CN102059007A

CN102059007A - 一种用于金属加工切削液中的消泡剂

Info

Publication number: CN102059007A
Application number: CN201010531552.7A
Authority: CN
Inventors: 吴飞; 曹添; 眭花兰; 钟翔; 郭新斌; 黄伟
Original assignee: Sixin Science & Technology Applied Inst Co Ltd Nanjing City
Current assignee: Sixin Science & Technology Applied Inst Co Ltd Nanjing City
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2011-05-18

Abstract

本发明涉及一种用于金属加工切削液中的消泡剂，其由5～60％的脂肪醇聚醚、5～50％的聚醚改性聚硅氧烷、1～10％的无机粒子和5～50％的有机硅消泡剂组成。本发明通过将上述组分复配增效，制备的消泡剂在切削液里具有优良的稳定性、相容性和消抑泡性能，弥补了在切削液里有机硅类消泡剂相容性差和聚醚类消泡剂消抑泡性能差的缺点。

Description

一种用于金属加工切削液中的消泡剂

技术领域

本发明涉及一种用于金属加工切削液中的消泡剂，它由脂肪醇聚醚、聚醚改性聚硅氧烷、无机粒子和有机硅消泡剂经过复配而成，具有优良的稳定性、相容性和消抑泡性。本发明隶属于精细化工制剂技术领域。

技术背景

在金属加工过程中，为了降低切削时的切削力，及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度，提高刀具耐用度，从而提高生产效率，改善工件表面粗糙度，保证工件加工精度，达到最佳的经济效果，通常使用切削液。

切削液在金属加工过程中具有润滑、冷却、清洗、防锈等作用，其核心作用是：一方面通过冷却作用降低加工过程中的变形热，另一方面通过润滑作用来减少金属加工过程中的磨擦热，从而来提高金属加工质量，延长刀具的使用寿命等。切削液按组成分为油基切削液和水基切削液两大类。水基切削液可分为全合成、半合成切削液和乳化液切削液。

切削液在金属加工中起到不可替代的作用，随着人们对环保的重视，水基切削液的市场会不断扩大。切削液主要由表面活性剂组成，其起泡性能强给切削液的正常使用带来较大的麻烦，通常需要加入消泡剂。消泡剂根据活性成分可分为有机硅型、矿物油型和聚醚型消泡剂。根据切削液起泡性能的特点，其中应用的消泡剂大部分为有机硅消泡剂和聚醚型消泡剂，有机硅消泡剂虽然有优良的消抑泡性能，但是相容性较差；聚醚型消泡剂虽然有优良的相容性，但是消抑泡性能较差。

在专利US4436647和CN 200410027790中提到的有机硅消泡剂，虽然能获得较好消抑泡效果，但相容性差，而聚醚类消泡剂，虽然相容性好，但消抑泡效果差。基于此，本发明人经过大量的试验研究，开发了一种新型切削液中使用的消泡剂，通过脂肪醇聚醚、聚醚改性聚硅氧烷、无机粒子和有机硅消泡剂的复配增效，使其具有优良的稳定性、相容性和消抑泡性。

发明内容

本发明目的是提供一种金属加工切削液中用的消泡剂，它由脂肪醇聚醚、聚醚改性聚硅氧烷、无机粒子和有机硅消泡剂经过复配而成，具有优良的稳定性、相容性和消抑泡性。具体组分如下：

(1)脂肪醇聚醚：

本发明中所用的脂肪醇聚醚是以脂肪醇为起始剂，在KOH的催化下和环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)发生聚合反应得到的无序或嵌段聚合物。

其通式如下：

RO(EO)_m(PO)_nH

式中R为取代基，为碳原子数为1～30的烷基，包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、己基、辛基，为直链或支链结构。结构式中的下标m和n为聚合度，m为1～80的整数，优选为1～40的整数，n为10～60的整数，优选为10～40的整数。

在本发明中脂肪醇聚醚的用量占消泡剂总质量的5～60％，优选10～50％。

(2)聚醚改性聚硅氧烷：

本发明中的聚醚改性聚硅氧烷，俗称硅聚醚。本发明所述硅聚醚是通过含氢硅油和不饱和聚醚反应制得，制备过程中选用氯铂酸作为催化剂，反应温度为80～200℃，该反应选择在溶剂中进行，该溶剂包括苯、甲苯或二甲苯。

本发明所述硅聚醚的结构式如下：

其中，字母M代表封端基团，包括氢原子或烷基，烷基包括甲基、乙基、丙基或丁基，下标x、y、z、g、h为聚合度，x为10～500的整数；y为1～50的整数；z为2～6的整数；g为1～36整数；h为0～20的整数。

本发明所述的硅聚醚在25℃时的动力粘度为10～30,000mPa·s，优选在25℃时动力粘度为100～3,000mPa·s。

在本发明中硅聚醚的用量占消泡剂总质量的5～50％，优选10～40％。

(3)无机粒子：

无机粒子在整个消泡剂中是增强抑泡作用和提高稳定性。无机粒子包括氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化钛、二氧化硅。本发明优选二氧化硅，二氧化硅也称为白炭黑，其从制备方法上包括气相法白炭黑和沉淀法白炭黑；从表面性质上包括亲水型白炭黑和疏水型白炭黑，本发明优选气相法疏水型白炭黑，比表面积大于150m²/g。

在本发明中无机粒子的用量占消泡剂总质量的1～10％，优选2～6％。

(4)有机硅消泡剂：

本发明中用的有机硅消泡剂的制备方法为公知技术，在一般文献资料上就能查到。即将聚二甲基硅氧烷、白炭黑、疏水处理剂和有机硅树脂在催化剂作用下反应，再加入乳化剂、增稠剂和水将得到的混合物制备成乳液。

在本发明中消泡活性物的用量占消泡剂总质量的5～50％，优选10～40％。

本发明消泡剂的制备工艺如下：

(1)脂肪醇聚醚边搅拌加热升温至20～80℃，优选40～60℃，加入气相法疏水型白炭黑，搅拌均匀后，冷却至室温；

(2)室温下，将步骤(1)中得到的混合物与硅聚醚混合均匀；

(3)将步骤(2)中得到的混合物缓慢加入到消泡活性物中，边加边低速搅拌5～30min，优选10～25min，即得到金属加工切削液中使用的消泡剂。

具体实施方式

脂肪醇聚醚的制备：

制备脂肪醇聚醚L1、L2和L3，脂肪醇聚醚通式为RO(EO)_m(PO)_nH，R、m和n的取值见表1：

表1脂肪醇聚醚L1、L2、和L3

脂肪醇聚醚	L1	L2	L3
				R	正辛基	正十六烷基	正二十二烷基
m	2	35	50
				n	10	22	55

硅聚醚的制备：

制备硅聚醚O1、O2和O3，硅聚醚结构式为：

本专利方法制备的不同消泡剂所用的硅聚醚O1、O2和O3，M、x、y、z、g和h的取值见表2：

表2硅聚醚O1、O2和O3

硅聚醚	O1	O2	O3
				M	-H	-CH₃	-CH₂CH₃
x	15	160	90
				y	4	45	26
z	3	5	4
				g	5	32	13
h	0	20	9

25℃时测得硅聚醚O1、O2和O3的动力粘度分别为：110mPa·s、2800mPa·s和900mPa·s。

有机硅消泡剂的制备：

本发明中分别选用本公司的三种有机硅消泡剂与脂肪醇聚醚、硅聚醚、疏水粒子进行复配，这三种有机硅消泡剂的专利技术分别来自专利CN1613537、CN1641097和CN1919936。

实施例

专利消泡剂的制备：

按照前面提到的专利消泡剂的制备工艺及表3中的配方，制备消泡剂A、B和C。配方中各组分的含量均为质量百分含量。

表3中消泡活性物Y1为CN1613537中例2所述消泡剂；消泡活性物Y2为CN1641097中例1所述消泡剂；消泡活性物Y3为CN1919936中例3所述消泡剂。

表3专利消泡剂的配方

消泡剂的性能测试：

(1)消泡剂的稳定性测试

将消泡剂A、消泡剂B、消泡剂C和目前市场上在售的切削液用消泡剂D在室温下放置，跟踪对比其稳定性，结果如表4所示。

表4消泡剂室温放置的稳定性

样品名称	7d	14d	21d	28d	35d
						消泡剂A	不分层	不分层	不分层	不分层	不分层
消泡剂B	不分层	不分层	不分层	不分层	不分层
						消泡剂C	不分层	不分层	不分层	不分层	不分层
消泡剂D	不分层	不分层	分层	-	-

从表4中的结果来看，本专利制备的消泡剂A、消泡剂B和消泡剂C的稳定性优于消泡剂D。

(2)消抑泡性能测试

测试方法：往全合成切削液原液中加入0.5％的消泡剂，再将含消泡剂的切削液原液按5％的浓度用去离子水稀释，取14kg稀释液加入到卧式循环鼓泡仪中。卧式循环鼓泡仪的侧面玻璃上标有0，1，2，3，4五个度量标示。“0”为起始，表示无泡沫，“4”表示充满泡沫。在室温下，以0.175m³/h的流量进行循环鼓泡，记录泡沫高度随时间的变化，相同时间内，泡沫高度越低，表明消抑泡性越好。测试结果如表5所示：

表5不同的消泡剂的消泡性能对比

从表5中的结果来看，本专利制备的消泡剂A、消泡剂B和消泡剂C的消抑泡性优于消泡剂D。

(3)相容性测试

测试方法：用玻璃瓶称取切削液原液100g，以0.5％的量加入消泡剂，室温下静置观察。结果如表6所示。

表6全合成切削液中消泡剂的相容性对比

注：液面、液底状态均用1、2、3、4、5表示，1表示状态最好，5表示最差；

清透度用+、++、+++、++++、+++++表示，+表示清透度最好，+++++表示清透度最差。

综合表5和表6的结果来看，在全合成切削液中，本专利发明的消泡剂A、B、C在切削液中的消抑泡性和相容性均优于消泡剂D。

Claims

1.一种用于金属加工切削液中的消泡剂，其特征在于由下列组分组成：

(1)脂肪醇聚醚：其通式为RO(EO)_m(PO)_nH，式中R为碳原子数为1～30的直链或支链的烷基；下标m、n为聚合度，m为1～80的整数，n为10～60的整数；所述脂肪醇聚醚的用量占切削液用消泡剂总质量的5～60％；

(2)聚醚改性聚硅氧烷：其在25℃时的动力粘度为10～30,000mPa·s，其结构式为：

式中，字母M表示氢原子或烷基，烷基包括甲基、乙基、丙基或丁基，下标x、y、z、g、h为聚合度，x为10～500的整数；y为1～50的整数；z为2～6的整数；g为1～36整数；h为0～20的整数；所述聚醚改性聚硅氧烷的用量占切削液用消泡剂总质量的5～50％；

(3)无机粒子：为比表面积大于150m²/g的气相法疏水型白炭黑，其用量占切削液用消泡剂总质量的1～10％；

(4)有机硅消泡剂：所述的有机硅消泡剂是应用本领域的常规方法制得，其用量占切削液用消泡剂总质量的5～50％；

上述的各组分质量之和为100％。

2.权利要求1所述的一种用于金属加工切削液中的消泡剂，其特征在于(1)所述的脂肪醇聚醚，其通式中的下标m为1～40的整数，n为10～40的整数。

3.权利要求1所述的一种用于金属加工切削液中的消泡剂，其特征在于(2)所述的聚醚改性聚硅氧烷，其在25℃时动力粘度为100～3,000mPa·s。