CN104017638A - 一种环保型长寿命切削液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保型长寿命切削液，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：聚乙二醇二酸酯2-5％；碱性电解水95-98％；磷酸盐0-0.3％；硼酸盐0-0.3％；苯并三氮唑0-0.01％。本发明提供的切削液体系的主要成分聚乙二醇二酸酯盐本身为阴离子和非离子表面活性剂，所以即使机加工过程中工件或导轨或其他原因导入了部分其他少量的润滑油剂，聚乙二醇二酸酯盐也能将其乳化成切削液使用，而不会降低其使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及润滑技术领域，具体地说是一种环保型长寿命切削液及其制备方法。
背景技术
传统金属加工润滑和冷却用的切削油、冷却剂、乳化液等润滑剂使用量大，且传统的切削油都是采用矿物油为基础油，在自然环境中不易分解，同时切削液中往往还添加有对环境有害的氯化物、硫化物、磷化物、醇胺、亚硝酸盐等添加剂来解决微量切削中的润滑、冷却和防锈等等问题。这些添加剂大都对人体和环境有害，不仅浪费资源，还会造成加工场所和环境的巨大污染。
如公开号为CN101376863的中国专利，公开了一种微量润滑系统铝合金切削液及其制备方法和用途，采用重量百分比原料制备而成：基础油30％、硫化异丁烯5～20％、氯化石蜡5～20％、硫代磷酸酯5～20％、硼酸钾5～20％、表面活性剂10％、防锈剂5％。虽然该切削液具有较好的润滑冷却性能，但是，较大比例的使用硫化物、氯化物、磷化物、防锈剂等，会给环境带来较大的压力。
发明内容
鉴于以上缺陷，本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种环保型长寿命切削液，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：
其中，磷酸盐选自三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、三聚磷酸钾、六偏磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的一种或几种的混合物。优选质量百分比为0.1-0.3％。
硼酸盐选自四硼酸钾、四硼酸钠、过硼酸钾、过硼酸钠中的一种或几种的混合物。优选质量百分比为0.1-0.3％。
苯并三氮唑还可以为其他水处理剂、金属防锈剂和缓蚀剂替代，如：①无机缓蚀剂：铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐等。②有机缓蚀剂：膦酸(盐)、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木质素等一些含氮氧化合物的杂环化合物。③聚合物类缓蚀剂：聚乙烯类，POCA，聚天冬氨酸等一些低聚物的高分子化学物。优选质量百分比为0.001-0.01％。
苯并三氮唑还可以为化学/物理性质相近的其他物质代替。
聚乙二醇二酸酯的结构式如下所示：
其中，m为1-5的整数；
n为大于1的自然数；
R为碳原子数为2-18的饱和或不饱和取代基，优选为烃基。
在本发明中，上述聚乙二醇二酸酯的制造方法为：将等摩尔量的二元酸与聚乙二醇，在催化剂的作用下，聚合反应生成聚乙二醇二酸酯。
值得指出的是，在本发明中，经研究发现，聚乙二醇选自乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、五乙二醇中的一种或几种得混合物，效果最佳。
具体的反应方程式，如下所示：
其中，m为1-5的整数；
n为大于1的自然数；
R为碳原子数为2-18的饱和或不饱和取代基，优选为烃基。
上述具体的制造工艺为：
步骤一、将所述二元酸和聚乙二醇按等摩尔投入聚合釜内；
步骤二、加入催化剂搅拌；
在本发明中，采用的催化剂优选为质量浓度为5-10％的稀硫酸。使用量为反应物总重量的0.1-0.5％。
步骤三、用保护气转换釜内空气，同时搅拌升温至160～180℃；
其中，保护气为氮气、氦气等常用反应保护气。
步骤四、聚合反应18～24小时；
步骤五、减压去水得到聚乙二醇二酸酯。
另外，本发明还提供了上述环保型长寿命切削液中所采用的碱性电解水的制备方法为：即、将软化水通过电解水机通电电解后，阴级端(实际操作为取机器标注为碱性水出水端)的碱性水。
另外，本发明还提供了上述环保型长寿命切削液的制造方法，其特征在于：将所有组分进行混合搅拌后，采用氢氧化钾或氢氧化钠调整PH值为9.5～10.5。
本发明的作用与效果
本发明提供的聚乙二醇二酸酯本身具有良好的润滑性和极压抗磨性，同时又是一种非离子表面活性剂，以其适中的链长，更容易和水混溶，可以全部或部分取代对环境有害的硫、磷、氯化合物。
本发明突破常规的将碱性电解水应用于切削液领域，其特点在于，碱性电解水由于其水的分子团聚数量小，可以让有机物更容易溶解于其中；碱性条件下可和聚乙二醇二酸酯的羧基部分生成阴离子表面活性剂，增加水溶性，同时形成的羧酸盐具有很好的防锈性能；在碱性环境下细菌、霉菌等微生物不容易存活，可以使切削液长时间使用保持不变质。
此外，在本发明中，还添加了磷酸盐，其主要是用于铝及其合金加工时作为铝缓蚀剂使用，同时磷酸盐还有一定的极压抗磨性。还添加了硼酸盐，其主要作用为极压抗磨剂，同时还有一定的防锈功能。而苯并三氮唑等相似物在本发明中主要应用于铜及其合金加工时作为铜缓蚀剂使用。
另外，因为本发明的切削液体系主要成分聚乙二醇二酸酯盐本身为阴离子和非离子表面活性剂，所以即使机加工过程中工件或导轨或其他原因导入了部分其他少量的润滑油剂，聚乙二醇二酸酯盐也能将其乳化成切削液使用，而不会降低其使用性能。
所以本发明的切削液可以保持长时间使用而不变质，只需定期过滤杂质，按需补充自然消耗的新液就可长期使用。基本上没有排放产生，可大幅度的减少废液的处理成本和废液处理的环保设施投入。
具体实施方式
实施例1
将116.07kg(1000mol)的马来酸和62.068kg(1000mol)乙二醇投入聚合釜内，加入0.89kg稀硫酸(5％)搅拌，然后向聚合釜中通入保护气转换釜内空气，同时搅拌升温至180℃，聚合反应24小时以后，减压除去部分水分即为聚乙二醇丁烯二酸酯。
将上述制备的聚乙二醇丁烯二酸酯5kg、0.3kg三聚磷酸钾加入94.7kg的碱性电解水中混合搅拌，制备并用氢氧化钾将溶液调整为：PH值10.5制备的一种环保型长寿命切削液使用。
制备上述碱性电解水的电解水机型号为：LF500B，出水pH值为9.30。
将上述制备的一种环保型长寿命切削液使用于BW60HS加工中心，加工铝合金汽车零部件，对比乳化切削液为国外某品牌乳化切削液，初始浓度为5％,工作液PH值为9.6。
初始使用理化和感观指标对比表1：
使用30天后理化和感观指标对比表2：
实施例2：
将146.14kg(1000mol)的己二酸和106.12kg(1000mol)二乙二醇按等摩尔投入聚合釜内，加入0.25kg稀硫酸(10％)搅拌，然后向聚合釜中通入保护气转换釜内空气，同时搅拌升温至160℃，聚合反应18小时以后，减压除去部分水分即为聚乙二醇己二酸酯。
将上述制备的聚乙二醇己二酸酯2kg加入98kg的碱性电解水中混合搅拌，
并用氧化钠将溶液调整为：PH值9.5，制备的一种环保型长寿命切削液使用。
实施例3：
将174.2kg(1000mol)的辛二酸和150.17kg(1000mol)的三乙二醇投入聚合釜内，加入0.65kg稀硫酸(6％)搅拌，然后向聚合釜中通入保护气转换釜内空气，同时搅拌升温至170℃，聚合反应21小时以后，减压除去部分水分即为聚乙二醇辛二酸酯。
将上述制备的聚乙二醇辛二酸酯3kg、0.3kg四硼酸钾、0.01kg苯并三氮唑加入96.69kg的碱性电解水中混合搅拌，并用氢氧化钠将溶液调整为：PH值9.8，制备的一种环保型长寿命切削液使用。
实施例4：
将202.25kg(1000mol)的癸二酸和194.23kg(1000mol)的四乙二醇投入聚合釜内，加入1.19kg稀硫酸(7％)搅拌，然后向聚合釜中通入保护气转换釜内空气，同时搅拌升温至165℃，聚合反应20小时以后，减压除去部分水分即为聚乙二醇癸二酸酯。
将上述制备的聚乙二醇癸二酸酯4kg、0.15kg磷酸氢二钠、0.15kg过硼酸钾、0.005kg苯并三氮唑加入95.695kg的碱性电解水中混合搅拌，并用氢氧化钾将溶液调整为：PH值10.0。制备的一种环保型长寿命切削液使用。
实施例5：
将256.34kg(1000mol)的十四烷二酸和238.28kg(1000mol)的五乙二醇投入聚合釜内，加入1.99kg稀硫酸(8％)搅拌，然后向聚合釜中通入保护气转换釜内空气，同时搅拌升温至175℃，聚合反应22小时以后，减压除去部分水分即为聚乙二醇十四烷二酸酯。
将上述制备的聚乙二醇十四烷二酸酯3.5kg、0.01kg苯并三氮唑加入96.49kg的碱性电解水中混合搅拌，并用氢氧化钾将溶液调整为：PH值10.2。制备的一种环保型长寿命切削液使用。
Claims (9)
1.一种环保型长寿命切削液，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：
2.如权利要求1所述的一种环保型长寿命切削液，其特征在于，所述聚乙二醇二酸酯的结构式如下所示：
其中，m为1-5的整数；
n为大于1的自然数；
R为碳原子数为2-18的饱和或不饱和烃基。
3.如权利要求1所述的一种环保型长寿命切削液，其特征在于，所述聚乙二醇二酸酯的制造方法为：等摩尔量的二元酸与聚乙二醇，在催化剂的作用下，聚合反应生成聚乙二醇二酸酯，
其中，聚乙二醇选自乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、五乙二醇中的一种或几种得混合物。
4.如权利要求1所述的一种环保型长寿命切削液，其特征在于，所述聚乙二醇二酸酯的制造工艺为：
步骤一、将所述二元酸和聚乙二醇按等摩尔投入聚合釜内；
步骤二、加入催化剂搅拌；
步骤三、用保护气转换釜内空气，同时搅拌升温至160～180℃；
步骤四、聚合反应18～24小时；
步骤五、减压去水得到聚乙二醇二酸酯。
5.如权利要求4所述的一种环保型长寿命切削液，其特征在于：所述催化剂为质量浓度为5-10％的稀硫酸。
6.如权利要求4所述的一种环保型长寿命切削液，其特征在于：所述催化剂占反应物总重量的0.1-0.5％。
7.如权利要求1所述的一种环保型长寿命切削液，其特征在于，所述碱性电解水的制备方法：将软化水通过电解水机通电电解后，取阴极端的碱性水。
8.如权利要求1所述的一种环保型长寿命切削液，其特征在于：
所述磷酸盐选自三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、三聚磷酸钾、六偏磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的一种或几种的混合物；
所述硼酸盐选自四硼酸钾、四硼酸钠、过硼酸钾、过硼酸钠中的一种或几种的混合物。
9.如权利要求1-8任一所述的一种环保型长寿命切削液的制造方法，其特征在于：将所有组分进行混合搅拌后，采用氢氧化钾或氢氧化钠调整PH值为9.5～10.5。
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