CN103923733A - 一种基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其包括以下重量百分比的原料组分：水性十二羟基硬脂酸20～60％，水性硬脂酸锌1～10％，水性硬脂酸0.2～3％，水性棕榈酸1～15％，氢氧化钾0.4～4％，消泡剂0.01～0.05％，水10～60％，上述各个组分含量之和为100％，此水性润滑剂润滑效果好，延伸系数大，环保无污染；上述水性润滑剂的制备方法是，首先在反应釜中加入水，机械搅拌下加入水性十二羟基硬脂酸，至水性十二羟基硬脂酸完全溶解于水中；然后向获得的溶液中加入水性硬脂酸、水性硬脂酸锌、水性棕榈酸，搅拌30min～1h，加入氢氧化钾，再继续搅拌，即得到白色的水性润滑剂，制备方法简单、快捷。

Description

一种基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明属于金属冷塑成型用润滑剂技术领域，尤其是涉及一种基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂及其制备方法，此水性润滑剂主要应用于铝材（铝合金）材料的冷挤压、冷拔等冷塑成型。

背景技术

润滑和塑性成型有着密切的关系。在铝材（铝合金）冷塑成型的过程中，被加工铝材与模具之间相对运动时接触表面间产生阻止切向运动的阻力，即外摩擦力。外摩擦力的存在会使加工所需的力、能量增加，因此必须要对铝材表面进行润滑处理。如果其表面的润滑达不到要求，将会使加剧模具磨损，工件表面发生粘连、擦伤、划痕等现象。因此，润滑技术的开发能够促进铝材冷塑成型加工的发展。

上个世纪30年代，磷化—皂化润滑技术的产生，使得铝材的冷塑成型得到了迅速的发展，在汽车、电子通信、轻工、建筑、航空航天、军工、日用五金等制造业广泛应用。磷化—皂化工艺的工作原理主要是通过化学反应在金属表面生成一层均匀牢固结合在金属基体表面的磷化膜，磷化膜具有很多空隙，这些细孔能够很好的吸收和贮藏硬脂酸钠，在挤压过程中磷化膜与硬脂酸钠发生反应生成润滑性良好的硬脂酸锌，从而降低变形金属与模具之间的摩擦力。磷化膜有很好的塑性，能够在挤压的过程中随着基体金属一起流动，还能够多次的使用。但是，磷化—皂化要经过碱洗除油、水洗、酸洗除锈、水洗、磷化、水洗、皂化等七道工序，原材料和能源消耗大，总工作环境差；而且含磷废液的排放，会造成环境污染；成型后残留在金属表面的磷化膜也较难去除。近些年磷化—皂化润滑技术已逐渐停止使用。人们对硬度低的铝材尝试使用硬脂酸锌粉和动物油等作为润滑剂，但是，硬脂酸锌粉对车间环境污染严重，危害操作工人的身体健康，且在铝材表面附着不均匀，很难控制厚度，常常出现划伤，拉毛等现象；动物油容易粘模具，且不易清洗。因此，寻找一种环保的适用于铝材（铝合金）冷塑成型的润滑剂成为人们研究的热点。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种环保、延伸系数大、润滑效果好的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂；同时，提供上述基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂的制备方法以及使用方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其包括以下重量百分比的原料组分：水性十二羟基硬脂酸20～60％，水性硬脂酸锌1～10％，水性硬脂酸0.2～3％，水性棕榈酸1～15％，氢氧化钾0.4～4％，消泡剂0.01～0.05％，水10～60％，上述各个组分含量之和为100％。

上述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂中，其水性十二羟基硬脂酸是固含量为30～40%的十二羟基硬脂酸水性分散液，由十二羟基硬脂酸、乳化剂、分散剂、消泡剂、防腐剂和水制备而成，以水性十二羟基硬脂酸总重量百分比计，各组分的重量百分比为：十二羟基硬脂酸35～45％，乳化剂4～10％，分散剂1～4％，消泡剂0.1～0.5％，防腐剂0.1～0.3％，余量为水。

进一步地，上述的水性十二羟基硬脂酸中，乳化剂为脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸钠、吐温-80、吐温60、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇与环氧乙烷缩合物、脂肪酸聚氧乙烯酯、椰油脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或几种组合。

进一步地，上述的水性十二羟基硬脂酸中，分散剂为硬脂基聚氧丙烯醚、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、焦磷酸钠、尿素、三聚磷酸钠中的一种或几种组合。

进一步地，上述的水性十二羟基硬脂酸中，消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油中的一种或几种组合。

进一步地，上述的水性十二羟基硬脂酸中，防腐剂为凯松、异噻唑啉酮、对羟基苯甲酸甲酯、布罗波尔、二氯二甲基乙内酰脲中的一种或几种组合。

进一步地，上述的水性十二羟基硬脂酸中，水为自来水或去离子水。

上述水性十二羟基硬脂酸的制备方法为：首先，将水和十二羟基硬脂酸加入反应釜中，在机械搅拌下加热至十二羟基硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融十二羟基硬脂酸中依次加入乳化剂、分散剂，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入消泡剂和防腐剂；接着，再进行超微研磨5～10min，即得到固含量为30～40%、粒径范围为20～30μm，粘度范围为100～200mPa·S的十二羟基硬脂酸水性分散液。

进一步地，上述水性十二羟基硬脂酸的制备方法中，机械搅拌速度为1000～2000r/min。

上述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂中，其水性硬脂酸锌是固含量为30～40%的硬脂酸锌水性分散液。

上述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂中，其水性硬脂酸是固含量为20～30%的硬脂酸水性分散液。

上述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂中，其水性棕榈酸是固含量为30～40%的棕榈酸水性分散液，由棕榈酸、乳化剂A、乳化剂B、分散剂、消泡剂、防腐剂和水制备而成，以水性棕榈酸总重量百分比计，各组分的重量百分比为：棕榈酸20～30％，乳化剂A 1～2％，乳化剂B 1～2.5％，分散剂1～3％，消泡剂0.1～0.3％，防腐剂0.1～0.3％，余量为水。

进一步地，上述的水性棕榈酸中，乳化剂A、乳化剂B为非离子型表面活性剂，乳化剂A为吐温60、吐温80、司班60、司班80中的一种或几种组合，乳化剂B为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇与环氧乙烷缩合物、椰油脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或几种组合。

进一步地，上述的水性棕榈酸中，分散剂为硬脂基聚氧丙烯醚、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、焦磷酸钠、尿素、三聚磷酸钠中的一种或几种组合。

进一步地，上述的水性棕榈酸中，消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油中的一种或几种组合。

进一步地，上述的水性棕榈酸中，防腐剂为凯松、异噻唑啉酮、对羟基苯甲酸甲酯、布罗波尔、二氯二甲基乙内酰脲中的一种或几种组合。

进一步地，上述的水性棕榈酸中，水为加热至80℃的自来水或去离子水。

上述水性棕榈酸的制备方法为：首先，按重量百分比将水和棕榈酸加入反应釜中，在机械搅拌下加热至棕榈酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融棕榈酸中依次加入分散剂、乳化剂A、乳化剂B，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入消泡剂和防腐剂；接着，再进行超微研磨5～10min，即得到固含量为30～40%、粒径范围为20～30μm、粘度范围为100～200mPa·S的棕榈酸水性分散液。

进一步地，上述水性棕榈酸的制备方法中，机械搅拌速度为1000～2000r/min。

上述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂中，其消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油中的一种或几种组合。

上述基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1、在反应釜中加入重量百分比10～60％的水，1000～3000r/min的机械搅拌速度下缓慢的加入重量百分比20～60％的水性十二羟基硬脂酸，至水性十二羟基硬脂酸完全溶解于水中；在搅拌过程中，加入重量百分比0.01～0.05％的水性消泡剂；

步骤2、向步骤1中获得的溶液中依次加入重量百分比0.2～3％的水性硬脂酸、重量百分比1～10％的水性硬脂酸锌、重量百分比1～15％的水性棕榈酸，以1000～3000 r/min的转速搅拌30min～1h，加入重量百分比0.4～4％的氢氧化钾，再继续搅拌30min～1h后，即得到白色的水性润滑剂。

上述基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂的制备方法，其制得的水性润滑剂固含量为30～40wt%，粒径范围为25～30μm，粘度范围为300～500mPa·S。

上述基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂的使用方法，其包括以下步骤：首先，所制得的水性润滑剂直接或者用水稀释至2～20倍后加热至60～70℃，向其中放入酸洗除锈后的铝材毛坯5～30 min；然后将铝材毛坯捞出，常温或者热风状态下使铝材毛坯表面所涂敷的润滑膜中所含水分充分蒸发，即可进行下一步的塑性加工。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

十二羟基硬脂酸具有高温融化再冷却后易凝固的特性，因此在金属表面易生成一层薄膜。水性棕榈酸、水性硬脂酸和水性硬脂酸锌很好的分散在水性十二羟基硬脂酸中，所以，水性棕榈酸、水性硬脂酸、水性硬脂酸锌也可以随着十二羟基硬脂酸薄膜均匀的覆盖在铝材（铝合金）表面。在冷塑成型的时候，铝材（铝合金）变形所产生的热量将会使十二羟基硬脂酸、棕榈酸、硬脂酸熔融，再加上表面的水性硬脂酸锌，能够很好的起到润滑效果，并且水性十二羟基硬脂酸、水性棕榈酸、水性硬脂酸及水性硬脂酸锌具有流动性能够随着铝材（铝合金）基体一起流动，从而将铝材（铝合金）与模具隔离。

本发明基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其润滑效果好，延伸系数大，环保无污染，制备方法简单、快捷，成型后铝材（铝合金）内外表面光滑，残留小且易清理。

对磷皂化润滑剂、矿物油润滑剂、以及本发明的水性润滑剂进行摩擦因数测试试验，以测试磷皂化润滑剂、矿物油润滑剂和本发明的水性润滑剂在铝材塑性变形的减摩性，试验结果见表1。

表1   三种润滑剂的摩擦系数

由表1可以看出，三种润滑剂常温下摩擦因数相差不大，但高温摩擦因数前两种润滑剂接近，而本发明的水性润滑剂小20％以上，其高温减摩性能显著提高。

为了比较表1所列三种润滑剂的室温润滑性能，进行了成膜性、减摩防粘性、防腐耐蚀性、可清洁性对比试验研究，试验研究结果见表2。

表2

由表2可以看出，三种液体润滑剂都是温成形的优良润滑剂，但本发明的水性润滑剂高温减摩性能更好，也无烟尘污染，清洁容易，无残留。

具体实施方式

参照以下实施例可以对本发明作进一步详细说明；但是，以下实施例仅仅是例证，本发明并不局限于这些实施例。

本发明基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其原料水性硬脂酸采用本申请人的专利申请“一种硬脂酸水性分散液及其制备方法”（申请号201210558111.5）中的硬脂酸水性分散液。

实施例1

1、制备十二羟基硬脂酸水性分散液

首先将35kg十二羟基硬脂酸和58.7kg水加入反应釜中，在1000r/min的机械搅拌下加热至十二羟基硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融十二羟基硬脂酸中依次加入5kg脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸钠、1kg聚丙烯酸钠，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入0.2kg聚氧丙烯甘油醚消泡剂和0.1kg异噻唑啉酮防腐剂；接着，再进行超微研磨6min，即得到固含量为30%，平均粒径为20μm，粘度为100mPa·S的十二羟基硬脂酸水性分散液。

2、制备棕榈酸水性分散液

首先，将76.3kg水和20kg棕榈酸加入反应釜中，在1000r/min的机械搅拌下加热至棕榈酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融棕榈酸中依次加入1kg焦磷酸钠、1kg吐温80、1.5kg脂肪醇聚氧乙烯醚，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入0.1kg聚氧丙烯甘油醚消泡剂和0.1kg凯松防腐剂；接着，再进行超微研磨5min，即得到固含量为30%，平均粒径为20μm，粘度为100mPa·S的棕榈酸水性分散液。

3、制备基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂

步骤1、在反应釜中加入72kg水，1000r/min的机械搅拌速度下缓慢加入20kg水性十二羟基硬脂酸，在搅拌过程中，加入0.01kg聚氧丙烯甘油醚消泡剂；

步骤2、向步骤1中获得的溶液中依次加入1kg水性硬脂酸、1kg水性硬脂酸锌、5kg水性棕榈酸，以1000r/min的转速搅拌30min，加入1kg氢氧化钾，再继续搅拌30min后，即得到固含量为30%，平均粒径为25μm，粘度为300mPa·S的水性润滑剂。

实施例2

1、制备十二羟基硬脂酸水性分散液

首先将40kg十二羟基硬脂酸和48.9kg水加入反应釜中，在1500r/min的机械搅拌下加热至十二羟基硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融十二羟基硬脂酸中依次加入4kg吐温80、4kg脂肪醇聚氧乙烯醚、2.5kg焦磷酸钠，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入0.4kg聚二甲基硅氧烷消泡剂和0.2kg对羟基苯甲酸甲酯防腐剂；接着，再进行超微研磨8min，即得到固含量为35%、平均粒径为25μm，粘度为150mPa·S的十二羟基硬脂酸水性分散液。

2、制备棕榈酸水性分散液

首先，将69.1kg水和25kg棕榈酸加入反应釜中，在1500r/min的机械搅拌下加热至棕榈酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融棕榈酸中依次加入2kg尿素、1.5kg吐温60、2kg脂肪醇与环氧乙烷缩合物，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入0.2kg聚二甲基硅氧烷消泡剂和0.2kg异噻唑啉酮防腐剂；接着，再进行超微研磨8min，即得到固含量为35%，平均粒径为25μm，粘度为150mPa·S的棕榈酸水性分散液。

3、制备基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂

步骤1、在反应釜中加入40.5kg水，2000r/min的机械搅拌速度下缓慢加入40kg水性十二羟基硬脂酸，在搅拌过程中，加入0.03kg高碳醇消泡剂；

步骤2、向步骤1中获得的溶液中依次加入2kg水性硬脂酸、5kg水性硬脂酸锌、10kg水性棕榈酸，以2000r/min的转速搅拌45min，加入2.5kg氢氧化钾，再继续搅拌50min后，即得到固含量为35%，平均粒径为28μm，粘度为400mPa·S的水性润滑剂。

实施例3

1、制备十二羟基硬脂酸水性分散液

首先将45kg十二羟基硬脂酸和40.2kg水加入反应釜中，在2000r/min的机械搅拌下加热至十二羟基硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融十二羟基硬脂酸中依次加入5kg脂肪醇聚氧乙烯醚、5kg椰油脂肪酸二乙醇酰胺、4kg三聚磷酸钠，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入0.5kg乳化硅油消泡剂和0.3kg布罗波尔防腐剂；接着，再进行超微研磨10min，即得到固含量为40%、平均粒径为30μm，粘度为200mPa·S的十二羟基硬脂酸水性分散液。

2、制备棕榈酸水性分散液

首先，将61.9kg水和30kg棕榈酸加入反应釜中，在2000r/min的机械搅拌下加热至棕榈酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融棕榈酸中依次加入3kg三聚磷酸钠、2kg吐温80、2.5kg烷基酚聚氧乙烯醚，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入0.3kg乳化硅油消泡剂和0.3kg布罗波尔防腐剂；接着，再进行超微研磨10min，即得到固含量为40%，平均粒径为30μm，粘度为200mPa·S的棕榈酸水性分散液。

3、制备基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂

步骤1、在反应釜中加入8kg水，3000r/min的机械搅拌速度下缓慢加入6kg水性十二羟基硬脂酸，在搅拌过程中，加入0.05kg乳化硅油消泡剂；

步骤2、向步骤1中获得的溶液中依次加入3kg水性硬脂酸、10kg水性硬脂酸锌、15kg水性棕榈酸，以3000r/min的转速搅拌1h，加入4kg氢氧化钾，再继续搅拌1h后，即得到固含量为40%，平均粒径为30μm，粘度为500mPa·S的水性润滑剂。

实施例4

上述三个实施例中制得的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其使用方法包括以下步骤：首先，所制得的水性润滑剂直接或者用水稀释至2～20倍后加热至60～70℃，向其中放入酸洗除锈后的铝材毛坯5～30 min；然后将铝材毛坯捞出，常温或者热风状态下使铝材毛坯表面所涂敷的润滑膜中所含水分充分蒸发，即可进行下一步的塑性加工。

Claims (10)

1.一种基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其特征是：其包括以下重量百分比的原料组分：水性十二羟基硬脂酸20～60％，水性硬脂酸锌1～10％，水性硬脂酸0.2～3％，水性棕榈酸1～15％，氢氧化钾0.4～4％，消泡剂0.01～0.05％，水10～60％，上述各个组分含量之和为100％。

2.根据权利要求1所述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其特征是：其水性十二羟基硬脂酸是固含量为30～40%的十二羟基硬脂酸水性分散液，由十二羟基硬脂酸、乳化剂、分散剂、消泡剂、防腐剂和水制备而成，以水性十二羟基硬脂酸总重量百分比计，各组分的重量百分比为：十二羟基硬脂酸35～45％，乳化剂4～10％，分散剂1～4％，消泡剂0.1～0.5％，防腐剂0.1～0.3％，余量为水。

3.根据权利要求2所述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其特征是：其水性十二羟基硬脂酸的制备方法为：首先，将水和十二羟基硬脂酸加入反应釜中，在机械搅拌下加热至十二羟基硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融十二羟基硬脂酸中依次加入乳化剂、分散剂，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入消泡剂和防腐剂；接着，再进行超微研磨5～10min，即得到固含量为30～40%、粒径范围为20～30μm，粘度范围为100～200mPa·S的十二羟基硬脂酸水性分散液。

4.根据权利要求1所述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其特征是：其水性硬脂酸锌是固含量为30～40%的硬脂酸锌水性分散液，水性硬脂酸是固含量为20～30%的硬脂酸水性分散液。

5.根据权利要求1所述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其特征是：其水性棕榈酸是固含量为30～40%的棕榈酸水性分散液，由棕榈酸、乳化剂A、乳化剂B、分散剂、消泡剂、防腐剂和水制备而成，以水性棕榈酸总重量百分比计，各组分的重量百分比为：棕榈酸20～30％，乳化剂A 1～2％，乳化剂B 1～2.5％，分散剂1～3％，消泡剂0.1～0.3％，防腐剂0.1～0.3％，余量为水。

6.根据权利要求6所述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其特征是：其水性棕榈酸的制备方法为：首先，按重量百分比将水和棕榈酸加入反应釜中，在机械搅拌下加热至棕榈酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融棕榈酸中依次加入分散剂、乳化剂A、乳化剂B，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入消泡剂和防腐剂；接着，再进行超微研磨5～10min，即得到固含量为30～40%、粒径范围为20～30μm、粘度范围为100～200mPa·S的棕榈酸水性分散液。

7.根据权利要求1所述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂，其特征是：其消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油中的一种或几种组合。

8.一种权利要求1～7中任一权利要求所述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂的制备方法，其特征是：其包括以下步骤：

步骤1、在反应釜中加入重量百分比10～60％的水，1000～3000r/min的机械搅拌速度下缓慢的加入重量百分比20～60％的水性十二羟基硬脂酸，至水性十二羟基硬脂酸完全溶解于水中；在搅拌过程中，加入重量百分比0.01～0.05％的水性消泡剂；

步骤2、向步骤1中获得的溶液中依次加入重量百分比0.2～3％的水性硬脂酸、重量百分比1～10％的水性硬脂酸锌、重量百分比1～15％的水性棕榈酸，以1000～3000 r/min的转速搅拌30min～1h，加入重量百分比0.4～4％的氢氧化钾，再继续搅拌30min～1h后，即得到白色的水性润滑剂。

9.根据权利要求8所述的水性润滑剂的制备方法，其特征是：其制得的水性润滑剂固含量为30～40wt%，粒径范围为25～30μm，粘度范围为300～500mPa·S。

10.一种权利要求1～7中任一权利要求所述的基于十二羟基硬脂酸的水性润滑剂的使用方法，其特征是：其包括以下步骤：首先，所制得的水性润滑剂直接或者用水稀释至2～20倍后加热至60～70℃，向其中放入酸洗除锈后的铝材毛坯5～30 min；然后将铝材毛坯捞出，常温或者热风状态下使铝材毛坯表面所涂敷的润滑膜中所含水分充分蒸发，即可进行下一步的塑性加工。