CN104822813A - 浓金属加工流体和金属加工方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种浓金属加工流体，其包含60重量％到90重量％基础油，所述基础油选自由水溶性聚烷二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇以及其两者或超过两者的组合组成的群组；5重量％到20重量％二醇醚；0.01重量％到5重量％油溶性聚烷二醇；以及0.2重量％到6重量％一或多种添加剂，所述添加剂选自由抗熔接剂、腐蚀抑制剂、极压添加剂、缓冲剂、杀生物剂、润滑添加剂以及其两者或超过两者的组合组成的群组。进一步提供了一种金属加工方法。

Description

浓金属加工流体和金属加工方法
技术领域
本发明涉及一种浓金属加工流体和金属加工方法。
背景技术
金属加工流体(包括成型流体、保护流体、移动流体以及处理流体)的市场正在发展，并且与运输业、金属制造业、机械设备、原铁产品以及原铝产品的发展有关。
存在四种主要类型的金属加工流体：基于纯油的产品(straight oil based product)、可溶性油、半合成油以及合成金属加工流体。后三者均为基于水的流体。在这四种类型的金属加工流体中，合成金属加工流体依靠基于纯油的产品和可溶性油而发展。除了如改良的技术、增强的环境要求以及新设备的安装等其它因素之外，高速切割技术应用的增加和持续上升的原油价格是促使基于水的金属加工流体发展的两个主要驱动因素。这对于绿地投资尤其如此。
已经已知基于水的合成金属加工流体多年。这些流体通常含有90％-99％的水，并且包括增强性能的添加剂。这些流体提供了极佳的冷却能力和在多数情况下的良好润滑作用，使得经加工的金属部件具有良好的表面加工并且工具寿命视为良好。然而，已经广泛确认，基于水的流体通常不具有基于纯油的产物可以具有的极佳润滑特性。此外，如果其未充分地经腐蚀抑制剂保护，那么其可能因其高水含量而易于引起铁腐蚀。许多努力已经集中于研发用于合成金属加工流体的新添加剂。一个探索领域是新泡沫控制添加剂。泡沫控制是越来越重要的性能需求，因为生产工程行业中的加工速度持续增加，导致更高的流体扰动并且使空气进入流体。聚烷二醇已经在基于水的金属加工流体中用作泡沫控制添加剂，并且这些往往是基于环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段或反嵌段共聚物。一个实例是来自巴斯夫(BASF)的普朗尼克PE6100(Pluronic PE6100)。
发明内容
本发明是一种浓金属加工流体和金属加工方法。
在一个实施例中，本发明提供一种浓金属加工流体，其包含60重量％到90重量％基础油，所述基础油选自由水溶性聚烷二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇以及其两者或超过两者的组合组成的群组；5重量％到20重量％二醇醚；0.01重量％到5重量％油溶性聚烷二醇；以及0.2重量％到6重量％一或多种添加剂，所述添加剂选自由抗熔接剂、腐蚀抑制剂、极压添加剂、缓冲剂、杀生物剂、润滑添加剂以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
具体实施方式
本发明是一种浓金属加工流体和金属加工方法。
根据本发明的浓金属加工流体包含60重量％到90重量％基础油，所述基础油选自由水溶性聚烷二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇以及其两者或超过两者的组合组成的群组；5重量％到20重量％二醇醚；0.01重量％到5重量％油溶性聚烷二醇；以及0.2重量％到6重量％一或多种添加剂，所述添加剂选自由抗熔接剂、腐蚀抑制剂、极压添加剂、缓冲剂、杀生物剂、润滑添加剂以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
在一替代实施例中，本发明进一步提供一种金属加工方法，其包含提供金属物件；使金属物件经受表面加工、工具加工、切割、研磨、抛光、塑形、成型或弯曲工艺中的一或多者；以及将金属加工流体施加到金属物件的至少一部分上，其中金属加工流体包含75重量％到99重量％水和25重量％到1重量％浓金属加工流体，其中浓金属加工流体包含60重量％到90重量％基础油，所述基础油选自由水溶性聚烷二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇以及其两者或超过两者的组合组成的群组；5重量％到20重量％二醇醚；0.01重量％到5重量％油溶性聚烷二醇；以及0重量％到6重量％一或多种添加剂，所述添加剂选自由抗熔接剂、腐蚀抑制剂、极压添加剂、缓冲剂、杀生物剂、润滑添加剂以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
浓金属加工流体包含60重量％到90重量％基础油。60重量％到90重量％的所有个别值和子范围都包括在本文中并且在本文中公开；举例来说，基础油的量可以在60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％或85重量％的下限到64重量％、69重量％、74重量％、79重量％、84重量％、89重量％或90重量％的上限范围内。举例来说，基础油的量可以在60重量％到90重量％范围内，或在替代方案中，基础油的量可以在60重量％到75重量％范围内，或在替代方案中，基础油的量可以在75重量％到90重量％范围内，或在替代方案中，基础油的量可以在68重量％到78重量％范围内，或在替代方案中，基础油的量可以在70重量％到80重量％范围内。
基础油选自由水溶性聚烷二醇、甲氧基封端的聚乙二醇、聚乙二醇以及其两者或超过两者的组合组成的群组。水溶性聚烷二醇包括例如在商品名称尤康50HB-170(UCON 50HB-170)、尤康50HB 260以及尤康75H450下出售的那些产品，可购自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)。适用于本发明的其它水溶性聚烷二醇包括水溶性聚乙二醇，包括在商品名称卞巴蜡PEG-200(CARBOWAX PEG-200)、卞巴蜡PEG-300以及卞巴蜡PEG-400下可购自陶氏化学公司的那些产品。可以用于本发明的一实施例的一种例示性甲氧基封端的聚乙二醇是可购自陶氏化学公司的卞巴蜡MPEG-350。
浓金属加工流体包含5重量％到20重量％二醇醚。5重量％到20重量％的所有个别值和子范围都包括在本文中并且在本文中公开；举例来说，二醇醚的量可以在5重量％、8重量％、11重量％、14重量％、17重量％或19重量％的下限到6重量％、9重量％、12重量％、15重量％、18重量％或20重量％的上限范围内。举例来说，二醇醚的量可以在5重量％到20重量％范围内，或在替代方案中，二醇醚的量可以在5重量％到16重量％范围内，或在替代方案中，二醇醚的量可以在12重量％到20重量％范围内，或在替代方案中，二醇醚的量可以在8重量％到18重量％范围内，或在替代方案中，二醇醚的量可以在5重量％到10重量％范围内。
适用于本发明的某些实施例的二醇醚包括在商品名称道诺DPNP二醇醚(DOWANOL DPNP Glycol Ether)、道诺TPM二醇醚、道诺PNB二醇醚以及道诺TPNB二醇醚下可购自陶氏化学公司的那些产品。
浓金属加工流体包含0.01重量％到5重量％油溶性聚烷二醇。0.01重量％到5重量％的所有个别值和子范围都包括在本文中并且在本文中公开；举例来说，油溶性聚烷二醇的量可以在0.01重量％、0.1重量％、1重量％、1.5重量％、2重量％、2.51重量％、3重量％、3.7重量％、4重量％或4.75重量％的下限到0.05重量％、0.4重量％、1.6重量％、2.3重量％、3重量％、3.9重量％、4.45重量％或5重量％的上限范围内。举例来说，油溶性聚烷二醇的量可以在0.01重量％到5重量％范围内，或在替代方案中，油溶性聚烷二醇的量可以在0.01重量％到2.45重量％范围内，或在替代方案中，油溶性聚烷二醇的量可以在2.45重量％到5重量％范围内，或在替代方案中，油溶性聚烷二醇的量可以在0.1重量％到2.5重量％范围内，或在替代方案中，油溶性聚烷二醇的量可以在1重量％到3.5重量％范围内。
适用于浓金属加工流体和金属加工方法的实施例的油溶性聚烷二醇包括在API(美国石油学会)组I矿物油中展现10/90到90/10油溶性聚烷二醇/矿物油的重量百分比含量的可混合性的任何聚烷二醇。可购得的油溶性聚烷二醇包括在商品名称尤康OSP-18、尤康OSP-32、尤康OSP-46、尤康OSP-68、尤康OSP-150、尤康OSP-220、尤康OSP-320、尤康OSP-460、尤康OSP-680以及赛诺洛克斯OD-80(SYNALOX OD-80)下可获自陶氏化学公司的那些产品。
浓金属加工流体包含0.2重量％到6重量％一或多种添加剂，所述添加剂选自由抗熔接剂、腐蚀抑制剂、极压添加剂、缓冲剂、杀生物剂、润滑添加剂以及其两者或超过两者的组合组成的群组。0.2到6的所有个别值和子范围都包括在本文中并且在本文中公开；举例来说，一或多种添加剂的量可以在0.2重量％、0.5重量％、1.5重量％、2.5重量％、3.5重量％、4.5重量％或5.5重量％的下限到0.3重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％或6重量％的上限范围内。举例来说，一或多种添加剂的量可以在0.2重量％到6重量％范围内，或在替代方案中，一或多种添加剂的量可以在0.2重量％到3.5重量％范围内，或在替代方案中，一或多种添加剂的量可以在2.5重量％到6重量％范围内，或在替代方案中，一或多种添加剂的量可以在0.5重量％到2.5重量％范围内。
在一替代实施例中，本发明提供一种根据本文中所公开的任一实施例的浓金属加工流体和金属加工方法，例外为基础油包含至少一种选自由包含衍生自环氧乙烷和环氧丙烷的单元的丁醇引发的共聚物组成的群组的水溶性聚烷二醇。
在一替代实施例中，本发明提供一种根据本文中所公开的任一实施例的浓金属加工流体和金属加工方法，例外为油溶性聚烷二醇选自由包含衍生自环氧丙烷和环氧丁烷的单元的十二烷醇引发的共聚物、二醇引发的环氧丁烷均聚物以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
在一替代实施例中，本发明提供一种根据本文中所公开的任一实施例的浓金属加工流体和金属加工方法，例外为油溶性聚烷二醇是以0.01重量％到2.5重量％的量存在。
在一替代实施例中，本发明提供一种根据本文中所公开的任一实施例的浓金属加工流体和金属加工方法，例外为油溶性聚烷二醇包含十二烷醇引发的共聚物，其包含衍生自环氧丙烷和环氧丁烷的单元并且在40℃下运动粘度为18cSt到46cSt。
在一替代实施例中，本发明提供一种根据本文中所公开的任一实施例的浓金属加工流体和金属加工方法，例外为油溶性聚烷二醇包含在40℃下运动粘度为70cSt到700cSt的二醇引发的环氧丁烷均聚物。
在一替代实施例中，本发明提供一种根据本文中所公开的任一实施例的浓金属加工流体和金属加工方法，例外为二醇醚的自燃温度为至少200℃。从至少200℃起的所有个别值和子范围都包括在本文中并且在本文中公开；举例来说，二醇醚的自燃温度的下限可为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃。
在一替代实施例中，本发明提供一种根据本文中所公开的任一实施例的浓金属加工流体和金属加工方法，例外为二醇醚在水中具有至少4重量％的溶解度。
在一替代实施例中，本发明提供一种根据本文中所公开的任一实施例的浓金属加工流体和金属加工方法，例外为基础油是以65重量％到85重量％的量存在，二醇醚是以10重量％到15重量％的量存在，并且油溶性聚烷二醇是以0.01重量％到2.5重量％的量存在。
在一替代实施例中，本发明提供一种根据本文中所公开的任一实施例的金属加工方法，例外为油溶性聚烷二醇是以100ppm到2000ppm的量存在于金属加工流体中。
在一替代实施例中，本发明进一步提供一种金属加工方法，其中金属加工流体包含75重量％到99重量％的水和25重量％到1重量％的浓金属加工流体。75重量％到99重量％的水的所有个别值和子范围都包括在本文中并且在本文中公开；举例来说，水的量可以在75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的下限到76重量％、81重量％、86重量％、91重量％、96重量％或99重量％的上限范围内。举例来说，水的量可以在75重量％到99重量％范围内，或在替代方案中，水的量可以在77重量％到95重量％范围内，或在替代方案中，水的量可以在75重量％到85重量％范围内，或在替代方案中，水的量可以在85重量％到99重量％范围内，或在替代方案中，水的量可以在80重量％到90重量％范围内。1重量％到25重量％的浓金属加工流体的所有个别值和子范围都包括在本文中并且在本文中公开；举例来说，浓金属加工流体的量可以在1重量％、6重量％、11重量％、16重量％或21重量％的下限到2重量％、7重量％、12重量％、17重量％、22重量％或25重量％的上限范围内。举例来说，浓金属加工流体的量可以在1重量％到25重量％范围内，或在替代方案中，浓金属加工流体的量可以在23重量％到5重量％范围内，或在替代方案中，浓金属加工流体的量可以在15重量％到25重量％范围内，或在替代方案中，浓金属加工流体的量可以在1重量％到15重量％范围内，或在替代方案中，浓金属加工流体的量可以在10重量％到20重量％范围内。
在又一替代实施例中，本发明提供一种浓金属加工流体，主要由以下各者组成：60重量％到90重量％基础油，所述基础油选自由水溶性聚烷二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇以及其两者或超过两者的组合组成的群组；5重量％到20重量％二醇醚；0.01重量％到5重量％油溶性聚烷二醇；以及0.2重量％到6重量％一或多种添加剂，所述添加剂选自由抗熔接剂、腐蚀抑制剂、极压添加剂、缓冲剂、杀生物剂、润滑添加剂以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
在另一替代实施例中，本发明进一步提供一种金属加工方法，其包含提供金属物件；使金属物件经受表面加工、工具加工、切割、研磨、抛光、塑形、成型或弯曲工艺中的一或多者；以及将金属加工流体施加到金属物件的至少一部分上，其中金属加工流体包含75重量％到95重量％水和25重量％到5重量％浓金属加工流体，其中浓金属加工流体基本上由以下各者组成：60重量％到90重量％基础油，所述基础油选自由水溶性聚烷二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇以及其两者或超过两者的组合组成的群组；5重量％到20重量％二醇醚；0.01重量％到5重量％油溶性聚烷二醇；以及0重量％到6重量％一或多种添加剂，所述添加剂选自由抗熔接剂、腐蚀抑制剂、极压添加剂、缓冲剂、杀生物剂、润滑添加剂以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
实例
以下实例说明本发明，但并不打算限制本发明的范围。
表1提供了每个比较实例(Comparative Example/Comp.Ex.)1以及本发明实例(Inventive Example/Inv.Ex.)1-2的组成和泡沫衰减时间。表2提供了每个比较实例2-5以及本发明实例2-3的组成和泡沫衰减时间。
卞巴蜡MPEG-350是分子量为350克/摩尔的甲氧基封端的聚乙二醇，并且可购自陶氏化学公司。
道诺DPNP二醇醚是平均分子量＝176克/摩尔的二丙二醇单丙醚。其在25℃下在水中具有15wt％的溶解度，并且可购自陶氏化学公司。
道法克斯DF-142(DOWFAX DF-142)是1％水溶液浊点为10℃的醇引发的环氧乙烷/环氧丙烷反嵌段共聚物，并且可购自陶氏化学公司。
道法克斯DF-111是1％水溶液浊点为20.5℃的丙三醇引发的环氧乙烷/环氧丙烷反嵌段共聚物，并且可购自陶氏化学公司。
道法克斯DF-107是1％水溶液浊点为22℃的环氧乙烷/环氧丙烷反嵌段共聚物，并且可购自陶氏化学公司。
尤康OSP 32是油溶性聚烷二醇。其为在40℃下运动粘度为32cSt的醇引发的环氧丙烷/环氧丁烷共聚物，并且可购自陶氏化学公司。
赛诺洛克斯OD-80是油溶性聚烷二醇。其为在40℃下运动粘度为80cSt的环氧丁烷均聚物，且可购自陶氏化学公司。
磷酸酯用作润滑添加剂，并且链烷醇胺用于调节pH值。
表1
组分 比较实例1 本发明实例1 本发明实例2 本发明实例3 本发明实例4
卞巴蜡MPEG-350 88％ 87.5％ 87.5％ 88.3％ 88.3％
道诺DPNP 10％ 10％ 10％ 10％ 10％
道法克斯DF-142 0.5％
尤康OSP-32 1％ 0.2％
赛诺洛克斯OD-80 1％ 0.2％
磷酸酯和链烷醇胺 1.5％ 1.5％ 1.5％ 1.5％ 1.5％
泡沫衰减时间，秒 180 70 80 100 100
表2
还测试了更高级和更低级的油溶性聚烷二醇消泡剂。这些调配物展示在表3中。
表3
组分 本发明实例5 本发明实例6 本发明实例7 本发明实例8
卞巴蜡MPEG-350 87.5％ 87.5％ 83.5 83.5
道诺DPNP 10％ 10％ 10％ 10％
尤康OSP-32 0.1％ 5％
赛诺洛克斯OD-80 0.1％ 5％
磷酸酯和链烷醇胺 1.5％ 1.5％ 1.5％ 1.5％
泡沫衰减时间，秒 100 100 40 50
如在以下泡沫测试方法描述中所论述，比较实例和本发明实例是针对浓溶液。在去离子水中将浓溶液稀释到10％以用于泡沫测试。因此，一个实例中的0.1％消泡水平等于稀释的测试溶液中的100ppm；一个实例中的0.2％消泡水平等于稀释的测试溶液中的200ppm；一个实例中的0.5％消泡水平等于稀释的测试溶液中的500ppm；一个实例中的1％消泡水平等于稀释的测试溶液中的1000ppm；并且一个实例中的5％消泡水平等于稀释的测试溶液中的5000ppm。
可以从前述实例中容易看出，油溶性聚烷二醇消泡添加剂展示在泡沫衰减速度方面的实质性改良。
测试方法
测试方法包括以下：
泡沫测试方法
将20g金属加工流体浓缩物(注：比较实例或本发明实例)添加到在具有1250ml容量的食品掺合器中的180g去离子水中。在环境温度下以2000rpm的旋转速率搅拌溶液10分钟以产生泡沫。立即将溶液转移到500ml量筒中，并且监视泡沫行为。随着泡沫衰减，在量筒底部观察到透明的液相。记录观察到20ml透明液体的时间。时间越短表明泡沫衰减越快并且消泡特性越好。
在不脱离本发明精神和基本特质的情况下可以用其它形式实施本发明，并且因此，在指示本发明的范围时，应参考所附权利要求书而非前文说明书。

Claims (12)

1.一种浓金属加工流体，其包含：
60重量％到90重量％基础油，所述基础油选自由水溶性聚烷二醇、甲氧基聚乙二醇以及其两者或超过两者的组合组成的群组；
5重量％到20重量％二醇醚；
0.01重量％到5重量％油溶性聚烷二醇；以及
0.2重量％到6重量％一或多种添加剂，所述添加剂选自由抗熔接剂、腐蚀抑制剂、极压添加剂、缓冲剂、杀生物剂、润滑添加剂以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
2.根据权利要求1所述的浓金属加工流体，其中所述基础油包含至少一种选自由包含衍生自环氧乙烷和环氧丙烷的单元的丁醇引发的共聚物组成的群组的水溶性聚烷二醇。
3.根据权利要求1所述的浓金属加工流体，其中所述油溶性聚烷二醇选自由包含衍生自环氧丙烷和环氧丁烷的单元的十二烷醇引发的共聚物、二醇引发的环氧丁烷均聚物以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
4.根据权利要求1所述的浓金属加工流体，其中所述油溶性聚烷二醇是以0.01重量％到2.5重量％的量存在。
5.根据权利要求1所述的浓金属加工流体，其中所述油溶性聚烷二醇包含十二烷醇引发的共聚物，所述共聚物包含衍生自环氧丙烷和环氧丁烷的单元并且在40℃下运动粘度为18cSt到46cSt。
6.根据权利要求1所述的浓金属加工流体，其中所述油溶性聚烷二醇包含在40℃下运动粘度为70cSt到700cSt的二醇引发的环氧丁烷均聚物。
7.根据权利要求1所述的浓金属加工流体，其中所述二醇醚的自燃温度为至少200℃。
8.根据权利要求1所述的浓金属加工流体，其中所述二醇醚在水中具有至少4重量％的溶解度。
9.根据权利要求1所述的浓金属加工流体，其中所述基础油是以65重量％到85重量％的量存在，所述二醇醚是以10重量％到15重量％的量存在，并且所述油溶性聚烷二醇是以0.01重量％到2.5重量％的量存在。
10.一种金属加工方法，其包含：
提供金属物件；
使所述金属物件经受表面加工、工具加工、切割、研磨、抛光、塑形、成型或弯曲工艺中的一或多者；以及
将金属加工流体施加到所述金属物件的至少一部分上，其中所述金属加工流体包含75重量％到99重量％水和25重量％到1重量％金属加工流体浓缩物，其中所述金属加工流体浓缩物包含60重量％到90重量％基础油，所述基础油选自由水溶性聚烷二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇以及其两者或超过两者的组合组成的群组；5重量％到20重量％二醇醚；0.01重量％到5重量％油溶性聚烷二醇；以及0重量％到6重量％一或多种添加剂，所述添加剂选自由抗熔接剂、腐蚀抑制剂、极压添加剂、缓冲剂、杀生物剂、润滑添加剂以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
11.根据权利要求10所述的金属加工方法，其中所述油溶性聚烷二醇选自由包含衍生自环氧丙烷和环氧丁烷的单元的十二烷醇引发的共聚物、二醇引发的环氧丁烷均聚物以及其两者或超过两者的组合组成的群组。
12.根据权利要求10所述的金属加工方法，其中所述油溶性聚烷二醇是以200ppm到2000ppm的量存在于所述金属加工流体中。
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