Методы определения концентрации СОЖ

Возможность получения смешиваемых с водой продуктов из водосмешиваемых СОЖ с различными концентрациями для адаптации к различным процессам механической обработки придает большую гибкость в применении.

Обычно водосмешиваемые СОЖ с концентрациями вплоть до 30% могут применяться без особых проблем. Однако при превышении критической концентрации могут возникнуть проблемы, особенно в случае обычных эмульсий. При работе с жесткой водой кальциевые мыла могут образовываться при намного меньшей концентрации, что способно приводить к серьезным нарушениям в ходе механической обработки, в значительной степени в зависимости от конкретного состава СОЖ. Часто нижний предел концентрации определяют по антикоррозионным свойствам. В этом случае следует обращать внимание на тот факт, что концентрации ниже 1,5% с трудом поддаются измерению в процессе работы. Снижение концентрации только на несколько десятых процента может привести к серьезному коррозионному эффекту. Кроме того, значительные проблемы могут возникнуть при применении обычных и полусинтетических эмульсий с высоким содержанием индустриальных масел, где аналитическое разделение между эмульгированными уловленными маслами и истинной концентрацией нечетко выражено. В случае водосмешиваемых СОЖ, содержащих микробиоциды, следует обращать особое внимание на совместимость этих продуктов с кожей при применении особенно высоких концентраций. Это также относится к другим добавкам. СОЖ, как правило, часто применяют для грубой механической обработки металла в концентрациях от 2 до 5%, чаще 4%. В специальных применениях, например при сверлении глубоких отверстий, зенковании или вообще при проведении особо трудных механических операций, возможно применение значительно более высоких концентраций. Централизованные циркуляционные системы, снабжающие несколько разных режущих операций СОЖ, часто нуждаются в компромиссном выборе концентраций. В таких областях применения 4%-ная концентрация обеспечивает успешную обработку.
     Часто концентрацию в пределах 1,5-2,5% выбирают для операций шлифования, выполняемых с применением водосмешиваемых СОЖ. В случае высокоэффективного шлифования (шлифования с большим объемом стружки) иногда применяются более высокие концентрации (например, при шлифовании дорожек качения подшипников). Уровень концентрации часто ограничивают верхним пределом, поскольку при ее превышении шлифовальный круг становится «ослепленным» или перегруженным.

1.1. Определение концентрации по DIN51368 (IР137)

Концентрацию эмульсий часто определяют по DIN 51 368 (IP 137) путем измерения количества компонентов водосмешиваемых СОЖ кислотным расщеплением. В этом методе эмульсию расщепляют с помощью соляной кислоты в специальной измерительной колбе при температуре 95 °С. Объем выделенной масляной фазы, умноженный на специфический для продукта поправочный коэффициент, равен концентрации эмульсии. Поправочный коэффициент обратно пропорционален доле концентрата, которая может быть выделена в данных условиях. В случае обычных эмульсий (с содержанием минерального масла 60-70%) количество выделенной масляной фазы приблизительно соответствует концентрации. По мере снижения содержания минерального масла в водосмешиваемой СОЖ поправочный коэффициент увеличивается, а точность определения снижается.

1.2. Измерение концентрации с помощью ручных рефрактометров

Значительно более простым и быстрым способом является измерение концентрации с помощью ручного рефрактометра. В основе этого метода лежит зависимость световой рефракции от концентрации растворенного в воде или эмульгированного вещества. Обычно используют рефрактометр Аббе таким образом, чтобы измерение производилось не непосредственно под углом рефракции, а скорее под углом общего отражения, зависящего от концентрации вещества. На основании таких зависимостей для ряда концентраций строят специфические для определенного вещества калибровочные кривые. Благодаря простоте эксплуатации такие приборы особенно применимы в практических условиях. Их калибруют либо по шкале °BRIX (в дистиллированной воде = 0 °BRIX, в 50%-ном растворе сахарозы — 50 °BRIX), либо непосредственно в объемных процентах в отношении обычных эмульсий минеральных масел. В случае сильно загрязненных эмульсий считывание оптических полей измерения затруднено. Поскольку точность измерения зависит от диапазона измерения прибора, часто целесообразно выбирать прибор, диапазон измерения которого находится в пределах исследуемых концентраций. Часто в случае очень высоких концентраций применяют разбавление водой в соотношении 1:1, 1:5 или 1:10.

1.3. Измерение концентрации по индивидуальным компонентам

Было предпринято немало попыток анализировать индивидуальные вещества в СОЖ и использовать содержание в качестве характеристики заданной концентрации. В этом случае всегда полагали, что концентрация этого вещества проявляется в той же степени, как и общая концентрация СОЖ или других веществ, применяемых в жидкости. Это приводит к ошибкам определения, особенно значительным в случаях, когда концентрацию определяют по содержанию бора. Бор можно определить калориметрическим методом, а также методами AAS и ICP. Так, неверные значения были получены при определении концентрации смазочно-охлаждающих веществ, содержащих бор, особенно в случаях, когда амид борной кислоты подвергается бесконтрольному разложению в реакции с загрязнителями и тем более с бактериальными механизмами.

1.4. Определение концентрации титрованием анионных компонентов

Определение концентрации обычных СОЖ с низким содержанием минерального масла, так называемых полусинтетических СОЖ, возможно только титрованием анионно-активных компонентов, поскольку значительная часть эмульсии и ингибирующая система имеют анионный характер. На практике воспроизводимые результаты можно получить только в случае, если в концентратах содержится значительно — более десяти % масс. анионного вещества. В этом методе анионы взаимодействуют с катионным раствором поверхностно-активного вещества в химической реакции. В качестве катионного реагента используют водный раствор соединения четвертичного аммония, например фемерола. Процесс является сравнительно длительным, поскольку приходится проводить ступенчатое титрование. Определение конечной точки затруднено из-за загрязнения окрашенными в темный цвет эмульсиями. До настоящего времени этот метод не нашел широкого применения в лабораториях смазочных материалов. Однако он дает одну из немногих возможностей, с учетом предполагаемых ограничений, идентифицировать стабильные эмульсии масел в обычных эмульсиях в сочетании с определением концентрации с помощью соляной кислоты или рефрактометра.

1.5. Определение концентрации по щелочному резерву

Для сильнощелочных СОЖ, как содержащих, так и не содержащих минеральное масло, концентрацию можно измерить титрованием с кислотой для определения величины рН. Этот метод может применяться только тогда, когда щелочной резерв продукта очень высок по сравнению с изменениями, связанными с возможным введением кислоты вследствие микробиологических эффектов или попадания загрязнений кислотного характера.

1.6. Концентрация после центрифугирования

Эмульсии могут утрачивать стабильность в процессе применения, и рабочие индустриальные масла могут участвовать в эмульгировании. Если такие отработанные эмульсии подвергаются лабораторному центрифугированию в течение определенного периода времени (например, 20 мин при 8000 оборотов), то грубый концентрат и частицы индустриального масла разделяются и стабильная тонкодисперсная фаза остается в эмульсии. Если концентрацию эмульсий, отработанных таким способом, определяют без учета выделенного масла (например, по DIN 51 368), то получают значения, которые часто бывают значительно ниже, чем концентрация, определенная до центрифугирования. На практике эту величину концентрации называют также концентрацией центрифугирования, и иногда эта величина является показателем состояния эмульсии. Чем больше различие между концентрацией центрифугирования и нормальной концентрацией, тем тщательнее должен быть мониторинг смазочно-охлаждающей системы. Однако интерпретировать это различие иногда бывает затруднительно потому, что доли концентрата и улавливаемых масел, подвергнутых центрифугированию, могут быть определены только ценой крупных дополнительных аналитических затрат.