PT93783B

PT93783B - Processo para a preparacao de um fluido lubrificante para a laminagem a frio do aco

Info

Publication number: PT93783B
Application number: PT93783A
Authority: PT
Inventors: Ernesto Brandolese
Original assignee: Agip Petroli
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1996-09-30
Also published as: AU5360990A; GR3006890T3; PL162975B1; IT8920191A0; EP0393749B1; IT1230064B; CN1019983C; HU209555B; DK0393749T3; CN1047107A; PT93783A; RU2040537C1; HUT54201A; EP0393749A2; ES2038479T3; EP0393749A3; ATE84061T1; AU622309B2; BR9001819A; DE69000683D1

Description

PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UM FLUIDO LUBRIFICANTE

PARA A LAMINAGEM A FRIO DO AÇO”

AGIP PETROLI S.p.A.

A presente invenção tem como objecto o emprego de ésteres de alquilo ou de cicloalquilo do ãcido carbónico para a preparação de fluidos lubrificantes apropriados para a laminagem a frio de aço e os fluidos lubrificantes que contêm esses ésteres de ácido carbónico que assim se obtêm.

A escolha do fluido lubrificante nos processos de laminagem do aço e, em particular, nos processos de laminagem a frio, tornou-se extremamente crítica com o aparecimento dos laminadores a alta velocidade. A razão pela qual se interpõe um fluido lubrificante entre o material que deve ser laminado e os cilindros que produzem a deformação plástica é de facto mais do que uma (diminuição do atrito, redução do desgaste, controlo da temperatura, realização do acabamento superficial pretendido, etc.) e, para a escolha do fluido lubrificante mais apropriado, é necessária uma atenta classificação da importância relativa desses factores de acordo com o processo utilizado, o material a laminar e o produto pretendido.

Entre os fluidos lubrificantes apropriados para esse processo particular, os mais largamente empregados actualmente são as substâncias gordas naturais e os ésteres gordos sintéticos, tal e qual ou, preferivelmente, diluídos num óleo de base mineral. Estes lubrificantes são utilizados como tais ou, após adição prévia de quantidades apropriadas de agentes emulsionantes, são utilizados para a preparação de emulsões aquosas de concentração variável.

Como é óbvio, as emulsões aquosas são principalmente utili. zadas quando o factor de importância predominante é o controlo da temperatura, enquanto os óleos completos são preferencialmente empregados quando é o efeito lubrificante que deve ser prevalacente ou quando a presença de água pode originar problemas de corrosão particulares.

Na escolha de um lubrificante apropriado para a laminagem de aço a frio, é no entanto necessário ter presente também um ou tro factor extremamente importante do ponto de vista técnico que é o facto de o lubrificante não dever manchar o produto. De maneira particular, de facto, quando o produto pretendido deve ter um acabamento brilhante após a laminagem a frio ou quando tem de ser revestido, é necessário que o lubrificante empregado não dei. xe, no processo de recozimento que é realizado a altas temperatu ras, resíduos prejudiciais ou que diminuam o aspecto da superfície .

A possibilidade de eliminar completamente o óleo de laminagem, antes do recozimento, com procedimentos especiais de polimen to ou de desengorduramento, é um processo óbvio que, porém, faz aumentar excessivamente os custos de produção. Além disso, se uma lâmina, cuja superfície é demasiadamente polida, for submetida a recozimento a alta temperatura, as espiras adjacentes de um enrolamento podem aderir uma ã outra.

Na prática normal, procura-se, portanto, reduzir o mais po£ sível este problema eliminando o excesso de lubrificante por esfregamento ou por meio de jactos de ar, deixando depois evaporar o lubrificante que permanece ou num intervalo do processo, imedia tamente antes do recozimento ou nas primeiras fases do recozimento propriamente dito.

Mas como, no entanto, não se obtém deste modo a remoção completa do lubrificante, pode compreender-se a razão por que, nos últimos vinte anos, se têm realizado estudos semelhantes com o fim de proporcionar e aperfeiçoar fluidos lubrificantes apropriados para o processo de laminagem a frio do aço, que permitam a eliminação ou, pelo menos, a redução máxima possível do proble ma da formação de manchas.

Passou-se, portanto, do tradicional óleo de origem animal ou vegetal, como óleo de sebo ou óleo de palma, eventualmente misturado com óleo mineral, para uma mistura deste último com aditivos sintéticos, como, de maneira particular, os ésteres gor dos sintéticos que têm conseguido realizar uma redução de um tal fenómeno .

A requerente descobriu agora que é possível obter fluidos de lubrificação apropriados para a laminagem a frio de aço que, além de possuírem todas as características típicas dos fluidos para a laminagem de metais, são também aptos para minimizar a formação de resíduos carbonosos e de depósitos no processo de recozimento subsequente.

Esses fluidos lubrificantes, que representam um primeiro objecto da presente invenção, compreendem um ou mais carbonatos orgânicos de fórmula geral (I)

RO- C-OR' ll na qual os símbolos R e R', iguais ou diferentes, representam,cada um, um radical alquilo, cicloalquilo ou cicloalquil-alquilo, de cadeia linear ou ramificada, que contém entre seis e trinta átomos de carbono, eventualmente misturados, em quantidade suficiente para fornecer à composição o poder lubrificante necessário para um emprego particular, com um óleo de base mineral.

Na prática, essa quantidade suficiente, expressa como percentagem em peso em relação ao peso total da composição, é geralmente 5% preferivelmente 10% e, ainda mais preferivelmente, 15%.

Os símbolos R e R' indicados na fórmula geral (I) represen tam radicais alquilo, cicloalquilo e cicloalquil-alquilo, de cadeias lineares ou ramificadas, que contêm seis a trinta átomos de carbono, em que o átomo de carbono do radical pode ser primário, secundário ou terciário.

Preferivelmente, os símbolos R e R' representam radicais alquilo de cadeia linear ou ramificada, que contêm entre seis e trinta átomos de carbono. Ainda mais preferivelmente, os símbolos R e R' representam radicais alquilo de cadeia linear ou ramificada que contêm entre dez e vinte átomos de carbono.

Os ésteres do ácido carbónico com álcoois alifáticos ou ci. cloalifáticos superiores de fórmula geral (I) são compostos conhecidos, facilmente preparáveis ou por transesterificação de carbonatos de alquilo inferiores, por exemplo carbonato de dimetilo ou carbonato de dietilo, com álcoois superiores, ou misturas de álcoois superiores, na presença de catalisadores de trasesterificação convenientes, ou por reacção do álcool superior ou misturas de álcoois superiores com fosgénio, a altas temperaturas e preferivelmente na presença de uma base orgânica ou inorgânica .

-6Ο efeito lubrificante dos ésteres de ácido carbónico de ál coois superiores é conhecido por meio da patente de invenção nor te-americana N2. 2 758 975, em que se reivindica uma composição particular de carbonatos orgânicos e de fosfatos de tricresilo, e por meio do pedido de patente de invenção europeia N2. 89 709, relativa ao emprego de carbonatos orgânicos na formulação de lubrificantes para motores de combustão interna e/ou para máquinas industriais.

A requerente descobriu agora, no entanto, que as características lubrificantes desses carbonatos orgânicos podem ser uti. lizadas também para o campo particular da lubrificação no trabalho mecânico dos aços que, tal como se sabe, se diferencia notavelmente da lubrificação convencioanl quer pelos objectivos mais complexos que é preciso atingir quer pelo tipo de deformações en volvidas (plásticas e não apenas elásticas).

A requerente descobriu ainda que as características de estabilidade térmica dos carbonatos orgânicos de fórmula geral (I), assim como de volatilidade são tais que tornam estes compostos particularmente apropriados para a sua utilização no sector da laminagem a frio de aços.

Em particular, a análise termogravimêtrica evidenciou que os carbonatos orgânicos de fórmula geral (I) são substâncias dotadas de uma boa estabilidade térmica até pontos de temperatura que se podem atingir durante a laminagem (250 - 270°C) e em posi ção de se evaporarem completamente a temperaturas bem mais bai-7-

xas do que as temperaturas normais de recozimento (tipicamente compreendidas entre 650° e 730°C).

Além disso, estes compostos têm também a propriedade peculiar de se evaporarem sem decomposição excessiva num intervalo relativamente apertado de temperaturas.

fluido lubrificante constituído por um ou mais carbonatos de fórmula geral (I), eventualmente misturados com o óleo de base mineral, que pode ser do tipo parafínico, aromático ou nafténico, pode convenientemente ser empregado como óleo completo na lubrificação a frio de todo e qualquer tipo de aço desde os aços normais com um baixo teor de carbono aos aços inoxidáveis.

Além disso, pode também ser empregado, após adição prévia de quantidades apropriadas de agentes emulcionantes, como concen trado oleoso para a formação de micro-emulsões ou de emulsões es tãveis com uma proporção menor desse concentrado numa proporção maior de ãgua.

Na preparação destas emulsões ou micro-emulsões, para as quais a técnica de preparação consiste na prática convencional, é preferível empregar misturas de um ou mais carbonatos de fórmu la geral (I) com um óleo de base mineral que contém agentes emul sionantes apropriados em uma quantidade suficiente para permitir a preparação da emulsão ou da micro-emulsão aquosa com a concentração pretendida.

-8r ί

Os agentes emulsionantes apropriados são todos os agentes tensio-activos não iónicos e iónicos sem cinzas, tais como, por exemplo, os ésteres e os ésteres de poli-óxido de etileno e, em particular, os alquil-fenóis etoxilados, como, por exemplo, os (r) comercializados pela firma Hoechst, tais como Emulsogen^ou Sapo genatou os comercializados pela firma Huls, como Marlophen

Preferivelmente, o teor de carbonatos orgânicos de fórmula geral (I) desse concentrado oleoso está compreendido entre 5 e 65Z e ainda mais preferivelmente entre 10 e 50Z.

Se assim se pretender, estas emulsões ou micro-emulsões po derao conter também outros aditivos convencionais, tais como agentes anticorrosivos, agentes antidesgaste, etc., como se sabe neste campo.

Geralmente, a concentração da fase oleosa em água varia en tre 1 e 5% e, preferivelmente, anda à volta de cerca de 2 a 3L

De maneira particular, prefere-se empregar a emulsão ou a micro-emulsão aquosa assim obtida no oleamento e na laminagem do aço com laminadoras Quarti ou Tandem, enquanto se prefére a técnica do óleo completo para a laminagem a frio em laminadoras reversíveis do tipo Sendzimir.

Os Exemplos seguintes têm como único objectivo descrever com maior pormenor algumas composições lubrificantes representativas da presente invenção, mas não devem de forma alguma ser interpretados como constituindo uma limitação do objectivo da própria invenção.

EXEMPLOS

Exemplo 1

Sintese dos Ésteres de Ácido Carbónico de Fórmula geral (I)

Método Geral

A aparelhagem de síntese ê constituída por um balão de três tubuladuras, com camisa e termostatizado mediante um fluido de circulação externa, em cuja parte superior se instala uma coluna de destilação de pratos perfurados com cabeça de divisão de líquido, munido de agitador magnético e de termómetro.

No balão, carrega-se um carbonato de um álcool de baixo ponto de ebulição (carbonato de dimetilo), o álcool superior ou a mistura de álcoois superiores, numa quantidade pelo menos igual ã estequeométrica, isto é, o dobro do número de moles em relação ãs moles do carbonato de alquilo inferior e, preferivelmente, num pequeno excesso em relação à quantidade estequiométrica, e o catalisador de trans-esterificação, constituído por um composto orgânico ou inorgânico de carácter fortemente básico.

A reacção realiza-se sob atmosfera inerte, aquecendo a mijs tura reaccional ã temperatura de ebulição e afastando da cabeça o álcool de baixo ponto de ebulição que se forma. Nestes casos, a reacçao realizou-se na presença de um dissolvente inerte que forma uma mistura azeotrópica mínima com o álcool de baixo ponto de ebulição, de maneira a favorecer assim a eliminação por desti. lação. No fim da reacção, pode eliminar-se o catalisador (por la vagem com água, filtração ou neutralização) eo produto da reacção pode ser recuperado eliminando por destilição os subprodutos não pretendidos e o eventual excesso de álcoois superiores que não reagiram.

Obtêm-se desta maneira, partindo das seguintes misturas de álcoois superiores convenientes, as correspondentes misturas de carbonatos orgânicos de fórmula geral (I) de que se indicam, entre parêntesis, os pesos moleculares :

A) a partir da mistura de álcoois isodecílicos (342,6);

B) a partir de álcool n-decííico (342,6);

C) a partir da mistura a 50% em peso em álcoois ramificados em ^C14^C15 ⁽⁴⁶⁸^

D) a partir da mistura de álcoois iso-tridecílicos (50% em peso) e de álcoois em que são constituídas por 40% de álcoois lineares e 60% de álcoois remificados (50% em peso) (430,2 médio);

E) a partir da mistura de oxo-álcoois em (442,0 valor médio).

Exemplo 2

Prepara-se uma formulação constituída por 30% do éster de ácido carbónico do Exemplo 1 A), em óleo mineral parafínico de baixa viscosidade, para se empregar como óleo completo para a la minagem de aço em laminador reversível Sendzimir. 0 poder lubrificante desta composição, avaliado pelo ensaio realizado na máquina Almen-Wieland, é igual a 1850 Kg, enquanto o poder EP, determinado pelo ensaio das quatro esferas (Four-Ball Method), rea lizado de acordo com a norma específica internacional ASTM D-2783, foi igual a 400 daN com uma máxima de 80 daN, com ausência de gripagem.

Exemplo 3

Prepara-se uma formulação constituída por 35% do éster do ácido carbónico do Exemplo 1 B), em óleo mineral parafínico de baixa viscosidade, a empregar-se como óleo completo para a laminagem de aço em laminador reversível de Sendzimir.

poder lubrificante dessa composição, avaliado pelo ensaio com a máquina Almen-Wieland, é igual a 1900 Kg, enquanto o poder

EP, avaliado pelo ensaio de quatro esferas, é igual a 420 daN

-12com uma carga máxima, na ausência de gripagem, de 90 daN.

Exemplo 4

Prepara-se uma micro-emulsão transparente a 2 - 3Z em ãgua de uma fase oleosa constituída por 35£ do éster do ácido carbóni_ co do Exemplo IC), por 45^ de óleo mineral parafínico e por 20X de agentes emulsionantes aniónicos da classe dos alquil-fenóis etoxilados.

Esta formulação é convenientemente empregada para a lamina gem a frio de aço em laminadores Tandem. O poder lubrificante dessa emulsão, determinado pelo ensaio com a máquina de Almen-Wieland, tem o resultado de 2750 Kg, enquanto o poder EP, avaliado pelo ensaio de quatro esferas, é igual a 110 daN com uma carga máxima na ausência de gripagem de 60 daN. O grau de polimento das cintas depois da laminagem tem resultados sempre superiores a 90Z (ensaio designado por Scotch Test), enquanto a quan tidade de pó carbonoso depois do cozimento é em média igual a 2,5 mg/m².

Exemplo 5

Prepara-se uma emulsão leitosa com 2 - 3Z em água de uma fase oleosa constituída por 45Z do éster do ácido carbónico do

Exemplo 1 D), 37Z de óleo mineral parafínico e 18Z de agentes

emulsionantes, como no Exemplo anterior.

Esta formulação é convenientemente empregada na laminagem de aço a frio em laminadores Quarti. 0 poder lubrificante desta emulsão, determinado pelo ensaio com a máquina de Almen-Wieiand, é igual a 1950 Kg, enquanto o poder EP, determinado pelo ensaio com quatro esferas, foi de 160 daN com uma carga máxima na ausên cia de gripagem de 75 daN. O grau de polimento das cintas depois da laminagem foi sempre superior a 90Z (ensaio designado por

Scotch Test), enquanto a quantidade de pó carbonoso após recozi2 mento e inferior a 4 mg/m .

Antes da utilização no laminador, o produto concentrado foi submetido a análise termogravimétrica a fim de se avaliar, medindo a perda de peso do mesmo em função da temperatura, quer a velocidade de evaporaçao quer a estabilidade térmica. Na prática, uma pequena quantidade desse produto, colocada numa microcápsula de platina ligada a uma balança, é aquecida com um gradien te previamente fixado de velocidade de aumento de temperatura, registando-se as variações de peso em função da temperatura.

Durante a experiência, calcula-se e regista-se simultaneamente também a primeira derivada da curva peso/temperatura, obtendo-se assim uma curva que fornece uma ideia da velocidade de evaporação da mesma substância.

termograma relativo a este produto está representado na

Figura la. Desse gráfico pode concluir-se que a temperatura ã

-14£ qual toda a substancia desaparece (T ) e decisivamente inferior às temperaturas de recozimento do aço (455°C em comparação com as temperaturas de recozimento geralmente compreendidas entre 650 e 730°C) e que a temperatura à qual se atinge a velocidade máxima de evaporação (T^) θ semelhantemente mais alta do que os valores de temperatura que se podem atingir durante a laminagem (300°C em comparação com 250 - 270°C que se podem atingir durante a laminagem a frio), demonstrando, portanto, a boa estabilida de térmica do éster de ácido carbónico contido na emulsão ã temperatura de laboração.

Exemplo 6

Avalia-se a estabilidade térmica da mistura de carbonatos do Exemplo 1 E) mediante análise termogravimétrica, utilizando a maneira de proceder descrita no Exemplo anterior.

termograma respectivo é representado na Figura lb. Também neste caso se pode notar uma T (425°C) igualmente inferior ã temperatura de recozimento e uma temperatura (310°C) igualmente mais alta do que os valores de temperatura que se podem atingir no processo de laminagem a frio.

Exemplos 7 e 8 (Comparativos)

Avalia-se a estabilidade térmica dos lubrificantes para la minagem convencionais mediante análise termogravimétrica, utilizando a maneira de proceder que se descreveu no Exemplo 5. Em particular, os lubrificantes convencionais utilizados pertencem ã classe dos ésteres gordos naturais, em particular óleo de sebo, e ã classe dos ésteres gordos sintéticos, em particular oleatos.

Os termogramas respectivos estão representados na Figura 2a e 2b, respectivamente.

Como se pode verificar, a , em ambos os casos (205 e 220°C), ê inferior aos valores dos pontos de temperatura que se atingem na laminagem a frio, o que podia implicar uma decomposição parcial do lubrificante durante a laboração. No que diz respeito aos valores de T , no caso dos ésteres gordos naturais

CL (655°C), eles estão precisamente compreendidos dentro do interva lo de temperaturas de recozimento, o que implica a possibilidade de formação de importantes depósitos carbonosos sobre a superfície do material durante essa operação, enquanto no caso dos éste res gordos sintéticos, não sendo no entanto superior (520°C), é todavia bastante vizinha das temperaturas convencionais de recozimento .

Como se pode também concluir comparando as Figuras la e lb com as Figuras 2a e 2b, no caso dos ésteres do ácido carbónico, o pico de velocidade máxima da curva derivada é único e extrema-16-

mente apertado, enquanto no caso dos ésteres gordos, naturais ou sintéticos, é duplo e alargado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1.- Processo para a preparação de um fluido lubrificante para a laminagem a frio do aço, caracterizado pelo facto de se fazerem reagir ésteres alquílicos ou cicloalquílicos do ãcido car bónico para se obter um fluido lubrificante final que compreende um ou mais carbonatos orgânicos de fórmula geral (I)

RO-C -OR’ fl na qual os símbolos R e R', iguais ou diferentes, representam, cada um, um radical alquilo, cicloalquilo ou cicloalquil-alquilo, de cadeia linear ou ramificada, contendo 6 a 30 átomos de carbono, e de se misturarem eventualmente estes últimos com um óleo de base mineral em uma quantidade suficiente para proporcionar à com-18- posição o poder lubrificante necessário para a utilização particular.
2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o carbonato orgânico ou os carbonatos orgânicos de fórmula geral (I) se encontrarem presentes na composição numa pro porção em peso maior do gue 5%.
3. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o carbonato orgânico ou os carbonatos orgânicos de fórmula geral (I) se encontrarem presentes na composição numa per centagem em peso maior do que 10%.
4, - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de o carbonato orgânico ou os carbonatos orgânicos de fórmula geral (I) se encontrarem presentes na composição numa per centagem em peso maior do que 15%.
5. - Processo para a preparação de uma emulsão ou microemulsão do tipo de õleo em ãgua apropriada para a laminagem a frio do aço, caracterizado pelo facto de se incluir na respectiva formulação - como fase oleosa - um fluido lubrificante preparado pelo processo de acordo com a reivindicação 1, a que se adicionam agen tes emulsionantes apropriados.
6.-19-

6. - Processo de acordo com a. reivindicação 5, caracterizado pelo facto de a fase oleosa se encontrar presente numa percentagem compreendida entre 1 e 5%.
7. - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de a fase oleosa se encontrar presente numa percentagem compreendida entre 2 e 3%.
8. - Processo de laminagem a frio do aço, caracterizado pelo facto de, como fluido lubrificante, se empregar um fluido lubrificante preparado pelo processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 7.
9. - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de o fluido lubrificante se encontrar sob a forma de óleo completo ou sob a forma de emulsão ou de microemulsão em ãgua,