ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАДИЕНТА НА ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА МАСЛЯНЫХ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ

Ермолаева Н.В.¹, Голубков Ю.В.², Аунг Кхаинг Пьо³

¹Кандидат технических наук, доцент, ²доктор технических наук, профессор, ³аспирант, Московский Государственный университет "СТАНКИН"

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАДИЕНТА НА ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА МАСЛЯНЫХ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ

Аннотация

Изучен компонентный состав масляных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) СП-4, МР-3 и МР-3К. Проанализирована зависимость между некоторыми компонентами масляной СОЖ МР-3К и температурным градиентом. Предложены активные методы защиты персонала и окружающей среды.

Ключевые слова: масляные смазочно-охлаждающие жидкости, полициклические ароматические углеводороды, защита окружающей среды.

Ermolaeva N.V.¹, Golubkov Yu.V.², Aung Khaing Pyo³

¹PhD in engineering, Assistant Professor, ²Doctor of engineering, Professor, ³Postgraduate student, Moscow State Technological University Stankin

THE THERMAL GRADIENT INFLUENCE ON THE OIL LUBRICANTS QUALITY COMPOSITION

Abstract

There was researched the compound composition of oil lubricants SP-4, MR-3 and MR-3K. There was analyzed the dependence between some compounds of  lubricants MR-3K and a thermal gradient. There were suggested the active methods of staff and environmental protection.

Keywords: oil lubricants, polycyclic aromatic hydrocarbons, environmental protection.

Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС), подавляющее большинство которых составляют смазочно-охлаждающие жидко­сти (СОЖ), являются неотъемлемым элементом технологических процес­сов современных металлообрабатывающих производств. Многие техноло­гические процессы обработки металлических заготовок резанием вообще невозможны без применения СОТС [1]. При обработке металлов температура в зоне резания может достигать 960 °С и более.

 К СОЖ на масляной основе предъявляется ряд требований [1, 2]. В частности, они не должны вызывать выраженного биологического действия на кожу и органы дыхания работника, при воздействии на слизистые оболочки должны оказывать минимальный раздражающий эффект, обладать низкой способностью к образованию масляного тумана, не содержать 3,4-бензпирен и некоторые другие опасные вещества [2].

  Основным фактором риска для здоровья работающих с масляными СОЖ является поступление в дыхательные пути аэрозоля масла, формальдегида, акролеина и других продуктов термоокислительной десктрукции. Установлено, что даже при соблюдении ПДК в рабочей зоне по акролеину, бензолу, формальдегиду, 3,4-бензпирену, ацетальдегиду, индивидуальный пожизненный канцерогенный риск при двадцатилетнем производственном стаже  может достигать 9*10^-3 , а при тридцатилетнем стаже – 1,3*10^-2, что значительно выше приемлемого (1*10^-3) для профессиональных групп [1].

В литературе имеются данные о присутствии канцерогенных веществ, в частности, 3,4-бензпирена, в масляной СОЖ марки «Сульфофрезол» и в воздухе металлообрабатывающих цехов, где они используются [2]. Для некоторых СОЖ на масляной основе (МР-7, МР-1у, Мобилмет Гамма и др.) определены не только содержание 3,4-бензпирена (от 21 до 146 нг/г), но и суммарное содержание основных типов канцерогенных соединений (полициклических ароматических углеводородов) [2].  Однако конкретные вещества не указаны.

Представляет значительный интерес определение молекулярного состава СОЖ на масляной основе с целью нахождения отдельных соединений – потенциальных загрязнителей окружающей среды. Такие данные необходимы для создания производственного экологического мониторинга на предприятиях [3].

В данной работе нами исследован молекулярный состав масляных СОЖ СП-4,   МР-3 и МР-3К.

Содержание исследуемых компонентов определялось хромато-масс-спектрометрическим методом. Хроматографические эксперименты проводили на газовом хроматографе Agilent 5890 (Agilent Technologies, США), снабженном масс-спектрометрическим детектором Agilent 5973N (Agilent Technologies, США). Сбор и обработку данных осуществляли с использованием программно-аппаратного комплекса ChemStation версии D 02.00.275 (Agilent Technologies, США) [4].

Содержание обнаруженных в СОЖ МР-3 гомологов бензола составляет от 2,4 до 3,3 нг/г, а карбоновых кислот – от 0,4 до 1,4 мкг/г

Особый интерес представляют результаты анализа СОЖ МР-3К. В ней содержание 3-метилфенантрена, 9- и 2-метилантрацена  составляет от 6,0 до 21,2 нг/г, а е остальных углеводородов – от 3,0 до 12,5 мкг/г. Первые из трех обнаруженных углеводородов относятся к полициклическим ароматическим углеводородам и обладают потенциальной канцерогенной активностью.

Известно, что гомологи полициклических ароматических углеводородов (фенантрена, антрацена, 3,4-бензпирена) в небольшом количестве содержатся в высших фракциях нефти.

В СОЖ СП-4 нами идентифицированы: 31 алкан, 10 циклоалканов, 5 алкенов, 8 кислород-, 2 серо- и 6 галогенсодержащих органических соединений.

При этом содержание тетрадекана  составило 2,3 мкг/г, пентадекана – 3,5 мкг/г,     5-пропилтридекана – 5,6 мкг/г, 2,6,10,14-тетраметилпентадекана – 10,0 мкг/г,  2,6,10,14-тетраметилгексадекана – 10,5 мкг/г, генейкозана – 3,0 мкг/г. Содержание остальных органических веществ – на порядок меньше. Отметим, что 2,6,10,14-тетраметилпентадекан и 2,6,10,14-тетраметилгексадекан примерно в таких же количествах присутствуют также в СОЖ МР-3К.

Нами изучена зависимость содержания вредных компонентов в СОЖ от температуры на примере некоторых ПАУ, обнаруженных в одном из исследуемых образцов. Данные представлены на рисунке.

Из полученных данных следует, что с повышением температуры от 20 до 80 ºС содержание   9- и 2-метилантрацена,   3-метилфенантрена  и других компонентов в жидкой СОЖ снижается на 15-25 %, т.е. они попадают в воздух рабочей зоны.

Рис.1 - Зависимость содержания некоторых полициклических ароматических углеводородов (ώ, нг/г) в СОЖ МР-3К от температуры (t, С): 1– 2-метилантрацен,  2 – 3-метилфенантрен, 3 – 9-метилантрацен

Практически все органические вещества представляют опасность для окружающей среды. Наиболее сильными канцерогенами в нефтяных маслах являются ароматические углеводороды (ПДК 0,01..100 мг/м³), алкены (1…10 мг/м³), а также соединения серы, галогенов, азота и кислорода.

Возможности вредного влияния ПАУ на организм человека весьма многообразны. Наиболее изучена их способность вызывать злокачественные новообразования, в том числе раковые опухоли (канцерогенное действие). Эти вещества могут нарушать генный аппарат человека (мутагенное действие), приводить к появлению врожденных уродств или к гибели плода до рождения (тератогенное и эмбриотоксическое действие), а также вызывать еще целый ряд расстройств здоровья. Всё это делает контроль за уровнем содержания ПАУ в объектах окружающей среды одной из важнейших задач, прямо связанных с самой возможностью существования человечества. Понимание роли ПАУ в возникновении раковых и других заболеваний человека должно сочетаться с организацией профилактических мер, предупреждающих их вредное воздействие на организм человека. Анализ ПАУ на рабочих местах позволит обеспечить оценку их количества, идентификацию их природы и на этой основе оценить их вредное влияние.

Как известно, из традиционных способов очистки масляного сырья удалить ПАУ возможно лишь с помощью глубокой селективной очистки с использованием фенола, N-метилпирролидона, жидкого оксида серы (IV) или гидроочистки жесткого режима (давление 5,6 – 21 МПа, температура до 760 С); при получении белых масел используется очистка олеумом.

Как видно из полученных в настоящей работе данных, с целью минимизации экологического воздействия на человека и биосферу в целом в некоторых случаях этого недостаточно; требуется проведение дополнительной очистки для более полного удаления отдельных представителей ПАУ, что показывает необходимость реализации активных методов защиты.

Фенантрен и его гомологи реагируют с малеиновым ангидридов под влиянием ультрафиолетового облучения. Полученные аддукты легко разрушаются фотохимически с образованием фенантреновых углеводородов. Этот метод позволяет выделить указанные углеводороды из нефтяных фракций.

Известно, например, что сероорганические соединения могут быть удалены из нефти методом гидроочистки жесткого режима (давление 2,5…20 МПа, температура 350…450°С). В качестве катализаторов используют оксиды или сульфиды кобальта, молибдена, вольфрама, никеля на оксиде алюминия. Также при этом методе очистки алкены и циклоалканы будут превращаться в алканы.

В качестве другого метода очистки СОЖ от обнаруженных в проведенных нами исследованиях вредных примесей может использоваться адсорбция на естественных глинах, синтетических алюмосиликатах, силикагелях [5].  Кроме того, как следует из установленной зависимости  содержания вредных примесей в СОЖ от температуры, желательно проводить обработку заготовок глубоким сверлением в узком диапазоне температур  циркулирующей СОЖ.

Литература

1. Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием: Справочник/ Под общ. ред. Л.В. Худобина. - М.: Химия. - 2006. - 544 с.
2. Малиновский Г.Т. Масляные смазочно-охлаждающие жидкости для обработки металлов резанием: свойства и применение. - М.: Химия. - 1993. - 160 с.
3. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. - М.: Химия. - 1996. - 319 с.
4. Jennings W. Analytical Gas Chromatography. - San Diego: Academic Press. – 1997. - 394 p.
5. Рябов В.Д. Химия нефти и газа. - М.: Форум. - - 336 с.