são menores do que aqueles da emulsão de PSD normal de óleo 1 e óleo 2. Espera-se que os fluidos lubrificantes de óleo em água com pequeno PSD da Formulação 1 a 2 tenham menor consumo de óleo, melhor capacidade de resfriamento e anelamento mais fácil por causa da menor quantidade de óleo residual na tira.

Exemplo 5: Coloração de Pilha

Os óleos e os produtos com pequeno PSD são testados em 3% em peso. As propriedades antimanchamento do pacote de fluido lubrificante de óleo em água com pequeno tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD > 0,5 μm) foram avaliadas por testes de coloração de pilha. O óleo de referência 1 foi usado com propósitos de comparação. Os resultados são mostrados na FIG. 5, e demonstram que as propriedades antimanchamento da Formulação 1 a 3 são comparáveis com as do óleo 1.

Exemplo 6: TGA

Os óleos e os produtos com pequeno PSD são todos testados puros (= 100%). As propriedades de estabilidade térmica e evaporação foram avaliadas com equipamento de análise termogravimétrica (TGA). Um óleo típico usado em um laminador de produção, óleo 1, é selecionado novamente como o óleo de referência. Os resultados da TGA são incluídos na seguinte tabela:

Resultados da TGA

Os resultados para o óleo 1 são incluídos na FIG. 6. Os resultados para a Formulação 1 são incluídos na FIG. 7. Os resultados mostram que a Formulação 1 está no mesmo nível que o óleo 1 no teste de TGA.

Exemplo 7: Laminador de Teste

Os óleos e os produtos com pequeno PSD são testados em 3% em peso.

Os desempenhos da laminação do pacote de fluido lubrificante de óleo em água com pequeno tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD > 0,5 μm) 10 foram avaliados por um laminador de teste de laminação reversível quádruo (do The State Key Labo of Rolling and Automation da Northeast University) com urn procedimento de teste correlacionando aos vários processos de laminadores de produção, em tandem ou reversíveis. Por causa das limitações técnicas do laminador, dois processos foram designados. No Processo 1, a aplicação 5 é um processo de 15 velocidade mais alta (4 m/s) e no Processo 2, a aplicação 5 é um processo de baixa velocidade (1 m/s) seguido pela aplicação 6 indo para bitola mais fina. O procedimento de teste é apresentado abaixo:

As forças de laminação da Formulação 1 e da Formulação 2 5 estão no mesmo nível das do óleo 1 e do óleo 2.

As temperaturas das tiras após cada aplicação são mostradas na FIG. 8 e na FIG. 9. A FIG. 8 inclui os resultados para o Processo 1. A FIG. 9 inclui os resultados para o Processo 2.

Os resultados mostram que a temperatura das tiras da formulação 1 e da formulação 2 é menor do que a temperatura das tiras após a laminação com o óleo 1 e com o óleo 2 após cada aplicação. Os resultados mostram que a capacidade de resfriamento dos lubrificantes de óleo em água de pequeno 5 tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD > 0,5 μm), formulação 1 e formulação 2, excede a das emulsões do óleo 1 e do óleo 2.

Exemplo 8: Laminador de Teste

Uma formulação adicional foi preparada e testada quanto ao desempenho da laminação. Formulação 4: A composição da fase oleosa é como segue: Óleo de palma 58,00% em peso Tensoativo polimérico ramificado (MW: 3000 a 70.000) 30,00% em peso Ácido graxo 3,25% em peso 15 Doador P 1: 1,25% em peso Doador P 2: 1,00% em peso Doador P 3: 1,00% em peso Doador S1: 4,50% em peso Benzotriazol: 0,25% em peso 2 0 Amino fenol alquilado: 0,75% em peso Total: 100,00% em peso 3% em peso acima da fase oleosa foram dispersos em água. PSD: 0,13 μm. O PSD da Formulação 4 em torno de 0,13 μm é mostrado na 25 FIG. 10. Tabela 4: O PSD da Formulação 4 com PSD d(50%) 0,13 μm.

O desempenho da laminação do pacote de fluido lubrificante de óleo em água de pequeno tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD > 0,5 μm) foi avaliado por um laminador de produção reversível quádruo com largura 1.450 mm. O diâmetro do laminador de trabalho é aproximadamente 350 mm. As tiras usadas são 5 tiras SPHC com espessura de 3,1 mm e largura de 1.010 mm.

A força de laminação constante de aproximadamente 650 ton a aproximadamente 700 ton foi controlada em cada aplicação. Um produto de emulsão tradicional usado nesse laminador de produção foi usado como uma referência para comparação (referido como “óleo 4”).

Com esse procedimento de laminação, entende-se que a lubrificação aprimorada resulte em uma tira de saída com espessura menor após os seis aplicações. Os resultados para os três testes com pacote de fluido lubrificante de óleo em água com pequeno tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD > 0,5 μm) (formulação 4) e para os dois testes com o produto de referência (óleo 4) são 15 mostrados na tabela abaixo:

Os resultados mostram que após seis aplicações, o lubrificante de óleo em água da formulação com pequeno tamanho de partícula (PSD < 1 μm ou PSD > 0,5 μm), formulação 4, resulta em uma tira de espessura menor do que a do óleo 4. Tais resultados demonstram um aprimoramento para laminação de um 2 0 laminador de produção comparado a uma emulsão de laminação convencional, tal como lubrificação aprimorada.

Outros desempenhos importantes para um lubrificante de laminação a frio, tal como anelamento e antiferrugem, foram avaliados com as bobinas após a laminação. Os resultados são mostrados abaixo:

Os resultados mostram que o lubrificante de óleo em água da formulação com pequeno tamanho de partícula (PSD <1 μm ou PSD > 0,5 μm), formulação 4, impede problemas de anelamento e ferrugem, bem como uma emulsão de laminação convencional.

Claims

1. Fluido lubrificante de óleo em água para uso na laminação a frio do aço, caracterizado pelo fato de que compreende uma emulsão de óleo em água, em que a emulsão de óleo em água compreende: (a) uma fase oleosa compreendendo de 25% em peso a 95% em peso de óleo de base, e de 0,2% em peso a 10% em peso de aditivos de lubrificação de extrema pressão, e (b) uma passe aquosa, em que a fase oleosa ainda compreende 5% em peso a 40% em peso de pelo menos um surfactante polimérico e em que a emulsão compreende partículas de fase oleosa com um valor modal de tamanho de partícula d (50%) de 1 μm ou menos, o que significa que 50% da fase oleosa está contida em partículas com tamanho de 1 μm ou menos.

2. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a emulsão compreende partículas de fase aquosa tendo um valor modal de tamanho de partícula d (50%) de 0,5 μm ou menos.

3. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende de 0,5% em peso a 6% em peso de aditivos funcionais na fase oleosa.

4. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido lubrificante compreende de 0,5% em peso a 15% em peso da fase oleosa.

5. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao menos um surfactante polimérico tem um peso molecular médio de 1.000 a 100.000.

6. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao menos um surfactante polimérico compreende surfactante de polímero de bloco de enxerto.

7. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao menos um surfactante polimérico compreende blocos hidrofóbicos tendo um peso molecular médio numérico de ao menos 200.

8. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao menos um surfactante polimérico compreende blocos hidrofílicos tendo um peso molecular médio numérico de ao menos aproximadamente 200.

9. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o óleo base compreende um éster natural, éster sintético, óleo mineral, ou misturas dos mesmos.

10. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os aditivos de lubrificação de extrema pressão são à base de fósforo, à base de enxofre, ou uma mistura dos mesmos.

11. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao menos 50% da fase oleosa está contida em partículas com um tamanho menor do que 1 μm.

12. Fluido lubrificante de óleo em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao menos 50% da fase oleosa está contida em partículas com um tamanho menor do que 0,5 μm.

13. Método de laminação a frio do aço, caracterizado pelo fato de que compreende lubrificar o aço com um fluido lubrificante compreendendo uma emulsão de óleo em água, em que a emulsão compreende: (a) uma fase oleosa, compreendendo de 25% em peso a 95% em peso de óleo de base, e de 0,2 % em peso a 10% em peso de aditivos de lubrificação de extrema pressão, e (b) uma fase aquosa, em que a fase oleosa ainda compreende de 5% em peso a 40% em peso de pelo menos um surfactante polimérico e 0,5% em peso a 6% em peso de outros aditivos funcionais.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a emulsão compreende partículas de fase oleosa tendo um valor modal de tamanho de partícula d(50%) de 0,5 μm ou menos.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a emulsão compreende partículas da fase oleosa tendo um valor modal de tamanho de partícula d(50%) de 1 μm ou menos.

16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o fluido lubrificante compreende de 0,5% em peso a 15% em peso da fase oleosa.

17. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um surfactante polimérico tem um peso molecular médio de 1.000 a 100.000.

18. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ao menos um surfactante polimérico compreende surfactante de polímero de bloco de enxerto.

19. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ao menos um surfactante polimérico compreende blocos hidrofóbicos tendo um peso molecular médio numérico de ao menos 200.

20. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ao menos um surfactante polimérico compreende blocos hidrofílicos tendo um peso molecular médio numérico de ao menos 200.

21. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o óleo base compreende um éster natural, éster sintético, óleo mineral, ou misturas dos mesmos.

22. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os aditivos de lubrificação de extrema pressão são à base de fósforo, à base de enxofre, ou uma mistura dos mesmos.

23. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ao menos 50% da fase oleosa está contida em partículas com um tamanho menor do que 1 μm.

24. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ao menos 50% da fase oleosa está contido em partículas com um tamanho menor do que 0,5 μm.