CN104231253A - 自乳化聚酯及其制备方法和用该聚酯制备的微量润滑剂 - Google Patents

自乳化聚酯及其制备方法和用该聚酯制备的微量润滑剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自乳化聚酯，其特征在于，其结构式如下所示：其中，R1为碳原子数为9-19的烃基；R2为碳原子数为2-10的烃基；n为2-5整数；m为不小于10的整数。该自乳化聚酯本身具有良好的润滑性、极压抗磨性在金属加工过程中可在金属表面形成一层致密的物理保护膜，同时其又是良好的表面活性剂，可全部或部分取代润滑技术领域中的氯化物、硫化物、磷化物等不利于环保的添加成分。

Description

自乳化聚酯及其制备方法和用该聚酯制备的微量润滑剂
技术领域
本发明涉及合成化学技术领域，具体地，涉及自乳化聚酯及其制备方法和用该聚酯制备的微量润滑剂。
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。
加工完的工件在进行下道工序加工前还要使用大量的清洗溶剂进行清洗，造成大量的污染物排放，同时清洗剂往往含有氯化物(如二氯甲烷、四氯乙烯)、磷化物(如三聚磷酸盐、磷酸酯盐)等对环境不利的添加成分或不易生物降解的成分。
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，但是为了提高微量润滑剂的润滑性和极压抗磨性能，往往微量润滑剂的组分中添加了大量对环境有害的含氯、含硫、含磷化合物，同时加工完的工件也还存在清洗的问题。
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40份、硫代磷酸酯5－15份、氯化石蜡5－15份、硫化异丁烯5－15份、硼酸钾5－15份、乙醇或乙二醇5－10份、防锈剂5份，所述的基础油采用矿物油或植物油。虽然该润滑剂具有较好的润滑冷却和极压性能，但是大量的氯、硫、磷化合物对环境还是有一定的影响，同时加工好的工件还是要进行清洗剂清洗等工序，才能进入涂装等下道工序，会给环境带来较大的压力。
发明内容
鉴于以上缺陷，本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种自乳化聚酯并将其应用于微量润滑剂的生产中，得到一种润滑和冷却性能优异可用于水溶性微量润滑剂。同时加工完的工件在进入下道工序前仅使用清水就可以清洗干净。
本发明提供的一种自乳化聚酯，其特征在于，其结构式如下所示：
其中，R1为碳原子数为7-19的烃基；
R2为碳原子数为2-10的烃基；
n为2-5整数；
m为不小于10的整数。
此外，本发明还提供了上述自乳化聚酯的制备方法：即、通过一元脂肪酸，聚乙二醇、二元羧酸来合成的。
具体地，本发明的自乳化聚酯由等摩尔的聚乙二醇与二元酸发生酯化反应生成聚乙二醇二元酸聚酯后，再用脂肪酸进行封端，生成自乳化聚酯。
其合成路线如下方程是所示：
其中，R1为碳原子数为7-19的烃基；
R2为碳原子数为2-10的烃基；
n为2-5整数；
m为不小于10的整数。
上述自乳化聚酯合成路线的具体工艺步骤如下：
步骤一、将等摩尔的聚乙二醇和二元羧酸分别投入反应釜内，加入催化剂，充入氮气转换出反应釜内的空气，同时搅拌升温至200～220℃，反应48～72小时。
上述催化剂优选为阳离子交换树脂，用量为反应物总量的1～2％。
上述反应过程中为了使聚合度更高，在反应过程中需要减压排水3～4次。
步骤二：往反应釜中加入脂肪酸，同时搅拌、减压、排水气、降温。
上述脂肪酸的加入量为聚乙二醇和二元羧酸重量总和的3～5％。
上述脂肪酸优选C8-C20饱和或不饱和脂肪酸。
步骤三：当温度降到100℃以下时，去除催化剂，进行包装或直接加入其他组分，制备微量润滑剂。
另外，本发明还提供一种微量润滑剂，其特征在于，由如下重量份数的组分制备而成：
自乳化聚酯    100份
醇胺或无机碱  0～10份
水            100-500份。
上述醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种以上的混合物。
上述无机碱优选为氢氧化钾或氢氧化钠。
另外，本发明还提供了上数微量润滑剂的制备方法，具体为：生产之前先进行小样试验，确定自乳化聚酯和醇胺或无机碱的比例，具体方法为将自乳化聚酯加入水中搅拌呈乳状(如果搅拌后透明或半透明状，则无需再加入醇胺或无机碱)，用醇胺或无机碱溶液进行滴定，计算确定醇胺或无机碱的具体使用量。
生产时将自乳化聚酯和醇胺或无机碱加入水中搅拌至透明或半透明即为一种微量润滑剂。
值得指出的上，上述微量润滑剂根据加工不同的材质或不同的加工工艺，还可根据需要加入不同的盐类，如：硼酸盐、钼酸盐、磷酸盐等，重量份数为0～3份。
上述微量润滑剂为了延长保存时间，还可加入如防腐杀菌剂等助剂：如苯甲酸或其盐类，山梨酸或其盐类，缩甲醛类，吗啉及其衍生物类，三嗪及其衍生物类等，重量份数为0～0.2份。
本发明的作用与效果
本发明提供的自乳化聚酯本身具有良好的润滑性、极压抗磨性在金属加工过程中可在金属表面形成一层致密的物理保护膜，同时其又是良好的表面活性剂，可全部或部分取代润滑技术领域中的氯化物、硫化物、磷化物等不利于环保的添加成分。
使用发明提供的自乳化聚酯的用途制造的微量润滑剂与现有技术相比，具有良好的润滑性、极压抗磨性和可生物降解性，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。
具体实施方式
实施例1
步骤一、将106.12kg(1000mol)二乙二醇和116.07kg(1000mol)马来酸分别投入反应釜内，加入3kg阳离子交换树脂，充入氮气转换出反应釜内的空气，同时搅拌升温至220℃，反应48小时。
在上述反应过程中每隔16小时排水减压排水一次，共排水3次。
步骤二：往反应釜中加入7kg油酸，同时搅拌、减压、排水、降温，即制得一种自乳化聚酯。
步骤三：当温度降到100℃以下时，去除催化剂。取100kg自乳化聚酯，10kg三乙醇胺，1kg的钼酸铵，1kg的四硼酸钾，1kg的磷酸氢二钾，0.1kg的山梨酸钾，加入500kg水中，搅拌至完全透明，制备一种微量润滑剂。
实施例2：
步骤一、将150.2kg(1000mol)三乙二醇和146.14kg(1000mol)己二酸分别投入反应釜内，加入5kg阳离子交换树脂，充入氮气转换出反应釜内的空气，同时搅拌升温至200℃，反应72小时。
在上述反应过程中每隔18小时排水减压排水一次，共排水4次。
步骤二：往反应釜中加入14.5kg月桂酸，去除催化剂。同时搅拌、减压、排水、降温，即制得一种自乳化聚酯。
步骤三：当温度降到100℃以下时，取100kg自乳化聚酯，加入100kg水中，搅拌至完全透明，制备一种微量润滑剂。
实施例3：
步骤一、将222.28kg(1000mol)四乙二醇和174.19kg(1000mol)辛二酸分别投入反应釜内，加入6kg阳离子交换树脂，充入氮气转换出反应釜内的空气，同时搅拌升温至210℃，反应60小时。
在上述反应过程中每隔15小时排水减压排水一次，共排水4次。
步骤二：往反应釜中加入16kg硬脂酸，同时搅拌、减压、排水、降温，即制得一种自乳化聚酯。
步骤三：当温度降到100℃以下时，去除催化剂。取100kg自乳化聚酯，2kg氢氧化钾，加入200kg水中，搅拌至完全透明，制备一种微量润滑剂。
实施例4：
步骤一、将252.3kg(1000mol)五乙二醇和202.25kg(1000mol)癸二酸分别投入反应釜内，加入5kg阳离子交换树脂，充入氮气转换出反应釜内的空气，同时搅拌升温至205℃，反应66小时。
在上述反应过程中排水43次。
步骤二：往反应釜中加入18kg癸酸，同时搅拌、减压、排水、降温，即制得一种自乳化聚酯。
步骤三：当温度降到100℃以下时，去除催化剂。取100kg自乳化聚酯，3kg氢氧化钠，加入300kg水中，搅拌至完全透明，制备一种微量润滑剂。
实施例5：
步骤一、将222.28kg(1000mol)四乙二醇和230.3kg(1000mol)月桂二酸分别投入反应釜内，加入8kg阳离子交换树脂，充入氮气转换出反应釜内的空气，同时搅拌升温至215℃，反应54小时。
在上述反应过程中每隔18小时排水减压排水一次，共排水3次。
步骤二：往反应釜中加入20kg棕榈油酸，同时搅拌、减压、排水、降温，即制得一种自乳化聚酯。
步骤三：当温度降到100℃以下时，去除催化剂。取100kg自乳化聚酯，5kg一乙醇胺，0.5kg三聚磷酸钠，加入300kg水中，搅拌至完全透明，制备一种微量润滑剂。
本实施例的微量润滑剂理化指标：
项目 基本数据 实验方法
外观 透明 目测
运动粘度40℃mm2/s 10.3 GB/T265
密度20℃kg/m3 1055 GB/T1884
pH值 9.2 SH/T0578
四球烧结负荷N >6080 GB/T12583
将上述制备的微量润滑剂应用于应用于：高速圆锯床锯切直径320mm的大铝棒，微量润滑装置为：KS-2106，2喷嘴。工作时间：8小时/天。之前采用的润滑方式为传统的乳化液淋浴式润滑。
改造效果对比表：
项目 改造前 改造后
切断一刀所需要时间 150秒 150秒
润滑剂消耗 15kg/天 0.5kg/天
工作现场 典型脏乱差 十分干净
员工健康 有皮肤病等健康影响 安全
后处理 油液污染处理费用大 无后处理

Claims (10)

1.一种自乳化聚酯，其特征在于，其结构式如下所示：
其中，R1为碳原子数为7-19的烃基；
R2为碳原子数为2-10的烃基；
n为2-5整数；
m为不小于10的整数。
2.如权利要求1所述一种自乳化聚酯的制备方法，其特征在于：
由等摩尔的聚乙二醇与二元酸发生酯化反应生成聚乙二醇二元酸聚酯后，再用脂肪酸进行封端，生成自乳化聚酯。
3.如权利要求2所述一种自乳化聚酯的制备方法，其特征在于，其具体工艺步骤如下所示：
步骤一、将等摩尔的聚乙二醇和二元羧酸分别投入反应釜内，加入催化剂，充入氮气转换出反应釜内的空气，同时搅拌升温至200～220℃，反应48～72小时；
步骤二：往反应釜中加入脂肪酸，同时进行搅拌、减压、排水气和降温；
步骤三：当温度降到100℃以下时，去除催化剂，进行包装或使用。
4.如权利要求2所述一种自乳化聚酯的制备方法，其特征在于：
所述脂肪酸的加入量为聚乙二醇和二元羧酸重量总和的3～5％；
所述催化剂的用量为反应物总重量的1～2％；
所述脂肪酸优选C8-C20的饱和或不饱和脂肪酸。
5.如权利要求3或4所述一种自乳化聚酯的制备方法，其特征在于：
所述催化剂为阳离子交换树脂。
6.一种微量润滑剂，其特征在于，由如下重量份数的组分制备而成：
自乳化聚酯    100份
醇胺或无机碱  0～10份
水            100-500份。
7.如权利要求6所述的一种微量润滑剂，其特征在于：
所述醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种以上的混合物。
8.如权利要求6所述的一种微量润滑剂，其特征在于：
所述无机碱为氢氧化钾或氢氧化钠。
9.如权利要求6所述的一种微量润滑剂，其特征在于：
所述微量润滑剂中还包括0～3份的盐类或0～0.2份的防腐杀菌剂；
其中，所述盐类选自硼酸盐、钼酸盐、磷酸盐中的一种或几种的混合物；
所述防腐杀菌剂选自苯甲酸或其盐、山梨酸或其盐、缩甲醛、吗啉及其衍生物、三嗪及其衍生物类中的一种或几种的混合物。
10.如权利要求6-9任一所述的一种微量润滑剂的制备方法，其特征在于：
将自乳化聚酯及其他组分依次加入水中搅拌至透明或半透明状即得到一种微量润滑剂。
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