PL199807B1 - Smar wodorozpuszczalny do obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco - Google Patents

Abstract

Smar wodorozpuszczalny do obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco zawiera związek polimerowy wielkocząsteczkowy, którego cząsteczka posiada grupę imidową i którego wagowo średnia masa cząsteczkowa wynosi 1.000-1.000.000, przy czym zawartość związku polimeru wielkocząsteczkowego wynosi od 1% do 70% masy na 100% masy smaru, zaś współczynnik imidacji związku polimerowego wielkocząsteczkowego wynosi od 1% do 80% molowych. Poza tym smar charakteryzuje się tym, że zawiera związek polimerowy wielkocząsteczkowy „A” uzyskany przez zimidowaną część kopolimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe i ich pochodnych lub związek polimerowy wielkocząsteczkowy „B” uzyskany przez zimidowanie części kopolimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i spośród innych monomerów polimeryzowalnych monomerami stanowiącymi uprzednio wspomniany związek polimerowy wielkocząsteczkowy.

Description

Przedmiotem wynalazku jest smar wodorozpuszczalny do obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco, który jako środek poślizgowy podawany jest pomiędzy matrycę lub tłocznik a przedmiot obrabiany celem zmniejszenia tarcia pomiędzy nimi, a tym samym poprawiający sprawność tej obróbki. W szczególności smar będący przedmiotem wynalazku używany jest jako środek poślizgowy w operacjach kucia matrycowego, prasowania wypływowego metali i ciągnienia, zwłaszcza drutu, a także w innych typach obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco.

Znane i używane dotychczas do tego celu smary grafitowe posiadające doskonałą smarowność i własnoś ci antyadhezyjne otrzymywane są przez zdyspersowanie proszku grafitowego w oleju lub wodzie. Jednakże wadą tych smarów jest powodowanie ryzyka, że proszek grafitowy w trakcie jego używania ulegnie rozproszeniu i osadzaniu się na powierzchniach maszyn i urządzeń, powodując niekorzystny wpływ jego oddziaływania na środowisko pracy. Kolejną niekorzystną cechą smaru grafitowego jest to, że proszek grafitowy powoduje zapychanie przewodów rurowych i końcówek wylotowych pokrytych tym smarem, co wiąże się z koniecznością ciągłego ich oczyszczania, ograniczając tym samym wydajność pracy. Poza tym, użyty do przeróbki plastycznej metali proszek grafitowy jest bardzo trudny do usuwania go z powstałych ścieków i zazwyczaj wymaga usuwania go kosztowną metodą spalania lub składowania na wysypisku śmieci.

Powyższe wady i niedogodności usuwają częściowo smary bezgrafitowe takie jak smary krzemowe i smary z kwasem karboksylowym, przy czym znany z japońskiego opisu patentowego wynalazku nr JP-A-59-64698 smar krzemianowy zawiera przykładowo kwas (orto)fosforowy, fosforan, sole metali alkalicznych kwasów krzemianowych i borowych.

Z kolei, z japońskich opisów patentowych wynalazków znane są smary z kwasu karboksylowego zawierające adypiniany i zagęszczacze organiczne (JP-A-55-139498), sole metali alkalicznych kwasu ftalowego i zagęszczacze organiczne (JP-A-58-84898), sole metali alkalicznych aromatycznych kwasów karboksylowych (JP-A-60-1293), zagęszczacze organiczne i sole metali alkalicznych kwasu maleinowego (JP-A-61-103996), zagęszczacze organiczne oraz sole metali alkalicznych kwasu fumarowego (JP-A-58-52395), sole alkaliczne wielokarboksylowych kwasów aromatycznych (JP-A-62-50396), sole metali alkalicznych lub sole metali ziem alkalicznych kwasu lignosulfonowego (JP-A-62-64698) oraz produkty reakcji kwasu wielokarboksylowego z kwasu trójmelitowego i wodorotlenki metali alkalicznych lub wodorotlenki metali ziem alkalicznych (JP-A-63-89592).

Znany jest także z polskiego opisu patentowego wynalazku nr 142820 smar wysokotemperaturowy do bezwiórowej obróbki plastycznej na gorąco metali stosowany w temperaturze powyżej 600°C, zawierający w swym składzie recepturowym smar stały i produkt organiczny rozkładający się na gorąco oraz nieorganiczny dodatek w postaci mieszaniny z trudno rozpuszczalnego lub nierozpuszczalnego polifosforanu, związku boru, krzemianu litowca i organiczny środek stabilizujący.

Podstawową wadą smarów krzemianowych jest to, że ich nielotne składniki lub zmieszane narosty (nagromadzenia) obejmujące nielotne składniki smarów i proszek powstały ze ścierania się metalu mają tendencję do osadzania się we wklęsłościach lub narożnych częściach matryc. W wyniku tego w produkcie obrabianym plastycznie występuje skłonność do tworzenia się niewypełnień wykrojów. Ponadto, smary zawierające karboksylanty i zagęszczacze organiczne, chociaż są wolne od problemów związanych z osadzaniem się narostów na matrycach i niekorzystnych wpływów na środowisko pracy oraz sprawność roboczą, są gorsze od smarów grafitowych zarówno pod względem smarowności, jak i właściwości antyadhezyjnych. Dodatkową wadą smarów krzemianowych jest to, że łączne stosowanie zagęszczaczy w smarach zawierających karboksylanty i zagęszczacze organiczne zwiększa lepkość tych smarów, w wyniku czego ulega zmniejszeniu trwałość matryc, co spowodowane jest zmniejszeniem własności chłodzenia i wzrostem temperatury matryc. Poza tym, zmniejszenie zdolności smaru do poddawania go flokulacji jest niekorzystne, gdyż smar taki nie może być uwolniony do środowiska naturalnego ze względu na zwiększoną wartość COD po oczyszczeniu ścieków.

Celem wynalazku jest opracowanie smaru pozbawionego przytoczonych wyżej wad smarów grafitowych, smarów krzemianowych i smarów z kwasem karboksylowym. W szczególności celem wynalazku jest opracowanie smaru do obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco, rozpuszczalnego w wodzie, łatwo oczyszczanego jak ścieki oraz posiadającego doskonałą smarowność i właściwości antyadhezyjne, przy jednoczesnym znikomym niekorzystnym jego wpływie na środowisko pracy i sprawność operacyjną urządzeń.

W wyniku przeprowadzonych wielu prób i badań nieoczekiwanie stwierdzono, że smar według wynalazku można uzyskać przez zastosowanie specyficznego, rozpuszczalnego w wodzie związku polimePL 199 807 B1 rowego wielkocząsteczkowego, którego cząsteczka molekularna posiada grupę imidową i którego wagowo średnia masa cząsteczkowa znajduje się w obrębie określonego zakresu.

Zgodnie z wynalazkiem istota smaru wodorozpuszczalnego do obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco polega na tym, że zawiera on związek polimerowy wielkocząsteczkowy, którego cząsteczka posiada grupę imidową i którego wagowo średnia masa cząsteczkowa wynosi od 1.000-1.000.000, przy czym zawartość związku polimeru wielkocząsteczkowego wynosi od 1% do 70% masy na 100% masy smaru. Korzystnym jest, gdy związek polimerowy wielkocząsteczkowy jest związkiem „A uzyskanym przez zimidowaną część kopolimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe i ich pochodnych lub jest związkiem polimerowym wielkocząsteczkowym „B uzyskanym przez zimidowanie części kopolimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i spośród innych monomerów polimeryzowalnych monomerami stanowiącymi uprzednio wspomniany związek polimerowy wielkocząsteczkowy. Korzystnym jest także, gdy w smarze tym przynajmniej jeden typ składnika wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych jest kwasem maleinowym lub jego pochodną, a ponadto, gdy w smarze tym współczynnik imidacji związku polimerowego wielkocząsteczkowego wynosi od 1% do 80% molowych.

Zastosowanie w smarze według wynalazku związku polimerowego wielkocząsteczkowego, którego cząsteczka molekularna posiada grupę imidową powoduje, że jego smarowność i własności antyadhezyjne są co najmniej takie same lub lepsze od tradycyjnych smarów grafitowych. Poza tym, smar ten powoduje tylko minimalne brudzenie środowiska wokół maszyn i urządzeń, a także znacznie mniejszy jego niekorzystny wpływ na środowisko pracy w porównaniu do smarów grafitowych czy krzemianowych. Stosowanie do obróbki plastycznej metali na ciepło lub gorąco smaru wodorozpuszczalnego według wynalazku umożliwia znaczną poprawę własności oczyszczania ścieków przez flokulację i zmniejszenie wartości COD obserwowanej po oczyszczaniu z flokulacją i późniejszym oczyszczaniu ścieków. Dodatkowymi zaletami smaru wodorozpuszczalnego według wynalazku są: łatwość uzyskania związku polimerowego wielkocząsteczkowego poprzez imidację różnymi znanymi metodami oraz to, że przynajmniej jeden typ związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych może być kwasem maleinowym lub jego pochodną. Poza tym, efekt, który jest wysoce korzystnym dla procesów przeróbki plastycznej metali w obszarze ciepłym lub gorącym można uzyskać poprzez dostosowywanie w odpowiedni sposób współczynnika imidacji związku polimerowego wielkocząsteczkowego. W konsekwencji smar rozpuszczalny w wodzie według wynalazku posiada doskonałą smarowność i własności antyadhezyjne, w wyniku czego może być korzystnie stosowany w procesach kucia, prasowania wypływowego, ciągnienia drutu i w innych typach przeróbki plastycznej metali wykonywanych w strefach ciepłych lub gorących i wymagających zapewnienia łatwego oczyszczania ścieków.

Przedmiot wynalazku jest niżej opisany w różnych przykładach jego zastosowania, nie ograniczających jego zakresu.

Smar wodorozpuszczalny do obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco zawiera związek polimerowy wielkocząsteczkowy posiadający grupę imidową w swoich cząsteczkach molekularnych. Termin „grupa imidowa dotyczy amidu, który posiada grupę iminową (=NH) i jest powszechnie wytwarzany przez reakcję zachodzącą pomiędzy amoniakiem i bezwodnikiem kwasowym. W przypadku kwasu wytwarzanego przez bezwodnik kwasowy jedynie poprzez podgrzewanie może być także wytworzony z niego imid poprzez podgrzewanie soli amonowej tego kwasu. Możliwe jest na przykład imidowanie bezwodnika maleinowego z gazem amoniakowym, przy czym w przypadku niniejszego wynalazku żadne szczególne ograniczenia nie są narzucone co do metody wytworzenia grupy imidowej w cząsteczce molekularnej związku polimerowego wielkocząsteczkowego. Metoda ta może na przykład obejmować homopolimeryzację imidowanego związku pochodnego uzyskanego poprzez imidowanie kwasu karboksylowego posiadającego podwójne wiązania węglowo-węglowe, lub może obejmować kopolimeryzajcę tego homopolimera z innym monomerem. Alternatywnie, możliwe jest imidowanie homopolimera kwasu karboksylowego posiadającego podwójne wiązania węglowo-węglowe lub podobnego, lub kopolimera tego homopolimera z innym monomerem.

Wagowo średnia masa cząsteczkowa związku polimerowego wielkocząsteczkowego wynosi od

1.000 do 1.000.000, korzystnie od 10.000 do 800.000 lub bardziej optymalnie od 10.000 do 500.000 lub od

20.000 do 300.000, a najkorzystniej od 30.000 do 200.000 lub idealnie od 40.000 do 150.000.

PL 199 807 B1

Nie jest zalecane, aby wagowo średnia masa cząsteczkowa tego związku wynosiła poniżej 1.000, gdyż w tym przypadku smarowność i właściwości antyadhezyjne smaru będą takie same lub gorsze od tych wytwarzanych przez izoftalen sodu/-owy stosowany w tradycyjnych smarach bezgrafitowych. Nie jest również zalecane, aby wagowo średnia masa cząsteczkowa w tym smarze przekraczała 1.000.000, gdyż jego zastosowanie przez rozpylanie będzie zahamowane przez zwiększoną jego lepkość, zabrudzenie matryc i występowanie innych problemów, zaś sam produkt pomimo polepszonej smarowności stanie się trudny do zastosowania. Ponadto, sama zawartość związku polimerowego wielkocząsteczkowego nie jest szczególnie ograniczona i korzystnie wynosi ona od 1% do 70% masy, bardziej optymalnie od 5% do 60% masy, a idealnie od 10% do 50% masy na 100% masy smaru rozpuszczalnego w wodzie dla procesów przeróbki plastycznej metali na ciepło lub gorąco, przy czym zawartość 10%-40% jest szczególnie zalecana. Z kolei, zawartość 1% masy lub większa jest zalecana ze względu na możliwość zminimalizowania jakiegokolwiek pogorszenia się kształtu produktu obrabianego plastycznie wskutek zmniejszenia smarowności, zaś zawartość 70% masy lub mniejsza jest polecana ze względu na możliwość zminimalizowania zwiększenia lepkości, która mogłaby mieć miejsce na skutek zmniejszenia stabilności roztworu smaru i w celu zastosowania jako roztworu „serwisowego poprzez jego rozpylanie w sposób łagodny.

Również, sam związek polimerowy wielkocząsteczkowy nie jest szczególnie ograniczony co do jego budowy, własności i tym podobnych parametrów dopóki jego cząsteczka molekularna posiada grupę imidową. Przykładowo, jako związek polimerowy wielkocząsteczkowy „A może być stosowany jeden lub więcej typów związku polimerowego wielkocząsteczkowego uzyskanego przez imidowanie części (ko)polimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe i ich pochodnych. Mogą to być na przykład kwasy karboksylowe posiadające podwójne wiązania węglowo-węglowe obejmujące: alifatyczne kwasy karboksylowe, alicykliczne kwasy karboksylowe, aromatyczne kwasy karboksylowe. Ponadto, kwasami karboksylowymi posiadającymi podwójne wiązania węglowo-węglowe mogą być także kwasy dwukarboksylowe, kwasy trójkarboksylowe lub podobne, z wyłączeniem kwasów monokarboksylowych. W szczególności przykładami odpowiednich kwasów karboksylowych o podwójnych wiązaniach węglowo-węglowych mogą być: kwas maleinowy, kwas akrylowy, kwas metakrylowy, kwas krotonowy, kwas itakonowy i kwas undecylenowy, przy czym kwas maleinowy jest szczególnie zalecany. Kwasy karboksylowe posiadające podwójne wiązania węglowo-węglowe mogą być stosowane pojedynczo lub w połączeniu ze sobą.

Z kolei, przykładami wspomnianych pochodnych kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe mogą być: estry, chlorki kwasowe, aminy, bezwodniki i tym podobne. W szczególności przykładami takich estrów są maleinian 2-metylowy, maleinian monometylowy, maleinian monoetylowy oraz maleinian monofenylowy, zaś przykładami bezwodników są bezwodnik ftalowy i bezwodnik maleinowy. Pochodne tych kwasów karboksylowych mogą być stosowane pojedynczo lub w połączeniu ze sobą.

Konkretne przykłady związków polimerowych wielkocząsteczkowych „A uzyskanych przez imidowanie części (ko)polimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe i ich pochodnych, obejmują jeden lub więcej typów związków uzyskanych przez imidowanie kopolimerów kwasu akrylowego i bezwodnika maleinowego, związków uzyskanych przez imidowanie kopolimerów kwasu maleinowego lub polimerów kwasu maleinowego akrylowego, związków uzyskanych przez imidowanie kopolimerów akryloamidu i bezwodnika maleinowego i im podobnych.

Z kolei, związkiem polimerowym wielkocząsteczkowym może być również związek „B obejmujący jeden lub więcej typów związków polimerowych wielkocząsteczkowych uzyskanych przez imidowanie części kopolimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych, oraz przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych, i spośród innych monomerów zdolnych do polimeryzacji z monomerami tworzącymi wspomniany wyżej związek polimerowy wielkocząsteczkowy. Określenie „przynajmniej jeden typ związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub jego pochodne użyte wyżej zostało szczegółowo opisane przy omawianiu związku „A.

Przykłady wymienionych wyżej kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowowęglowe obejmują alifatyczne kwasy sulfonowe posiadające podwójne wiązania węglowo-węglowe, alicykliczne kwasy sulfonowe posiadające podwójne wiązania węglowo-węglowe, aromatyczne kwasy sulfonowe posiadające podwójne wiązania węglowo-węglowe i tym podobne. W szczególności przykłady kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe obejmują kwas styreno-sulfonowy, kwas winylo-sulfonowy, kwas winylo-cykloheksylo-sulfonowy i tym podobne. Z kolei, przykładami pochodPL 199 807 B1 nych kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe są estry, chlorki kwasowe, amidy, bezwodniki kwasowe i im podobne. Analogicznie jak przy związku „A kwasy sulfonowe o podwójnych wiązaniach węglowo-węglowych mogą być stosowane pojedynczo lub w połączeniu ze sobą.

Użyty wyżej termin „inne monomery odnosi się do monomerów, które mogą tworzyć wspomniane związki polimerowe wielkocząsteczkowe, mogące być poddane polimeryzacji z kwasami karboksylowymi posiadającymi podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnymi oraz kwasami sulfonowymi posiadającymi podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnymi i które są monomerami innymi od kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych oraz kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych. Przykłady tych „innych monomerów obejmują propylen, 1-buten, izobuten, 1-penten, 1-dodecen, 1-tetradecen i inne alfa-olefiny, styren i inne aromatyczne związki winylowe, chlorek winylu i inne fluorowcowane związki winylu/-owe, butadien, izopropylen i inne związki oparte na dienie, związki oparte na fenolu posiadające grupy winylowe, allilowe i inne alkenylowe, ich pochodne (estry) i tym podobne. Spośród tych związków w szczególności stosowane są alfa-olefiny. Stosowanie izobutenu w smarze jest szczególnie zalecane ze względu na wyjątkową odkształcalność błony, wytrzymałość błony pokrywającej oraz zlepność błony pokrywającej, jak również odpowiednią zdolność dostosowania się błony pokrywającej podczas obróbki plastycznej metalu. Monomery te mogą być stosowane pojedynczo lub w połączeniu ze sobą.

Niżej podano przykłady wykonania związku polimerowego wielkocząsteczkowego „B uzyskanego przez imidowanie części kopolimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych oraz przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i spośród innych monomerów zdolnych do polimeryzacji z monomerami tworzącymi uprzednio wspomniany związek polimerowy wielkocząsteczkowy, a mianowicie są nimi:

P r z y k ł a d 1

Kopolimery przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych.

P r z y k ł a d 2

Kopolimery przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i przynajmniej jednego innego monomeru zdolnego do polimeryzacji z monomerami tworzącymi uprzednio wspomniany związek polimerowy wielkocząsteczkowy.

P r z y k ł a d 3

Kopolimery przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych, przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i przynajmniej jednego innego monomeru zdolnego do polimeryzacji z monomerami tworzącymi uprzednio wspomniany związek polimerowy wielkocząsteczkowy.

Doprecyzowanie powyższych przykładów obejmuje związki uzyskane przez imidowanie kopolimeru izobutenu i bezwodnika maleinowego, związki uzyskane przez imidowanie kopolimerów kwasu styrenosulfonowego i bezwodnika maleinowego, związki uzyskane przez imidowanie kopolimerów kwasu akrylowego lub kwasu metakrylowego i bezwodnika maleinowego, związki uzyskane przez imidowanie kopolimerów izobutenu, kwasu akrylowego lub kwasu metakrylowego i bezwodnika maleinowego, lub im podobnych.

Opisany wyżej związek polimerowy wielkocząsteczkowy w smarze rozpuszczalnym w wodzie stosowany dla procesów obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco jest powszechnie dodawany jako sól sodowa, sól potasowa lub inna sól metali alkalicznych, lub sól amonowa, lub inna sól, przy czym uprzednio wspomniany związek polimerowy obejmuje także te sole. Powszechnie wiadomo, że związek polimerowy wielkocząsteczkowy jest obecny w wodzie w stanie jonowym, zaś związek polimerowy wielkocząsteczkowy według wynalazku zawiera również związki w takim stanie jonowym, przy czym związek ten może być stosowany pojedynczo lub jako połączenie dwóch lub więcej ich typów.

Żadne szczególne ograniczenia nie zostały narzucone w odniesieniu do proporcji grupy imidowej obecnej w cząsteczce molekularnej związku polimerowego wielkocząsteczkowego, przy czym współczynnik imidacji służący jako wskaźnik dla stosunku grupy imidowej obecnej w cząsteczce wynosi normalnie od 1% do 80% molowych, korzystniej od 5% do 75% molowych, a optymalnie od 10% do 70% molowych. Korzystnym jest, aby współczynnik ten wynosił od 1% molowego wzwyż, gdyż wynikająca z tego współ6

PL 199 807 B1 czynnika smarowność i własności będą korzystniejsze niż przy użyciu związków nie imidowanych, jednakże uprzednio wspomniany współczynnik imidacji nie powinien przekraczać 80% molowych, gdyż po przekroczeniu tej wartości napotyka się na trudności techniczne w procesie imidacji. Najkorzystniej jest, aby współczynnik imidacji wynosił 75% molowych lub mniej, gdyż w przypadku przekroczenia 75% molowych wykonanie imidacji wymaga znacznie dłuższego czasu.

Jednym ze składników smaru według wynalazku jest również woda, przy czym nie ma żadnych szczególnych ograniczeń co do jej użycia w związku polimerowym wielkocząsteczkowym. Normalnie przyjmuje się, że ilość wody winna wynosić od 1% do 99,5% masy, a korzystniej od 40% do 95% masy na 100% masy smaru rozpuszczalnego w wodzie według wynalazku. Istnieje możliwość obniżenia lepkości smaru, a ewentualne pogorszenie się jego obrabialności może być kontrolowane przez utrzymywanie zawartości wody na poziomie 10% masy lub wyższym.

Również ewentualny spadek smarowności spowodowany brakiem składnika smarującego może być kontrolowany, a pogorszenia się jakości produktu obrabianego plastycznie można uniknąć poprzez utrzymywanie zawartości wody na poziomie 99,5% masy lub niższym.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia zatem stosowanie smaru, do którego woda została wstępnie dodana, ale także umożliwia dodawanie wody podczas używania smaru celem uzyskania żądanych od niego parametrów. Poza tym, smar według wynalazku może być dalej rozcieńczany wodą w trakcie jego stosowania jeżeli zachodzi taka potrzeba.

Jak podano wyżej, smar rozpuszczalny w wodzie według wynalazku zawiera jako konieczny składnik związek polimerowy wielkocząsteczkowy, przy czym w razie potrzeby mogą być dodawane do niego także różne inne dodatki pod warunkiem, że zostaną zachowane podstawowe parametry użytkowe tego smaru. Przykładami takich dodatków są w szczególności środki przeciwbakteryjne i do zwalczania drobnoustrojów, środki przeciwpieniące, inhibitory korozji, środki powierzchniowo czynne i tym podobne. Możliwe jest także dodawanie związków karboksylowych, dodatków smarnych wysokociśnieniowych (typu EP), stearynianu wapnia lub innych mydeł metalowych, polietylenowych emulsji wodnych, polietylenowych proszków woskowych, proszków poliamidowych, proszków poliimidowych, polietylenowych proszków tereftalanowych lub innych proszków organicznych i tym podobnych, w celu zapobiegania zatarciu i w celu ulepszenia innych cech działania smaru przy różnych jego zastosowaniach, zwłaszcza gdy wytwarzany produkt jest używany w znacznie cięższych warunkach pracy.

Na załączonym rysunku fig. 1 przedstawiono przedmiot ukształtowany metodą przeróbki plastycznej na gorąco, poddawany testowi wyciskania współbieżnego opisanemu w poniższych przykładach, nie ograniczających zakresu stosowania wynalazku.

Zalecana wersja zastosowania wynalazku obejmuje:

1. Przygotowanie smaru rozpuszczalnego w wodzie dla obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco

Smary rozpuszczalne w wodzie dla obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco z przykładów od 1 do 6 i przykładów porównawczych od 1 do 7 zostały przygotowane poprzez zmieszanie składników przedstawionych w tabeli 1 w stosunku przedstawionym w tabeli 2. W celu określenia współczynników imidacji (% molowych) związków polimerowych wielkocząsteczkowych przedstawionych w tabeli 1, zawartość azotowa związków polimerowych wielkocząsteczkowych została zmierzona analizatorem azotu całkowitego (typ TOX-100; Mitsubishi Chemical Corporation), a wynik został przetworzony na współczynnik imidacji. Z kolei, wagowo średnia masa cząsteczkowa została zmierzona przy użyciu chromatografu żelowego (permeacyjnego) typ GPC jako miernika (zgodnie z systemem HPLC, Tosoh Corporation).

T a b e l a 1

		Składnik	Współczynnik imidacji (%)	Wagowo średnia masa cząsteczkowa
1	2	3	4	5
Przykład	1	Sól sodowa imidowanego kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-maleinowego	50	90.000
2	Sól potasowa imidowanego kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-maleinowego	35	90.000
3	Sól sodowa imidowanego kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-maleinowego	13	90.000

PL 199 807 B1 cd. tabeli 1

1	2	3	4	5
	4	Sól sodowa imidowanego kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-maleinowego	64	60.000
	5	Sól sodowa imidowanego kopolimeru akrylowego bezwodnika kwasowo-maleinowego	50	50.000
	6	Sól sodowa kopolimeru bezwodnika izobute- no(wo)-maleinowego	0	180.000
	7	Sól sodowa kopolimeru bezwodnika izobute- no(wo)-maleinowego	0	6.000
	8	Sól sodowa imidowanego kopolimeru akrylowego bezwodnika kwasu maleinowego	50	1.200.000
Przykład porównawczy	9	Sól sodowa polistyreno-sulfonowego kopolimeru kwasowo-styrenowego	0	20.000
10	Sól sodowa imidowanego kopolimeru kwasu akrylowego	50	500
	11	Izoftalan sodowy	-	-
	12	Metakrzemian sodu	-	-
	13	Hydroksy-etylo-celuloza	0	720.000
	14	Grafit (wielkość cząsteczki: 5 mM)	-	-

Tabela 2

	Przykład	Przykład porównawczy
1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6	7
1	Sól sodowa imidowanego kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-maleinowego	25
2	Sól potasowa imidowanego kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-maleinowego		25
3	Sól sodowa imidowanego kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-malemowego			25
	Sol sodowa imidowanego kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-malemowego				25
5	Sól sodowa imidowanego kopolimeru akrylowego bezwodnika kwasowomaleinowego					25	13
6	Sól sodowa kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-maleinowego							25
7	Sól sodowa kopolimeru bezwodnika izobuteno(wo)-malemawego								25
8	Sól sodowa imidowanego kopolimeru akrylowego bezwodnika kwasu maleinowego									25
9	Sól sodowa polistyreno-sulfonowego kopolimeru kwasowo-styrenowego										25
10	Sól sodowa imidowanego kopolimeru kwasu akrylowego											25
11	Izoftalan sodowy												25
12	Metakrzemian sodu													5
13	Hydroksy-etylo-celuloza													5
14	Grafit													25
	Środek przeciwbakteryjny/środek do zwalczania drobnoustrojów	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
	Woda	reszta	reszta

PL 199 807 B1

2. Ocena działania smarowności

Smary rozpuszczalne w wodzie dla obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco podane w przykładach od 1 do 6 oraz przykładach porównawczych od 1 do 7 (tabele 1 i 2) zostały rozcieńczone 10-krotnie w wodzie w celu przygotowania roztworów rozcieńczonych. Smarowność została oceniona poprzez pokrycie matrycy uprzednio wspomnianymi roztworami rozcieńczonymi w warunkach badawczych i pokrycie jej według warunków przedstawionych w tabeli 3 oraz przez wykonanie testu wyciskania współbieżnego, przy czym wyniki tej oceny przedstawiono w tabeli 4.

Maksymalne obciążenie wyciskania (t) podane w tabeli 4 dotyczy średniej wartości obciążenia przyjętej z trzech etapów badań. Długość wyciskania (mm) jest długością „L (podaną na rys. 1) po odliczeniu grubości kołnierza i dotyczy również średniej wartości przyjętej z trzech etapów badań.

Przy ocenie smarowności, długości wyciskania i maksymalne obciążenia wyciskania zostały skorelowane o przypadki, gdzie długość wyciskania była znaczna, a tym samym, że maksymalne obciążenie wyciskania uległo zmniejszeniu. Zgodnie z tym, mniejsze maksymalne obciążenie wyciskania i większa długość wyciskania wskazywały na lepszą smarowność, która została oceniona w oparciu o podany niżej sposób:

<1> „© - wartość wyższa od przykładu porównawczego 7 (wskazuje na smar grafitowy) <2> „O - wartość równa z przykładem porównawczym 7 <3> „Δ - wartość nieco mniejsza od przykładu porównawczego 7, ale wyższa od przykładu porównawczego 6 (wskazuje na smar karboksylowy) <4> „X - wartość równa lub mniejsza od przykładu porównawczego 6.

Tabela 3

Warunki kontrolne	Maszyna testowa	KOMASTU MAYPRES 300Ton
Odstęp między matrycą dolną i górną	5,7 mm
Prędkość robocza	około 200 mrn/g (50 spm)
Matryca	Materiał	SKD-ól (HRC 55)
Powierzchnia	Wygładzana papierem ściernym #320
Temperatura	220°C (Tylko dolna matryca była podgrzewana)
Próbka do badań	Materia!	S45C (*JIS)
Wymiary	£30x30 mm
Temperatura	1000°C (czas nagrzewania 10 minut)
Liczba cykli testowych	3
Warunki pokrycia	Natryskowe (spray)	Sprzęt	wytrzymały bez powietrza
Średnica dyszy	fi),6 mm (natrysk okrąży)
Tempo wyładowania	3 ml/s
Czas trwania pokrywania	1 s
Podmuch powietrza	Nie było

* JIS - wg Japońskich Norm Przemysłowych

Tabela 4

	Przykład	Przykład porównawczy
1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6	7
Długość wyciskania (mm)	24,8	24,3	23,7	24,5	24	24,4	24,1	23	24	22,9	20,4	21,8	23,1
Maksymalne obciążenie wyciskania (t)	70,3	71,2	71,8	70,8	72	71,1	72,3	75,1	72	75,5	93,5	92	74,2
Ocena smarowności	©	©	©	©	©	©	©	Δ	©	Δ	X	X	O
Środowisko robocze	©	©	©	©	©	©	©	©	O	©	©	©	X
COD po oczyszczeniu ścieków	©	©	©	©	©	©	O	O	O	Δ	©	X	Δ

PL 199 807 B1

3. Ocena środowiska roboczego

Środowisko robocze zostało ocenione zgodnie z następującym sposobem poprzez wizualną ocenę zakresu, w jakim smar został rozproszony podczas jego użycia, w jakim zakresie został osadzony na maszynie lub zabrudził obszar wokół maszyny (środowisko pracy). Wyniki tej oceny zostały przedstawione w tabeli 4, w której:

<1> „© - wartość równa lub wyższa od przykładu porównawczego 6 (wskazuje na smar karboksylowy) <2> „O - wartość mniejsza od przykładu porównawczego 6, ale równa lub wyższa od przykładu porównawczego 7 (wskazuje na smar grafitowy) <3> „X - wartość równa lub mniejsza od przykładu porównawczego 7.

4. Ocena podatności na oczyszczanie ścieków

Przeprowadzono oczyszczanie z flokulacją i oceniono podatność na oczyszczanie ścieków zgodnie z podaną niżej metodą.

W szczególności, został dodany kwas siarkowy i ustalone zostały warunki kwasowe (pH = 3 do 4) przy mieszaniu z prędkością 120-150 obrotów/minutę w rozcieńczonych roztworach uzyskanych metodą, w której każdy ze smarów rozpuszczalnych w wodzie do obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco uzyskanych w przykładach od 1 do 6 i przykładach porównawczych od 1 do 7 został rozcieńczony dziesięciokrotnie w wodzie. Następnie dodano siarczan glinowy (8% w odniesieniu do Al2O3), po czym dodany został środek zobojętniający w postaci wodnego roztworu wodorotlenku sodowego w celu podniesienia pH z 6 do 8. Otrzymaną mieszaninę mieszano dalej mechanicznie z prę dkoś cią 30-60 obrotów/minutę , po czym dodano 25 ppm flokulanta polimeru anionowego jako środka podnoszącego skłaczkowacenie (typ EDP Flock 353, Kurita Water Industries Ltd.). Otrzymaną mieszaninę odstawiono na czas 30 minut, po czym jej nadsącz odfiltrowano przy użyciu bibuły filtracyjnej nr 5A. Następnie zmierzono wartości COD filtratów metodą miareczkowania z nadmanganianem potasu (JIS K 0102). Podatność na oczyszczanie ścieków oceniono przez przypisanie „© tym przykładom, które miały wartość COD oczyszczania poflokulacyjnego niższą niż 1.000 ppm, „O tym przykładom o wartości 1.000 ppm lub wyższej ale mniejszej niż 5.000 ppm, „Δ tym przykładom o wartości 5.000 ppm lub wyższej ale mniejszej niż 10.000 ppm, a „X tym przykładom o wartości 10.000 ppm lub wyższej. Wyniki zostały przedstawione w tabeli 4.

5. Wyniki przykładów

Wyniki podane w tabeli 4 ujawniają, że przykład porównawczy 7, który jest smarem grafitowym, znanym dotychczas i szeroko używanym, wykazywał dość dobrą smarowność, ale miał słabą wartość COD po oczyszczaniu ścieków i słabe wyniki środowiska roboczego. Ponadto, przykład porównawczy 6, którym jest smar niegrafitowy, wykazał dobre wyniki dla środowiska roboczego, ale został oceniony jako posiadający słabą smarowność i słabą wartość COD po oczyszczaniu ścieków.

Przykłady porównawcze 1, 2 i 4, którymi są smary rozpuszczalne w wodzie przeznaczone dla obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco, i posiadające wskaźnik imidacji związku polimerowego wielkocząsteczkowego wynoszący 0% (tzn. żadna grupa imidowa nie była obecna w cząsteczce), zostały ocenione jako posiadające słabsze wartości COD po oczyszczaniu ścieków niż te w przykładach. Ponadto, smarowność przykładów porównawczych 2 i 4 została oceniona jako słabsza od zadowalającej. Przykład porównawczy 3, który zawiera związek polimerowy wielkocząsteczkowy o wagowo średniej masie cząsteczkowej przekraczającej górną granicę tego wynalazku, został również oceniony jako posiadający gorszą od zadowalającej wartość COD po oczyszczaniu ścieków, podczas gdy przykład porównawczy 5 zawierający związek polimerowy wielkocząsteczkowy, którego wagowo średnia masa cząsteczkowa jest niższa od dolnej granicy tego wynalazku, został oceniony jako posiadający dobrą wartość COD po oczyszczaniu ścieków, lecz o smarowności niższej od wymaganej.

W przeciwieństwie do powyższych przykładów, każdy ze smarów rozpuszczalnych w wodzie przeznaczonych dla obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco objętych przykładami od 1 do 6, wchodzącymi w zakres tego wynalazku, posiadał niskie obciążenia wyciskania (od 70 do 72 ton) i znaczne długości wyciskania (24 mm lub dłuższe), zaś wyniki te zostały ocenione jako wskazujące na wyjątkowo dobrą smarowność. Ponadto, wyniki środowiska roboczego i wartości COD po próbach oczyszczania ścieków podane w przykładach od 1 do 6 zostały ocenione jako wyjątkowo dobre we wszystkich przypadkach.

Powyższe wyniki wskazują, że smar nawet o różnych wyjątkowych własnościach można uzyskać przez dostosowywanie istoty tego wynalazku z użyciem związku polimerowego wielkocząsteczkowego, którego cząsteczka zawiera grupę imidową i którego wagowo średnia masa cząsteczkowa jest zoptymalizowana.

Claims (5)

1. Smar wodorozpuszczalny do obróbki plastycznej metali na ciepło lub na gorąco, znamienny tym, że zawiera związek polimerowy wielkocząsteczkowy, którego cząsteczka posiada grupę imidową i którego wagowo ś rednia masa czą steczkowa wynosi od 1.000-1.000.000.

2. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość związku polimeru wielkocząsteczkowego wynosi od 1% do 70% masy na 100% masy smaru.

3. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera związek polimerowy wielkocząsteczkowy „A uzyskany przez zimidowaną część kopolimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe i ich pochodne lub związek polimerowy wielkocząsteczkowy „B uzyskany przez zimidowanie części kopolimeru przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i przynajmniej jednego typu związku wybranego spośród kwasów sulfonowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych i spoś ród innych monomerów polimeryzowalnych monomerami stanowią cymi uprzednio wspomniany związek polimerowy wielkocząsteczkowy.

4. Smar według zastrz. 3, znamienny tym, że przynajmniej jeden typ składnika wybranego spośród kwasów karboksylowych posiadających podwójne wiązania węglowo-węglowe lub ich pochodnych jest kwasem maleinowym lub jego pochodną.

5. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że współczynnik imidacji związku polimerowego wielkocząsteczkowego wynosi od 1% do 80% molowych.