CN103468382A - 一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液及其应用。所述微乳化切削液由以下质量百分比的原料组成：30～60%基础油、1～5%防锈剂、0～5%极压剂、1.5～8%杀菌剂、3～15%混合碱、0～5%耦合剂、1～8%抗硬水剂、1.2～5%缓蚀剂、5～20%润滑剂、3～15%阴离子表面活性剂、3～20%乳化剂和余量水。本发明微乳化切削液具有优异的润滑性能，能够同时满足多种加工方式，包括绞孔、镗孔、攻牙、车丝、高速铣削、钻孔等。本发明特别适用于电子铝合金的加工。另外，本发明还具有优异的消泡性、浸润性、原液稳定性、乳化稳定性、生物稳定性，能够延长加工液的使用寿命，降低切削液的带走量，降低成本。
Description
技术领域
本发明属于金属加工液领域，具体涉及一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液及其应用。
背景技术
中国是全球最大的消费电子产品制造国和第二大消费国，也是全球最大的电脑及零部件制造国，全球60%以上的电脑零部件在广东制造。2010年，全球电子消费品市场为US$8730亿，全球增长率13%，中国增长率为25%。电子产品制造业的发展也带动了金属加工液的需求，尤其是电子产品向减重和轻便的发展使得铝合金的切削液的需求也不断上升。
由于中国大部分的电子产品出口欧美，因此切削液也受欧美环保法规的影响。
氯化石蜡和硼酸分别作为极压剂和环保型防锈剂在传统的切削液中一直都大量使用。但是随着科学研究的深入，它们的危害逐步为人类所认识。
2011年12月出版的《Machinery》中“冷却剂发展”指出：短链氯化石蜡在REACH中禁止使用；中等碳链氯化石蜡被归类在对环境有危害的物质中，对水生物具有非常强的毒性以及对水环境长期的不良影响。在UK环保机构的网站上关于长链氯化石蜡的描述：一组人造的含氯化学品，用于金属加工及其他工业应用，对野生植物有毒，长期存在于生物体内。
来自壳牌润滑剂金属加工液专家Herwig Van Roey在“Metalworking fluidrisks addressed by CLP changes”这篇文章中指出：“2009年1月，欧洲强制对一些有潜在危害的物质进行标签，硼酸是其中一种物质。硼酸有可能使人类不育并对未出生的孩子有危害；硼酸一旦溶在水里，在废水处理中很难去除从而影响环境，对人类造成危害。”
Bartz,Wilfried J在"Ecological and environmental aspects of cutting fluids"这篇文章中提到硼酸危害某些植物的生长。
目前国内铝合金加工液普遍还在使用硼酸、氯化石蜡、甲醛释放型的添加剂，在用于电子产品加工时，满足不了欧美的环保法规的要求。已有文献报道的常规铝合金加工液，如益田石油（北京）化工有限公司申请的专利《一种铝合金专用金属加工液的制备（申请号：200910236607.9）》中，使用了硼酸作为生物抑制剂，氯化石蜡作为润滑剂，吗啉类、三嗪类作为杀菌剂。谭俊、罗新民在《合成润滑材料》2007年第2期6-9页中报道了以氯化石蜡作为抗磨剂，释放甲醛的化合物作为杀菌剂制备铝合金微乳化切削液。刘谋、任海东等人在《合成润滑材料》2008年第1期6、7页报道了以硼酸胺盐作为防锈剂制备铝合金微乳化加工液。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液。
本发明的另一目的在于提供上述无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液的应用。
一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，由以下质量百分比的原料组成：30～60%基础油、1～5%防锈剂、0～5%极压剂、1.5～8%杀菌剂、3～15%混合碱、0～5%耦合剂、1～8%抗硬水剂、1.2～5%缓蚀剂、5～20%润滑剂、3～15%阴离子表面活性剂、3～20%乳化剂和余量水；
所述防锈剂为二元酸化合物、三元酸化合物、C6～C14烯基琥珀酸酐和十二烯基丁二酸中的一种以上；所述极压剂为磷酸酯、脂肪醇改性磷酸酯、硫化烯烃、硫化猪油和硫化植物油脂肪酸中的一种以上；所述杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉酮、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯、吡啶硫酮钠、3-甲基-4-氯苯酚中的一种以上。
C6～C14烯基琥珀酸酐是指碳原子数为6～14的烯基琥珀酸酐。
优选的，所述二元酸化合物包括C8～C12二元羧酸，所述三元酸化合物包括三嗪三氨基己酸。
C8～C12二元羧酸是指碳原子数为8～12的二元羧酸。
优选的，所述基础油为环烷基基础油、石蜡基基础油、油溶性聚醚、聚α-烯烃和烷基苯中的一种以上；所述混合碱为氢氧化钾、氢氧化钠、单乙醇胺、三乙醇胺、聚醚胺、二乙醇单异丙醇、一异丙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甘醇胺、妥尔油改性有机胺和脂肪酸胺中的一种以上。
优选的，所述耦合剂为异丙醇、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、二甘醇、C3～C22脂肪醇和C12～C32异构醇中的一种以上。
C3～C22脂肪醇是指碳原子数为3～22的脂肪醇，C12～C32异构醇是指碳原子数为12～32的异构醇。
优选的，所述抗硬水剂为乙二胺四乙酸二钠盐、磷酸盐、柠檬酸钠、脂肪醇醚羧酸、芳烷基醇醚羧酸和聚羧酸中的一种以上。
优选的，所述缓蚀剂为苯并三氮唑、苯并三氮唑衍生物、磷酸盐、磷酸酯、脂肪醇改性磷酸酯、膦酸酯、马来酸酐衍生物、硅酸钠及其衍生物中的一种以上。
优选的，所述润滑剂为植物油、改性植物油、蓖麻油酸酯、硬脂酸酯、棕榈酸酯、季戊四醇四油酸酯和三羟甲基丙烷油酸酯中的一种以上。
优选的，所述阴离子表面活性剂为异构硬脂酸、妥尔油酸、蓖麻油酸、棕榈酸、辛酸、异辛酸、壬酸、异壬酸、新癸酸、亚油酸和二聚酸中的一种以上。
优选的，所述乳化剂为合成磺酸钠、山梨酸酐单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、油醇聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯脂肪酸酯、乙氧基化蓖麻油、油酰蓖麻醇酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯和聚异丁烯琥珀酸酐衍生物中的一种以上。
上述无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液应用于金属的绞孔、镗孔、攻牙、车丝、高速铣削、钻孔、切削或磨削工艺中。
本发明的无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液可通过本领域常规的搅拌乳化方法制备得到：将基础油、非硼防锈剂、润滑剂加入到釜中，室温下搅拌约15～20分钟至混合均匀，然后依次加入混合醇胺、非氯极压剂、缓蚀剂、抗硬水剂、耦合剂、水，室温下搅拌约15～20分钟至混合均匀，然后加入非甲醛杀菌剂、阴离子表面活性剂、乳化剂，搅拌约20分钟至透明即可。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
（1）本发明的微乳化切削液中不含硼化合物，避免了硼酸对生殖系统危害、水污染、以及目前含有硼酸的水基切削液在加工后容易在机台和工件表面留下粘性残留物而不易清洗的问题。
（2）本发明的微乳化切削液中不含氯化石蜡，避免了切削液因氯化石蜡而造成的工件应力腐蚀问题，降低了对环境和人体的危害。
（3）本发明的微乳化切削液中不含甲醛，绿色环保，并且具有优异的加工性能、消泡性、高低温原液稳定性、乳化稳定性、生物稳定性，可以广泛用于金属的切削加工、磨削加工等加工工艺，降低刀具的磨损，从而减少刀具更换工序，降低刀具消耗带来的生产成本，提高生产效率。
（4）本发明的微乳化切削液具有优异的润滑性，能能够同时满足对金属的多种加工方式，包括绞孔、镗孔、攻牙、车丝、高速铣削、钻孔等。
（5）本发明的无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液能够对不同牌号的铝合金有着优秀的防腐蚀能力，能有效抑制潮湿天气铝合金长白斑的现象。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施列1
一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，包括以下重量百分比的原料：环烷基矿物油30%，单乙醇胺5%，三乙醇胺10%，季戊四醇酯四油酸酯20%，脂肪醇改性磷酸酯5%，十二烯基丁二酸5%，二乙二醇二甲基醚1%，脂肪醇醚羧酸8%，膦酸酯3%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮1%、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮0.5%，妥尔油酸5%，合成磺酸钠6%，脂肪醇聚氧乙烯醚3%，山梨酸酐单油酸酯3%，水余量。
制备方法：先将环烷基矿物油、十二烯基丁二酸衍生物和季戊四醇酯四油酸酯加入到釜中，然后依次加入单乙醇胺、三乙醇胺、脂肪醇改性磷酸酯、膦酸酯、脂肪醇醚羧酸、二乙二醇二甲基醚、水，搅拌至均匀，然后加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、妥尔油酸、合成磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、山梨酸酐单油酸酯，搅拌至透明。
实施列2
一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，包括以下重量百分比的原料：环烷基矿物油40%，单异丙醇胺3%，三乙醇胺7%，棕榈酸酯15%，硫化植物油脂肪酸5%，C8～C12二元羧酸2%，C3～C22脂肪醇1%，脂肪醇醚羧酸1%，膦酸酯1%，苯并三氮唑0.2%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2%、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯1%，妥尔油酸5%，合成磺酸钠6%，脂肪醇聚氧乙烯醚4%，山梨酸酐单油酸酯3.5%，水余量。
制备方法：先将二元酸、单异丙醇胺、三乙醇胺、苯并三氮唑和水，加入釜中搅拌至固体溶解，然后加入环烷基矿物油、棕榈酸酯、硫化植物油脂肪酸、膦酸酯、脂肪醇醚羧酸、C3～C22脂肪醇、搅拌至均匀，然后加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯、妥尔油酸、合成磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、山梨酸酐单油酸酯，搅拌至透明。
实施列3
一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，包括以下重量百分比的原料：环烷基矿物油40%，聚醚胺10%，蓖麻油酸酯10%，硫化猪油1%，C8～C12二元羧酸2%，二乙二醇二甲基醚5%，脂肪醇醚羧酸1%，膦酸酯1%，苯并三氮唑0.2%，吡啶硫酮钠3%、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮1%，妥尔油酸5%，石油磺酸钠6%，，脂肪醇聚氧乙烯醚4%，山梨酸酐单油酸酯5%，水余量。
制备方法：先将二元酸、聚醚胺、苯并三氮唑、水，加入到釜中搅拌至固体溶解，然后依次加入环烷基矿物油、蓖麻油酸酯、硫化猪油、膦酸酯、脂肪醇醚羧酸、二乙二醇二甲基醚、搅拌至均匀，然后加入吡啶硫酮钠、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯、妥尔油酸、合成磺酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚、山梨酸酐单油酸酯，搅拌至透明。
实施列4
一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，包括以下重量百分比的原料：环烷基矿物油30%，石蜡基基础油15%，二甘醇胺5%，硬脂酸酯5%，硫化烯烃1%，三元酸化合物3%，二乙二醇二甲基醚1%，脂肪醇醚羧酸2%，膦酸酯1%，苯并三氮唑0.2%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮3%、3-甲基-4-氯苯酚1%，妥尔油酸8%，石油磺酸钠6%，脂肪醇聚氧乙烯醚4%，山梨酸酐单油酸酯4%，水余量。
制备方法：先将三元酸、二甘醇胺、苯并三氮唑、水，加入到釜中搅拌至固体溶解，然后依次加入环烷基矿物油、石蜡基基础油、硬脂酸酯、硫化烯烃、膦酸酯、脂肪醇醚羧酸、二乙二醇二甲基醚、搅拌至均匀，然后加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、3-甲基-4-氯苯酚、妥尔油酸、合成磺酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚、山梨酸酐单油酸酯，搅拌至透明。
实施列5
一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，包括以下重量百分比的原料：环烷基矿物油45%，2-氨基-2-甲基-1-丙醇2%，三乙醇胺6%，蓖麻油酸酯10%，脂肪醇改性磷酸酯1%，C6～C14烯基琥珀酸酐1%，二乙二醇二甲基醚1%，脂肪醇醚羧酸2%，膦酸酯2%，苯并三氮唑0.2%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮3%、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮1%，异构硬脂酸8%，脂肪醇聚氧乙烯醚5.5%，山梨酸酐单油酸酯5%，水余量。
制备方法：先将环烷基矿物油、C6～C14烯基琥珀酸酐衍生物、蓖麻油酸酯加入搅拌至溶解，然后依次加入苯并三氮唑、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三乙醇胺、脂肪醇改性磷酸酯、二乙二醇二甲基醚、脂肪醇醚羧酸、膦酸酯、水，搅拌至均匀，然后加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、异构硬脂酸、脂肪醇聚氧乙烯醚、山梨酸酐单油酸酯，搅拌至透明。
实施列6
一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，包括以下重量百分比的原料：环烷基矿物油50%，2-氨基-2-甲基-1-丙醇2%，三乙醇胺6%，棕榈酸酯5%，脂肪醇改性磷酸酯1%，C6～C14烯基琥珀酸酐1%，C12～C32异构醇1%，脂肪醇醚羧酸1%，膦酸酯1%，苯并三氮唑0.2%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮3%，3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯1%，2-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮1%，妥尔油酸15%，脂肪醇聚氧乙烯醚3%，水余量。
制备方法：先将环烷基矿物油、C6～C14烯基琥珀酸酐衍生物、棕榈酸酯加入搅拌至溶解，然后依次加入苯并三氮唑、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三乙醇胺、脂肪醇改性磷酸酯、二乙二醇二甲基醚、脂肪醇醚羧酸、膦酸酯、水，搅拌至均匀，然后加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯、妥尔油酸、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌至透明。
实施列7
一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，包括以下重量百分比的原料：环烷基矿物油30%，油溶性聚醚20%，二甘醇胺2%，三乙醇胺6%，硬脂酸酯5%，脂肪醇改性磷酸酯1%，C6～C14烯基琥珀酸酐1%，C3～C22脂肪醇1%，脂肪醇醚羧酸1%，膦酸酯1%，苯并三氮唑0.2%，2-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮3%，吡啶硫酮钠1%，妥尔油酸3%，合成磺酸钠7.5%，山梨酸酐单油酸酯5%，脂肪醇聚氧乙烯醚7.5%，水余量。
制备方法：先将环烷基矿物油、油溶性聚醚、C6～C14烯基琥珀酸酐、硬脂酸酯加入到釜中搅拌至溶解，然后依次加入苯并三氮唑、二甘醇胺、三乙醇胺、脂肪醇改性磷酸酯、C3～C22脂肪醇、脂肪醇醚羧酸、膦酸酯、水，搅拌至均匀，然后加入2-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、吡啶硫酮钠、妥尔油酸、合成磺酸钠、山梨酸酐单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌至透明。
实施列8
一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，包括以下重量百分比的原料：石蜡基基础油60%，氢氧化钾3%，三羟甲基丙烷油酸酯5%，C6～C14烯基琥珀酸酐1%，C8～C12二元羧酸1%，C3～C22脂肪醇1%，聚羧酸1%，膦酸酯4%，苯并三氮唑0.2%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮3%，2-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮3%，3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯2%，妥尔油酸5%，异构硬脂酸5%，山梨酸酐单油酸酯5%，脂肪醇聚氧乙烯醚4%，水余量。
制备方法：先将氢氧化钾、二元酸化合物加入釜中，搅拌至溶解，然后依次加入石蜡基基础油、三羟甲基丙烷油酸酯、C6～C14烯基琥珀酸酐、C3～C22脂肪醇、聚羧酸、膦酸酯、苯并三氮唑，搅拌至均匀，然后加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯、妥尔油酸、异构硬脂酸、山梨酸酐单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌至透明。
按照GB/T6144的方法，对实施例1～8制备得到的切削液进行性能检测，检测结果如表1和表2所示。
表1实施例1～4制备得到的切削液的性能检测
表2表1实施例5～8制备得到的切削液的性能检测
从表1和表2中的数据中可以看出，本发明实施例1～8制备的无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液具有优异的消泡性、稳定性、防锈性和抗硬水性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无硼、无氯、无甲醛微乳化切削液，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：30～60%基础油、1～5%防锈剂、0～5%极压剂、1.5～8%杀菌剂、3～15%混合碱、0～5%耦合剂、1～8%抗硬水剂、1.2～5%缓蚀剂、5～20%润滑剂、3～15%阴离子表面活性剂、3～20%乳化剂和余量水；
所述防锈剂为二元酸化合物、三元酸化合物、C6～C14烯基琥珀酸酐和十二烯基丁二酸中的一种以上；所述极压剂为磷酸酯、脂肪醇改性磷酸酯、硫化烯烃、硫化猪油和硫化植物油脂肪酸中的一种以上；所述杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉酮、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯、吡啶硫酮钠、3-甲基-4-氯苯酚中的一种以上。
2.根据权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述二元酸化合物包括C8～C12二元羧酸，所述三元酸化合物包括三嗪三氨基己酸。
3.根据权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述基础油为环烷基基础油、石蜡基基础油、油溶性聚醚、聚α-烯烃和烷基苯中的一种以上；所述混合碱为氢氧化钾、氢氧化钠、单乙醇胺、三乙醇胺、聚醚胺、二乙醇单异丙醇、一异丙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甘醇胺、妥尔油改性有机胺和脂肪酸胺中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述耦合剂为异丙醇、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、二甘醇、C3～C22脂肪醇和C12～C32异构醇中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述抗硬水剂为乙二胺四乙酸二钠盐、磷酸盐、柠檬酸钠、脂肪醇醚羧酸、芳烷基醇醚羧酸和聚羧酸中的一种以上。
6.根据权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述缓蚀剂为苯并三氮唑、苯并三氮唑衍生物、磷酸盐、磷酸酯、脂肪醇改性磷酸酯、膦酸酯、马来酸酐衍生物、硅酸钠及其衍生物中的一种以上。
7.根据权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述润滑剂为植物油、改性植物油、蓖麻油酸酯、硬脂酸酯、棕榈酸酯、季戊四醇四油酸酯和三羟甲基丙烷油酸酯中的一种以上。
8.根据权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为异构硬脂酸、妥尔油酸、蓖麻油酸、棕榈酸、辛酸、异辛酸、壬酸、异壬酸、新癸酸、亚油酸和二聚酸中的一种以上。
9.根据权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述乳化剂为合成磺酸钠、山梨酸酐单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、油醇聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯脂肪酸酯、乙氧基化蓖麻油、油酰蓖麻醇酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯和聚异丁烯琥珀酸酐衍生物中的一种以上。
10.权利要求1～9任一项所述的微乳化切削液应用于金属的绞孔、镗孔、攻牙、车丝、高速铣削、钻孔、切削或磨削工艺中。
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Denomination of invention: A Boron Free, Chlorine Free, and Formaldehyde Free Microemulsion Cutting Fluid and Its Application Effective date of registration: 20230904 Granted publication date: 20150708 Pledgee: Bank of China Limited Guangzhou Yuexiu Branch Pledgor: GUANGZHOU MECHANICAL ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Registration number: Y2023980055093 |