CN104073321A - 一种微乳化切削液、切削稀释液及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微乳化切削液、切削稀释液及其制备和使用方法，该微乳化切削液的原料为：矿物油40-60%、阴离子表面活性剂2-10%、非离子表面活性剂1-5%、乳化稳定剂5-10%、油性添加剂5-10%、极压添加剂5-10%、防锈添加剂5-27%、防腐杀菌剂0.5-3%、消泡添加剂0.1-0.3%和水2-6%；消泡添加剂包括重量比为1∶1-1∶2的乳化硅油和聚醚改性有机硅。该微乳化切削液和微乳化切削稀释液的消泡性能优异，具有良好的润滑性和冷却性，pH值稳定性好，抑菌能力强，使用寿命长，能为加工件提供良好的防锈性，并能大大提高加工件的加工精度。

Description

一种微乳化切削液、切削稀释液及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种微乳化切削液、切削稀释液及其制备和使用方法。

背景技术

切削液按油品化学组成分为非水溶性（油基）液和水溶性（水基）液两大类。油基切削液的润滑性能较好，冷却效果较差。水基切削液与油基切削液相比润滑性能相对较差，冷却效果较好。慢速切削要求切削液的润滑性要强，一般来说，切削速度低于30m/min时使用切削油。

含有极压添加剂的切削油，不论对任何材料的切削加工，当切削速度不超过60m/min时都是有效的。在高速切削时，由于发热量大，油基切削液的传热效果差，会使切削区的温度过高，导致切削油产生烟雾、起火等现象，并且由于工件温度过高产生热变形，影响工件加工精度，故多用水基切削液。

乳化液把油的润滑性和防锈性与水的极好冷却性结合起来，同时具备较好的润滑冷却性，因而对于大量热生成的高速低压力的金属切削加工很有效。与油基切削液相比，乳化液的优点在于较大的散热性，清洗性，用水稀释使用而带来的经济性以及有利于操作者的卫生和安全而使他们乐于使用。实际上除特别难加工的材料外，乳化液几乎可以用于所有的轻、中等负荷的切削加工及大部分重负荷加工，乳化液还可用于除螺纹磨削、槽沟麻削等复杂磨削外的所有磨削加工，乳化液的缺点是容易使细菌、霉菌繁殖，使乳化液中的有效成分产生化学分解而发臭、变质，所以一般都应加入毒性小的有机杀菌剂。

化学合成切削液的优点在于经济、散热快、清洗性强和极好的工件可见性，易于控制加工尺寸，其稳定性和抗腐败能力比乳化液强。润滑性欠佳，这将引起机床活动部件的粘着和磨损，而且，化学合成留下的粘稠状残留物会影响机器零件的运动，还会使这些零件的重叠面产生锈蚀。

刀具材料的发展推动了切削液的发展，1898年发明了高速钢，切削速度较前提高2～4倍。1927年德国首先研制出硬质合金，切削速度比高速钢又提高2～5倍。随着切削温度的不断提高，油基切削液的冷却性能已不能完全满足切削要求，这时人们又开始重新重视水基切削液的优点。1915年生产出水包油型乳化液，并于1920年成为优先选用的切削液用于重切削。1948年在美国研制出第一种无油合成切削液，并在20世纪70年代由于油价冲击而使应用提高。

近十几年来，由于切削技术的不断提高，先进切削机床的不断涌现，刀具和工件材料的发展，推动了切削液技术的发展。随着先进制造技术的深入发展和人们环境保护意识的加强，对切削液技术提出了新的要求，它必将推动切削液技术向更高领域发展。

微乳化切削液是水基切削液的一种，性能介于水基合成切削液和乳化液之间，其基本组成为矿油、水、表面活性剂、润滑剂、防锈剂等。微乳化切削液在水中的乳化颗粒比通常的乳化液小，水溶液呈透明或半透明状。微乳化切削液综合了乳化液润滑性能好和合成切削液稳定性好、冷却效果好的优点，是一种性能优越、使用范围广的水基切削液。但微乳化切削液在使用过程中亦存在以下缺点：泡沫多，要加大量消泡剂来提高消泡性能，而高效消泡剂价格昂贵，贮存期短，失效快，使用过程中还要不断补加，增加了产品成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有的微乳化切削液消泡性能差，在使用过程中泡沫多，添加高效消泡剂成本高的缺陷，提供了一种微乳化切削液、切削稀释液及其制备和使用方法。本发明的微乳化切削液和微乳化切削稀释液的消泡性能优异，具有良好的润滑性和冷却性，pH值稳定性好，抑菌能力强，使用寿命长，能为加工件提供良好的防锈性，并能大大提高加工件的加工精度。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种微乳化切削液，其原料包括下述重量百分比的组分：矿物油40-60%、阴离子表面活性剂2-10%、非离子表面活性剂1-5%、乳化稳定剂5-10%、油性添加剂5-10%、极压添加剂5-10%、防锈添加剂5-27%、防腐杀菌剂0.5-3%、消泡添加剂0.1-0.3%和水2-6%；其中，所述的消泡添加剂包括乳化硅油和聚醚改性有机硅，所述乳化硅油和聚醚改性有机硅的重量比为1:1-1:2。

其中，所述乳化硅油和聚醚改性有机硅的重量比较佳地为1:1.5。

其中，所述矿物油为本领域常规使用的矿物油，较佳地为环烷基矿物油。所述矿物油在40℃下的运动粘度较佳地为18-30mm²/s。

其中，所述的阴离子表面活性剂可为本领域常规使用的阴离子表面活性剂，较佳地为石油磺酸钠和/或聚异丁烯丁二酸酐酰胺。

其中，所述的非离子表面活性剂可为本领域常规使用的非离子表面活性剂，非离子表面活性剂作为乳化剂，能促进油和水乳化形成乳化液。所述的非离子表面活性剂较佳地为烷基酚聚氧乙烯醚和/或脂肪醇聚氧乙烯醚。所述脂肪醇聚氧乙烯醚的脂肪链较佳地为C12-C18的脂肪链。

其中，所述的乳化稳定剂为本领域常规使用的乳化稳定剂，乳化稳定剂能使油和水形成稳定的乳化液。所述的乳化稳定剂较佳地为脂肪醇和/或脂肪醚，更佳地为二乙二醇单丁醚和/或高级脂肪醇。所述高级脂肪醇的碳原子数较佳地为16-20。

其中，所述的油性添加剂为本领域常规使用的油性添加剂，油性添加剂能增加切削液组合物的吸附性能及渗透能力，降低摩擦系数。所述的油性添加剂较佳地为高级脂肪酸和/或植物油酸，更佳地为油酸和/或妥尔油脂肪酸。

其中，所述的极压添加剂可为本领域常规使用的极压添加剂，极压添加剂能提高润滑剂承受高温高压的能力。所述的极压添加剂较佳地为氯化石蜡、硫磷类极压添加剂和合成酯类极压添加剂中的一种或多种。

其中，所述的防锈添加剂可为本领域常规使用的防锈添加剂，防锈添加剂能与金属表面形成保护膜或钝化膜起到防锈作用。所述的防锈添加剂较佳地为硼酸类物质与苯并三氮唑的混合物。所述的硼酸类物质较佳地为硼酸胺盐、硼酸酰胺和硼酸酯中的一种或多种。所述硼酸类物质与苯并三氮唑的重量比较佳地为1:1-2:1，更佳地为3:2。

其中，所述的防腐杀菌剂可为本领域常规使用的防腐杀菌剂，防腐杀菌剂能防止和抑制细菌的生长。所述的防腐杀菌剂较佳地为1，3，5-三（2-羟乙基）-六氢-三嗪。

本发明还提供了一种上述微乳化切削液的制备方法，其包括下述步骤：

（1）将所述的矿物油、所述的阴离子表面活性剂、所述的非离子表面活性剂、所述的油性添加剂、所述的极压添加剂和所述的乳化稳定剂混合，搅拌均匀得混合液；

（2）将所述混合液、所述的防锈剂、所述的水，所述的防腐杀菌剂、和所述的消泡添加剂混合，搅拌均匀，即得。

步骤（1），所述混合的方法和条件为本领域常规的方法和条件。所述混合的温度较佳地为35-45℃，更佳地为40℃。所述的混合较佳地按下述操作进行：将所述的阴离子表面活性剂、所述的非离子表面活性剂、所述的油性添加剂、所述的极压添加剂和所述的乳化稳定剂依次添加至所述的矿物油中。

步骤（1）中，所述搅拌的方法和条件为本领域常规的方法和条件。所述搅拌的速率较佳地为80-100rpm。所述搅拌的时间较佳地为30-90分钟。

步骤（2）中，所述混合的方法和条件为本领域常规的方法和条件，只需至物料混合均匀即可。所述混合的温度较佳地为室温。所述的混合较佳地按下述操作进行：将所述的水、所述的防锈添加剂、所述的防腐杀菌剂和所述的消泡添加剂依次添加至所述混合液中。

步骤（2）中，所述搅拌的方法和条件为本领域常规的方法和条件，只需至物料混合均匀即可。所述搅拌的速率较佳地为80-100rpm。所述搅拌的时间较佳地为30-90分钟。

本发明还提供了一种所述的微乳化切削液的使用方法，其包括下述步骤：将所述的微乳化切削液用水稀释10-40倍，即可。

其中，所述稀释的倍数较佳地为20倍。

本发明还提供了一种微乳化切削稀释液，其包括所述的微乳化切削液和水，所述的水和所述微乳化切削液的重量比为10-40:1。

本发明中，所述的室温为本领域常规意义上的室温温度，一般为10-35℃。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的微乳化切削液和微乳化切削稀释液无需调节pH值，pH值稳定性好；进一步地，本发明提供的微乳化切削液和微乳化切削稀释液不含有亚硝酸盐，属于生态稳定型产品，适用于单机系统，尤其适用于中央供液油槽。本发明的微乳化切削液和微乳化切削稀释液的消泡性能优异，具有良好的润滑性和冷却性，pH值稳定性好，抑菌能力强，使用寿命长，能为加工件提供良好的防锈性，并能大大提高加工件的加工精度。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中，所用的份数均为重量份数。

下述实施例中，所用的脂肪醇聚氧乙烯醚的脂肪链为C12-C18的脂肪链。

实施例1

微乳化切削液的制备方法，其包括下述步骤：

（1）将环烷基矿物油42.0份升温至40℃，在环烷基矿物油中依次加入石油磺酸钠2.0份、脂肪醇聚氧乙烯醚5.0份、油酸8.0份、氯化石蜡10.0份和二乙二醇单丁醚3.0份，以80rpm的转速搅拌30分钟至搅拌均匀，得混合液；

（2）在室温条件下，在混合液中依次加入水4.2份、硼酸胺盐4.0份、硼酸酰胺12.42份，苯骈三氮唑8.28份、1，3，5-三（2-羟乙基）-六氢-三嗪1.0份和消泡添加剂0.1份，消泡添加剂为重量比为1:1.5的乳化硅油和聚醚改性有机硅，以80rpm的转速搅拌30分钟至搅拌均匀，即得。

该微乳化切削液可根据具体情况稀释10-40倍使用。

该微乳化切削液的性能检测数据，如表1所示。

实施例2

微乳化切削液的制备方法，其包括下述步骤：

（1）将环烷基矿物油45.0份升温至35℃，在环烷基矿物油中依次加入石油磺酸钠10.0份、脂肪醇聚氧乙烯醚3.0份、妥尔油脂肪酸10.0份、氯化石蜡8.0份和二乙二醇单丁醚3.0份，以100rpm的转速搅拌90分钟至搅拌均匀，得混合液；

（2）在室温条件下，在混合液中依次加入水4.7份、硼酸胺盐9.12份、苯骈三氮唑6.08份、1，3，5-三（2-羟乙基）-六氢-三嗪1.0份和消泡添加剂0.1份，消泡添加剂为重量比为1:1的乳化硅油和聚醚改性有机硅，以100rpm的转速搅拌90分钟至搅拌均匀，即得。

该微乳化切削液可根据具体情况稀释10-40倍使用。

该微乳化切削液的性能检测数据，如表1所示。

实施例3

微乳化切削液的制备方法，其包括下述步骤：

（1）将环烷基矿物油48.0份升温至45℃，在环烷基矿物油中依次加入石油磺酸钠5.0份、脂肪醇聚氧乙烯醚5.0份、油酸5.0份、氯化石蜡5.0份和二乙二醇单丁醚2.0份，以100rpm的转速搅拌30分钟至搅拌均匀，得混合液；

（2）在室温条件下，在混合液中依次加入水4.5份、硼酸酯2.0份、硼酸胺盐12.18份、苯骈三氮唑8.12份、1，3，5-三（2-羟乙基）-六氢-三嗪3.0份和消泡添加剂0.3份，消泡添加剂为重量比为1:2的乳化硅油和聚醚改性有机硅，以100rpm的转速搅拌30分钟至搅拌均匀，即得。

该微乳化切削液可根据具体情况稀释10-40倍使用。

该微乳化切削液的性能检测数据，如表1所示。

实施例4

微乳化切削液的制备方法，其包括下述步骤：

（1）将环烷基矿物油49.0份升温至40℃，在环烷基矿物油中依次加入石油磺酸钠8.0份、脂肪醇聚氧乙烯醚1.0份、妥尔油脂肪酸5.0份、氯化石蜡6.0份和二乙二醇单丁醚1.0份，以80rpm的转速搅拌90分钟至搅拌均匀，得混合液；

（2）在室温条件下，在混合液中依次加入水4.3份、硼酸酰胺15份、苯骈三氮唑10份、1，3，5-三（2-羟乙基）-六氢-三嗪0.5份和消泡添加剂0.2份，消泡添加剂为重量比为1:1.5的乳化硅油和聚醚改性有机硅，以80rpm的转速搅拌90分钟至搅拌均匀，即得。

该微乳化切削液可根据具体情况稀释10-40倍使用。

该微乳化切削液的性能检测数据，如表1所示。

对比实施例1

微乳化切削液的原料中，消泡添加剂为聚醚型脂肪酸酯0.3份，其余组成同实施例3。

该微乳化切削液的制备方法同实施例3。

该微乳化切削液的性能检测数据，如表1所示。

效果实施例

对各实施例的微乳化切削液进行性能测试，结果见表1。由表1可以看出，本发明的各实施例制备的微乳化切削液具有较大温度范围内稳定性良好，可长期保存的性能；而且，在上述微乳化切削液稀释20倍后，制得的微乳化切削稀释液，根据检测数据显示，该微乳化切削稀释液（简称稀释液）的PH值稳定保持在9.3-9.5之间，防锈性能好，并且，相比于对比实施例1的微乳化切削液，本发明的微乳化切削液的消泡性能极佳。

表1各实施例的微乳化切削液及微乳化切削稀释液的性能指标

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种微乳化切削液，其原料包括下述重量百分比的组分：矿物油40-60%、阴离子表面活性剂2-10%、非离子表面活性剂1-5%、乳化稳定剂5-10%、油性添加剂5-10%、极压添加剂5-10%、防锈添加剂5-27%、防腐杀菌剂0.5-3%、消泡添加剂0.1-0.3%和水2-6%；其中，所述的消泡添加剂包括乳化硅油和聚醚改性有机硅，所述乳化硅油和聚醚改性有机硅的重量比为1:1-1:2。

2.如权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述矿物油为环烷基矿物油；和/或，所述矿物油在40℃下的运动粘度为18-30mm²/s；和/或，所述的阴离子表面活性剂为石油磺酸钠和/或聚异丁烯丁二酸酐酰胺；和/或，所述的极压添加剂为氯化石蜡、硫磷类极压添加剂和合成酯类极压添加剂中的一种或多种；和/或，所述的防腐杀菌剂为1，3，5-三（2-羟乙基）-六氢-三嗪。

3.如权利要求1所述的微乳化切削液，其特征在于，所述的非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚和/或脂肪醇聚氧乙烯醚；和/或，所述的乳化稳定剂为脂肪醇和/或脂肪醚；和/或，所述的油性添加剂为高级脂肪酸和/或植物油酸；和/或，所述的防锈添加剂为硼酸类物质与苯并三氮唑的混合物。

4.如权利要求3所述的微乳化切削液，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的脂肪链为C12-C18的脂肪链；和/或，所述乳化稳定剂为二乙二醇单丁醚和/或高级脂肪醇；和/或，所述的油性添加剂为油酸和/或妥尔油脂肪酸；和/或，所述的硼酸类物质为硼酸胺盐、硼酸酰胺和硼酸酯中的一种或多种；和/或，所述硼酸类物质与苯并三氮唑的重量比为1:1-2:1。

5.如权利要求4所述的微乳化切削液，其特征在于，所述高级脂肪醇的碳原子数为16-20。

6.一种如权利要求1-4任一项所述的微乳化切削液的制备方法，其包括下述步骤：

（1）将所述的矿物油、所述的阴离子表面活性剂、所述的非离子表面活性剂、所述的油性添加剂、所述的极压添加剂和所述的乳化稳定剂混合，搅拌均匀得混合液；

（2）将所述混合液、所述的防锈剂、所述的水，所述的防腐杀菌剂、和所述的消泡添加剂混合，搅拌均匀，即得。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1），所述混合的温度为35-45℃；和/或，步骤（1），所述的混合按下述操作进行：将所述的阴离子表面活性剂、所述的非离子表面活性剂、所述的油性添加剂、所述的极压添加剂和所述的乳化稳定剂依次添加至所述的矿物油中；和/或，步骤（1）中，所述搅拌的速率为80-100rpm，所述搅拌的时间为30-90分钟。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述混合的温度为室温；和/或，步骤（2）中，所述混合按下述操作进行：将所述的水、所述的防锈添加剂、所述的防腐杀菌剂和所述的消泡添加剂依次添加至所述混合液中；和/或，步骤（2）中，所述搅拌的速率为80-100rpm，所述搅拌的时间为30-90分钟。

9.一种如权利要求1-5任一项所述的微乳化切削液的使用方法，其包括下述步骤：将所述的微乳化切削液用水稀释10-40倍，即可。

10.一种微乳化切削稀释液，其特征在于，其包括权利要求1-5所述的微乳化切削液和水，所述的水和所述微乳化切削液的重量比为10-40:1。