Badanie, ocena i podstawy do ograniczenia zagrożenia lotnymi frakcjami produktów destrukcji cieczy chłodząco- smarujących stosowanych do powierzchniowej obróbki metali

Kierownik projektu: dr inż. Wojciech Domański

Streszczenie projektu:

Stosowanie cieczy chłodząco-smarujących (cieczy ch-s) ma istotne znaczenie dla utrzymania optymalnych warunków prowadzenia procesu powierzchniowej obróbki metali. Oprócz podstawowych składników cieczy obróbczych, mających znaczenie dla ich właściwości tribologicznych, w skład cieczy wchodzą substancje, których celem jest zachowanie ich stabilności chemicznej i biologicznej. Ciecz ch-s jest więc mieszaniną kilku do kilkunastu związków chemicznych o różnych właściwościach
i o różnym oddziaływaniu na zdrowie człowieka. Niektóre związki chemiczne wchodzące w skład cieczy ch-s mogą ulegać destrukcji w strefie pracy narzędzia tnącego, a w jej wyniku mogą powstawać szkodliwe dla zdrowia substancje. Dlatego w celu poprawy warunków pracy dąży się do zastąpienia nietrwałych związków substancjami bardziej odpornymi na warunki panujące w środowisku pracy i bardziej bezpiecznymi dla zdrowia, a jednocześnie zachowującymi wymagane właściwości eksploatacyjne modyfikowanej cieczy.

Celem projektu było opracowanie mniej szkodliwej dla zdrowia pracowników cieczy ch-s do stosowania podczas obróbki powierzchniowej metali.

Realizując cel projektu, wykonano identyfikację substancji chemicznych powstających w czasie eks-ploatacji cieczy ch-s. Badaniami objęto siedem zakładów pracy, w których były stosowane
następujące ciecze ch-s: ARTEsol, ARTEsol Ultra EP, ARTEsol Ultra Al. Próbki powietrza pobierano na stanowiskach pracy, na których ciecze były już wcześniej eksploatowane przez 2 tygodnie, miesiąc,
3 miesiące, 12 miesięcy i 16 miesięcy. Pobrano i badano również próbki tych cieczy.

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że w długo eksploatowanych cieczach ch-s są zawarte N-nitrozodimetyloamina, N-nitrozometyloetyloamina, N-nitrozodietanoloamina i N-nitrozo-piperydyna. Związki te mogą powstawać w tych cieczach w wyniku destrukcji dodatków zawierających ugrupowania aminowe, które w warunkach długotrwałego użytkowania (temperatura, powierzchnia metalu, ciśnienie) mogą ulegać reakcji nitrozowania. W pracujących cieczach ch-s stwierdzono również toluen, etylobenzen, ksyleny. Związki te mogą być wprowadzane do cieczy ch-s przez środki stosowane do czyszczenia i konserwacji maszyn. W próbkach powietrza pobranych na stanowiskach pracy zidentyfikowano ksyleny, toluen i trietanoloaminę oraz śladowe ilości N-nitrozodimetyloaminy i N-nitrozo-dietanoloaminy.

Na podstawie uzyskanych wyników analiz do dalszych badań i modyfikacji wybrano ciecz ch-s ARTEsol, którą zmodyfikowano. Skład koncentratu ARTEsolu zmieniono w ten sposób, że pominięto substancje, które mogły być źródłem grup aminowych (z wyjątkiem trietanoloaminy), oraz biostatyki i biocydy. Do tak przygotowanej bazy dodawano nanocząstki srebra lub miedzi.

Uzyskane w ten sposób ciecze ch-s oraz ARTEsol porównano, badając ich wpływ na siły skrawania i cechy geometryczne warstwy wierzchniej obrobionego metalu.

Innym obszarem badań była identyfikacja i oznaczenie N-nitrozoamin oraz etanoloamin w zmodyfikowanych cieczach ch-s i w powietrzu nad powierzchnią cieczy. Badania próbek powietrza wykazały, że dodatek nano spowodował wyeliminowanie N-nitrozoamin ze środowiska pracy oraz radykalne zmniejszenie ilości N-nitrozoamin w cieczach ch-s.

Badania kontynuowano, zmieniając stężenie nanomiedzi i stosując mieszaninę nanomiedź-rurki nanowęgla. Ciecze ch-s zawierające mniejsze ilości nanomiedzi wykazały podobne właściwości jak ciecz modyfikowania dużym dodatkiem nanosrebra. Dodadek nanorurek węgla znacząco wpływał na polepszenie warunków tribologicznych procesu powierzchniowej obróbki metali.

Badania próbek cieczy ch-s z dodatkiem nano i fazy nadpowierzchniowej dowiodły, że zmodyfikowane ciecze ch-s mają lepszą stabilność, reakcja nitrozowania została spowolniona, a zawartość etanoloamin utrzymywała się na stałym, pierwotnym poziomie.

W wyniku przeprowadzonych badań zaproponowano zastąpienie biostatyków i biocydów nanocząstkami miedzi lub/i kompozycjami nanomiedź-nanorurki węgla. Takie działanie umożliwiło wyeliminowanie aktywnych biologicznie, także w stosunku do człowieka, substancji chemicznych.

Badania wskazały korzystne oddziaływanie dodatków w postaci nanocząstek na chropowatości powierzchni. Wartości średnie mierzonych parametrów z dodatkami nano były mniejsze w porównaniu z wartościami otrzymanymi w warunkach toczenia z emulsją bez dodatków w całym zakresie stosowanych parametrów skrawania. Najmniejsze wartości analizowanych parametrów chropowatości wystąpiły po toczeniu z emulsją zawierającą dodatek nanomiedzi i nanowęgla, co umożliwiło zmniejszenie chropowatości powierzchni do ok. 45% dla f/v_c − 0,08/203.

Zaproponowany sposób eliminacji niebezpiecznych substancji nie wpłynął na pogorszenie właściwości tribologicznych zmodyfikowanej cieczy ch-s.

Projekt I.B.07. Porównanie wpływu rodzaju cieczy ch-s na chropowatość powierzchni (parametr Rmax) w zależności od prędkości skrawania i posuwu

       Uzyskane wyniki badań były podstawą opracowania:

-    poradnika pt. Zagrożenia czynnikami chemicznymi i biologicznymi podczas obróbki powierzchniowej metali. Część 1. Zagrożenia czynnikami chemicznymi, który był poddany ocenie podczas seminarium weryfikującego

-    zgłoszenia patentowego

-    receptury cieczy ch-s z dodatkiem nano.

            Ponadto wyniki pracy były prezentowane na 1 konferencji, opublikowane w 2 artykułach w czasopiśmie specjalistycznym oraz stanowiły temat 2 rozdziałów w monografii.

Jednostka: Pracownia Bezpieczeństwa Chemicznego

Okres realizacji: 01.01.2011 – 31.12.2013