CN103351927B - 一种多功能全合成切削液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能全合成切削液及其制备方法，所述多功能全合成切削液由改性植物油、有机羧酸酰胺、硼酸酯、乙醇胺、乙醇胺、聚醚活性剂、有色金属缓蚀剂、油酸三乙醇胺、柠檬酸乙醇胺、磷酸酯三乙醇胺、乳化硅油等配制而成。本发明采用了易生物降解的特殊添加剂组合，解决了市场上同类产品普遍存在的润滑性和防锈性差的问题，且配方中不含亚硝酸盐、苯、酚类物质，废液易于处理，不会对环境造成破坏，具有良好的环境友好性，可用于中、重负荷切削加工中，适用于数控机床、加工中心等自动化生产设备。
Description
技术领域
本发明属于切削液技术领域，特别涉及一种多功能全合成切削液及其制备方法。
背景技术
水基合成切削液按国家标准GB7631.5—89《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MAG和MAH对应于两种合成切削液。L-MAG类；与水混合的浓缩物是具有防锈性的透明液体，使用时用一定比例的水稀释后形成透明半透明的稀释液，适用于金属车削、铣削等多种切削加工工艺的冷却、防锈；L-MAH类；是具有减摩性和极压性的MAG型浓缩物。
中华人民共和国国家标准GB/T6144—2010《合成切削液》是在原GB/T6144-1985标准基础上进行修订。新旧标准主要差异在于: a.增加了规范性引用文件章节；b.增加了安全章节；c.调整了产品章节分类方法；d.增加了产品中亚硝酸钠检测项目；e.修改了产品最大无卡咬负荷PB值。
合成切削液(L-MAG)其组成有两种：一种是含多种水溶性无机盐类防锈剂的真溶液。这类溶液具有一定的冷却性、清洗性和防锈性，但其表面张力较大，润湿性和润滑性较差，在使用过程中随水分蒸发，在表面会残留下结晶物，所以此类切削液只适应于一般磨削加工。另一种是由表面活性剂、水溶性无机类和有机类防锈剂以及水溶性润滑添加剂组成的颗粒极小的胶体溶液。此类切削液表面张力较小、润湿性好、渗透能力强，冷却性、清洗性能好，具有一定的润滑作用，但不含减摩极压剂，所以此类切削液只适应于一般切削加工。
合成切削液（L-MAH）是包含有水溶性抗磨性极压（EP）剂的化学合成切削液，使其切削液极压润滑性大幅度提高。
全合成切削液不含油，其润滑作用主要取决于表面活性剂，只要选择合适的表面活性剂，全合成切削液完全可以达到或超过乳化切削液的润滑水平。在不含矿物油的全合成切削液中，许多含氯、硫和磷的水溶性EP组分几乎没有或者具有较低的EP特性，实验发现磷酸酯的三乙醇胺盐在这方面有其特殊性。
全合成切削液是由多种化学成分组成，不含矿物油，故全合成切削液的润滑性能和极压性能相对较差，一般不能用于中、重负荷切削加工，为了达到防锈效果，市场上很多全合成切削液产品含有廉价的防锈剂亚硝酸盐，亚硝酸盐是潜在的致癌物，长期接触会影响操作工的身体健康。另外，现有技术中的合成切削液还存在润滑性差、极压值低、防锈能力弱以及兼容性不足等缺点。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种多功能全合成切削液及其制备方法。
本发明采用的技术方案是：
一种多功能全合成切削液，包括按重量配比的如下组分：
改性植物油 8-20%；
有机羧酸酰胺 6-10%；
硼酸酯 10-20%；
乙醇胺 5-8%；
聚醚活性剂 3-5%；
有色金属缓蚀剂 0.1-0.2%；
油酸三乙醇胺 5-10%；
柠檬酸乙醇胺 5-8%；
磷酸酯三乙醇胺 3-8%；
乳化硅油 0.1-0.5%；
乙二胺四乙酸二钠 0.02-0.05%；
余量为水。
进一步，所述改性植物油是指植物油经皂化反应后，再用硼酸和乙醇胺改性后的水溶性物质。
进一步，所述植物油为植物菜籽油、蓖麻油、大豆油、亚麻油、棉籽油的一种或数种混合物；所述皂化反应是优选采用强碱参与反应，
进一步，所述有机羧酸酰胺优选含碳原子8-14的直链二元酸与乙醇胺反应后的生成的有机羧酸酰胺。
进一步，所述直链二元酸为烯基丁二酸、癸二酸、月桂酸的一种或数种混合物。
进一步，所述乙醇胺为是一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或数种混合物。
进一步，聚醚活性剂可以是水溶性嵌段共聚物或无规聚醚。
进一步，所述有色金属缓蚀剂为1-羟甲基苯并三氮唑或苯并三氮唑。
进一步，所述磷酸酯三乙醇胺为OP-10、TX-10或AEO通过与磷化剂酯化反应制得聚醚磷酸酯，然后用三乙醇胺中和的产物。
所述OP-10是一种化工原料，成分是烷基酚聚氧乙烯醚，具有优良的匀染、乳化、润湿、扩散，抗静电性。
所述TX-10为烷基酚聚氧乙烯醚，也有叫“壬基酚聚氧乙烯醚”，是一种分散剂。
所述AEO为脂肪醇聚氧乙烯醚，是非离子型表面活性剂中发展最快、用量最大的品种，亲油基和亲水基分别是由具有活泼氢的脂肪醇和环氧乙烷聚合制得，是环氧乙烷加成数不同的多种聚氧乙烯醚的混合物。根据脂肪醇碳链长短可分为三类：AEO系列； JFC系列；平平加系列。
上述多功能全合成切削液的制备方法，包括如下步骤：
⑴在反应釜里分别制得改性植物油、磷酸酯三乙醇胺和其他反应组分。
⑵在调和灌内加入水，向水中加入乙二胺四乙酸二钠，然后依次加入其他组分，最后加入乳化硅油，补足水量，充分搅拌即可。
本发明提供的多功能全合成切削液，采用了植物油，相对矿物油更加容易降解，为多功能全合成环保切削液。具有全合成切削液具有良好的清洗性、冷却性和使用周期长等优点。解决了现有技术中全合成切削液组分中如果不含矿物油其一般润滑性能相对较差的问题。本发明提供的多功能全合成切削液，采用了易生物降解的特殊添加剂组合，解决了市场上同类产品普遍存在的润滑性和防锈性差的问题，可用于中、重负荷切削加工中，适用于数控机床、加工中心等自动化生产设备，且配方中不含亚硝酸盐、苯、酚类物质，废液易于处理，不会对环境造成破坏，具有良好的环境友好性。
具体实施方式
实施例1。一种多功能全合成切削液的制备方法，包括如下步骤：
⑴在反应釜里分别制得改性植物油、磷酸酯三乙醇胺和其他反应组分。
所述改性植物油制备方法为：在一吨反应釜中加入150kg植物油，缓慢加热至90-95℃，然后用20%的氢氧化钠溶液100kg慢慢加入进行皂化，在皂化过程中，慢慢滴入醇胺进行分散，醇胺总量为200kg，继续皂化一个小时，得到透明黏稠皂化物，降温至70℃，加入50kg硼酸，反应一个小时，最后100kg去离子水。即可储存备用。
磷酸酯的制备方法：在一吨反应釜中，加入醇醚和去离子水（比例3：1），充分搅拌，然后分量慢慢加入（摩尔比 2.5:1）五氧化二磷，温度控制在不超过75℃，进行酯化反应，反应结束，用三乙醇胺中和至PH值8-8.5即可，储存备用。
⑵在调和灌内加入水，向水中加乙二胺四乙酸二钠，然后依次加入其他组分，最后加入乳化硅油，补足水量，充分搅拌即可。
具体步骤为：
向反应罐内加入15kg癸二酸，25kgTEA ，加热至70℃并搅拌半小时，然后再加入300kg去离子水和1.5kg EDTA-Na2，再加入80kg硼酸酯充分搅拌；在另一容器内，将1.5kg1-羟甲基BTA 和20kg一乙醇胺混合溶解后，再加入15kg柠檬酸和适量去离子水充分搅拌，将此容器内混合物加入反应罐中，然后依次再加入150kg改性植物油、60kg油酸三乙醇胺、50kg磷酸酯乙醇胺和30kg聚醚，充分搅拌半小时，最后加入3kg乳化硅油，补足水量至1000kg。
实施例2。一种多功能全合成切削液的制备方法，包括如下步骤：
⑴在反应釜里分别制得改性植物油、磷酸酯三乙醇胺和其他反应组分。
所述改性植物油制备方法为：在一吨反应釜中加入150kg植物油，缓慢加热至90-95℃，然后用20%的氢氧化钠溶液100kg慢慢加入进行皂化，在皂化过程中，慢慢滴入醇胺进行分散，醇胺总量200kg，继续皂化一个小时，得到透明黏稠皂化物，降温至70℃，加入50kg硼酸，反应一个小时，最后100kg去离子水。即可储存备用。
磷酸酯的制备方法：在一吨反应釜中，加入醇醚和去离子水（比例3：1），充分搅拌，然后分量慢慢加入（摩尔比 2.5:1）五氧化二磷，温度控制在不超过75℃，进行酯化反应，反应结束，用三乙醇胺中和至PH值8-8.5即可，储存备用。
⑵在调和灌内加入水，向水中加乙二胺四乙酸二钠，然后依次加入其他组分，最后加入乳化硅油，补足水量，充分搅拌即可。
具体步骤为：
向反应罐内加入10kg癸二酸，10kg月桂酸、30kgTEA，加热至70℃并搅拌半小时，然后再加入300kg去离子水和1.5kg EDTA-Na2，再加入80kg硼酸酯充分搅拌；在另一容器内，将2kg BTA 和20kg一乙醇胺混合溶解后，再加入10kg柠檬酸和适量去离子水充分搅拌，将此容器内混合物加入反应罐中，然后依次再加入150kg改性植物油、60kg油酸三乙醇胺、50kg磷酸酯乙醇胺和30kg聚醚，充分搅拌半小时，最后加入3kg乳化硅油，补足水量至1000kg。
实施例3。一种多功能全合成切削液的制备方法，包括如下步骤：
⑴在反应釜里分别制得改性植物油、磷酸酯三乙醇胺和其他反应组分。
所述改性植物油制备方法为：在一吨反应釜中加入150kg植物油，缓慢加热至90-95℃，然后用20%的氢氧化钠溶液100kg慢慢加入进行皂化，在皂化过程中，慢慢滴入醇胺进行分散，醇胺总量200kg，继续皂化一个小时，得到透明黏稠皂化物，降温至70℃，加入50kg硼酸，反应一个小时，最后100kg去离子水。即可储存备用。
磷酸酯的制备方法：在一吨反应釜中，加入醇醚和去离子水（比例3：1），充分搅拌，然后分量慢慢加入（摩尔比 2.5:1）五氧化二磷，温度控制在不超过75℃，进行酯化反应，反应结束，用三乙醇胺中和至PH值8-8.5即可，储存备用。
⑵在调和灌内加入水，向水中加乙二胺四乙酸二钠，然后依次加入其他组分，最后加入乳化硅油，补足水量，充分搅拌即可。
具体步骤为：
向反应罐内加入10kg烯基丁二酸、25kgTEA，加热至70℃并搅拌半小时，然后再加入300kg去离子水和1.5kg EDTA-Na2，再加入80kg硼酸酯充分搅拌；在另一容器内，将1.5kg1-羟甲基BTA 和20kg一乙醇胺混合溶解后，再加入15kg柠檬酸和适量去离子水充分搅拌，将此容器内混合物加入反应罐中，然后再依次加入150kg改性植物油、60kg油酸三乙醇胺、60kg磷酸酯乙醇胺和30kg无规聚醚，充分搅拌半小时，最后加入3kg乳化硅油，补足水量至1000kg。
实施例4。一种多功能全合成切削液的制备方法，包括如下步骤：
⑴在反应釜里分别制得改性植物油、磷酸酯三乙醇胺和其他反应组分。
所述改性植物油制备方法为：在一吨反应釜中加入150kg植物油，缓慢加热至90-95℃，然后用20%的氢氧化钠溶液100kg慢慢加入进行皂化，在皂化过程中，慢慢滴入醇胺进行分散，醇胺总量200kg，继续皂化一个小时，得到透明黏稠皂化物，降温至70℃，加入50kg硼酸，反应一个小时，最后100kg去离子水。即可储存备用。
磷酸酯的制备方法：在一吨反应釜中，加入醇醚和去离子水（比例3：1），充分搅拌，然后分量慢慢加入（摩尔比 2.5:1）五氧化二磷，温度控制在不超过75℃，进行酯化反应，反应结束，用三乙醇胺中和至PH值8-8.5即可，储存备用。
⑵在调和灌内加入水，向水中加乙二胺四乙酸二钠，然后依次加入其他组分，最后加入乳化硅油，补足水量，充分搅拌即可。
具体步骤为：
向反应罐内加入15kg烯基丁二酸、25kgTEA，加热至70℃并搅拌半小时，然后再加入300kg去离子水和1.5kg EDTA-Na2，再加入85kg硼酸酯充分搅拌；在另一容器内，将1.5kg1-羟甲基BTA 和30kg一乙醇胺混合溶解后，再加入15kg柠檬酸和适量去离子水充分搅拌，将此容器内混合物加入反应罐中，然后再依次加入140kg改性植物油、55kg油酸三乙醇胺、65kg磷酸酯乙醇胺和30kg无规聚醚，充分搅拌半小时，最后加入3kg乳化硅油，补足水量至1000kg。
实施例5。一种多功能全合成切削液的制备方法，包括如下步骤：
⑴在反应釜里分别制得改性植物油、磷酸酯三乙醇胺和其他反应组分。
所述改性植物油制备方法为：在一吨反应釜中加入150kg植物油，缓慢加热至90-95℃，然后用20%的氢氧化钠溶液100kg慢慢加入进行皂化，在皂化过程中，慢慢滴入醇胺进行分散，醇胺总量200kg，继续皂化一个小时，得到透明黏稠皂化物，降温至70℃，加入50kg硼酸，反应一个小时，最后100kg去离子水。即可储存备用。
磷酸酯的制备方法：在一吨反应釜中，加入醇醚和去离子水（比例3：1），充分搅拌，然后分量慢慢加入（摩尔比 2.5:1）五氧化二磷，温度控制在不超过75℃，进行酯化反应，反应结束，用三乙醇胺中和至PH值8-8.5即可，储存备用。
⑵在调和灌内加入水，向水中加乙二胺四乙酸二钠，然后依次加入其他组分，最后加入乳化硅油，补足水量，充分搅拌即可。
具体步骤为：
向反应罐内加入20kg烯基丁二酸、15kgTEA，加热至70℃并搅拌半小时，然后再加入300kg去离子水和1.5kg EDTA-Na2，再加入65kg硼酸酯充分搅拌；在另一容器内，将1.5kg1-羟甲基BTA 和20kg一乙醇胺混合溶解后，再加入15kg柠檬酸和适量去离子水充分搅拌，将此容器内混合物加入反应罐中，然后再依次加入145kg改性植物油、75kg油酸三乙醇胺、65kg磷酸酯乙醇胺和35 kg无规聚醚，充分搅拌半小时，最后加入3kg乳化硅油，补足水量至1000kg。
实施例6。一种多功能全合成切削液的制备方法，包括如下步骤：
⑴在反应釜里分别制得改性植物油、磷酸酯三乙醇胺和其他反应组分。
所述改性植物油制备方法为：在一吨反应釜中加入150kg植物油，缓慢加热至90-95℃，然后用20%的氢氧化钠溶液100kg慢慢加入进行皂化，在皂化过程中，慢慢滴入醇胺进行分散，醇胺总量200kg，继续皂化一个小时，得到透明黏稠皂化物，降温至70℃，加入50kg硼酸，反应一个小时，最后100kg去离子水。即可储存备用。
磷酸酯的制备方法：在一吨反应釜中，加入醇醚和去离子水（比例3：1），充分搅拌，然后分量慢慢加入（摩尔比 2.5:1）五氧化二磷，温度控制在不超过75℃，进行酯化反应，反应结束，用三乙醇胺中和至PH值8-8.5即可，储存备用。
⑵在调和灌内加入水，向水中加乙二胺四乙酸二钠，然后依次加入其他组分，最后加入乳化硅油，补足水量，充分搅拌即可。
具体步骤为：
向反应罐内加入25kg烯基丁二酸、30kgTEA，加热至70℃并搅拌半小时，然后再加入300kg去离子水和1.5kg EDTA-Na2，再加入85kg硼酸酯充分搅拌；在另一容器内，将1.5kg1-羟甲基BTA 和15kg一乙醇胺混合溶解后，再加入10kg柠檬酸和适量去离子水充分搅拌，将此容器内混合物加入反应罐中，然后再依次加入160kg改性植物油、70kg油酸三乙醇胺、55kg磷酸酯乙醇胺和20kg无规聚醚，充分搅拌半小时，最后加入3kg乳化硅油，补足水量至1000kg。
实施例7。一种多功能全合成切削液的制备方法，包括如下步骤：
⑴在反应釜里分别制得改性植物油、磷酸酯三乙醇胺和其他反应组分。
所述改性植物油制备方法为：在一吨反应釜中加入150kg植物油，缓慢加热至90-95℃，然后用20%的氢氧化钠溶液100kg慢慢加入进行皂化，在皂化过程中，慢慢滴入醇胺进行分散，醇胺总量200kg，继续皂化一个小时，得到透明黏稠皂化物，降温至70℃，加入50kg硼酸，反应一个小时，最后100kg去离子水。即可储存备用。
磷酸酯的制备方法：在一吨反应釜中，加入醇醚和去离子水（比例3：1），充分搅拌，然后分量慢慢加入（摩尔比 2.5:1）五氧化二磷，温度控制在不超过75℃，进行酯化反应，反应结束，用三乙醇胺中和至PH值8-8.5即可，储存备用。
⑵在调和灌内加入水，向水中加乙二胺四乙酸二钠，然后依次加入其他组分，最后加入乳化硅油，补足水量，充分搅拌即可。
具体步骤为：
向反应罐内加入15kg烯基丁二酸、30kgTEA，加热至70℃并搅拌半小时，然后再加入300kg去离子水和1.5kg EDTA-Na2，再加入65kg硼酸酯充分搅拌；在另一容器内，将1.5kg1-羟甲基BTA 和35kg一乙醇胺混合溶解后，再加入15kg柠檬酸和适量去离子水充分搅拌，将此容器内混合物加入反应罐中，然后再依次加入135kg改性植物油、85kg油酸三乙醇胺、70kg磷酸酯乙醇胺和20kg无规聚醚，充分搅拌半小时，最后加入5kg乳化硅油，补足水量至1000kg。
实施例8。一种多功能全合成切削液的制备方法，包括如下步骤：
⑴在反应釜里分别制得改性植物油、磷酸酯三乙醇胺和其他反应组分。
所述改性植物油制备方法为：在一吨反应釜中加入150kg植物油，缓慢加热至90-95℃，然后用20%的氢氧化钠溶液100kg慢慢加入进行皂化，在皂化过程中，慢慢滴入醇胺进行分散，醇胺总量200kg，继续皂化一个小时，得到透明黏稠皂化物，降温至70℃，加入50kg硼酸，反应一个小时，最后100kg去离子水。即可储存备用。
磷酸酯的制备方法：在一吨反应釜中，加入醇醚和去离子水（比例3：1），充分搅拌，然后分量慢慢加入（摩尔比 2.5:1）五氧化二磷，温度控制在不超过75℃，进行酯化反应，反应结束，用三乙醇胺中和至PH值8-8.5即可，储存备用。
⑵在调和灌内加入水，向水中加乙二胺四乙酸二钠，然后依次加入其他组分，最后加入乳化硅油，补足水量，充分搅拌即可。
具体步骤为：
向反应罐内加入25kg烯基丁二酸、15kgTEA，加热至70℃并搅拌半小时，然后再加入300kg去离子水和1.5kg EDTA-Na2，再加入70kg硼酸酯充分搅拌；在另一容器内，将1.5kg1-羟甲基BTA 和30kg一乙醇胺混合溶解后，再加入25kg柠檬酸和适量去离子水充分搅拌，将此容器内混合物加入反应罐中，然后再依次加入150kg改性植物油、55kg油酸三乙醇胺、75kg磷酸酯乙醇胺和20kg无规聚醚，充分搅拌半小时，最后加入5kg乳化硅油，补足水量至1000kg。
实验验证：上述实施例制得多功能全合成切削液经室内试验，理化参数见表1。
表1
该产品在使用时，将产品原液倒入纯净水或自来水中，边搅拌边倒入，同时水槽开动循环系统，将溶液(也称工作液)循环均匀，配置的浓度在3-5％。使用中，根据消耗量定期按比例补加产品原液和水。
本发明的特点在于环保性和超强的防锈性以及较高的润滑极压值，可适应现代化机械生产中多工序加工，广泛应用于数控机床、加工中心和柔性加工系统。
Claims (6)
1.一种多功能全合成切削液，其特征在于：包括按重量配比的如下组分：
改性植物油 8-20%；
有机羧酸酰胺 6-10%；
硼酸酯 10-20%；
乙醇胺 5-8%；
聚醚活性剂 3-5%；
有色金属缓蚀剂 0.1-0.2%；
油酸三乙醇胺 5-10%；
柠檬酸乙醇胺 5-8%；
磷酸酯三乙醇胺 3-8%；
乳化硅油 0.1-0.5%；
乙二胺四乙酸二钠 0.02-0.05%；
余量为水；
所述有色金属缓蚀剂为1-羟甲基苯并三氮唑；
所述改性植物油是指植物油经皂化反应后，再用硼酸和乙醇胺改性后的水溶性物质；
所述磷酸酯三乙醇胺为OP-10、TX-10或AEO通过与磷化剂酯化反应制得聚醚磷酸酯，然后用三乙醇胺中和的产物。
2.如权利要求1所述的一种多功能全合成切削液，其特征在于：
所述植物油为植物菜籽油、蓖麻油、大豆油、亚麻油、棉籽油的一种或数种混合物；所述皂化反应是优选采用强碱参与反应。
3.如权利要求1所述的一种多功能全合成切削液，其特征在于：
所述有机羧酸酰胺优选含碳原子8-14的直链二元酸与乙醇胺反应后的生成的有机羧酸酰胺。
4.如权利要求3所述的一种多功能全合成切削液，其特征在于：
所述直链二元酸为烯基丁二酸、癸二酸、月桂酸的一种或数种混合物。
5.如权利要求1所述的一种多功能全合成切削液，其特征在于：
所述乙醇胺为是一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或数种混合物。
6.如权利要求1所述的一种多功能全合成切削液，其特征在于：
聚醚活性剂可以是水溶性嵌段共聚物或无规聚醚。
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