CN104059718B

CN104059718B - 一种可生物降解润滑剂组合物及其制备方法和用该组合物制备的可生物降解的微量切削液

Info

Publication number: CN104059718B
Application number: CN201410153357.3A
Authority: CN
Inventors: 吴启东; 张乃庆
Original assignee: SHANGHAI TONGKUAI INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Dongzhichuang Semiconductor Technology Co ltd
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: CN104059718A

Abstract

本发明提供一种可生物降解润滑剂组合物的制备方法，其特征在于：由脂肪酸与环氧乙烷发生聚合反应生成脂肪酸聚氧乙烯醚后，将所述脂肪酸聚氧乙烯醚与五氧化二磷/磷酸和硼酸反应获得脂肪酸聚氧乙烯磷酸酯及脂肪酸聚氧乙烯硼酸酯的混合物后，得到一种可生物降解润滑剂组合物。该可生物降解润滑剂组合物本身具有良好的润滑性，极压抗磨性和防锈性，可以全部或部分取代对环境有害的硫、氯化合物，使用于微量切削液中，同时其本身生物降解性良好。

Description

一种可生物降解润滑剂组合物及其制备方法和用该组合物制备的可生物降解的微量切削液

技术领域

本发明涉及润滑技术领域，具体地，是一种可生物降解润滑剂组合物及其制备方法和用该组合物制备的可生物降解的微量切削液。

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，所用的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。

近年对微量切削技术的研究取得很大的进展，减少了大量切削油液的排放对环境造成的危害，但是为了解决微量切削问题，往往在微量切削油中加入过量的对环境有害的氯化物、硫化物等极压抗磨剂来解决微量切削中的润滑和冷却问题。

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，提供一种可生物降解润滑剂组合物。

为实现上述目的，本发明提供了一种可生物降解润滑剂组合物的制备方法，其特征在于：由脂肪酸与环氧乙烷发生聚合反应生成脂肪酸聚氧乙烯醚后，其中一部分脂肪酸聚氧乙烯醚与五氧化二磷/磷酸和硼酸反应获得脂肪酸聚氧乙烯磷酸酯及脂肪酸聚氧乙烯硼酸酯与脂肪酸聚氧乙烯醚混合后，得到一种可生物降解润滑剂组合物。

具体的反应方程式如下所示：

在本发明中，由脂肪酸与环氧乙烷发生聚合反应生成脂肪酸聚氧乙烯醚后，部分脂肪酸聚氧乙烯醚再与五氧化二磷（或磷酸）反应生成脂肪酸聚氧乙烯磷酸酯，部分脂肪酸聚氧乙烯醚与硼酸反应生成脂肪酸聚氧乙烯硼酸酯的方式进行。其中，M为H、Na或K等。

具体的工艺步骤如下所示：

步骤一、将脂肪酸投入聚合釜内，加入引发剂搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时，用氮气进料罐将环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至90-110℃，压力调节至0.25-0.35MPa，聚合反应2-5小时以后，得到脂肪酸聚氧乙烯醚；

在本发明中，脂肪酸聚氧乙烯醚可以通过现有领域中的任一方式合成，考虑到脂肪酸及环氧乙烷两种原料的配比和目标产物的选择性合成，优选采用如上所述的制备方法。

在本发明中，脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1：3～8。

在本发明中，引发剂为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液。该水溶液的浓度由原料的配比和目标产物来决定，一般质量百分比浓度为10-60%，优选浓度为25-35%。其中，氢氧化钠或氢氧化钾的净含量为羧酸和环氧乙烷总重量的0.3～0.5%。

步骤二、分别称取五氧化二磷/磷酸和硼酸，边搅拌边加入步骤一反应生成的脂肪酸聚氧乙烯醚，升温至130-150℃反应2-3小时，得到可生物降解润滑剂组合物。

在本发明中，五氧化二磷/磷酸的净重量为步骤二中反应物总重量的1-2%。

在本发明中，硼酸的净重量也为步骤二中反应物总重量的1-2%。

如上所示，本发明提供的可生物降解润滑剂组合物的主要成分为脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯磷酸酯及脂肪酸聚氧乙烯硼酸酯。

其中，脂肪酸聚氧乙烯磷酸酯为一取代的磷酸酯、二取代的磷酸酯、三取代的磷酸酯及磷酸聚酯中的一种或几种的混合物；脂肪酸聚氧乙烯硼酸酯为一取代的硼酸酯、二取代的硼酸酯及三取代的硼酸酯中的一种或几种的混合物。

此外，本发明提供的上述可生物降解的润滑剂组合物，在使用时，按重量比加水1～5倍，搅拌混合均匀，可获得一种用于微量切削润滑装置的可生物降解的微量切削液。

发明的作用与效果

本发明提供的可生物降解微量润滑剂组合物本身具有良好的润滑性，极压抗磨性和防锈性，可以全部或部分取代对环境有害的硫、氯化合物，使用于微量切削液中，同时其本身生物降解性良好。

使用本发明提供的可生物降解微量润滑剂组合物与现有技术相比，由于包含有长链的脂肪基团，因此使本产品具有良好的润滑性，又由于在合成的过程中生成了一类磷酸酯化合物，该类化合物在使用的过程中，在瞬间高温高压下与刀具表面形成一类磷酸铁盐或磷酸亚铁盐，能有效地起到保护作用，从而体现其良好的极压抗磨性；此外，又由于在合成的过程中，还生成了一类硼酸酯化合物，该类化合物使用过程中，在高温高压下，能在刀具表面和工件表面形成一种致密的物理保护膜，能进一步起到抗磨损和防锈作用，从而更进一步的体现其良好极压耐磨性和防锈性。由此可以看出，本发明通过两种优良极压耐磨和防锈性能的化合物，相辅相成的保护，实现了普通切削液所无法实现的功能，进一步的提高了其工作能效。

此外，有别于普通润滑油组合物，需要多种物种逐一调配实现，本发明一经合成即能使用，采用一锅法的简单合成设备、合成手段、合成工艺即可得到。是一种，高效、节能、成本低廉的优秀制剂。

另外，无论从本发明采用的原料，还是其最终产物的组成可以看出，该化合物不含传统制剂中的硫、氯等物质，是生物降解性强、绿色环保的产品。

另外，在使用的过程，我们还发现，很少量的微量切削液就能满足金属加工的高端要求，减少了对环境和工人的危害，把对环境的污染降到最低。

和传统切削液相比，使用本发明的可生物降解微量切削液，或节省切削液的使用量95%以上，节能减排，环境保护效果显著。

具体实施方式

实施例1

步骤一、将172.27kg（1000mol）的癸酸投入聚合釜内，加入含氢氧化钠1.5kg的氢氧化钠水溶液搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时，用氮气进料罐将132.156kg（3000mol）环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至110℃，压力调节至0.25MPa，聚合反应5小时以后，即为癸酸聚氧乙烯(3)醚。

步骤二、分别称取1kg磷酸和2kg硼酸，边搅拌边加入步骤一反应生成的97kg癸酸聚氧乙烯（3）醚，升温至150℃反应2小时，即为可生物降解润滑剂组合物。

实施例2：

步骤一、将200.27kg（1000mol）的月桂酸投入聚合釜内，加入含氢氧化钾1.13kg的氢氧化钾水溶液搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时，用氮气进料罐将176.208（4000mol）的环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至90℃，压力调节至0.35MPa，聚合反应2小时以后，即为月桂酸聚氧乙烯（4）醚。

步骤二、分别称取2kg五氧化二磷和1kg硼酸，边搅拌边加入步骤一反应生成的97kg月桂酸聚氧乙烯（4）醚，升温至130℃反应3小时，即为可生物降解润滑剂组合物。

实施例3：

步骤一、将284.48（1000mol）的硬脂酸投入聚合釜内，加入5kg的氢氧化钾水溶液（含量50%）搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时，用氮气进料罐将352.416kg（8000mol）环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至105℃，压力调节至0.28MPa，聚合反应4.5小时以后，即为硬脂酸聚氧乙烯（8）醚。

步骤二、分别1.6kg的五氧化二磷和1.2kg的硼酸，边搅拌边加入步骤一反应生成的97.2kg的硬脂酸聚氧乙烯（8）醚，升温至135℃反应2.8小时，即为可生物降解润滑剂组合物。

实施例4：

步骤一、将280.44（1000mol）的亚油酸投入聚合釜内，加入4.3kg的氢氧化钠水溶液（含量50%）搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时，用氮气进料罐将264.312kg（6000mol）环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至95℃，压力调节至0.32MPa，聚合反应45小时以后，即为亚油酸聚氧乙烯（6）醚。

步骤二、分别1.8kg磷酸和1.8kg的硼酸，边搅拌边加入步骤一反应生成的96.4kg的亚油酸聚氧乙烯（6）醚，升温至145℃反应2.2小时，即为可生物降解润滑剂组合物。

实施例5：

步骤一、将282.47（1000mol）的油酸投入聚合釜内，加入4kg的氢氧化钾水溶液（氢氧化钾含量40%）搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时，用氮气进料罐将220.26kg（5000mol）环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至100℃，压力调节至0.3MPa，聚合反应4小时以后，即为油酸聚氧乙烯（5）醚。

步骤二、分别1.5kg五氧化二磷和1.5kg的硼酸，边搅拌边加入步骤一反应生成的97kg的油酸聚氧乙烯（5）醚，升温至145℃反应2小时30分钟，即为可生物降解润滑剂组合物。

实施例的作用和效果：

按重量百分比：将上述实施例5中制备的可生物降解润滑剂组合物分别和水按1:1（A）；1:2（B）；1:3（C）；1:4（D）；1:5（E）制备五组可生物降解微量切削液工作液。

一、将上述制备的A、B、C、D、E五组可生物降解微量切削液工作液进行理化指标试验。试验结果为（表一）：

<表一>理化指标检验的对比实验结果表

试验项目

A

B

C

D

E

试验方法

运动粘度40℃mm²/s

12.25

7.21

4.83

2.09

--

GB/T265

pH值	6.2	6.2	6.2	6.3	6.3	SH/T0578
							湿热实验0级	96小时	72小时	72小时	48小时	48小时	GB/T2361
四球磨斑直径mm	0.38	0.39	0.39	0.40	0.40	GB/T12583

二、将上述制备上述制备的A、B、C、D、E五组可生物降解微量切削液工作液应用于KS-2103微量切削润滑装置，取代传统32#机械油，使用于Y3150滚齿机，加工3mm模数中小齿轮，8小时工作，实测结果如下（表二）：

<表二>应用实验的对比实验结果表

试验项目

机械油

A

B

C

D

E

润滑剂使用量/天

4.5公斤

150ml

180ml

200ml

250ml

300ml

工件表面质量

一般

光亮

一般

三、将上述制备的可生物降解微量切削液进行生物可降解实验：

1.实验方法：GB/T21856-2008化学品快速降解性二氧化碳产生试验。

2.实验材料：

2.1油液：上述实施例5中制备的可生物降解润滑剂组合物。

2.2接种物：取自不同地方地表0-10cm处土壤，土样经混匀、除杂后，用去离子水浸泡搅拌取上清液。

3.实验结果：

计算28天生物降解率为：78.73%。

Claims

1.一种可生物降解润滑剂组合物的制备方法，其特征在于：由脂肪酸与环氧乙烷发生聚合反应生成脂肪酸聚氧乙烯醚后，所述脂肪酸聚氧乙烯醚的一部分与五氧化二磷和硼酸反应获得脂肪酸聚氧乙烯磷酸酯及脂肪酸聚氧乙烯硼酸酯与脂肪酸聚氧乙烯醚混合后，得到一种可生物降解润滑剂组合物；或者将上述五氧化二磷替换为磷酸；

具体工艺步骤如下所示：

步骤二、分别称取五氧化二磷和硼酸，或者分别称取磷酸和硼酸，边搅拌边加入步骤一反应生成的脂肪酸聚氧乙烯醚，升温至130-150℃反应2-3小时，得到可生物降解润滑剂组合物；

其中，所述脂肪酸与环氧乙烷的摩尔比为1：3～8；

所述五氧化二磷或磷酸的净重量为步骤二中反应物总重量的1-2%；

所述硼酸的净重量为步骤二中反应物总重量的1-2%。

2.如权利要求1所述的一种可生物降解润滑剂组合物的制备方法，其特征在于：所述引发剂为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液。

3.如权利要求1所述的一种可生物降解润滑剂组合物的制备方法，其特征在于：所述引发剂的净含量为脂肪酸和环氧乙烷总重量的0.3～0.5%。

4.如权利要求1-3任一所述的可生物降解润滑剂组合物，其特征在于：所述可生物降解润滑剂组合物的主要成分为脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯磷酸酯及脂肪酸聚氧乙烯硼酸酯。

5.如权利要求4所述的可生物降解润滑剂组合物，其特征在于：所述脂肪酸聚氧乙烯磷酸酯为一取代的磷酸酯、二取代的磷酸酯、三取代的磷酸酯及磷酸聚酯中的一种或几种的混合物；

所述脂肪酸聚氧乙烯硼酸酯为一取代的硼酸酯、二取代的硼酸酯及三取代的硼酸酯中的一种或几种的混合物。

6.一种可生物降解的微量切削液，其特征在于：由如权利要求1-5所述的任一可生物降解润滑剂组合物与水以1：1-5的比重进行调配后获得。