CN104673433B - 极压抗磨剂及其制备方法以及在水基金属加工液中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极压抗磨剂及其制备方法以及在水基金属加工液中的应用，属于金属加工领域。所述极压抗磨剂为1‑甲基‑3‑十二烷基咪唑硼酸盐修饰的碳酸镧复合物括；所述水基金属加工液包括以下重量份的组分：基础液：70～90份，油性剂：10～19份，极压抗磨剂：2.3～12份。本发明还公开了所述极压抗磨剂的制备方法。本发明所述一种添加上述极压抗磨剂的水基金属加工液具有良好的抗磨性、防锈、防腐蚀等性能，绿色、环保，具有巨大的应用前景，并极大推动金属加工液行业向环境兼容性、生物降解性、可再生性的方向发展。
Description
技术领域
本发明属于金属加工领域，更具体的说，涉及一种极压抗磨剂及其制备方法以及在水基金属加工液中的应用。
背景技术
水基金属加工液自上世纪40年代问世以来，由于具有油基液难以比拟的冷却性能及低廉的成本，受到市场的广泛关注，导致原先的油基金属加工液已逐渐被水基金属加工液（尤其是全合加工水基金属加工液）替代。水基金属加工液在西方发达国家已经走过了从乳化液向合成液、再向微乳化液发展的过程，并且微乳化液已得到了前所未有的发展和应用。在我国,金属加工液目前仍以乳化液为主,生产企业在上世纪80年代出现了研制生产和应用合成液的热潮，但到目前为止乳化液仍占有较大的市场份额。
随着我国国民经济持续不断的发展，汽车工业及其附属配套行业的获得了飞速发展，机械加工业得到了长足发展。目前，我国已成为需求最大，同时需求增长最快的地区，全合成水基润滑剂在机械加工领域的应用范围也在不断扩大，特别是对水基润滑剂中应用最广的金属加工液的要求越来越高。由于世界性能源短缺问题和自然环境保护意识的增强，全合加工水基金属加工液具有越来越突出的技术和应用优势。而且先进制造技术在不断深入的发展，市场上已有的金属加工液已不能满足越来越高的金属加工水平和绿色制造的要求，因此对全合加工水基金属加工液及其配方组成提出了更高更新的要求。这必将推动全合加工水基金属加工液市场向更高端发展。此外，不断发展的全合加工水基金属加工液不但要求其添加剂有更高效的防锈和润滑性能，而且在某些特殊工况条件下，还要求添加剂具有抗硬水等特殊性能。由于传统极压抗磨剂面临种种环保问题，且存在多功能性差，抗氧化、抗清净性以及修复功能差等问题，已经不能满足越来越高的金属加工水平和绿色制造的需求。
由于传统极压抗磨剂面临种种环保问题，且存在多功能性差，抗氧化、抗清净性以及修复功能弱等问题，已经不能满足市场需求。在市场上推出一款既有润滑性能又有防锈性能及更优良的特殊性能要求的多功能全合成水基金属加工液具有一定的积极意义。近些年来人们把更多的目光投向稀土及其化合物。稀土是钪、钇、镧系共17个元素的总称，其作为一类新型非活性极压抗磨添加剂，以其具有独特的4f电子结构、化学活性强、电负性低、原子半径大、电离后原子半径小、在摩擦表面熔点低、许多稀土化合物具有六方晶体结构系层状结构等性质，受到人们越来越多的重视。由于其不与金属发生化学反应，因而不像传统的极压抗磨添加剂（含P、S、Cl等元素）那样对摩擦副材料具有腐蚀性和选择性，不对环境造成影响，符合环境保护对金属加工添加剂发展的要求，吸引我们将其应用于水基金属加工液中。
发明内容
为了克服现有技术中油基液冷却性能差、成本高、不环保等缺点，提出一种水基金属加工液，为了解决传统极压抗磨剂存在多功能性差，抗氧化、抗清净性以及修复功能弱等缺点，本发明提出一种具有良好的抗磨性、防锈、防腐蚀等性能的极压抗磨剂。
为实现上述目的，发明技术内容：
一种极压抗磨剂，其特征在于，所述极压抗磨剂的结构式为：
，
其中n为10~40；
所述极压抗磨剂为1-甲基-3-十二烷基咪唑硼酸盐修饰的碳酸镧复合物。
上述极压抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：
①将镧的卤化物溶解到蒸馏水中，搅拌至澄清透明液体；
②在剧烈搅拌下逐滴滴加含有1-丙基-3-十二烷基咪唑四氟磷酸和碳酸钠的乙醇溶液，溶液立即呈白色混浊状，恒温至反应完全；
③静置沉化，过滤，沉淀用蒸馏水洗剂数次，再用无水乙醇洗涤数次；
④最后用四氟硼酸钾水溶液洗涤数次进行粒子交换，干燥得样品，研细备用。
优选的，步骤①所述镧的卤化物包括氯化镧、溴化镧。
一种添加上述极压抗磨剂的水基金属加工液，所述添加上述极压抗磨剂的水基金属加工液组分重量份数比如下：
基础液：70～90份，
油性剂：10～19份，
极压抗磨剂：2.3～12份。
优选的，所述基础液为水、乙二醇混合液，水：乙二醇=1：1~10:1；所述油性剂为水溶性聚醚。
优选的，所述一种水基金属加工液还包括重量份数比如下的组分：
防锈剂：0.2~3份，
杀菌剂：0.01~2份。
优选的，所述防锈剂为苯并三氮唑。
优选的，所述一种水基金属加工液组分重量份数比如下：
基础液：80份，
油性剂：11份，
极压抗磨剂：8份，
防锈剂：1份，
杀菌剂：0.05份。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果：
本发明所述一种添加极压抗磨剂的水基金属加工液具有良好的抗磨性、防锈、防腐蚀等性能，绿色、环保、具有巨大的应用前景，并能极大推动金属加工液行业向环境兼容性、生物降解性、可再生性的方向发展。
具体实施例
本发明所述一种水基金属加工液制备方法采用本领域常规制备方法，所述原料除了极压抗磨剂为本发明制备合成，其他原料均为市场上采购。
水溶性聚醚 上海昆化精细化工有限公司 分析纯
苯并三氮唑 上海昆化精细化工有限公司 分析纯
氯化镧 上海白金化工集团有限公司 分析纯
溴化镧 上海白金化工集团有限公司 分析纯
1-丙基-3-十二烷基咪唑四氟磷酸 上海白金化工集团有限公司 分析纯
实施例1
合成极压抗磨剂1-甲基-3-十二烷基咪唑硼酸盐修饰的碳酸镧复合物：a.将60g氯化镧溶解到蒸馏水中，搅拌至澄清透明液体；b. 在剧烈搅拌下逐滴滴加含有30g1-丙基-3-十二烷基咪唑四氟磷酸和31.8g碳酸钠的乙醇溶液，溶液立即呈白色混浊状，恒温反应2h，反应完全；c. 静置沉化，过滤，沉淀用蒸馏水洗剂数次，再用无水乙醇洗涤数次；d. 最后用四氟硼酸钾水溶液洗涤数次进行粒子交换，干燥得样品，研细备用。合成极性抗磨剂的结构式为：
，
由于受反应进程的影响，合成产物中n为10~40。
添加上述合成的极性抗磨剂制备水基金属加工液，按如下重量份比称取原料：
基础液：70份，
油性剂：10份，
极压抗磨剂：2.3份，
防锈防锈剂：0.2份，
杀菌剂：0.01份。
其中基础液为水：乙二醇=1:1的水、乙醇混合液；油性剂为水溶性聚醚；防锈剂为苯并三氮唑。采用本领域常规方法制备一种水基金属加工液。对比例1制备的水基金属加工液，不添加上述制备的极压抗磨剂，其他组分种类和份数均与实施例1相同。
采用SH/T0196-92测试油剂抗氧化性测试，摩擦学性能测试采用MQ-800型四球试验机进行四球试验，使用的钢球是直径为12.7mm的二级52100钢球，硬度HRC56~61。数据如下表1，从表1中数据可以看出，添加了极压抗磨剂后的水基金属加工液的具有良好的抗磨性、防锈、防腐蚀等性能，本发明添加极压抗磨剂水基金属加工液具有良好的抗磨性、防锈、防腐蚀等性能
表1
| 试油 | 对比例1 | 实施例1 |
| 负荷/N | 350 | 350 |
| 长磨时间/min | 30 | 30 |
| 磨斑直径/min | 1.03 | 0.23 |
| 黏度变化（40℃）mm2s-1 | 69.64 | 25.61 |
实施例2
合成极压抗磨剂1-甲基-3-十二烷基咪唑硼酸盐修饰的碳酸镧复合物，方法同实施例1，
制备一种添加上述极压抗磨剂的水基金属加工液，按如下重量份的组分称取原料：
基础液：90份，
油性剂：19份，
极压抗磨剂：12份，
防锈防锈剂：3份，
杀菌剂：2份。
其中基础液为水：乙二醇=10：1的水、乙醇混合液；油性剂为水溶性聚醚；防锈剂为苯并三氮唑。采用本领域常规方法制备一种水基金属加工液。对比例2制备的水基金属加工液，不添加上述制备的极压抗磨剂，其他组分种类和份数均与实施例2相同。
采用SH/T0196-92测试油剂抗氧化性测试，摩擦学性能测试采用MQ-800型四球试验机进行四球试验，使用的钢球是直径为12.7mm的二级52100钢球，硬度HRC56~61。数据如表2，从表2数据可以看出，添加了极压抗磨剂后的水基金属加工液的具有良好的抗磨性、防锈、防腐蚀等性能，本发明添加极压抗磨剂的水基金属加工液具有良好的抗磨性、防锈、防腐蚀等性能。
表2
| 试油 | 对比例2 | 实施例2 |
| 负荷/N | 350 | 350 |
| 长磨时间/min | 30 | 30 |
| 磨斑直径/min | 1.13 | 0.33 |
| 黏度变化（40℃）mm2s-1 | 67.44 | 23.15 |
表2
实施例3
合成极压抗磨剂1-甲基-3-十二烷基咪唑硼酸盐修饰的碳酸镧复合物：a.将60g溴化镧溶解到蒸馏水中，搅拌至澄清透明液体；b. 在剧烈搅拌下逐滴滴加含有60g1-丙基-3-十二烷基咪唑四氟磷酸和31.8g碳酸钠的乙醇溶液，溶液立即呈白色混浊状，恒温反应2h，反应完全；c. 静置沉化，过滤，沉淀用蒸馏水洗剂数次，再用无水乙醇洗涤数次；d. 最后用四氟硼酸钾水溶液洗涤数次进行粒子交换，干燥得样品，研细备用。合成极性抗磨剂的结构式为：
由于受反应进程的影响合成产物中n为10~40的混合物。
制备一种水基金属加工液，按如下重量份的组分称取原料：
基础液：80份，
油性剂：11份，
极压抗磨剂：8份，
防锈剂：1份，
杀菌剂：0.05份。
其中基础液为水：乙二醇=5：1的水、乙醇混合液；油性剂为水溶性聚醚；防锈剂为苯并三氮唑。采用本领域常规方法制备一种水基金属加工液。对比例3制备的水基金属加工液，不添加上述制备的极压抗磨剂，其他组分种类和份数均与实施例3相同。
采用SH/T0196-92测试油剂抗氧化性测试，摩擦学性能测试采用MQ-800型四球试验机进行四球试验，使用的钢球是直径为12.7mm的二级52100钢球，硬度HRC56~61。数据如表3，从表3数据可以看出，添加了极压抗磨剂后的水基金属加工液的具有良好的抗磨性、防锈、防腐蚀等性能，本发明添加极压抗磨剂水基金属加工液具有良好的抗磨性、防锈、防腐蚀等性能。
表3
| 试油 | 对比例1 | 实施例1 |
| 负荷/N | 350 | 350 |
| 长磨时间/min | 30 | 30 |
| 磨斑直径/min | 1.13 | 0.14 |
| 黏度变化（40℃）mm2s-1 | 63.25 | 22.48 |
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种极压抗磨剂，其特征在于，所述极压抗磨剂的结构式为：
，
其中n为10-40。
2.制备上述权利要求1所述一种极压抗磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
① 将镧的卤化物溶解到蒸馏水中，搅拌至澄清透明液体；
② 在剧烈搅拌下逐滴滴加含有1-甲基-3-十二烷基咪唑四氟磷酸和碳酸钠的乙醇溶液，溶液立即呈白色混浊状，恒温至反应完全；
③ 静置沉化，过滤，沉淀用蒸馏水洗剂数次，再用无水乙醇洗涤数次；
④ 最后用四氟硼酸钾水溶液洗涤数次进行离子交换，干燥得样品，研细备用。
3.根据权利要求2所述一种极压抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤①所述镧的卤化物包括氯化镧、溴化镧。
4.一种添加有权利要求1所述的极压抗磨剂的水基金属加工液，其特征在于：所述水基金属加工液组分重量份数比如下：
基础液：70-90份，
油性剂：10-19份，
极压抗磨剂：2.3-12份。
5.根据权利要求4所述一种水基金属加工液，其特征在于，所述基础液为水、乙二醇混合液，水：乙二醇=1：1-10:1；所述油性剂为水溶性聚醚。
6.一种添加权利要求1所述的极压抗磨剂的水基金属加工液，其特征在于：添加上述极压抗磨剂的水基金属加工液组分重量份数比如下：
基础液：70-90份，
油性剂：10-19份，
极压抗磨剂：2.3-12份，
防锈剂：0.2-3份，
杀菌剂：0.01-2份。
7.根据权利要求6所述的水基金属加工液，其特征在于，所述防锈剂为苯并三氮唑。
8.根据权利要求6所述的水基金属加工液，其特征在于，所述水基金属加工液组分重量份数比如下：
基础液：80份，
油性剂：11份，
极压抗磨剂：8份，
防锈剂：1份，
杀菌剂：0.05份。
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