[01] A presente patente de invenção descreve um fluido de usinagem. Mais especificamente compreende um fluido de usinagem solúvel sintético com nanomaterial metálico que atua como um co-lubrificante.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[02] O fluido de usinagem ou fluido de corte é essencial para refrigerar a região de corte, lubrificar as superfícies em atrito, arrastar o cavaco da área de corte e proteger a ferramenta, a peça e a máquina contra corrosão e oxidação. Esse fluido pode ser sólido (tal como pasta de Bissulfeto de Molibdênio), líquido (soluções, emulsões, óleos) ou gasoso (gases e névoas).

[03] No entanto, a utilização de fluidos de corte no processo de usinagem faz da indústria metal-mecânica uma potencial agressora do meio ambiente. São vários os problemas decorrentes desta utilização, que vão desde a geração de efeitos nocivos ao ambiente de trabalho até a agressão do meio ambiente.

[04] Durante a operação de usinagem, a vaporização, os cavacos e as peças da máquina que entram em contato com o fluido de usinagem podem ser vetores de riscos de contaminação. A aplicação dos fluidos de corte nos processos de usinagem gera vapores, sobretudo, no contato do refrigerante com superfícies quentes e em movimento da peça trabalhada, da ferramenta, ou do cavaco, comprometendo o ar do local de trabalho. A pressão e o aquecimento do fluido de corte também exercem influência no grau de evaporação. Este comprometimento do ar, em decorrência do uso de aerossóis e dos vapores de agentes refrigerantes, varia em função, por exemplo, das propriedades físico- químicas do fluido de corte, da velocidade de rotação das peças que estão sendo trabalhadas e do aquecimento das superfícies.

[05] O estado da técnica descreve fluidos de corte biodegradáveis. Segundo Eisentraeger et al. (EISENTRAEGER, A, SCHMIDT, M., MURRENHOFF H., DOTT, W., HAHN, S. Biodegradability testing of synthetic ester lubricants — effects of additives and usage. Chemosphere 48, 89-96. Germany. 2002), a biodegrabilidade é um dos mais importantes aspectos no que diz respeito ao descarte das substâncias no meio ambiente, sendo que, os fluidos de corte a base de ésteres sintéticos ou naturais são facilmente biodegradáveis em contraste com os óleos minerais.

[06] O documento BRPI0702077 descreve um fluido de corte e usinagem de metais, biodegradável e não tóxico, solúvel em água, que contém em sua formulação óleo de mamona e/ou óleo de colza sulfonados acima de 60%, sendo o óleo de colza misturado ao óleo de Mamona nas proporções de 0,0% a 100%, contendo também 4 aditivos, ou mais, sendo estes: um aditivo anti-espumante, um aditivo anti- corrosivo, um aditivo bactericida e um agente emulgador.

[07] O documento BRPI0405554 descreve um fluido de corte à base de óleo de mamona sulfonado, um agente bactericida, um anticorrosivo e um agente emulgador, apresentando resultados semelhantes aos obtidos quando se utiliza óleo mineral, provendo um produto biodegradável.

[08] Basicamente, os fluidos de usinagem possuem em sua composição um óleo mineral que provê propriedades lubrificantes e substâncias químicas, chamadas de sintéticas, que formam soluções em água. São, portanto uma mistura de duas bases, uma mineral e outra sintética.

[09] A lubrificação é uma propriedade importante nos fluidos de usinagem, garantindo melhor acabamento superficial quando severas condições de corte são requeridas (SUDA, S., YOKOTA, H., INASAKI, I., WAKABAYASHI, T. A synthetic ester as an optimal cutting fluid for minimal quantity lubrication machining). No entanto, gera resíduos que se sujeitam a uma série de normas para o descarte.

[010] Como uma solução, o estado da técnica descreve a usinagem a seco e semi-seco, visando reduzir os efeitos prejudiciais dos fluidos de corte tradicionais e os custos associados com a compra (CHAKRABORTY, P., ASFOUR, S., CHO, S., ONARB, A. , LYNN, M., Modeling tool wear progression by using mixed effects modeling technique when end-milling AISI 4340 Steel. Journal of materiais Processing technology 2 0 5, 190-202. USA. 2008).

[011] No entanto, a lubrificação é fator importante. Mesmo nas soluções à seco ou com quantidade mínima de fluido, um agente lubrificante é necessário para a remoção de calor, para reduzir o atrito da ferramenta e evitar a aderência dos materiais.

[012] Dessa forma, o Requerente desenvolveu estudos com nanomateriais metálicos que atuam sinergicamente com lubrificantes sintéticos da formulação, de forma que o nanomaterial atua como um co-lubrificante após a degradação do lubrificante sintético.

[013] A incorporação do nanomaterial implica na diminuição de concentração de lubrificantes sintéticos, e na eliminação de emulsionantes, bem como menor concentração de biocidas e aminas alcalinizantes, tendo em vista que o nanomaterial metálico utilizado, no caso nanopartículas de prata, apresenta atividade microbicida e fungicida, sendo utilizado em aplicações na medicina, na biotecnologia, em cosméticos, na indústria têxtil, em produtos eletrónicos e para acondicionamento (LEM, K. W., CHOUDHURY, A., LAKHANI, A. A., KUYATE, P., HAW, J. R., LEE, D. S., Iqbal Z., e BRUMLIK, C. J.; Use of Nanosilver in Consumer Products. Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22023078. Acesso em: 07 jul. de 2021) e para reduzir a corrosão dos metais (ATTA A. M., EL-MAHDY G. A., e AL-LOHEDAN H. A.; Corrosion Inhibition Efficiency of Modified Silver Nanoparticles For Carbon Steel in 1 M HCI. Chemistry department, College of Science, King Saud University. Arábia Saudita, 2013. Disponível em: http://www.electrochemsci.org/papers/vol8/80404873.pdf. Acesso em 07 jul. de 2021).

SUMÁRIO

[014] A invenção descreve um fluído de usinagem biodegradável, isento de óleos minerais e vegetais, emulsionantes, metais pesados, aminas secundárias, nitrito de sódio, liberadores de formol e compostos voláteis.

[015] A invenção descreve um fluído de usinagem indicado para usinagem de metais ferrosos e não ferrosos, em substituição aos fluidos semissintéticos e integrais.

[016] A invenção descreve um fluido de usinagem que utiliza lubrificantes sintéticos em sinergia com nanopartículas de prata que, após a degradação do lubrificante sintético, atuam como um co- lubrificante microscópico, preenchendo os picos e vales do material usinado, conferindo menor desgaste de ferramental, através do atrito de rolamento, em virtude do nanomaterial apresentar formato esférico. [017] A invenção descreve um fluido de usinagem que utiliza nanopartículas de prata que atuam como agente de controle microbiológico inorgânico, aumentando a bioestabilidade da solução em uso, aumentando a taxa de reaproveitamento da solução e inviabilizando a formação de biofilme.

[018] A invenção descreve um fluido de usinagem que, por não conter emulsionantes, tem alta demulsibilidade de contaminantes minerais.

[019] A invenção descreve um fluido de usinagem cuja formulação utiliza concentrações menores de biocidas e aminas alcalinizantes, se caracterizando como um produto salubre.

[020] BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURA

[021] A figura apresenta a representação gráfica do teste 4-Ball EP para testagem das propriedades lubrificantes sob condições extremas de carga, sendo “A” um fluido de usinagem semissintético, “B” um fluído de usinagem sintético, “C” um fluido de usinagem com óleo de mamona sulfonado, “D” a formulação de fluido de usinagem da presente invenção sem as nanopartículas de prata e Έ” o fluído de usinagem objeto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[022] O fluido de usinagem, objeto da presente patente de invenção, compreende uma formulação contendo entre 10,0 a 30,0% v/v de lubrificante sintético, entre 3,0 a 15,0% v/v de um agente alcalinizante, entre 2,0 a 8,0% v/v de um agente anticorrosivo, entre 0,1 a 4,0% v/v de um agente biocida, entre 1000 a 10000 ppm de nanopartículas de prata e água em q.s.p.

[023] Opcionalmente, a formulação inclui até 2,0% v/v de um agente sequestrante.

[024] O lubrificante sintético é de base PAG (polialquileno-glicol).

[025] O agente biocida compreende tiazolinonas e sal de sódio, isoladamente ou em combinação.

[026] O agente anticorrosivo é preferentemente selecionado dentre sais de ácidos orgânicos anticorrosivos. [027] O agente alcalinizante é preferentemente as aminas.

[028] As nanopartículas atuam como um co-lubrificante microscópico, preenchendo os picos e vales do material usinado, conferindo menor desgaste de ferramental, através do atrito de rolamento por ser morfologicamente esféricas.

[029] Foram realizados testes A-Ball EP para testar propriedades de lubrificação sob condições extremas de pressão, sendo analisado o diâmetro do desgaste a uma dada carga. Conforme apresentado na figura 1, o fluído de usinagem proposto na presente invenção apresentou as melhores condições no atrito entre metais, mesmo em cargas elevadas, quando a curva de desgaste apresenta uma inclinação ascendente nos fluídos de usinagem do estado da técnica (A, B, C e D). Quando a carga chega em 140 kgf, os fluidos de usinagem do estado da técnica (A, B, C e D) apresentam degradação do lubrificante e no fluído de usinagem objeto da presente patente de invenção (designado como Έ” no gráfico 1), há um leve aumento de desgaste substancialmente menor que os demais em comparação, sendo praticamente mantidas as mesmas condições iniciais do fluido de usinagem no que diz respeito às condições de lubrificação, em virtude do acréscimo de nanopartículas de prata que atuam como co- lubrificante.