CN102807912B - 一种生产微乳化切削液的添加剂包及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产微乳化切削液的添加剂包及其制备方法和应用，添加剂包重量份比组成为：高级脂肪酸5~25份、醇胺10~35份、石油磺酸钠3~15份、失水山梨醇单油酸酯5~20份、脂肪醇聚氧乙烯醚2~15份、椰子油二乙醇酰胺3~15份、丁基卡必醇3~15份、聚醚1~5份、苯并三氮唑0.1~0.6份、防腐杀菌剂1~5份、水3~10份。本发明添加剂包乳化能力强，乳化效率高，配制切削液时抗硬水性能好、抑泡性能好，微乳化切削液水溶性好，不凝聚、不结块、不产生沉淀。

Description

一种生产微乳化切削液的添加剂包及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种生产微乳化切削液的添加剂组合物（下称添加剂包，Additive package）及其制备方法和应用。

背景技术

微乳化切削液主要用于金属加工过程作为工艺介质。国家标准GB/T 7631.5－1989《润滑剂和有关产品（L类）的分类第5部分：M组（金属加工）》中，符号为MAE和MAF的2种对应于微乳化切削液。该标准对产品类型和（或）最终使用要求的描述是：MAE为与水混合的浓缩物，具有防锈性半透明乳化液（微乳化液），MAF为具有减摩性和（或）极压性的MAE型浓缩物；总应用为金属加工；特殊用途为用于切削、磨粒加工等金属除去工艺，用于冲压、深拉、压延、强力旋压、线材拉拔、冷锻和热锻、挤压、模压、热轧和冷轧等金属成型工艺；更具体的应用为首先要求冷却性的加工工艺。

中华人民共和国机械工业部1994-09-06发布的JB/T 7453－94就是微乳化切削液的行业标准。从原液的组成上看，乳化切削液含有大量的基础油，基本上不含水；合成切削液含有大量的水，基本上不含油。微乳化切削液介于乳化切削液与合成切削液之间，其原液中既含有一定量的水（30%～50%），也含有一定量的油（20%～30%），通常水、油含量的总和大于60%，各类添加剂之总和小于40%。在商品流转过程中，一半以上的工作是将基础油和水运来运去。

常温下微乳化切削液的原液是油状液体，加水稀释后成为微乳状液（简称微乳液），此即工作液。在工作液中，微乳化切削液的质量百分比通常为3%-8%，稀释水占90%以上。因此，工作液的质量受稀释水水质的影响很大。适合于市政自来水的微乳化切削液，当遇到矿物质含量高的硬水时，容易在稀释液的表面析皂、析油，极大地影响工作液的性能和寿命；当遇到天然的或处理过的软水时，又会产生大量的泡沫，造成许多麻烦。比如：泡沫占据大量空间使工作液溢出；泡沫中存在着大量空气使工作液导热系数下降从而降低其冷却能力；使抽液泵产生“空吸”等。不得不靠加入消泡剂来抑制泡沫。但消泡剂又会带来另外一些弊端。如：使微乳化切削液透明度下降或引起混浊，降低储存安定性；在稀释液中凝聚成粘稠状物，堵塞供液系统，或粘附在机床滑动面上影响运转灵活性；消泡效果不持久等。微乳化液的原液中含有的表面活性剂的量高于乳化油，发泡倾向更严重。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足而提供了一种生产微乳化切削液的添加剂包及其制备方法和应用，妥善地解决了上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生产微乳化切削液的添加剂包，其重量份比组成为：高级脂肪酸5~25份、醇胺10~35份、石油磺酸钠3~15份、失水山梨醇单油酸酯5~20份、脂肪醇聚氧乙烯醚2~15份、椰子油二乙醇酰胺3~15份、丁基卡必醇3~15份、聚醚1~5份、苯并三氮唑0.1~0.6份、防腐杀菌剂1~5份、水3~10份。

所述的生产微乳化切削液的添加剂包，其重量份比组成优选范围为：高级脂肪酸10~20份、醇胺12~30份、石油磺酸钠5~13份、失水山梨醇单油酸酯6~18份、脂肪醇聚氧乙烯醚4~12份、椰子油二乙醇酰胺5~13份、丁基卡必醇6~13份、聚醚2~4份、苯并三氮唑0.2~0.5份、防腐杀菌剂2~4份、水5~9份。

所述的高级脂肪酸为植物油酸、妥尔油酸、椰子油酸、蓖麻油酸中的一种或多种任意比例混合，优选椰子油酸或蓖麻油酸或两者混合；所述的醇胺为单乙醇胺、单异丙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或多种任意比例混合。

上述生产微乳化切削液的添加剂包的制备方法为：

（1）向搅拌桶中加入醇胺、高级脂肪酸和水，边搅拌边加热，升温至60℃时停止加热；

（2）向搅拌桶中加入石油磺酸钠，边加入边搅拌；

（3）物料温度下降至50℃以下时，再依次加入失水山梨醇单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、椰子油二乙醇酰胺、丁基卡必醇、苯并三氮唑、防腐杀菌剂、聚醚，边加入边搅拌；

（4）上述物料搅拌1~2小时，直至得到均匀透明的液体，停止搅拌，灌装。

用上述方法制得的添加剂包具有以下特点：

（1）在常温下为均匀、透明液体；

（2）在70℃下静置4h不浑浊、不分层，或者放回到室温后能恢复原状；

（3）在-12℃下冷冻4h放回到室温环境后无结晶、无析出、能恢复原状；

（4）将其按照一定的比例与基础油及水混合后能得到可溶于水的微乳化切削液。

上述添加剂包专用于配制微乳化切削液。配制方法是：将添加剂包、油相组合物混合，加热至45℃~50℃，搅拌1h；加入水，搅拌1h，保温1h后灌装；三者的质量百分比是：添加剂包30%~50%，油相组合物10%~30%，水30%~50%。

所述的油相组合物主要是基础油，可以是矿物基础油或合成基础油或者它们的混合物。根据需要，油相组合物中也可以加入某些起边界润滑作用的物质，如油性剂、极压剂等。

所述的油性剂可以是动植物油或脂肪酸或高级醇或酯类物质或者它们的混合物；所述的极压剂主要是硫系列极压剂或氯系列极压剂或磷系列极压剂或有机金属极压剂或者它们的混合物；所述的硫系列极压剂主要指硫化脂肪油、硫化烯烃、聚硫化合物；所述的氯系列极压剂指链长C13以上、含量55%以下的氯化石蜡；所述的磷系极压剂主要指磷酸酯；所述的有机金属极压剂主要指二烷基二硫代磷酸或二烷基二硫代氨基甲酸的锌、钼、锑等金属盐类以及环烷酸金属盐类。

添加剂包分为A、B两类。A类添加剂包的高级脂肪酸选用植物油酸或妥尔油酸或者它们的混合物；B类添加剂包的高级脂肪酸选用椰子油酸或蓖麻油酸或者它们的混合物。用A类添加剂包调制的微乳化切削液适合于用硬水稀释；用B类添加剂包调制的微乳化切削液适合于用软水稀释。

本发明的有益效果是：

（1）添加剂包本身：

a.不含亚硝酸盐、重金属离子、苯酚类物质以及其它危害人体健康和生态环境的违禁物质；

b.乳化能力强，乳化效率高；

c.集成生产技术。微乳化切削液添加剂包含有除油相组合物及水以外的所有添加剂成分，如乳化剂、助乳化剂、缓蚀剂、清洗剂、润滑添加剂、防腐杀菌剂等。它高度集成了微乳化切削液的配方和生产工艺，成为一种具有高技术含量的商品，由掌握该技术的企业生产、销售，油品经销商或终端用户购买微乳化切削液添加剂包后，只需要按一定比例和顺序加入油相组合物及水，即可方便地配制出微乳化切削液，供自己销售或使用；

d.降低运输成本。由于油相组合物及水大都可以在本地就近解决，从掌握该技术的企业处购买添加剂包比直接购买微乳化切削液可降低运输成本二分之一以上；

e.简化生产管理。平时可分别作为半成品生产、储存，以简化生产管理；

f.缩短供货周期。有订单时，将添加剂包跟油相组合物混合搅拌均匀，就得到微乳化切削液产品，大大缩短供货周期；

g.减少失密风险，添加剂包可以作为企业产品的中间体安排在不同班组或不同地点或不同时段生产，避免所有生产技术被同一批人员掌握，减少因员工离职而造成技术流失的风险。

（2）用本发明提供的添加剂包配制出的微乳化切削液具有如下优点：

a.抗硬水性能好。本发明提供的微乳化切削液添加剂包中，包括阴离子表面活性剂高级脂肪酸胺皂、石油磺酸钠以及非离子表面活性剂失水山梨醇单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚等。阴离子和非离子两类表面活性剂平衡搭配，可提高微乳化切削液的抗硬水性能；

b.抑泡性能好。普通的微乳化切削液使用植物油酸（oleic acid，主成分是棉油酸、菜油酸、豆油酸）和/或妥尔油酸（Tall Oil acid）来合成高级脂肪酸皂，作为主乳化剂，其乳化能力强，但发泡多、消泡慢，当稀释水质较软时泡沫问题加剧。本发明提出用椰子油酸（Dist Coconut Fatty Acid）和/或蓖麻油酸（ricinoleic acid）替代植物油酸和/或妥尔油酸来合成高级脂肪酸皂，作为主乳化剂，其乳化能力可满足要求，但起泡少，消泡快，无须使用消泡剂即可解决泡沫问题。

c.微乳化切削液水溶性好，不凝聚、不结块、不产生沉淀；

d.配制出的微乳化液冷却、润滑、清洗性能好，通用性强，适用于各种金属材料的切削、磨削加工；

e.配制出的乳化液防锈性能好，不腐蚀机床、工件及工夹量具；

f.配制出的乳化液不刺激皮肤。

附图说明

图1为本发明制得乳化液抑泡性能的比较试验结果图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明。

实施例1

一种生产微乳化切削液的（A类）添加剂包，其重量份比组成为：高级脂肪酸19份、醇胺28份、石油磺酸钠11份、失水山梨醇单油酸酯7份、脂肪醇聚氧乙烯醚5份、椰子油二乙醇酰胺10、丁基卡必醇10份、聚醚4份、苯并三氮唑0.2份、防腐杀菌剂2份、水3.8份。高级脂肪酸用植物油酸或妥尔油酸或二者各半的混合物；醇胺用单乙醇胺和三乙醇胺，二者的重量百分比为：单乙醇胺40%、三乙醇胺60%。

得到的添加剂包为均匀、透明液体，在70℃静置4h不浑浊、不分层，在-12℃下冷冻4h放回到室温环境后无结晶、无析出、能恢复原状。

将本实施例添加剂包、油相组合物混合加热至45℃~50℃，搅拌1h后加入水，搅拌1h、保温1h后灌装，即得第一种微乳化切削液。添加剂包、油相组合物、水的重量比为40：20：40；所述的油相组合物为全损耗系统用油L-AN22。

得到的微乳化切削液水溶性好，抗硬水性能好，溶于水后不析油、不析皂。5wt%稀释液的pH值在9.5左右，适用于黑色金属及其合金。

实施例2

一种生产微乳化切削液的（A类）添加剂包，其重量份比组成为：高级脂肪酸15份、醇胺25份、石油磺酸钠10份、失水山梨醇单油酸酯11份、脂肪醇聚氧乙烯醚8份、椰子油二乙醇酰胺8、丁基卡必醇8份、聚醚3份、苯并三氮唑0.4份、防腐杀菌剂3份、水8.6份。高级脂肪酸用植物油酸或妥尔油酸或二者各半的混合物；醇胺用单乙醇胺和三乙醇胺，二者的重量百分比为：单乙醇胺40%、三乙醇胺60%。

得到的添加剂包为均匀、透明液体，在70℃静置4h不浑浊、不分层，在-12℃下冷冻4h放回到室温环境后无结晶、无析出、能恢复原状。

将本实施例添加剂包、油相组合物、水按重量比40:20:40混合，加热至45℃~50℃，搅拌1h，保温1h后灌装，即得第二种微乳化切削液。所述的油相组合物为7号白油和精制植物油，二者的重量比为4:1。

得到的微乳化切削液水溶性好，抗硬水性能好，溶于水后不析油、不析皂。润滑性能好；5wt%稀释液的pH值在9.5左右，适用于黑色金属及其合金，特别是较难加工的黑色金属及其合金。

实施例3

一种生产微乳化切削液的（B类）添加剂包，其重量份比组成为：高级脂肪酸19份、醇胺28份、石油磺酸钠11份、失水山梨醇单油酸酯7份、脂肪醇聚氧乙烯醚5份、椰子油二乙醇酰胺10、丁基卡必醇10份、聚醚4份、苯并三氮唑0.2份、防腐杀菌剂2份、水3.8份。高级脂肪酸用蓖麻油酸或椰子油酸或二者各半的混合物；醇胺用单乙醇胺和三乙醇胺，二者的重量百分比为：单乙醇胺40%、三乙醇胺60%。

得到的添加剂包为均匀、透明液体，在70℃静置4h不浑浊、不分层，在-12℃下冷冻4h放回到室温环境后无结晶、无析出、能恢复原状。

将本实施例添加剂包、油相组合物混合加热至45℃~50℃，搅拌1h后加入水，搅拌1h、保温1h后灌装，即得第三种微乳化切削液。添加剂包、油相组合物、水的重量比为40：20：40；所述的油相组合物为全损耗系统用油L-AN22。

得到的微乳化切削液水溶性好，抗硬水性能好，溶于水后不析油、不析皂；抑泡性能好；适应用软水稀释；5wt%稀释液的pH值在9.5左右，适用于黑色金属及其合金。

实施例4

一种生产微乳化切削液的（B类）添加剂包，其重量份比组成为：高级脂肪酸15份、醇胺25份、石油磺酸钠10份、失水山梨醇单油酸酯11份、脂肪醇聚氧乙烯醚8份、椰子油二乙醇酰胺8、丁基卡必醇8份、聚醚3份、苯并三氮唑0.4份、防腐杀菌剂3份、水8.6份。高级脂肪酸用蓖麻油酸或椰子油酸或二者各半的混合物；醇胺用单乙醇胺和三乙醇胺，二者的重量百分比为：单乙醇胺40%、三乙醇胺60%。

得到的添加剂包为均匀、透明液体，在70℃静置4h不浑浊、不分层，在-12℃下冷冻4h放回到室温环境后无结晶、无析出、能恢复原状。

将本实施例添加剂包、油相组合物混合加热至45℃~50℃，搅拌1h后加入水，搅拌1h、保温1h后灌装，即得第四种微乳化切削液。添加剂包、油相组合物、水的重量比为40：20：40；所述的油相组合物为7号白油和精制植物油，二者的重量比为4:1。

得到的微乳化切削液水溶性好，抗硬水性能好，溶于水后不析油、不析皂；抑泡性能好；适应用软水稀释；5wt%稀释液的pH值在9.5左右，适用于黑色金属及其合金。

图1为实施例1第一种微乳化液和实施例3第三种微乳化液抑泡性能的比较试验结果。

试验条件：试验温度：25℃，试液量：30mL，试液浓度：5%；稀释水：去离子水。

试验方法：双手同时上下摇动30次，静置10min后观察泡沫高度。

试验结果：第三种微乳化液的抑泡性能明显优于第一种微乳化液。

Claims (8)

1.一种生产微乳化切削液的添加剂包，其特征是，

其重量份比组成为：高级脂肪酸10～20份、醇胺12～30份、石油磺酸钠5～13份、失水山梨醇单油酸酯6～18份、脂肪醇聚氧乙烯醚4～12份、椰子油二乙醇酰胺5～13份、丁基卡必醇6～13份、聚醚2～4份、苯并三氮唑0.2～0.5份、防腐杀菌剂2～4份、水5～9份；所述的高级脂肪酸为植物油酸、妥尔油酸、椰子油酸、蓖麻油酸中的一种或多种任意比例混合。

2.根据权利要求1所述的一种生产微乳化切削液的添加剂包，其特征是，所述的高级脂肪酸为椰子油酸或蓖麻油酸或两者混合。

3.根据权利要求1所述的一种生产微乳化切削液的添加剂包，其特征是，所述的醇胺为单乙醇胺、单异丙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或多种任意比例混合。

4.权利要求1-3任一项所述的生产微乳化切削液的添加剂包的制备方法，其特征是，步骤为：

（1）向搅拌桶中加入醇胺、高级脂肪酸和水，边搅拌边加热，升温至60℃时停止加热；

（2）向搅拌桶中加入石油磺酸钠，边加入边搅拌；

（3）物料温度下降至50℃以下时，再依次加入失水山梨醇单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、椰子油二乙醇酰胺、丁基卡必醇、苯并三氮唑、防腐杀菌剂、聚醚，边加入边搅拌；

（4）上述物料搅拌1～2小时，直至得到均匀透明的液体，停止搅拌，灌装。

5.权利要求1-3任一项所述的生产微乳化切削液的添加剂包在配制微乳化切削液中的应用。

6.用权利要求1所述的添加剂包配制的微乳化切削液，其重量百分比组成为：添加剂包30%～50%，油相组合物10%～30%，水30%～50%；所述的油相组合物是矿物基础油，或合成基础油。

7.用权利要求1所述的添加剂包配制的微乳化切削液，其重量百分比组成为：添加剂包30%～50%，油相组合物10%～30%，水30%～50%；所述的油相组合物是矿物基础油、合成基础油中的一种或两种与油性剂、极压剂中的一种或两种混合的混合物。

8.权利要求6或7所述的微乳化切削液的配制方法，其特征是，将添加剂包、油相组合物混合，加热至45℃～50℃，搅拌1h；加入水，搅拌1h，保温1h后灌装。