Методы тестирования характеристик добавок, повышающих устойчивость к жесткой воде, в жидкостях для металлообработки

В сфере производства жидкостей для металлообработки первоначальная мотивация к изучению «способности диспергировать кальциево-магниевое мыло» поверхностно-активных веществ исходит из общей проблемы в полевых условиях. Компоненты жирных кислот в жидкостях для металлообработки легко вступают в реакцию с ионами кальция, магния и других жестких вод. В результате этой реакции образуются нерастворимые в воде металлические мыла.

При кипячении воды в домашних условиях эти ионы кальция и магния образуют известковый налет. В системе циркуляции металлообрабатывающих жидкостей они появляются в виде кальциево-магниевого мыла жирных кислот. Эти нерастворимые вещества действуют как «творожная пена». Они плавают и прилипают к любой твердой поверхности, к которой прикасаются, включая станки, детали и фильтры, вызывая серьезное загрязнение и закупорку.

Поскольку они нерастворимы в воде, у нас есть только два варианта разработки рецептуры: позволить им агломерироваться или диспергироваться . Мы ожидаем, что мыло кальция и магния будет разбито на достаточно мелкие частицы и будет поддерживать их равномерно и стабильно во взвешенном состоянии по всей системе.

Для достижения этой цели разработчики рецептур должны глубоко изучить стабильность добавок в формулах в условиях жесткой воды. Твердые частицы, погруженные в жидкость, легко слипаются и либо тонут, либо всплывают. Однако превосходные поверхностно-активные вещества могут диспергировать эти слипшиеся твердые частицы в крошечные пятна, предотвращая их повторное агрегирование. Эта способность называется рассеивающей способностью..

В промышленности это обычно оценивается путем измерения диспергирующей способности «кальциевого мыла». Обычно считается, что вещества с превосходной диспергирующей способностью кальциевого мыла также будут демонстрировать выдающиеся диспергирующие эффекты на других твердых частицах.

Как мы можем научно оценить эту способность? В настоящее время в отрасли в основном используются следующие два основных метода тестирования:

Метод 1: Определение способности диспергировать кальциевое мыло (метод ацидиметрического титрования).

Этот метод в первую очередь относится к китайскому национальному стандарту GB/T 7463-2008: Поверхностно-активные вещества. Определение способности диспергировать кальциевое мыло. Метод ацидиметрического титрования (модифицированный метод Шенфельдта)..

• Определение: Способность диспергировать кальциевое мыло означает массу (в граммах) мыла, которую можно полностью диспергировать с помощью 1 г добавки . Чем больше это значение, тем сильнее диспергирующая способность продукта.

• Краткое описание метода:
  Приготовьте 0,5% (массовая доля) водный раствор мыла. Дайте ему постоять при температуре испытания в течение 24 часов, затем возьмите аликвоту этого раствора. Смешайте этот раствор с разбавленным раствором, содержащим определенное количество диспергатора. Затем добавьте указанный объем стандартной жесткой воды с известной кальциевой жесткостью. Дайте смеси постоять при температуре испытания в течение 1 часа (позволяя недиспергированному кальциевому мылу флокулировать и всплывать на поверхность). Наконец, используя бромкрезоловый зеленый в качестве индикатора, титруйте диспергированное кальциевое мыло в нижнем слое прозрачной жидкости стандартным титровальным раствором соляной кислоты.

Метод 2: Определение диспергирующей способности известкового мыла (метод LSDP).

• Обзор метода:
  LSDP (диспергирующая способность известкового мыла) относится к минимальному количеству диспергатора, необходимому для полного диспергирования нерастворимых металлических мыл (кальциевого и магниевого мыла) в условиях испытаний. Обычно ее выражают как массовую долю диспергатора (ПАВ), необходимого для олеата натрия в конкретной жесткой воде. Чем ниже это значение, тем меньше химикатов требуется для диспергирования, что указывает на более высокую диспергирующую способность.

• Реагенты и оборудование:

  1. 0,5% раствор олеата натрия (5 г/л): вы можете приготовить водный раствор с концентрацией 5 г/л, используя чистый олеат натрия. Альтернативно, взвесьте от 2 до 3 г химически чистой олеиновой кислоты, растворите ее в 500 мл дистиллированной воды при нагревании и добавьте порциями 0,5 г безводного карбоната натрия, чтобы довести pH конечного раствора до 8–9.

  2. Стандартная жесткая вода на 1000 ppm: взвесьте 0,665 г безводного хлорида кальция и 0,986 г гептагидрата сульфата магния. Растворите их в дистиллированной воде и разбавьте до 1000 мл (это соответствует жесткости 1 г CaCO3/л).

  3. Раствор диспергатора: концентрация должна составлять 2,5 г/л (т. е. 0,25%).

  4. Оборудование: мерный цилиндр со стеклянной пробкой емкостью 100 мл (или колориметрическая пробирка со стеклянной пробкой емкостью 30 мл).

• Операционная процедура:
  При комнатной температуре (обычно поддерживаемой при 25°C) с помощью пипетки перенесите 5 мл раствора олеата натрия концентрацией 5 г/л в мерный цилиндр со стеклянной пробкой емкостью 100 мл. Добавьте необходимое количество тестового раствора диспергатора (для первоначального теста рекомендуется 5 мл). Затем добавьте 10 мл стандартной жесткой воды и долейте дистиллированной воды до отметки 30 мл. Вставьте пробку и переверните цилиндр 20 раз, каждый раз возвращаясь в исходное положение. Дайте постоять 30 секунд и понаблюдайте за состоянием жидкости. Если внутри прозрачного раствора выпадают связные осадки, это указывает на недостаточное количество диспергатора. Вам необходимо увеличить количество диспергатора и провести повторный анализ. Конечная точка титрования достигается, когда жидкость в цилиндре представляет собой полупрозрачную эмульсию без крупных агломератов.

• Формула расчета:
  LSDP (%) = [ (V1 × 0,25%) / (V2 × 0,5%) ] × 100
  (где V1 — объем диспергирующего раствора, необходимый для достижения конечной точки; V2 — объем 5 мл раствора олеата натрия.)

Резюме и отраслевое применение

Два упомянутых выше метода испытаний характеризуют диспергирующую способность добавок кальциевого мыла под разными углами, но по существу приводят к одному и тому же результату. Как правило, производители присадок используют эти тесты для количественной оценки показателей мономеров, в то время как конечные заводы по производству смазочно-охлаждающих жидкостей предпочитают напрямую проверять устойчивость готовой продукции к жесткой воде. Оба подхода очень эффективны.

Будучи экспертом по синтезу, специализирующимся на высококачественных присадках для металлообрабатывающих жидкостей, Рукинба провел долгосрочные исследования в области технологий стойкости к жесткой воде. Наши основные продукты на основе спиртоэфиркарбоксилатов (AEC) — 9H-LF и M10 — были специально созданы для решения проблемы диспергирования кальциевого мыла в суровых водных условиях.

После тщательных лабораторных испытаний в соответствии с GB/T 7463-2008 (Метод 1) , диспергирующая способность кальциевого мыла Ruqinba 9H-LF достигла замечательного значения 80,5 (это означает, что 1 г 9H-LF может эффективно диспергировать 80,5 г кальциевого мыла). Эти исключительно выдающиеся характеристики данных делают его лучшим выбором для многих специалистов по исследованиям и разработкам, а также разработчиков рецептур при работе с водой высокой жесткости и условиями обработки с высокими нагрузками, что заслужило широкое признание в отрасли.