CN102643708A - 一种高含油量环保水性切削液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高含油量环保水性切削液及其制备方法，将非食用性植物油或废弃油脂、过氧化氢和离子液体加入反应釜中混合，在一定温度下搅拌反应。反应结束后液体自动分层，分出下层循环使用，并得上层环氧化改性油脂；将改性油脂、合成酯、硫化脂肪酸酯与BIT-20和IPBC-20的混合物在常温常压下搅拌混合均匀得混合物组分A；将PH稳定剂、防锈剂与水在30～80℃搅拌混合10min～1h得混合物组分B；将乳化剂、乳化稳定剂、消泡剂常温常压下搅拌混合得混合物组分C；将A、B、C三混合物组分加入反应釜中，并加入铜、铝缓蚀剂，在30～80℃搅拌混合10min～1h得产品。本发明的切削液，其含油量高、原料价廉易得、可再生、可生物降解、对人体无害、环境污染低、反应与后处理工艺简单、乳化、润滑与防锈性优良。

Description

一种高含油量环保水性切削液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环保水性切削液，更准确地说，涉及一种高含油量的切削液，属于润滑油领域，本发明还涉及到一种高含油量环保水性切削液的制备方法。

背景技术

传统的金属加工油大多以矿物油为基础油，在日益严峻的石化能源危机与环境污染下，开发具有可再生能力和生物降解性的环境友好的合成切削液具有重要的意义。但合成切削液价格较高，稳定性差，未能普及应用。因此开发使用价廉易得、稳定性良好的合成切削液是润滑油领域可持续发展的必然途径。

大多研究主要以改性植物油为水性切削液的基础油，如改性大豆油、改性菜籽油等，但此类改性油脂属于食用油，其使用将受到很大的限制。开发应用改性非食用植物油或改性废弃油脂为基础油的合成切削液对降低其成本，保证其长效的使用性能具有特别重要的意义。

室温离子液体因具有优良的酸碱性、极性、性能可调节性等物理化学优点，作为环境友好的绿色溶剂和催化剂被成功应用于各种有机合成反应。国内外对动植物油脂环氧化改性的研究主要集中使用对甲苯磺酸、强酸性离子交换树脂等催化剂，上述催化剂具有污染环境、不可重复使用、制备后处理步骤复杂等缺点。离子液体应用于动植物油脂特别是非食用植物油脂和废弃油脂的环氧化改性并直接添加应用于切削液的工艺尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术的缺陷与不足，提供一种高含油量、原料价廉易得、可生物降解、对人体无害、环境污染低、乳化、润滑与防锈性良好的环保水性切削液，以及这种切削液的制备方法。

为解决上述技术问题，实现上述目的的技术方案是：一种高含油量环保水性切削液，其特征是：其按重量百分比由以下组分组成：

改性油脂：40～50％

合成酯：5～15％

乳化剂：15～25％

乳化稳定剂：0～2％

PH稳定剂：0～10％

铜缓蚀剂：0～2％

铝缓蚀剂：0～2％

防腐杀菌剂：0～3％

极压剂：0～2％

防锈剂：0～3％

消泡剂：0～1％

水：5～15％

其中，所述改性油脂是经过氧化氢改性过的非食用性植物油或废弃油脂。

本发明采用磺酸型离子液体(Ionic Liquid，简称IL)做催化剂，由非食用性植物油或废弃油脂与过氧化氢合成改性油脂。

本发明提供一种高含油量环保水性切削液的制备方法，以磺酸型离子液体为催化剂，非食用性植物油或废弃油脂与过氧化氢为原料，油脂与过氧化氢物质的量比为1∶1～1∶5，油脂与离子液体物质的量比为1∶0.001～1∶0.2，在80～100℃温度下，搅拌30min～2h得改性油脂。再将改性油脂与合成酯、乳化剂等助剂与水在30～80℃温度下搅拌10min～1h得其水性合成切削液。

所述磺酸型离子液体为磺烷基吡咯烷酮盐、磺烷基吗啡啉盐或磺烷基咪唑盐，阳离子具有以下结构通式(I)、(II)或(III)：

其中n＝3或4；R为H或C1～C4的烷基；阴离子为硫酸氢根、对甲苯磺酸根或三氟乙酸根。

所述非食用性植物油为麻疯树油、桐籽油、光皮树油、蓖麻油。

所述废弃油脂为过滤杂质后的潲水油、地沟油或各种油脂下脚料。

所述过氧化氢为工业纯的过氧化氢或分析纯的过氧化氢。

作为优选，所述合成酯为三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷菜籽油酯、三羟甲基丙烷橄榄油酯、三羟甲基丙烷棕榈油酯或三羟甲基丙烷大豆油酯中至少一种。

作为优选，所述乳化剂为Span60和Tween80或者Span80和Tween60，其重量比为1∶1～1∶2。

作为优选，所述乳化稳定剂为PEG-2000、甘油、聚甘油或脂肪醇聚氧乙烯醚中至少一种。

作为优选，所述PH稳定剂为单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺中至少一种。

所述铜缓蚀剂为甲基苯并三氮唑；铝缓蚀剂为陶氏的非硅非磷Corrguard SI；防腐杀菌剂为科莱恩的BIT-20与IPBC-20混合物；极压剂为硫化脂肪酸酯；防锈剂为重量比为2∶1的癸二酸与月桂酸混合物；消泡剂为非硅型FOAM BLAST 5674；水为工业用水或去离子水。

本发明提供了一种高含油量环保水性切削液的制备方法，包括以下主要步骤：

a)将一定物质的量的非食用性植物油或废弃油脂、过氧化氢和离子液体加入反应釜中混合，在一定温度下搅拌反应。反应结束后液体自动分层，分出下层循环使用，可得上层环氧化改性油脂；

b)将改性油脂、合成酯、硫化脂肪酸酯与BIT-20和IPBC-20的混合物在常温常压下搅拌混合均匀得混合物组分A；

c)将PH稳定剂、癸二酸与月桂酸混合物与水在30～80℃搅拌混合10min～1h得混合物组分B；

d)将乳化剂、乳化稳定剂、消泡剂常温常压下搅拌混合得混合物组分C；

e)将A、B、C三混合物组分加入反应釜中，并加入铜、铝缓蚀剂，在30～80℃搅拌混合10min～1h得产品。

本发明所采用的磺酸型离子液体催化剂的制备方法，请参考CN100513394C、CN101130527A、A.C.Cole，J.L.Jensen，I.Ntai，K.L.T.Tran，K.J.Weaver，D.C.Forbes，J.H.Davis，J.Am.Chem.Soc.，2002，124：5962。

本发明之高含油量水性切削液与现有背景技术相比的有益效果主要体现在：

1.所用改性油脂以价廉易得的非食用植物油或废油在环保催化剂离子液体下催化氧化而得，合成工艺环保、后处理简单，在高含油量的水性切削液使用上，大大降低了原料成本。同时改性油脂物化性能稳定、无毒、环保、对人体无害、可降解、可再生，这是矿物油型水性切削液所不能比拟的。

2.所选用乳化剂和乳化稳定剂为对人体和环境无毒无害的环保化合物，不会导致使用过程中出现过敏等人体不适状况。

3.所选用的缓蚀剂、防腐杀菌剂和消泡剂为不含磷硅的物质，不易导致基础油的腐败。

4.所得切削液乳化、润滑、防锈效果显著，而且成本大大降低，比以改性食用油为基础油的水性切削液更具有优势。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于下述实施例。如果没有特殊说明，本发明采用的原料均可在市场上购买到。

本发明所采用的磺酸型离子液体催化剂，其制备方法请参考CN100513394C、CN101130527A、A.C.Cole，J.L.Jensen，I.Ntai，K.L.T.Tran，K.J.Weaver，D.C.Forbes，J.H.Davis，J.Am.Chem.Soc.，2002，124：5962，属于现有的技术，在此不再具体说明。

实施例1：

按照以上物料与重量百分比，其制备方法与步骤为：

a)将潲水油、过氧化氢和磺烷基咪唑硫酸氢盐离子液体以物质的量比为1∶2∶0.05加入反应釜中混合，在80℃下搅拌反应1h。反应结束后液体自动分层，分出下层循环使用，可得上层环氧化改性潲水油；

b)将改性潲水油、三羟甲基丙烷油酸酯、硫化脂肪酸酯与BIT-20和IPBC-20的混合物在常温常压下搅拌混合均匀得混合物组分A；

c)将单异丙醇胺、癸二酸与月桂酸混合物与水在30℃温度下搅拌混合10min得混合物组分B；

d)将重量比为1∶1的Span60和Tween80、脂肪醇聚氧乙烯醚、FOAM BLAST 5674常温常压下搅拌均匀得混合物组分C；

e)将A、B、C三混合物组分加入反应釜中，并加入甲基苯并三氮唑和Corrguard SI，在30℃搅拌混合30min得呈黄色透明澄清液体，即产品。

实施例2：

按照以上物料与重量百分比，其制备方法与步骤为：

a)将麻疯树油、过氧化氢和磺烷基吡咯烷酮硫酸氢盐离子液体以物质的量比为1∶5∶0.2加入反应釜中混合，在100℃下搅拌反应2h。反应结束后液体自动分层，分出下层循环使用，可得上层环氧化改性麻疯树油；

b)将改性麻疯树油、三羟甲基丙烷菜籽油酯、硫化脂肪酸酯与BIT-20和IPBC-20的混合物在常温常压下搅拌混合均匀得混合物组分A；

c)将三异丙醇胺、癸二酸与月桂酸混合物与水在80℃温度下搅拌混合1h得混合物组分B；

d)将1∶1.5的Span80和Tween60、甘油、FOAM BLAST 5674常温常压下搅拌均匀得混合物组分C；

e)将A、B、C三混合物组分加入反应釜中，并加入甲基苯并三氮唑和Corrguard SI，在40℃搅拌混合1h得呈黄色透明澄清液体，即产品。

实施例3：

按照以上物料与重量百分比，其制备方法与步骤为：

a)将地沟油、过氧化氢和磺烷基吗啡啉硫酸氢盐离子液体以物质的量比为1∶2∶0.1加入反应釜中混合，在80℃下搅拌反应30min。反应结束后液体自动分层，分出下层循环使用，可得上层环氧化改性地沟油；

b)将改性地沟油、三羟甲基丙烷橄榄油酯、硫化脂肪酸酯与BIT-20和IPBC-20的混合物在常温常压下搅拌混合均匀得混合物组分A；

c)将二异丙醇胺、癸二酸与月桂酸混合物与水在50℃温度下搅拌混合40min得混合物组分B；

d)将重量比为1∶2的Span60和Tween80、PEG-2000、FOAM BLAST 5674常温常压下搅拌均匀得混合物组分C；

e)将A、B、C三混合物组分加入反应釜中，并加入甲基苯并三氮唑和Corrguard SI，在40℃搅拌混合1h得呈黄色透明澄清液体，即产品。

实施例4：

按照以上物料与重量百分比，其制备方法与步骤为：

a)将桐籽油、过氧化氢和磺烷基咪唑硫酸氢盐离子液体以物质的量比为1∶3∶0.2加入反应釜中混合，在90℃下搅拌反应1.5h。反应结束后液体自动分层，分出下层循环使用，可得上层环氧化改性桐籽油；

b)将改性桐籽油、三羟甲基丙烷棕榈油酯、硫化脂肪酸酯与BIT-20和IPBC-20的混合物在常温常压下搅拌混合均匀得混合物组分A；

c)将单异丙醇胺、癸二酸与月桂酸混合物与水在60℃温度下搅拌混合1h得混合物组分B；

d)将重量比为1∶1的Span80和Tween60、聚甘油、FOAM BLAST 5674常温常压下搅拌均匀得混合物组分C；

e)将A、B、C三混合物组分加入反应釜中，并加入甲基苯并三氮唑和Corrguard SI，在70℃搅拌混合1h得呈黄色透明澄清液体，即产品。

实施例5：

按照以上物料与重量百分比，其制备方法与步骤为：

a)将蓖麻油、过氧化氢和磺烷基咪唑对甲苯磺酸盐离子液体以物质的量比为1∶2∶0.2加入反应釜中混合，在100℃下搅拌反应1h。反应结束后液体自动分层，分出下层循环使用，可得上层环氧化改性蓖麻油；

b)将改性蓖麻油与三羟甲基丙烷油酸酯在常温常压下搅拌混合均匀得混合物组分A；

c)将组分A与Span60和Tween80、水在40℃搅拌混合1h得呈黄色透明澄清液体，即产品。

上述实施例产品的测试数据如下表：

由上述检测结果可以看出，该高含油量水性切削液具有极优良的乳化、润滑以及防锈性能，基本适用于所有金属材料的加工领域。该产品清洗性能良好，可生物降解性高。而且基础油原料价廉易得，成本低，可再生、对人体无害、不污染环境，在现今石化能源紧缺的情况下，这种利用废油料和能源类植物油制备而成的切削液属于环保型金属加工液，符合国家环保条例中相关要求，并已通过SGS和MSDS认证。

所用改性油脂以价廉易得的非食用植物油或废油在环保催化剂离子液体下催化氧化而得，合成工艺环保、后处理简单，在高含油量的水性切削液使用上，大大降低了原料成本。同时改性油脂物化性能稳定、无毒、环保、对人体无害、可降解、可再生，这是矿物油型水性切削液所不能比拟的。所选用乳化剂和乳化稳定剂为对人体和环境无毒无害的环保化合物，不会导致使用过程中出现过敏等人体不适状况。所选用的缓蚀剂、防腐杀菌剂和消泡剂为不含磷硅的物质，不易导致基础油的腐败。所得切削液乳化、润滑、防锈效果显著，而且成本大大降低，相比以改性食用油为基础油的水性切削液更具有优势。

本发明所描述的具体实施例只用于对该切削液的具体实现过程的详细描述，而不是对该切削液制备方法的限定。任何对此产品进行的修饰与改良，在专利范围或范畴内同类或相近物质的替代与使用，均属于本发明专利范围，受本专利保护。

Claims (10)

1.一种高含油量环保水性切削液，其特征是：其按重量百分比由以下组分组成：

改性油脂：40～50％

合成酯：5～15％

乳化剂：15～25％

乳化稳定剂：0～2％

PH稳定剂：0～10％

铜缓蚀剂：0～2％

铝缓蚀剂：0～2％

防腐杀菌剂：0～3％

极压剂：0～2％

防锈剂：0～3％

消泡剂：0～1％

水：5～15％

其中，所述改性油脂是经过氧化氢改性过的非食用性植物油或废弃油脂。

2.根据权利要求1所述的高含油量环保水性切削液，其特征是：所述非食用性植物油为麻疯树油、桐籽油、光皮树油、蓖麻油中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的高含油量环保水性切削液，其特征是：所述废弃油脂为过滤杂质后的潲水油、地沟油或油脂下脚料。

4.根据权利要求1所述的高含油量环保水性切削液，其特征是：所述过氧化氢为工业纯的过氧化氢或分析纯的过氧化氢。

5.根据权利要求1所述的高含油量环保水性切削液，其特征是：所述合成酯为三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷菜籽油酯、三羟甲基丙烷橄榄油酯、三羟甲基丙烷棕榈油酯、三羟甲基丙烷大豆油酯中至少一种。

6.根据权利要求1所述的高含油量环保水性切削液，其特征是：所述乳化剂为Span60和Tween80或者Span80和Tween60，其重量比为1∶1～1∶2；所述乳化稳定剂为PEG-2000、甘油、聚甘油或脂肪醇聚氧乙烯醚中至少一种；所述水为工业用水或去离子水。

7.根据权利要求1所述的高含油量环保水性切削液，其特征是：所述pH稳定剂为单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺中至少一种；所述铜缓蚀剂为甲基苯并三氮唑；铝缓蚀剂为陶氏的非硅非磷Corrguard SI；防腐杀菌剂为科莱恩的BIT-20与IPBC-20混合物；极压剂为硫化脂肪酸酯；防锈剂为重量比为2∶1的癸二酸与月桂酸混合物；消泡剂为非硅型FOAM BLAST 5674。

8.一种制备如权利要求1所述的高含油量环保水性切削液的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)将非食用性植物油或废弃油脂、过氧化氢加入反应釜中混合，加热搅拌反应，反应结束后液体自动分层，分出下层循环使用，上层为环氧化改性油脂；

b)将改性油脂、合成酯、极压剂与防腐杀菌剂搅拌混合均匀得混合物组分A；

c)将pH稳定剂、防锈剂与水在30～80℃温度下搅拌混合10min～1h得混合物组分B；

d)将乳化剂、乳化稳定剂、消泡剂搅拌混合得混合物组分C；

e)将A、B、C三混合物组分加入反应釜中，并加入铜、铝缓蚀剂，在30～80℃温度下搅拌混合10min～1h得到最终产品。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤a)中采用磺酸型离子液体作为催化剂，非食用性植物油或废弃油脂与过氧化氢物质的量比为1∶1～1∶5，非食用性植物油或废弃油脂与磺酸型离子液体物质的量比为1∶0.001～1∶0.2。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述磺酸型离子液体为磺烷基吡咯烷酮盐、磺烷基吗啡啉盐或磺烷基咪唑盐，阳离子具有结构通式(I)、(II)或(III)：

其中n＝3或4；R为H或C1～C4的烷基；阴离子为硫酸氢根、对甲苯磺酸根或三氟乙酸根。