CN104611093A - 润滑剂组合物及其制备方法和用该组合物制备微量切削液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种润滑剂组合物，其特征在于，由包括以下重量份数的组分制备而成：脂肪酸100；聚乙二醇50-100；五氧化二磷10-20；醇胺20-30。本发明提供的润滑剂组合物具有优异的润滑性、极压抗磨性、防锈性、较好的水溶性的特点，可全部或部分取代传统的含氯、硫、磷的极压抗磨剂使用于微量切削液中，少量的微量切削液就能满足金属加工的润滑冷却、极压抗磨和防锈要求。

Description

润滑剂组合物及其制备方法和用该组合物制备微量切削液

技术领域

本发明属于润滑技术领域，涉及一种润滑剂组合物及其制备方法和用该组合物制备微量切削液。

背景技术

传统的金属切削加工采用矿物油或植物油或切削液进行大量冲淋式润滑，润滑剂的使用量大，不仅浪费资源，造成加工场所和环境的巨大污染，同时还会严重影响操作工人的身体健康。

为解决这些问题，近期对微量润滑技术的研究取得一定的进展，微量润滑技术解决了以上润滑剂使用量大，污染严重等问题，但对微量润滑剂的研究和应用方面还存在一定的问题，主要是润滑和冷却问题不能很好的解决。

还有，就是微量润滑剂往往需要添加大量的含硫、含氯等对环境有较大压力的添加剂来增加产品的极压抗磨性，延长刀具使用寿命。如公开号为CN101376863的中国专利公开的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：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％,上述的基础油采用矿物油或植物油。

发明内容

鉴于以上缺陷，本发明旨在克服上述不足，提供一种具有优异的润滑性、极压抗磨性、防锈性、较好的水溶性的润滑剂组合物，可全部或部分取代传统的含氯、硫、磷的极压抗磨剂使用于微量切削液中，少量的微量切削液就能满足金属加工的润滑冷却、极压抗磨和防锈要求。

本发明提供的润滑剂组合物的特征在于,由包括以下的组分制备而成：脂肪酸、聚乙二醇、五氧化二磷、醇胺。

具体地，本发明提供的润滑剂组合物，其特征在于，由包括以下重量份数的组分制备而成：

其中，上述脂肪酸选自C10-C20的饱和或不饱和脂肪酸中的一种或及几种的混合物；优选自癸酸、月桂酸、亚油酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸中的一种或及几种的混合物。

上述聚乙二醇选自平均分子量为200-600的聚乙二醇中的一种或及几种的混合物；优选自PEG200、PEG300、PEG400中的一种或及几种的混合物。

上述醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺中的一种或及几种的混合物。

此外，本发明还提供了上述润滑剂组合物的制备方法，其特征在于：由脂肪酸与聚乙二醇先进行酯化反应后，再加入五氧化二磷进行磷酸酯化反应，然后再加入醇胺进行中和反应制备而成。

具体工艺步骤如下所示：

步骤一、称取脂肪酸和聚乙二醇加入反应釜内，加入催化剂，在保护气的气氛下(如：充入氮气、氩气或氦气等惰性气体转换出反应釜内空气进行反应)，于180～220℃的温度下反应3～5小时，反应后减压排出水分，即为脂肪酸聚乙二醇酯；

其中，上述催化剂可选自质子酸、路易斯酸等可用于酯化反应的催化剂；

上述催化剂优选自稀硫酸；

上述稀硫酸的硫酸有效重量占反应物总重量的0.3～0.5％。

步骤二、等上述反应釜内的体系温度降至150℃以下时，缓慢加入五氧化二磷搅拌，保持反应温度不超过150℃的情况下，反应2-4小时后，减压排出水分，即为脂肪酸聚乙二醇酯磷酸酯；

需要指出的是，由于本步骤的反应是放热反应，为了防止局部的反应过热碳化，五氧化二磷的加入速度有必要加以控制，控制反应体系在不出现过溢、过热的状态下进行。

此反应产物脂肪酸聚乙二醇酯磷酸酯是一种多组分磷酸酯的混合物。

步骤三、等上述反应釜内的体系温度降至60℃以下时，加入醇胺搅拌中和，控制最终产物的pH值为7.5～9.0，即为一种润滑剂组合物。

另外，本发明还提供了上述润滑剂组合物的使用方法，其特征在于：可用于制备微量切削液。

另外，本发明还提供了上述微量切削液的母液的配方，即、由以下重量百分比的组分组成：

其中，上述单酯选自一元醇和一元脂肪酸制备的酯中的一种或几种的混合物；优选自由天然油脂衍生的直链脂肪酸和直链脂肪醇或支链脂肪醇得到的酯中的一种或几种的混合物；更优选自乙酸异辛酯、乙酸月桂酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、油酸甲酯、月桂酸甲酯、硬脂酸甲酯、棕榈酸甲酯、油酸乙酯、油酸丁酯、癸酸乙酯、已酸异辛酯、己酸己酯、己酸癸酯中的一种或几种的混合物；

此类单酯都应当具备在水中较易水解为脂肪酸和一元醇的特点。

上述脂肪酸盐选自C10-C20的饱和或不饱和脂肪酸和碱反应生成的脂肪酸盐中的一种或几种的混合物，是良好的阴离子表面活性剂；优选自月桂酸钠、月桂酸钾、油酸钠、油酸钾、硬脂酸钠、硬脂酸钾中的一种或几种的混合物。

上述司盘为失水山梨醇脂肪酸酯，优选自司盘-20、司盘-40、司盘-60、司盘-65、司盘-80、司盘-85；最优选：司盘-80。

上述吐温选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-65、吐温-80、吐温-85中的一种或几种的混合物；最优选：吐温-80。

上述聚蓖麻油酸酯选自聚合度为3-6的聚蓖麻油酸酯中的一种或几种的混合物；最优选聚合度为4聚蓖麻油酸酯，如：商品型号为L4。

另外，本发明还提供了上述的微量切削液的母液的制造方法，即、将各组分在40～60℃温度下混合搅拌至透明时即可；

另外，本发明还提供了上述的微量切削液的母液的使用方法，即、将微量切削液的母液加1-5倍的水搅拌至透明或半透明后加入微量润滑装置中使用。

本发明的作用和效果：

采用本发明方法制备的润滑剂组合物，该润滑剂组合物可以包含未能完全反应的脂肪酸聚乙二醇单酯和/或脂肪酸聚乙二醇双酯、主要成分的脂肪酸聚乙二醇酯磷酸单酯和/或脂肪酸聚乙二醇酯磷酸双酯和/或脂肪酸聚乙二醇酯磷酸三酯和/或脂肪酸聚乙二醇酯磷酸聚酯及少量的盐类等物质，由于其组成成分本身具备结构等特点，该组合物在具有优异的润滑性、极压抗磨性、防锈性，较好的水溶性，同时又是一种优良的表面活性剂，可全部或部分取代传统的含氯、硫、磷的极压抗磨剂使用于微量切削液中。

当将其作为基液应用于微量切削液的制造时，少量的微量切削液就能满足金属加工的润滑冷却、极压抗磨和防锈要求；配合微量润滑装置使用，可节省切削液的使用量90％以上，节能减排、环境保护效果显著。

而在本发明中，为进一步提高该微量切削液的性能，还加入了单酯、脂肪酸盐、司盘、吐温、聚蓖麻油酸酯等组分。

将单酯加入本发明的体系中，可以降低体系的运动粘度，在提供良好的润滑性同时，在水中还较易水解为脂肪酸和一元醇。

将聚蓖麻油酸酯加入本发明的体系中后，能使产品进一步的具有良好的润滑性和极压抗磨性，可部分取代含硫、含氯的极压抗磨剂，较易配制水溶性切削液。

司盘和吐温是两种不同的非离子型表面活性剂，同时润滑性能优越，而脂肪酸盐是优秀的阴离子表面活性剂，该几种物质配合主成分润滑剂组合物的表面活性剂的性能，可增强表面张力、润滑性能等效果的同时，从而能使上述各个组分发挥其应有效能的同时，互补互利，将上述其他各个组分有机的融合形成一个更为稳定、均匀的微量切削液体系，获得的微量切削液具有优异的润滑性、极压抗磨性、防锈性，较好的水溶性。

具体实施方式

实施例一

步骤一：称取100kg油酸和75kg聚乙二醇PEG300加入反应釜内，加入17.5kg稀硫酸(5％)，充入氮气转换出反应釜内空气进行反应，反应温度为：200℃，反应时间为：4小时，反应后减压排出水分，即为油酸聚乙二醇酯。

步骤二、等上述反应釜内油酸聚乙二醇酯的温度下降至150℃以下时，缓慢加入15kg五氧化二磷搅拌，保持反应温度不超过150℃，再反应3小时以后，减压排出水分，即为油酸聚乙二醇酯磷酸酯。

步骤三、步骤二反应物温度降到60℃以下时，加入25kg三乙醇胺搅拌中和，经检测最终产物5％的水溶液的pH值为8.1，即为一种润滑剂组合物。

将上述一种润滑剂组合物和水按1：1混合搅拌，即为一种微量切液。

将上述微量切削液用GB/T12583实验方法进行四球极压测试，试验结果：PD>620(kgf)。

将上述微量切削液应用于YN3150滚齿机加工直径120mm，模数2.2mm齿轮，滚刀：TiN涂层，直径75，长度70，原来用46#机械油进行循环润滑冷却，现在改为KS-2106微量润滑装置(3喷嘴，所有喷嘴为本公司生产节能喷嘴)和一种微量切削液，结果如下表：

实施例二

步骤一：称取100kg月桂酸和100kg聚乙二醇PEG400加入反应釜内，加入6kg稀硫酸(10％)，充入氮气转换出反应釜内空气进行反应，反应温度为：180℃，反应时间为：5小时，反应后减压排出水分，即为月桂酸聚乙二醇酯。

步骤二、等上述反应釜内月桂酸聚乙二醇酯的温度下降至150℃以下时，缓慢加入20kg五氧化二磷搅拌，保持反应温度不超过150℃，再反应2小时以后，减压排出水分，即为月桂酸聚乙二醇酯磷酸酯。

步骤三、步骤二反应物温度降到60℃以下时，加入30kg一乙醇胺搅拌中和，经检测最终产物5％的水溶液的pH值为7.6，即为一种润滑剂组合物。

取上述制备的润滑剂组合物50kg、油酸甲酯30kg、油酸钠5kg、5kg司盘-80，5kg吐温-80，5kg聚蓖麻油酸酯L4在50℃左右温度下搅拌30分钟左右至溶液即为一种微量切削液。

将上述微量切削液：水按1：3混合搅拌至透明使用于应用于线速度为800m/min高速带锯切割Φ300mm的铝合金棒，原来用乳化液进行循环润滑冷却，现在改为KS-2106微量润滑装置(U型喷嘴，2个出液/气孔)和一种微量切削液，结果如下表：

项目	改造前	改造后
			切割一刀所需时间	120秒	120秒
锯条平均寿命	3条/月	2条/月
			润滑剂消耗	25kg/天	0.8kg/天
工作现场	切削液到处流，现场脏乱	十分干净

实施例三

步骤一：称取100kg硬脂酸和50kg聚乙二醇PEG200加入反应釜内，加入12kg稀硫酸(5％)，充入氮气转换出反应釜内空气进行反应，反应温度为：220℃，反应时间为：3小时，反应后减压排出水分，即为硬脂酸聚乙二醇酯。

步骤二、等上述反应釜内硬脂酸聚乙二醇酯的温度下降至150℃以下时，缓慢加入10kg五氧化二磷搅拌，保持反应温度不超过150℃，再反应4小时以后，减压排出水分，即为硬脂酸聚乙二醇酯磷酸酯。

步骤三、步骤二反应物温度降到60℃以下时，加入20kg二乙醇胺搅拌中和，经检测最终产物5％的水溶液的pH值为8.6，即为一种润滑剂组合物。

取上述制备的润滑剂组合物30kg、油酸丁酯50kg、硬脂酸钠5kg、5kg司盘-20，5kg吐温-20，5kg三聚蓖麻油酸酯在40℃左右温度下搅拌30分钟左右至溶液即为一种微量切削液。

实施例四

步骤一：称取100kg亚油酸和60kg聚乙二醇PEG300加入反应釜内，加入13kg稀硫酸(5％)，充入氮气转换出反应釜内空气进行反应，反应温度为：210℃，反应时间为：3.5小时，反应后减压排出水分，即为亚油酸聚乙二醇酯。

步骤二、等上述反应釜内亚油酸聚乙二醇酯的温度下降至150℃以下时，缓慢加入12kg五氧化二磷搅拌，保持反应温度不超过150℃，再反应2.5小时以后，减压排出水分，即为亚油酸聚乙二醇酯磷酸酯。

步骤三、步骤二反应物温度降到60℃以下时，加入23kg异丙醇胺搅拌中和，即为一种润滑剂组合物。

取上述制备的润滑剂组合物35kg、油酸乙酯35kg、月桂酸钠10kg、10kg司盘-80，5kg吐温-80，5kg聚蓖麻油酸酯L4在60℃左右温度下搅拌30分钟左右至溶液即为一种微量切削液。

实施例五

步骤一：称取100kg棕榈酸和80kg聚乙二醇PEG400加入反应釜内，加入14kg稀硫酸(5％)，充入氮气转换出反应釜内空气进行反应，反应温度为：190℃，反应时间为：4.5小时，反应后减压排出水分，即为棕榈酸聚乙二醇酯。

步骤二、等上述反应釜内棕榈酸聚乙二醇酯的温度下降至150℃以下时，缓慢加入16kg五氧化二磷搅拌，保持反应温度不超过150℃，再反应3.5小时以后，减压排出水分，即为棕榈酸聚乙二醇酯磷酸酯。

步骤三、步骤二反应物温度降到60℃以下时，加入24kg三乙醇胺搅拌中和，即为一种润滑剂组合物。

取上述制备的润滑剂组合物40kg、棕榈酸甲酯30kg、月桂酸钾5kg、5kg司盘-80，10kg吐温-80，10kg聚蓖麻油酸酯L4在50℃左右温度下搅拌30分钟左右至溶液即为一种微量切削液。

实施例六

步骤一：称取100kg正癸酸和70kg聚乙二醇PEG200加入反应釜内，加入15kg稀硫酸(5％)，充入氮气转换出反应釜内空气进行反应，反应温度为：210℃，反应时间为：3.6小时，反应后减压排出水分，即为正癸酸聚乙二醇酯。

步骤二、等上述反应釜内正癸酸聚乙二醇酯的温度下降至150℃以下时，缓慢加入18kg五氧化二磷搅拌，保持反应温度不超过150℃，再反应2.5小时以后，减压排出水分，即为正癸酸聚乙二醇酯磷酸酯。

步骤三、步骤二反应物温度降到60℃以下时，加入28kg一乙醇胺搅拌中和，即为一种润滑剂组合物。

取上述制备的润滑剂组合物30kg、月桂酸甲酯40kg、油酸钾7.5kg、7.5kg司盘-80，7.5kg吐温-80，7.5kg六聚蓖麻油酸酯在50℃左右温度下搅拌30分钟左右至溶液即为一种微量切削液。

上述实施例三至六均能获得实施例一和二中相类似的性能测试结果。

Claims (10)

1.一种润滑剂组合物，其特征在于，由包括以下重量份数的组分制备而成：

2.如权利要求1所述的一种润滑剂组合物，其特征在于：

所述脂肪酸选自C10-C20的饱和或不饱和脂肪酸中的一种或及几种的混合物；所述脂肪酸优选自癸酸、月桂酸、亚油酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸中的一种或及几种的混合物；

所述聚乙二醇优选自平均分子量为200-600的聚乙二醇中的一种或及几种的混合物；

所述聚乙二醇优选自PEG200、PEG300、PEG400中的一种或及几种的混合物；

所述醇胺优选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺中的一种或及几种的混合物。

3.如权利要求1或2所述的一种润滑剂组合物的制备方法，其特征在于：

由脂肪酸与聚乙二醇先进行酯化反应后，再加入五氧化二磷进行磷酸酯化反应，然后再加入醇胺进行中和反应制备而成；

优选工艺步骤如下所示：

步骤一、称取脂肪酸和聚乙二醇加入反应釜内，加入催化剂，在保护气的气氛下，于180～220℃的温度下反应3～5小时，反应后减压排出水分；

步骤二、等上述反应釜内的体系温度降至150℃以下时，缓慢加入五氧化二磷搅拌，保持反应温度不超过150℃的情况下，反应2-4小时后，减压排出水分；

步骤三、等上述反应釜内的体系温度降至60℃以下时，加入醇胺搅拌中和，控制最终产物的pH值为7.5～9.0。

4.如权利要求3所述的一种润滑剂组合物的制备方法，其特征在于：

所述催化剂选自质子酸、路易斯酸；

所述催化剂优选自稀硫酸；

所述稀硫酸的硫酸有效重量优选占反应物总重量的0.3～0.5％。

5.如权利要求1或2所述的一种润滑剂组合物，其特征在于：

用于制备微量切削液。

6.如权利要求5所述的微量切削液，其特征在于，所述微量切削液的母液由以下重量百分比的组分组成：

7.如权利要求6所述的微量切削液的母液，其特征在于：

所述单酯选自一元醇和一元脂肪酸制备的酯中的一种或几种的混合物；

所述单酯优选自由天然油脂衍生的直链脂肪酸和直链脂肪醇或支链脂肪醇得到的酯中的一种或几种的混合物；

所述单酯优选自乙酸异辛酯、乙酸月桂酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、油酸甲酯、月桂酸甲酯、硬脂酸甲酯、棕榈酸甲酯、油酸乙酯、油酸丁酯、癸酸乙酯、已酸异辛酯、己酸己酯、己酸癸酯中的一种或几种的混合物。

8.如权利要求6所述的微量切削液的母液，其特征在于：

所述脂肪酸盐选自C10-C20的饱和或不饱和脂肪酸和碱反应生成的脂肪酸盐中的一种或几种的混合物；

所述的脂肪酸盐优选自月桂酸钠、月桂酸钾、油酸钠、油酸钾、硬脂酸钠、硬脂酸钾中的一种或几种的混合物。

9.如权利要求6所述的微量切削液的母液，其特征在于：

所述司盘选自司盘-20、司盘-40、司盘-60、司盘-65、司盘-80、司盘-85；

所述吐温选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-65、吐温-80、吐温-85中的一种或几种的混合物；

所述聚蓖麻油酸酯优选自聚合度为3-6的聚蓖麻油酸酯中的一种或几种的混合物。

10.如权利要求6-9任一项所述的微量切削液的母液，其特征在于：

其制造方法为：将各组分在40～60℃温度下混合搅拌至透明时即可；

其使用方法优选为：将微量切削液的母液加1-5倍的水搅拌至透明或半透明后加入微量润滑装置中使用。