CN103805329A - 一种环保型不锈钢钻孔专用全合成切削液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型不锈钢钻孔专用全合成切削液及其制备方法，将10%-15%极压润滑剂、3%-5%羟基化磺化蓖麻油硼酸酯与水在30-80℃下，混合搅拌10min-1h得到混合组分A；将5%-15%pH稳定剂、5%-8%防锈剂与水在30-80℃下，混合搅拌10min-1h得到混合组分B；将15%-25%表面活性剂、3%-5%偶合剂在常温常压下混合搅拌混匀得混合物组分C；将A、B、C三组混合组分加入反应釜中，在30-80℃搅拌混合10min-1h得产品；本发明制备的产品具有良好的润滑性、清洗性、防锈性和冷却性，使用寿命长，绿色环保。

Description

一种环保型不锈钢钻孔专用全合成切削液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种全合成切削液，更具体地说，涉及一种不锈钢钻孔专用全合成切削液，本发明还涉及一种不锈钢钻孔专用全合成切削液的制备方法，属于环保型金属加工润滑材料领域。

背景技术

不锈钢在机械性能方面具有高的抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击值,而且其高温强度和硬度亦高,另外,不锈钢还具有很高的耐腐蚀和耐高温等特点。因此,它被广泛地应用于机械、石油化工、电子仪表、国防等工业部门。

钻削加工是最主要的切削加工形式之一，约占总切削加工量的50%以上（张厚江,樊锐,陈五一,等.高速钻削碳纤维复合材料钻削力的研究[J].航空制造技术,2006(12):76□79,82.）生产实践中，不锈钢材料的钻削加工是最常见的一种加工方法，不锈钢属于难以加工的材料，与普通的碳钢相比，其相对切削加工性能比在0.4-0.6之间，不锈钢材料韧性大、热强度高、导热系数低、加工硬化严重、散热困难等诸多因素，造成刀尖处切削温度高、切削的粘附性较强，容易产生积屑瘤，出现刀具寿命短和加工工件表面质量低等现象。而钻削加工属于半封闭式加工，比其他切削加工更加困难，故不锈钢材质的钻削加工更为复杂。目前较受重视的是硬质合金及金刚石等材料的钻头。对钻头、丝锥折断的原因进行分析后，发现以下因素起主要作用：一是润滑的问题，在加工时积屑瘤产生，粘刀、切屑排出困难,高温润滑性不好;二是冷却不充分,热量不能及时散发出去。针对上述问题，选择抗粘结和冷却性能好的切削液是最有效的办法。

切削液可分为非水溶性和水溶性两大类。就冷却性来看，油溶性切削液的冷却效率是很低的。对于不锈钢切削，由于它自身具有导热点低的特点，所以油性切削液不易进行有效的冷却。水溶性切削液能迅速传散切削时产生的热量从而达到理想的冷却效果。水溶性切削液主要用于高速切削加工工序中，它具有良好的冷却、清洗、防锈和润滑性能。此外，这种切削液价廉易得，加工件易清洗。它是未来切削液的发展方向。水溶性切削液又分为乳化液和合成液两种，普通乳化油由于含油量大使得冷却性一般、较易腐败发臭，故难以满足不锈钢加工的特殊加工要求。合成液在冷却性能方面是最优的，但其中乙醇胺特别是三乙醇胺对硬质合金中的钴有浸出作用，它会促使钴进入到合成液中，一方面降低了刀具的使用寿命，另一方面又污染了切削液。如果切削液中含有较多量的钴，会给操作工人的健康带来极大的危害。

随着机械加工业的发展，人们开始大力发展先进的制造技术，同时不断涌现出新工艺来适应新材料的加工，这都需要新型的高性能切削液来满足加工要求。更重要的是，随着人们环保意识的增强，清洁生产、绿色制造已成为发展先进制造技术的主题之一。所以,研究和开发新型的切削液，不断满足越来越高的加工要求，同时节能降耗，改善和减少切削液等因素给环境带来的污染，实现制造过程中的清洁化生产，是我们面临的新课题。

申请公布日为2012.08.22，公布号为CN102643300A公开了一种羟基化磺化蓖麻油硼酸酯的制备方法。制备的羟基化磺化蓖麻油硼酸酯在具体的不锈钢钻孔专用全合成切削液应用中到底如何，效果如何，其所用的评价指标是什么等等，并未见文献的记载和报道。为满足不锈钢钻削应用中的边界润滑为主的不锈钢钻削加工的要求，又有能满足环保要求的角度出发，一般选用对环境无污染的蓖麻油或磺化蓖麻油为主要原料。而如果以极压润滑为主的全合成切削液中，使用羟基化磺化蓖麻油硼酸酯，其效果如何，也未见文献的记载和报道。

发明内容

鉴于此，为弥补羟基化磺化蓖麻油硼酸酯在不锈钢钻孔专用全合成切削液应用的空白，发明人付出了创造性的劳动实验，得到了一种环保型不锈钢钻孔专用全合成切削液及其制备方法。

本发明涉及的一种环保型不锈钢钻孔专用全合成切削液，按重量百分比计，由以下组分组成：

其中，所述极压润滑剂为脂肪酸与有机醇反应生成的醇酯类产物，

所述脂肪酸为蓖麻油酸、硬脂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸中的一种或其混合物；

所述有机醇为二甘醇、三甘醇、环己醇、丙烯醇、辛醇的一种或两种以上的混合物；

所述的全合成切削液的性能为：最大无卡咬负荷PB值达到720-760N；烧结负荷PD值达到2500-2750N；清洗性达到99%以上；生物降解率达90%以上。

优选地，所述的全合成切削液，按重量百分比计，由以下组分组成：

优选地，所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、妥尔油酰胺、Span系列与Tween系列中的至少一种或其混合物。

所述地，所述的pH稳定剂为单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺中的一种或其混合物。

优选地，所述的偶合剂为聚醚、二甘醇、甘油、丙二醇、乙二醇中的一种或其混合物。

优选地，所述的防锈剂为癸二酸、二聚酸、月桂酸、月桂二酸中的一种或其混合物。

本发明涉及的一种环保型不锈钢钻孔专用全合成切削液的制备方法，包含以下步骤：

a)将极压润滑剂、羟基化磺化蓖麻油硼酸酯与水在30-80℃下，混合搅拌10min-1h得到混合组分A；

b)将pH稳定剂、防锈剂与水在30-80℃下，混合搅拌10min-1h得到混合组分B；

c)将表面活性剂、偶合剂在常温常压下混合搅拌混匀得混合物组分C；

d)将A、B、C三组混合组分加入反应釜中，在30-80℃搅拌混合10min-1h得产品；

上述步骤1）中所述的极压润滑剂为脂肪酸与有机醇在常温常压下搅拌反应至溶液澄清所制得的产物；所述的羟基化磺化蓖麻油硼酸酯的制备方法如下：烷醇胺和磺化蓖麻油在碱存在下，按照摩尔比5-7:1，以水为溶剂，微波加热，于130℃-150℃下羟基化反应3-4h，慢慢降温至80℃左右，恒温反应2-3h，进一步减压蒸出甘油和水分，得到中间产物羟基化磺化蓖麻油；羟基化磺化蓖麻油和硼酸按照摩尔比1:1.5-2，于110-130℃进行酯化反应3-5h，制得羟基化磺化蓖麻油硼酸酯。

该产品的性能指标：

最大无卡咬负荷PB值达到720-760N；烧结负荷PD值达到2500-2750N；清洗性达到99%以上；生物降解率达90%以上。

与现有技术相比，本发明的有利效果在于：

1.本发明所采用的羟基化磺化蓖麻油硼酸酯混合物具有很强的稳定性，防锈性，极压性和润滑性能，合成一种新型的水溶性羟基化磺化蓖麻油硼酸酯添加剂，并且反应过程中生成的甘油具有一定的润滑作用，不必分离去除，该混合物还具有优异的流动性和渗透性，可以有效解决钻孔加工过程中产生的积屑瘤，粘刀、切屑排出困难、冷却不充分的问题。具有较好的抗粘结和冷却性能。

2.本发明使用的有机酸和有机醇反应得到的酯类物质，替代乙醇胺作为润滑剂，一方面对于人体健康而言是很好的改善，对环境无污染，重要的是对于材质中的钴元素的浸出起到良好的抑制作用。另一方面增强了体系的润滑性，维持稳定的体系酸碱度。分子结构中含有较高活性的酯基基团，易于吸附在金属表面形成牢固的润滑剂膜，具有较好的摩擦润滑特性。

3.本发明所使用的pH稳定剂能将切削液的pH值控制在8.3-9.2之间，可以延长加工液使用寿命，抑制细菌滋生，降低换液频率，大大提高了厂家的生产效率。

4.本发明所使用的表面活性剂、偶合剂与羟基化磺化蓖麻油硼酸酯组分复配，工件在加工过程中具有良好的可见性，清晰性和低泡性。加工出来的工件光亮度高，易清洗，可保证很好的润滑性，清洗性和冷却性。

5.本发明所用的防锈剂，覆盖在工件表面，防止工件氧化生锈腐蚀，在温度较高的条件下工件表面产生化学反应生成有机金属化合物，具有更好的防锈性，有效延长工件的防锈期限。

6.本发明所有组分均是环保物质，不含矿物油、亚硝酸钠等组分，是环境友好型组分，而且对于人体健康均不会造成伤害，属于全合成绿色环保切削液。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

另外，除非特别说明，下面组分所用的百分比均为重量百分比，所用的原料均可在市场上购买得到。

实施例1：

其中，极压润滑剂的摩尔比为1:1的二甘醇和硬脂酸在常温常压下搅拌反应至溶液澄清所制得的产物，所述的羟基化磺化蓖麻油硼酸酯由烷醇胺和磺化蓖麻油在碱存在下，按照摩尔比5-7:1，以水为溶剂，微波加热，于130℃-150℃下羟基化反应3-4h，慢慢降温至80℃左右，恒温反应2-3h，进一步减压蒸出甘油和水分，得到中间产物羟基化磺化蓖麻油；羟基化磺化蓖麻油和硼酸按照摩尔比1:1.5-2，于110-130℃进行酯化反应3-5h，制得羟基化磺化蓖麻油硼酸酯混合物。

按照以上物料重量百分比，该切削液的制备方法为：

a）将羟基化磺化蓖麻油硼酸酯、极压润滑剂与20%水在60℃混合搅拌30min得混合物组分A；

b）将单异丙醇胺、癸二酸与23%水在70℃混合搅拌50min得混合物组分B；

c）将脂肪醇聚氧乙烯醚和二甘醇在常温常压下混合搅拌均匀得混合物组分C；

d）将A、B、C三组混合物组分加入反应釜中，在60℃混合搅拌40min得产品。取一定量产品进行测试，测试结果如表1所示：

实施例2

其中，极压润滑剂的摩尔比为3:1的油酸和环己醇在常温常压下搅拌反应至溶液澄清所制得的产物，所述的羟基化磺化蓖麻油硼酸酯由烷醇胺和磺化蓖麻油在碱存在下，按照摩尔比5-7:1，以水为溶剂，微波加热，于130℃-150℃下羟基化反应3-4h，慢慢降温至80℃左右，恒温反应2-3h，进一步减压蒸出甘油和水分，得到中间产物羟基化磺化蓖麻油；羟基化磺化蓖麻油和硼酸按照摩尔比1:1.5-2，于110-130℃进行酯化反应3-5h，制得羟基化磺化蓖麻油硼酸酯混合物。

按照以上物料重量百分比，该切削液的制备方法为：

a）将羟基化磺化蓖麻油硼酸酯、极压润滑剂与18%水在40℃混合搅拌50min得混合物组分A；

b）将三异丙醇胺、月桂酸与18%水在80℃混合搅拌20min得混合物组分B；

c）将壬基酚聚氧乙烯醚和聚醚在常温常压下混合搅拌均匀得混合物组分C；

c）将A、B、C三组混合物组分加入反应釜中，在40℃混合搅拌50min得产品。取一定量产品进行测试，测试结果如表1所示。

实施例3

其中，极压润滑剂的摩尔比为4:1的蓖麻油酸和辛醇在常温常压下搅拌反应至溶液澄清所制得的产物，所述的羟基化磺化蓖麻油硼酸酯由烷醇胺和磺化蓖麻油在碱存在下，按照摩尔比5-7:1，以水为溶剂，微波加热，于130℃-150℃下羟基化反应3-4h，慢慢降温至80℃左右，恒温反应2-3h，进一步减压蒸出甘油和水分，得到中间产物羟基化磺化蓖麻油；羟基化磺化蓖麻油和硼酸按照摩尔比1:1.5-2，于110-130℃进行酯化反应3-5h，制得羟基化磺化蓖麻油硼酸酯混合物。

按照以上物料重量百分比，该切削液的制备方法为：

a）将羟基化磺化蓖麻油硼酸酯、极压润滑剂与22%水在80℃混合搅拌10min得混合物组分A；

b）将二异丙醇胺、二聚酸与25%水在30℃混合搅拌1h得混合物组分B；

c）将脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和甘油在常温常压下混合搅拌均匀得混合物组分C；

c）将A、B、C三组混合物组分加入反应釜中，在80℃混合搅拌10min得产品。取一定量产品进行测试，测试结果如表1所示。

实施例4

其中，极压润滑剂的摩尔比为2:1:1的油酸、蓖麻油酸和环己醇在常温常压下搅拌反应至溶液澄清所制得的产物，所述的羟基化磺化蓖麻油硼酸酯由烷醇胺和磺化蓖麻油在碱存在下，按照摩尔比5-7:1，以水为溶剂，微波加热，于130℃-150℃下羟基化反应3-4h，慢慢降温至80℃左右，恒温反应2-3h，进一步减压蒸出甘油和水分，得到中间产物羟基化磺化蓖麻油；羟基化磺化蓖麻油和硼酸按照摩尔比1:1.5-2，于110-130℃进行酯化反应3-5h，制得羟基化磺化蓖麻油硼酸酯混合物。

按照以上物料重量百分比，该切削液的制备方法为：

a）将羟基化磺化蓖麻油硼酸酯、极压润滑剂与15%水在80℃混合搅拌1h得混合物组分A；

b）将三异丙醇胺、二聚酸与15%水在80℃混合搅拌50min得混合物组分B；

c）将脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚醚、甘油在常温常压下混合搅拌均匀得混合物组分C；

c）将A、B、C三组混合物组分加入反应釜中，在80℃混合搅拌1h得产品。取一定量产品进行测试，测试结果如表1所示。

表1

本发明和国内外同类产品相比较，具有的优点有：

（1）本发明的不锈钢钻孔全合成环保切削液的润滑、冷却、防锈、清洗性能均满足国标GB/T6144-2010的要求，对钴元素的浸出有很好的抑制作用。对刀具的保护起了很好的作用，刀具使用寿命大大延长。

（2）本发明具有优异的润滑极压性能。最大无卡咬负荷PB值可达到720-760N。烧结负荷PD值可达到2500-2750N，完全满足合成切削液的润滑性要求。

（3）本发明具有良好的渗透性、冷却性和清洗性，对于不锈钢切削，钻削产生的大量切削热难以扩散，钻尖温度过高，磨损加快，刀具使用寿命降低。而本发明切削液具有良好的渗透性、冷却性，特别适合不锈钢材质的钻孔加工，对于改善不锈钢加工中导热性低，容易发生粘刀的现象有很好的改善作用。清洗性达到99%以上，加工完的工件很清洁。

（4）本发明具有优异的缓蚀性能和防锈性能，防锈性能测试合格，缓蚀性能测试中铸铁屑达到1级。

（5）本发明所提供的全合成切削液除上述功能外，使用的环保的、对皮肤无刺激原材料，不损害人体健康、不污染环境，还具有可生物降解的特点，生物降解率达90%以上，与市场中产品相比，突出的优点是具有环保性，还不含易致癌的亚硝酸钠、甲醛、硫、氯、酚、汞、铅等对人体及环境有害物质，环保性好，使用安全。符合国家环保条例中相关要求，并已通过SGS和MSDS认证。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种环保型不锈钢钻孔专用全合成切削液，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分组成： 

其中，所述极压润滑剂为脂肪酸与有机醇反应生成的醇酯类产物， 

所述脂肪酸为蓖麻油酸、硬脂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸中的一种或其混合物； 

所述有机醇为二甘醇、三甘醇、环己醇、丙烯醇、辛醇的一种或两种以上的混合物； 

所述的全合成切削液的性能为：最大无卡咬负荷PB值达到720-760N；烧结负荷PD值达到2500-2750N；清洗性达到99%以上；生物降解率达90%以上。 

2.如权利要求1所述的全合成切削液，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分组成： 

。

3.如权利要求1所述的全合成切削液，其特征在于，所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、妥尔油酰胺、Span系列与Tween系列中的至少一种或其混合物。 

4.如权利要求1所述的全合成切削液，其特征在于，所述的pH稳定剂为单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺中的一种或其混合物。 

5.如权利要求1所述的全合成切削液，其特征在于，所述的偶合剂为聚醚、二甘醇、甘油、丙二醇、乙二醇中的一种或其混合物。 

6.如权利要求1所述的全合成切削液，其特征在于，所述的防锈剂为癸二酸、二聚酸、月桂酸、月桂二酸中的一种或其混合物。 

7.权利要求1-6任一项所述的全合成切削液的制备方法，其特征在于，包含以下步骤： 

a)将极压润滑剂、羟基化磺化蓖麻油硼酸酯与水在30-80℃下，混合搅拌10min-1h得到混合组分A； 

b)将pH稳定剂、防锈剂与水在30-80℃下，混合搅拌10min-1h得到混合组分B； 

c)将表面活性剂、偶合剂在常温常压下混合搅拌混匀得混合物组分C； 

d)将A、B、C三组混合组分加入反应釜中，在30-80℃搅拌混合10min-1h得产品； 

上述步骤1）中所述的极压润滑剂为脂肪酸与有机醇在常温常压下搅拌反应至溶液澄清所制得的产物；所述的羟基化磺化蓖麻油硼酸酯的制备方法如下：烷醇胺和磺化蓖麻油在碱存在下，按照摩尔比5-7:1，以水为溶剂，微波加热，于130℃-150℃下羟基化反应3-4h，慢慢降温至80℃左右，恒温反应2-3h，进一步减压蒸出甘油和水分，得到中间产物羟基化磺化蓖麻油；羟基化磺化蓖麻油和硼酸按照摩尔比1:1.5-2，于110-130℃进行酯化反应3-5h，制得羟基化磺化蓖麻油硼酸酯; 

该产品的性能指标： 

最大无卡咬负荷PB值达到720-760N；烧结负荷PD值达到2500-2750N；清洗性达到99%以上；生物降解率达90%以上。