CN102977357A - 聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物及其制备方法和用该聚合物配制的齿轮加工准干切削液 - Google Patents

聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物及其制备方法和用该聚合物配制的齿轮加工准干切削液 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物及其制备方法和用该聚合物配制的齿轮加工准干切削液。该聚合物化学式为:

Description

聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物及其制备方法和用该聚合物配制的齿轮加工准干切削液
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物及其制备方法和用该聚合物配制的齿轮加工准干切削液。 
背景技术
传统的齿轮加工采用机械油进行大量冲淋式润滑，润滑剂的使用量大，不仅浪费资源，造成加工场所和环境的巨大污染，同时还会严重影响操作工人的身体健康。在提倡节能减排、环境保护、绿色生产的今天，急需一种新的齿轮加工工艺。齿轮加工准干切削技术是一门近几年发展起来的齿轮切削加工新技术，就是在齿轮切削加工过程中使用准干润滑系统进行润滑，该技术的发展需要一种适用于齿轮加工工艺中配合准干润滑装置使用的齿轮加工准干切削液。 
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物及其制备方法和用该聚合物配制的齿轮加工准干切削液。该齿轮加工准干切削液适用于齿轮加工工艺中，配合准干润滑装置使用，能代替原有的传统的以机械油作为齿轮加工切削油/液。 
本发明的技术方案如下： 
一种聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物，它是先由甘油与亚磷酸按摩尔比1：1反应得到亚磷酸酯甘油后，再由亚磷酸甘油酯与环氧乙烷按摩尔比1：（10-20）发生聚合反应得到的，其化学式为： 
Figure BDA00002330469600011
其中n为10-20的整数。 
本发明总体分三个步骤进行： 
上述聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物的制备方法（即前二个步骤）如下： 
步骤1.制备亚磷酸甘油酯： 
将甘油和亚磷酸按摩尔比1：1加入反应釜中，充入氮气保护，搅拌加热至130-140℃，保持恒温搅拌3-4小时，减压排出反应生成的水，制备成亚磷酸酯甘油备用； 
上述反应方程式为： 
步骤2.制备聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物（含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾）： 
称取亚磷酸甘油酯和氢氧化钾加入用0℃左右的冰盐水循环冷却的聚合釜中搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时用氮气进料罐将环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至100-120℃，压力调节至0.3-0.4MPa，聚合反应15-16小时以后，用氮气将聚合釜内的聚合物挤出，即为聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物（含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾）； 
上述摩尔比亚磷酸甘油酯：环氧乙烷=1：（10-20）； 
上述制备聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物的反应方程式为： 
Figure BDA00002330469600022
上述反应式中的n为10-20的整数。 
上述反应过程中，氢氧化钾作为催化剂，消耗的量很少，所以反应完成后，加进去的氢氧化钾基本还留在反应产物中。上述制备得到的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物中氢氧化钾所占的重量百分比为0.5-1%。 
由于甘油亚磷酸酯容易在有水的条件下水解成甘油和亚磷酸，上述步骤2的反应过程中，还包含甘油与环氧乙烷会反应生成聚氧乙烷甘油醚，亚磷酸与氢氧化钾会反应生成亚磷酸钾盐的副反应，所以上述制备得到的聚氧乙烷醚基亚磷酸 甘油酯聚合物中还含有聚氧乙烷甘油醚和亚磷酸钾盐。 
甘油与环氧乙烷反应生成聚氧乙烷甘油醚的反应方程式为： 
Figure BDA00002330469600031
上述反应式中x为不确定整数。 
步骤3.制备齿轮加工准干切削液： 
将步骤2得到的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物（含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾）加入含四硼酸钾的去离子水中搅拌均匀，即制得一种齿轮加工准干切削液。 
本发明的齿轮加工准干切削液中各组分的重量百分比为： 
Figure BDA00002330469600032
上述齿轮加工准干切削液的制备方法： 
按所述重量百分比称取四硼酸钾加入去离子水中搅拌，再加入聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物（含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾），同时搅拌2-3小时，混合物透明后包装即为成品。 
上述齿轮加工准干切削液主要应用于齿轮的滚齿、铣齿、插齿、铇齿等加工工艺。
本发明的有益效果： 
本发明与现有技术相比，具有以下优点： 
本发明的齿轮加工准干切削液具有很好的冷却性和润滑性，还具有良好的极压抗磨性和防锈性（四硼酸钾可在加工时在金属表面形成一层保护膜，此膜有良好的极压抗磨性，可以有效延长刀具使用寿命，同时具有良好的防锈性能）。 
本发明中的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物是一种良好的极压抗磨剂，同时也是一种良好的表面活性剂，水溶性良好，同时水在加工时蒸发，可带走大量的热，是良好的冷却剂； 
本发明的齿轮加工准干切削液配合准干切削润滑装置使用，可使润滑剂的使用量降低至5%以下，节能环保。 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明： 
实施例1： 
步骤1：称取92.09kg(1000mol)甘油和82kg(1000mol)亚磷酸加入反应釜中充入氮气保护加热搅拌至130℃，保持恒温搅拌4小时，减压排出反应生成的水，制备成亚磷酸甘油酯A 142kg（1000mol）备用（实际生产中产物的得率小于100%，因此实际得到的亚磷酸甘油酯少于1000mol）； 
步骤2：将步骤1制备的142kg(1000mol)亚磷酸甘油酯A和5.15kg氢氧化钾加入用0℃左右的冰盐水循环冷却的聚合釜中搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时用氮气进料罐把881kg(20000mol)的环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至100℃，压力调节至0.4MPa，聚合反应16小时以后，用氮气将聚合釜内的聚合物挤出，即得聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物B1028kg（含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾）； 
步骤3：将步骤2得到的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物B 70kg加入含3kg四硼酸钾的27kg去离子水中搅拌2小时，即制得一种齿轮加工准干切削液。 
上述方法制得的一种齿轮加工准干切削液理化指标如下： 
  项目   试验结果   试验方法
  密度（20℃）kg/m3   1065   GB/T1884
  运动粘度（40℃）mm2/s   26.8   GB/T265
  PH   10.3   SH/T0578
  铜片腐蚀（3h,50℃）   1a   GB/T5096
  四球极压PD N   7845   GB/T12583
[0043] 实施例2： 
步骤1：称取92.09kg(1000mol)甘油和82kg(1000mol)亚磷酸加入反应釜中充入氮气保护加热搅拌至140℃，保持恒温搅拌3小时，减压排出反应生成的水，制备成亚磷酸甘油酯A 142kg（1000mol）备用（实际生产中产物的得率小于100%，因此实际得到的亚磷酸甘油酯少于1000mol）； 
步骤2：将步骤1制备的142kg(1000mol)亚磷酸甘油酯A和7kg氢氧化钾加入用0℃左右的冰盐水循环冷却的聚合釜中搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时用氮气进料罐把660.75kg(15000mol)的环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至120℃，压力调节至0.3MPa，聚合反应15小时以后，用氮气将聚合釜内的聚合物挤出，即得聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物B 809.75kg（含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾）； 
步骤3：将步骤2得到的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物B 40kg加入含3kg四硼酸钾的57kg去离子水中搅拌3小时，即制得一种齿轮加工准干切削液。 
上述方法制得的一种齿轮加工准干切削液理化指标如下： 
  项目   试验结果   试验方法
  密度（20℃）kg/m3   1032   GB/T 1884
  运动粘度（40℃)mm2/s   2.7   GB/T 265
  PH   10.1   SH/T 0578
  铜片腐蚀（3h,50℃）   1a   GB/T 5096
  四球极压PD N   6080   GB/T12583
实施例3： 
步骤1：称取92.09kg(1000mol)甘油和82kg(1000mol)亚磷酸加入反应釜中充入氮气保护加热搅拌至135℃，保持恒温搅拌3.5小时，减压排出反应生成的水，制备成亚磷酸甘油酯A 142kg（1000mol）备用（实际生产中产物的得率小于100%，因此实际得到的亚磷酸甘油酯少于1000mol）； 
步骤2：将步骤1制备的142kg(1000mol)亚磷酸甘油酯A和4.5kg氢氧化钾加入用0℃左右的冰盐水循环冷却的聚合釜中搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时用氮气进料罐把440.5kg(10000mol)的 环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至110℃，压力调节至0.35MPa，聚合反应15.5小时以后，用氮气将聚合釜内的聚合物挤出，即得聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物B 587kg（含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾）； 
步骤3：将步骤2得到的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物B 50kg加入含2.5kg四硼酸钾的47.5kg去离子水中搅拌2.5小时，即制得一种齿轮加工准干切削液。 
上述方法制得的一种齿轮加工准干切削液理化指标如下： 
  项目   试验结果   试验方法
  密度（20℃）kg/m3   1044   GB/T 1884
  运动粘度（40℃)mm2/s   4.3   GB/T 265
  PH   10.1   SH/T 0578
  铜片腐蚀（3h,50℃）   1a   GB/T 5096
  四球极压PD N   6080   GB/T12583
实施例4： 
步骤1：称取92.09kg(1000mol)甘油和82kg(1000mol)亚磷酸加入反应釜中充入氮气保护加热搅拌至140℃，保持恒温搅拌3小时，减压排出反应生成的水，制备成亚磷酸甘油酯A 142kg（1000mol）备用（实际生产中产物的得率小于100%，因此实际得到的亚磷酸甘油酯少于1000mol）； 
步骤2：将步骤1制备的142kg(1000mol)亚磷酸甘油酯A和6.25kg氢氧化钾加入用0℃左右的冰盐水循环冷却的聚合釜中搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时用氮气进料罐把660.75kg(15000mol)的环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至100℃，压力调节至0.3MPa，聚合反应16小时以后，用氮气将聚合釜内的聚合物挤出，即得聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物B 809kg（含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾）； 
步骤3：将步骤2得到的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物B 60kg加入含2.5kg四硼酸钾的37.5kg去离子水中搅拌2小时，即制得一种齿轮加工准干切削液。 
将上述制得的一种齿轮加工准干切削液应用于用准干切削系统（准干切削装置+齿轮加工准干切削液）改造直径360mm的涡轮滚铣加工，之前用普通液压油油浴润滑加工。 
使用准干切削系统（准干切削装置+齿轮加工准干切削液）改造效果对比表： 
  项目   改造前   改造后
  涡轮每滚铣一次所需要时间   35秒   35秒
  滚铣刀磨刀次数   两个班磨一次   三个班磨一次
  润滑剂消耗   4kg/天   0.2kg/天
  工作现场   典型脏乱差   十分干净
  后处理   工件油液污染处理费用大   无后处理
实施例5： 
用实施例4制得的一种齿轮加工准干切削液应用于滚齿加工：滚齿机为上海第一机床厂生产，型号为：HI-008，加工工件直径82.24mm，加工长度为：103.76mm，分两刀滚完，用时29分钟，24小时工作，原用32#机械油传统油浴润滑，现改为准干切削加工，使用齿轮加工准干切削液，原用油量：15升/天，改造后准干切削液用量：0.5升/天。 

Claims (5)

1.一种聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物，其特征在于，它是先由甘油与亚磷酸按摩尔比1：1反应得到亚磷酸甘油酯后，再由亚磷酸甘油酯与环氧乙烷按摩尔比1：（10-20）发生聚合反应得到的，其化学式为：
Figure FDA00002330469500011
其中n为10-20的整数。
2.一种如权利要求1所述的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物，其特征在于，所述聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物中含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾。
3.一种如权利要求1-2所述的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
步骤1.由甘油与亚磷酸按摩尔比1：1反应制备得到亚磷酸甘油酯；
步骤2.由亚磷酸甘油酯与环氧乙烷按摩尔比1：（10-20）发生聚合反应得到聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物。
4.如权利要求3所述的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物的制备方法，其特征在于，其中步骤1制备亚磷酸甘油酯的方法为：
将甘油和亚磷酸按摩尔比1：1加入反应釜中，充入氮气保护，搅拌加热至130-140℃，保持恒温搅拌3-4小时，减压排出反应生成的水，制备成亚磷酸甘油酯备用；
上述反应方程式为：
Figure FDA00002330469500012
步骤2制备聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物的方法为：
将亚磷酸甘油酯和氢氧化钾加入用0℃左右的冰盐水循环冷却的聚合釜中搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时用氮气进料罐将环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至100-120℃，压力调节至0.3-0.4MPa，聚合反应15-16小时以后，用氮气将聚合釜内的聚合物挤出，即得到聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物（含聚氧乙烷甘油醚、亚磷酸钾盐和氢氧化钾）；
上述摩尔比亚磷酸甘油酯：环氧乙烷=1：（10-20）；
上述制备聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物的反应方程式为：
Figure FDA00002330469500021
上述反应式中的n为10-20的整数；
上述步骤2反应过程中，还包含甘油与环氧乙烷反应生成聚氧乙烷甘油醚，亚磷酸与氢氧化钾反应生成亚磷酸钾盐的副反应；
甘油与环氧乙烷反应生成聚氧乙烷甘油醚的反应方程式为：
Figure FDA00002330469500022
上述反应式中x为不确定整数。
5.一种用如权利要求1-2所述的聚氧乙烷醚基亚磷酸甘油酯聚合物配制成的齿轮加工准干切削液，其特征在于，它由以下重量百分比的组分组成：
Figure FDA00002330469500023
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