CN102925249A - 金属轧制油高分子多元酸添加剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
金属轧制油高分子多元酸添加剂，包括以下成分：高分子多元酸如C36二聚脂肪酸、合适聚合度的聚乙二醇、磷化剂、催化剂，高分子多元酸如C36二聚脂肪酸和合适聚合度的聚乙二醇反应生成高分子多元酸如二聚脂肪酸单聚乙二醇酯；二聚脂肪酸单聚乙二醇酯和磷化剂反应得到高分子多元酸如二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯。本发明的独特优势是一个添加剂同时具有乳化性能，润滑性能，极压性能，低油焦生成倾向和良好的钢板退火清净性。将本发明的添加剂以5-10%加入到金属轧制油中可用于高速轧制大批量大变形量钢板，轧制的钢板板面没有划伤情况发生。
Description
技术领域
本发明涉及润滑剂领域，尤其涉及一种具有乳化性能，润滑性能，极压性能和低油焦生成倾向和良好的钢板轧后退火清净性的金属轧制油高分子多元酸添加剂及制备方法。
背景技术
轧制钢板及钢带的冷轧油大致分为以动植物油脂(例如牛脂、猪脂、鱼油)和以矿物油(例如40℃时粘度为10-40cst的精制矿物油)为基础油的两大类。前者主要用于轧制成品厚度0.3mm以下薄板。后者主要用于对轧制润滑性的要求不如前者高而要求高清净性的的厚板。钢板表面的清净性一般以钢板表面的残铁量、残油量、油烧斑量和退火后的残炭量的多少来衡量。钢板表面的清净性对镀锌产品的影响更为明显，轧后钢板表面的残留物过多不但要消耗大量的清洗性化工原料，而且如果带钢表面的清净性达不到要求，还易形成锌粒、锌疤、锌层脱落等缺陷。在冷轧油中，除动植物油脂之外，还可添加其它合成脂和各种功能添加剂等。合成脂如季戊四醇油酸酯，三羟基丙烷油酸酯等功能添加剂可以是高级醇，乳化剂，极压剂，防锈剂，抗氧化剂，有机胺等;高级醇与有机胺可防止钢板表面脏污；极压添加剂，可提高耐烧伤性；防锈剂可防止钢板与润滑系统排管的生锈；抗氧化剂防止润滑油的氧化；有机胺可以减少油焦的生成；乳化剂用来调整润滑油的乳化状态，使得冷轧润滑油制成1-30%工作浓度的乳化液的粒径分布的平均值最好在3μm-15μm，控制乳化液的油水离展度，保证钢板轧制液的润滑性能和冷却效果。近年来由于高速、高压下轧制以被普遍采用，轧制材料中的硬质高碳钢的比率也不断增加，在高速轧制时，工作辊与轧制材料之间产生大量的摩擦热，由于摩擦热能积蓄于工作辊表面，造成表面温度变高，这样容易造成工作辊与轧制材料之间的烧伤，特别对于变形抵抗大的材料，如润滑不足, 则容易会发生划伤，热擦伤及烧伤，轧制十分困难, 大大损害钢板表面性状, 降低产品质量。因此对冷轧油的高润滑性的要求越来越高。从轧制润滑性的角度，多采用棕榈油作为基础油，虽然以这些棕榈油为基础油的轧制油具有优异的轧制润滑性，但棕榈油的融点高，和轧制中出现的铁粉形成称为油泥的混合物，会粘附于轧辊和机架内部，大大损害作业环境。因此，使用合成酯作为基础油来代替部分棕榈油，但合成脂的润滑性还是不够，所以根据需要，加入脂肪酸，二聚脂肪酸，脂类，磷系，硫化动植物油脂润滑极压剂；添加了合成脂肪酸，特别是二聚脂肪酸是增加润滑性的非常有效的方法，润滑性随二聚脂肪酸的添加量的增加而显著上升。但是钢板表面的清洁性随二聚脂肪酸的添加量的增加而恶化，为了弥补这点，加入改善极压润滑性能的磷系极压剂，例如：烷基磷化物、烷基酸磷脂等来限制二聚脂肪酸的添加量来改善钢板表面的清洁性。但现实中仍存在使用期间烷基酸磷脂添加剂由于热分解，水解等问题而产生极压润滑效果不稳定，很难维持初期时轧制油的性能的问题。
本发明的目的是提供一种具有乳化性能，润滑性能，极压性能和低油焦生成倾向和良好的钢板轧后退火清净性的金属轧制油高分子多元酸添加剂及制备方法。
本发明是这样实现的：金属轧制油高分子多元酸添加剂，包括以下成分：高分子多元酸如C36二聚脂肪酸、合适聚合度的聚乙二醇、磷化剂、催化剂，其特征在于：高分子多元酸如C36二聚脂肪酸和合适聚合度的聚乙二醇反应生成高分子多元酸如二聚脂肪酸单聚乙二醇酯；二聚脂肪酸单聚乙二醇酯和磷化剂反应得到高分子多元酸如二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯。
本发明所述的高分子多元酸 可以是二元脂肪酸，三元脂肪酸，最好选择是C36二聚脂肪酸；所述的合适聚合度的聚乙二醇为平均分子量从200到600的聚乙二醇；所述的磷化剂为五氧化二磷或磷酸；所述的催化剂为甲基苯磺酸。
本发明所述的高分子多元酸：C36二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯，化学结构式是：
其中：(C2H4O)n 是聚乙二醇的核，n可以为4-20。
本发明所述的金属轧制油高分子多元酸添加剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在带有回流冷凝油水分离管的三口烧瓶中，按摩尔比1∶1.1加入C36二聚脂肪酸和平均分子量从200到600的聚乙二醇，加入反应物重量的0.5%的甲基苯磺酸作为催化剂和总量10%的二甲苯为溶剂，搅拌后升温到140~160℃，直到没有水分馏出为止，反应时间4~6小时，然后将溶液减压，使体系真空度达到0.07~0.08Mpa,,蒸出溶剂二甲苯，反应物冷却到40℃；在氮气气氛中，逐渐加入磷化剂，控制反应物的温度不超过55℃，待磷化剂全部加完后再升温到95~98℃，保温3小时，反应物冷却后便得到最终产品，产品中主要是二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯和少量双二聚脂肪酸单聚乙二醇酯磷酸酯。
本发明的独特优势是一个添加剂同时具有乳化性能，润滑性能，极压性能，低油焦生成倾向和良好的钢板退火清净性。将本发明的添加剂以5-10%加入到金属轧制油中可用于高速轧制大批量大变形量钢板，轧制的钢板板面没有划伤情况发生。
具体实施方式
金属轧制油高分子多元酸添加剂，包括以下成分：高分子多元酸如C36二聚脂肪酸、合适聚合度的聚乙二醇、磷化剂、催化剂，其特征在于：高分子多元酸如C36二聚脂肪酸和合适聚合度的聚乙二醇反应生成高分子多元酸如二聚脂肪酸单聚乙二醇酯；二聚脂肪酸单聚乙二醇酯和磷化剂反应得到高分子多元酸如二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯。所述的高分子多元酸 可以是二元脂肪酸，三元脂肪酸，最好选择是C36二聚脂肪酸；所述的合适聚合度的聚乙二醇为平均分子量从200到600的聚乙二醇；所述的磷化剂为五氧化二磷或磷酸；所述的催化剂为甲基苯磺酸。所述的高分子多元酸：C36二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯化学结构式是：
其中：(C2H4O)n 是聚乙二醇的核，n可以为4-20。所述的金属轧制油高分子多元酸添加剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在带有回流冷凝油水分离管的三口烧瓶中，按摩尔比1∶1.1加入C36二聚脂肪酸和平均分子量从200到600的聚乙二醇，加入反应物重量的0.5%的甲基苯磺酸作为催化剂和总量10%的二甲苯为溶剂，搅拌后升温到140~160℃，直到没有水分馏出为止，反应时间4~6小时，然后将溶液减压，使体系真空度达0.07~0.08Mpa,,蒸出溶剂二甲苯，反应物冷却到40℃；在氮气气氛中，逐渐加入磷化剂，控制反应物的温度不超过55℃，待磷化剂全部加完后再升温到95~98℃，保温3小时，反应物冷却后便得到最终产品，产品中主要是二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯和少量双二聚脂肪酸单聚乙二醇酯磷酸酯。 具体实施时，本发明为了解决二聚脂肪酸作为金属轧制油润滑添加剂所带来的钢板轧制油的清净性能问题, 通过对二聚脂肪酸的分子结构进行改造，保留一个脂肪酸基团，使之具有二聚脂肪酸特有的分子吸附性能，润滑性能和钢板防锈性能，接枝聚乙二醇基团，使其具有一定的乳化性能，相比较二聚脂肪酸，容易被乳化，改善了清净性能。而且该分子是酸性的磷酸酯结构，在酸性状态的钢板轧制乳化液中，提供极压润滑性能，所以加入该高分子化合物的钢板轧制液，在不减少油分附着量的情况下，仍能保持优异的乳化稳定性，在与被轧制材料接触时，该分子基团能在轧材表面形成厚的强力的润滑膜，具有高润滑性和极压性能，低油焦生成倾向和良好的钢板轧后退火清净性，能在轧材表面形成厚的强力的润滑膜。高分子多元酸，如二聚脂肪酸是相对分子质量较大的二元酸。通过选择和合适聚乙二醇的分子量, 二聚脂肪酸与聚乙二醇反应生成的聚酯是一种具有乳化特性化学结构酯醚型高分子表面活性剂, 具有长碳链亲油基团和一个羧基官能团以及聚乙二醇的亲水基团,由于其分子量大,具有低分子表面活性剂所没有的一些特性,如毒性小,良好的乳化,保护胶体和增溶性能.二聚脂肪酸聚乙二醇磷酸酯的分子结构中特意保留一个-COOH ，使之具有润滑, 防锈和抗油焦功能。高分子多元酸，如C36二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯分子结构中含有元素磷，具有比通常的烷基磷化物添加剂有更长的烷基链烷基的亲油基团, 因而具有优异的热稳定性和水解安定性，从而使钢板轧制乳化液有很好的磷保持度， 提供钢板轧制乳化液长时的极压润滑能力 可以在钢板金属表面形成低摩擦系数的磷化铁分子膜提供极压润滑功能。并能和金属轧制油中的硫化极压添加剂起到协同增效极压润滑功能，防止钢板表面划伤，降低轧机轧制压力，提高钢板退火清净性。
实施例：高分子多元酸如二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯的的合成
在带有回流冷凝油水分离管的三口烧瓶中，加入C36二聚脂肪酸280克和100克聚乙二醇（平均分子量200），加入反应物重量的0.5%的甲基苯磺酸作为催化剂和总量10%的二甲苯为溶剂，搅拌下升温到140~150℃，直到没有水分馏出为止，反应时间4~5小时；然后将溶液减压，使体系真空度达到0.07~0.08Mpa,蒸出溶剂二甲苯，然后反应物冷却到40℃；在氮气气氛中，逐渐加入35克五氧化二磷，控制反应物的温度不超过55℃，待五氧化二磷全部加完后再在升温到95~98温度，保温3小时，反应物冷却后便是最终产品。产品中主要是二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯，少量是双(二聚脂肪酸单聚乙二醇酯)磷酸酯，磷含量约3.8% 。
Claims (4)
1.金属轧制油高分子多元酸添加剂，包括以下成分：高分子多元酸如C36二聚脂肪酸、合适聚合度的聚乙二醇、磷化剂、催化剂，其特征在于：高分子多元酸如C36二聚脂肪酸和合适聚合度的聚乙二醇反应生成高分子多元酸如二聚脂肪酸单聚乙二醇酯；二聚脂肪酸单聚乙二醇酯和磷化剂反应得到高分子多元酸如二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯。
2.根据权利要求1所述的金属轧制油高分子多元酸添加剂，其特征在于：所述的高分子多元酸 可以是二元脂肪酸，三元脂肪酸，最好选择是C36二聚脂肪酸；所述的合适聚合度的聚乙二醇为平均分子量从200到600的聚乙二醇；所述的磷化剂为五氧化二磷或磷酸；所述的催化剂为甲基苯磺酸。
3.根据权利要求1和2所述的金属轧制油高分子多元酸添加剂，其特征在于：所述的高分子多元酸：C36二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯化学结构式是：
其中：(C2H4O)n 是聚乙二醇的核，n可以为4-20。
4.根据权利要求1或2或3所述的金属轧制油高分子多元酸添加剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在带有回流冷凝油水分离管的三口烧瓶中，按摩尔比1∶1.1加入C36二聚脂肪酸和平均分子量从200到600的聚乙二醇，加入反应物重量的0.5%的甲基苯磺酸作为催化剂和总量10%的二甲苯为溶剂，搅拌后升温到140~160℃，直到没有水分馏出为止，反应时间4~6小时，然后将溶液减压，使体系真空度达到0.07~0.08Mpa,,蒸出溶剂二甲苯，反应物冷却到40℃；在氮气气氛中，逐渐加入磷化剂，控制反应物的温度不超过55℃，待磷化剂全部加完后再升温到95~98℃，保温3小时，反应物冷却后便得到最终产品，产品中主要是二聚脂肪酸单聚乙二醇磷酸酯和少量双二聚脂肪酸单聚乙二醇酯磷酸酯。
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