CN103351936B - 一种水溶性切削液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水溶性切削液，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳4.5-20，三乙醇胺10-26，苯甲酸钠1-7，硼砂1-7，苯并三氮唑0.5-6，一异丙醇胺3-16，聚乙二醇10-26，聚硅氧烷消泡剂0.5-3，水15-30；其中，所述聚合物胶乳按重量百分比计包括：10～30％的聚苯乙烯均聚物胶粒，0.5-5％的水溶性乳化剂，余量的水。本发明中，水溶性切削液的稳定性、分散性、润滑性\极压抗磨性良好。
Description
技术领域
本发明涉及切削液技术领域，具体涉及一种水溶性切削液及其制备方法。
背景技术
切削液是一种用在金属切、削、磨加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，切削液由多种超强功能助剂经科学复合配伍而成，同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀释特点。克服了传统皂基乳化液夏天易臭、冬天难稀释、防锈效果差的的毛病，对车床漆也无不良影响。
切削液的性能取决于它的组成成分，通常把切削液分为非水溶性（油基）液和水溶性（水基）液两大类。油基切削液的润滑性能较好，冷却效果较差。水基切削液与油基切削液相比润滑性能相对较差，冷却效果较好。慢速切削要求切削液的润滑性要强，一般来说，切削速度低于30m/min时使用切削油。
但是由于油基切削液成本高并且污染相对比较严重，因而有着绿色环保型性能的水基切削液产品是切削液的发展方向，水的来源丰富，且无毒无味，是理想的绿色基础液，努力提高水基切削液性能将会取得更大的市场占有率
目前，国内外使用的水溶性切削液主要分为乳化型切削液和水基合成切削液。前者主要由水、矿物油和乳化剂组成，其特点是润滑性能好，但在冷却性、渗透性、稳定性上较差，使用周期短，排放时存在环保问题，不可生物降解，易产生发霉、发臭等现象；后者主要由各种水溶性添加剂(如润滑、抗磨、抗压、防锈、表面活性剂等)和水组成，其特点是不含油，在性能上具有良好的冷却性、清洗性、稳定性，从环保、节约油料资源等方面具有积极的意义，是切削液发展的主流。然而，现有技术中水溶性切削液在使用寿命、防绣性、润滑性、适应不同材质等方面没有非常理想的使用性能和效果，在国内整个加工行业的精密加工，水基切削液的性能有待进一步提高，从而获得更理想的使用效果。
发明内容
本发明提供了一种具有良好地稳定性、分散性、润滑性、极压抗磨性能的水溶性切削液。
本发明提供的一种水溶性切削液，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳4.5-20，三乙醇胺10-26，苯甲酸钠1-7，硼砂1-7，苯并三氮唑0.5-6，一异丙醇胺3-16，聚乙二醇10-26，聚硅氧烷消泡剂0.5-3，水15-30；
其中，所述聚合物胶乳按重量百分比计包括：10～30％的聚苯乙烯均聚物胶粒，0.5-5％的水溶性乳化剂，余量的水。
作为优选技术方案，本发明提供的水溶性切削液，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳5-10，三乙醇胺10-15，苯甲酸钠1-5，硼砂2-6，苯并三氮唑2-5，一异丙醇胺5-10，聚乙二醇15-25，聚硅氧烷消泡剂0.5-2，水15-30；
其中，所述聚合物胶乳按重量百分比计包括：10-30％的聚苯乙烯均聚物胶粒；0.5-5％的水溶性乳化剂；余量的水。
在本实施例中，聚合物胶乳可极大地改善水溶性切削液的极压抗磨性能。
在本实施例中，三乙醇胺本身是一种水溶性防锈剂，单独使用可在短期内有效防止钢铁生锈；三乙醇胺本身也是一种非离子表面活性剂，加入水中可显著降低水的表面张力，在水溶性切削液中加入三乙醇胺有助于切削液浸润，渗透于被切削界面上，从而充分发挥水溶性切削液的冷却与清洗作用。另外pH值是水基切削液的重要指标，pH太低易繁殖细菌，太高易伤害皮肤，降低润滑性能，而三乙醇胺是一种理想的ph值调节剂，利用其进行调节pH值，不会使切削液中其他添加剂因pH变化发生胶凝和析出。三乙醇胺、苯甲酸钠、硼砂、苯并三氮唑一起使用还可协同防锈，显著提高水溶性切削液的防锈能力，并改善了对铜基切削时的防腐性能。
在本实施例中，一异丙醇胺用作乳化剂可增加溶液的稳定性，聚乙二醇作为表面活性剂。
在本实施例中，聚硅氧烷消泡剂通常由聚二甲硅氧烷和二氧化硅两个主要组成物质适当配合而成，以聚二甲基硅氧烷为基材的消泡剂是消泡体系中一类理想的消泡剂。
作为优选技术方案，所述的聚乙二醇的分子量为400-2000。分子量为400～2000的聚乙二醇可以使得切削液中各组分更好地分散在水中，同时增强切削液的润滑性能。例如500、700、1000、1500、1800等，优选400-800，进一步优选为聚乙二醇600。
作为优选技术方案，所述的聚苯乙烯的粒径为60-400nm，聚苯乙烯的粒径在60-400nm之间时，可使胶乳在水中有良好的分散性和稳定性，而且在胶粒表面紧密结合着具有极压抗磨性能的乳化剂水合层，例如为80nm、100nm、120nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm等，优选100-300nm，进一步优选200-300nm。
作为优选技术方案，所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠、硬脂酸钠、水溶性磷酸酯或其锌盐、水溶性硼酸酯或其胺盐中的一种或两种以上的混合物，优选硬脂酸钠、水溶性硼酸酯或其胺盐中的一种或两种以上的混合物，进一步优选硬脂酸钠与水溶性硼酸酯的混合物，其配比可以是1:1-50，优选1:1-20。
作为优选技术方案，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
本发明提供了一种本发明所述的水溶性切削液的制备方法，包括如下步骤：按组分重量份称取聚合物胶乳和聚乙二醇，开启搅拌，并升温至120℃，恒温反应1-2小时，冷却至70-80℃；再依次加入三乙醇胺，苯甲酸钠、硼砂、苯并三氮唑、一异丙醇胺、聚硅氧烷消泡剂、水，搅拌反应30-60分钟，即得成品。
本发明提供的切削液具有良好地稳定性、分散性、润滑性及极压抗磨性能，同时防锈性、冷却性和清洗性能也很好，可满足包括钢、铝合金、镁合金等等的多种金属材质的加工润滑需求。
具体实施方式
实施例1
一种水溶性切削液，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳4.5-20，三乙醇胺10-26，苯甲酸钠1-7，硼砂1-7，苯并三氮唑0.5-6，一异丙醇胺3-16，聚乙二醇10-26，聚硅氧烷消泡剂0.5-3，水15-30；
其中，所述聚合物胶乳按重量百分比计包括：10～30％的聚苯乙烯均聚物胶粒，0.5-5％的水溶性乳化剂，余量的水。
实施例2
本实施例中，一种水溶性切削液，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳5，三乙醇胺25，苯甲酸钠1，硼砂1，苯并三氮唑0.5，一异丙醇胺15，聚乙二醇25，聚硅氧烷消泡剂0.5，水30；其中，聚合物胶乳含有：30％的聚苯乙烯均聚物胶粒；5％的十二烷基磺酸钠；余量的水。
聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将上述量的苯乙烯、水和十二烷基磺酸钠混合，通过电磁搅拌30min得到稳定乳液，在氮气保护下，水浴升温至60℃，恒温搅拌反应10h进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳，通过透射电镜观察表明胶粒呈球形，平均粒径102nm。
在水溶性切削液的制备过程中，按组分重量份称取聚合物胶乳和聚乙二醇，开启搅拌，并升温至120℃，恒温反应1小时，冷却至80℃；再依次加入三乙醇胺，苯甲酸钠、硼砂、苯并三氮唑、一异丙醇胺、聚硅氧烷消泡剂、水，搅拌反应40分钟，即得成品。
实施例3
本实施例中，一种水溶性切削液，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳20，三乙醇胺10，苯甲酸钠6，硼砂6，苯并三氮唑5，一异丙醇胺3，聚乙二醇10，聚硅氧烷消泡剂2，水15；
其中，所述聚合物胶乳按重量百分比计包括：10％的聚苯乙烯均聚物胶粒；0.5％的水溶性硼酸酯；余量的水。
聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将上述量的苯乙烯、水和水溶性硼酸酯混合，通过超声波乳化30min得到稳定乳液，在氮气保护下，800W功率的微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。通过透射电镜观察表明胶粒呈球形，平均粒径214nm。
在水溶性切削液的制备过程中，按组分重量份称取聚合物胶乳和聚乙二醇，开启搅拌，并升温至120℃，恒温反应2小时，冷却至70℃；再依次加入三乙醇胺，苯甲酸钠、硼砂、苯并三氮唑、一异丙醇胺、聚硅氧烷消泡剂、水，搅拌反应30分钟，即得成品。
实施例4
本实施例中，一种水溶性切削液，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳10，三乙醇胺15，苯甲酸钠5，硼砂5，苯并三氮唑2，一异丙醇胺5，聚乙二醇15，聚硅氧烷消泡剂1，水20；
其中，所述聚合物胶乳按重量百分比计包括：20％的聚苯乙烯均聚物胶粒；2％的硬脂酸钠与水溶性硼酸酯的混合物（质量比1:1）；余量的水。
聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和硬脂酸钠与水溶性硼酸酯的混合物混合，通过电磁搅拌40min得到稳定乳液，在氮气保护下，水浴升温至90℃，恒温搅拌反应6h进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。通过透射电镜观察表明胶粒呈球形，平均粒径375nm。
在水溶性切削液的制备过程中，按组分重量份称取聚合物胶乳和聚乙二醇，开启搅拌，并升温至120℃，恒温反应1.5小时，冷却至75℃；再依次加入三乙醇胺，苯甲酸钠、硼砂、苯并三氮唑、一异丙醇胺、聚硅氧烷消泡剂、水，搅拌反应50分钟，即得成品。
实施例5
本实施例中，一种水溶性切削液，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳15，三乙醇胺20，苯甲酸钠3，硼砂2，苯并三氮唑3，一异丙醇胺10，聚乙二醇20，聚硅氧烷消泡剂1.5，水25；
其中，所述聚合物胶乳按重量百分比计包括：12％的聚苯乙烯均聚物胶粒；2％的硬脂酸钠与水溶性硼酸酯的混合物（质量比1:40）；余量的水。
聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和硬脂酸钠与水溶性硼酸酯的混合物混合，通过电磁搅拌40min得到稳定乳液，在氮气保护下，水浴升温至80℃，恒温搅拌反应15进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。通过透射电镜观察表明胶粒呈球形，平均粒径71nm。
在水溶性切削液的制备过程中，按组分重量份称取聚合物胶乳和聚乙二醇，开启搅拌，并升温至120℃，恒温反应1.5小时，冷却至70℃；再依次加入三乙醇胺，苯甲酸钠、硼砂、苯并三氮唑、一异丙醇胺、聚硅氧烷消泡剂、水，搅拌反应45分钟，即得成品
对本发明的实施例1、2、3、4制得的切削液进行性能检测。
其中，pH值、腐蚀性、防锈性按GB6144-85进行检测；最大无卡咬负荷按GB/T3142进行检测；硬水中稳定性检测方法：制得的水溶性切削液分别加入硬度为20的水中搅拌均匀，在65℃±2℃的温度下静置1h观察；清洗能力检测：将表面附有油污的钢试片在温度为65℃条件下置于摆洗机中用切削液分别用重量法、荧光法检测其清洗能力。
通过性能检测，本发明所提供的切削液具有良好地稳定性、分散性、润滑性，同时防锈性和清洗性能也很好。将本发明制得的水溶性切削液在磨床上试用，使磨耗比大大降低，可见本发明的切削液同时具有较好的极压抗磨能力。本发明产品经长时间的测试使用得出其使用寿命可达到3年以上。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (22)
1.一种水溶性切削液，其特征在于，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳4.5-20，三乙醇胺10-26，苯甲酸钠1-7，硼砂1-7，苯并三氮唑0.5-6，一异丙醇胺3-16，聚乙二醇10-26，聚硅氧烷消泡剂0.5-3，水15-30；
其中，所述聚合物胶乳按重量百分比计包括：10～30％的聚苯乙烯均聚物胶粒，0.5-5％的水溶性乳化剂，余量的水。
2.根据权利要求1所述的水溶性切削液，其特征在于，按重量份含有以下组分：聚合物胶乳5-10，三乙醇胺10-15，苯甲酸钠1-5，硼砂2-6，苯并三氮唑2-5，一异丙醇胺5-10，聚乙二醇15-25，聚硅氧烷消泡剂0.5-2，水15-30；
其中，所述聚合物胶乳按重量百分比计包括：10～30％的聚苯乙烯均聚物胶粒；0.5-5％的水溶性乳化剂；余量的水。
3.根据权利要求1或2所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚乙二醇的分子量为400-2000。
4.根据权利要求1或2所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚乙二醇的分子量为400-800。
5.根据权利要求1或2所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚乙二醇为聚乙二醇600。
6.根据权利要求1或2所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚苯乙烯均聚物胶粒的粒径为60-400nm。
7.根据权利要求6所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚苯乙烯均聚物胶粒的粒径为100-300nm。
8.根据权利要求7所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚苯乙烯均聚物胶粒的粒径为200-300nm。
9.根据权利要求1或2所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠、硬脂酸钠、水溶性磷酸酯或其锌盐、水溶性硼酸酯或其胺盐中的一种或两种以上的混合物。
10.根据权利要求9所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的乳化剂为硬脂酸钠、水溶性硼酸酯或其胺盐中的一种或两种以上的混合物。
11.根据权利要求10所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的乳化剂为硬脂酸钠与水溶性硼酸酯的混合物。
12.根据权利要求1或2所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
13.根据权利要求3所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
14.根据权利要求4所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
15.根据权利要求5所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
16.根据权利要求6所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
17.根据权利要求7所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
18.根据权利要求8所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
19.根据权利要求9所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
20.根据权利要求10所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
21.根据权利要求11所述的水溶性切削液，其特征在于，所述的聚合物胶乳的制备方法包括如下步骤：将一定量的苯乙烯、水和乳化剂混合，通过电磁搅拌或机械搅拌或超声波乳化得到稳定乳液，在氮气保护下，通过传导加热或微波辐照加热进行聚合反应，反应完成后，过滤除去可能生成的少量聚合物沉淀，得到聚合物胶乳。
22.一种权利要求1-21任一项所述的水溶性切削液的制备方法，包括如下步骤：按组分重量份称取聚合物胶乳和聚乙二醇，开启搅拌，并升温至120℃，恒温反应1-2小时，冷却至70-80℃；再依次加入三乙醇胺，苯甲酸钠、硼砂、苯并三氮唑、一异丙醇胺、聚硅氧烷消泡剂、水，搅拌反应30-60分钟，即得成品。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20141210 Termination date: 20200620 |