CN106318586B - 一种多用途半合成金属加工液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多用途半合成金属加工液及其制备方法，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：5‑20份基础油，8‑10份聚异丁烯琥珀酸酐或聚异丁烯琥珀酸酐的衍生物，8‑15份硼酸酯，2.5‑8份脂肪酸甲基酯，2‑4份防锈剂，35‑52份水，1‑1.5份胺类，0.5‑0.8份抗硬水剂，0.2‑4.5份铜缓蚀剂，2‑3份铝缓蚀剂，5‑6份偶合剂，3‑4份杀菌剂和0.2‑0.3份消泡剂，本发明的金属加工液不仅具有很好的冷却作用、非常好的润滑性和极压性能、很好的高温稳定性和低温稳定性，而且泡沫极低，环境友好，适用于高速及有大块切屑产生的中至高难度的切削及磨削加工。
Description
技术领域
本发明属于金属加工液技术领域，涉及一种多用途半合成金属加工液及其制备方法，尤其涉及一种多用途半合成切削液及其制备方法。
背景技术
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，切削效率大大提高，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，人们对切削液提出了新的要求，它必将推动切削液技术向更高领域发展。
在金属切削加工中，合理使用切削液，能够减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减少刀具磨损，从而提高切削效率和加工质量，延长刀具使用寿命，降低加工成本。在高速高效率的切削过程中，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。
半合成切削液，也称微乳化切削液。它的浓缩液由少量矿物油(含量为5％～30％)，油性剂、极压剂、防锈剂、表面活性剂和防腐剂等组成，稀释液油滴直径小于1μm，稀释液呈透明状或半透明状。它具备乳化液的优良的润滑性能，又具备全合成切削液的冷却性和稳定性，是未来切削液技术发展的一个趋势。
CN 104560335 A公开了一种半合成型防锈切削液及其制备方法，其采用的原料及重量份含量如下：亚硝酸钠1-2、纳米石墨3-5、环烷酸锌2-3、烯基丁二酸1-2、亚油酸4-6、豆油10-12、液体石蜡6-8、纳米硼化钒2-4、吗啉1-2、水溶性巯基苯骈噻唑2-3、油酰氧基乙磺酸钠1-2、助剂5-7和水150-180，得到的切削液具有良好的渗透性、清洗性，防锈效果优异、润滑性高、冷却速度快，适用于多种金属加工。
但是现有技术中的半合成切削液存在很多不足有待改进，比如含有亚硝酸钠，是致癌物质，严重危害人体健康；使用的石油磺酸钠属于阴离子表面活性剂，泡沫多，难清洗，且容易与切削液中的金属离子结合，从而影响体系的平衡，影响切削液的使用性能等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多用途半合成金属加工液及其制备方法。本发明的金属加工液不仅具有很好的冷却作用、非常好的润滑性和极压性能、很好的高温稳定性和低温稳定性，而且泡沫极低，环境友好，适用于高速及有大块切屑产生的中至高难度的切削及磨削加工。
本发明所述“多用途半合成金属加工液”中的“多用途”指：适用于的加工方式多样：车削，铣削，磨削，钻孔和攻牙等，适用于的加工材质多样：铸铁，钢材，铝材和铜材等。
第一方面，本发明提供一种多用途半合成金属加工液，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述胺类为特种胺或特种胺与单乙醇胺和三乙醇胺的混合物。
本发明中，所述基础油的重量份数为10-20份，例如可为5份、8份、10份、12份、13份、15份、16.5份、18份、19份或20份等。
本发明中，所述聚异丁烯琥珀酸酐衍生物的重量份数为8-10份，例如可为8份、8.5份、9份、9.2份、9.5份或10份等。
本发明的多用途半合成金属加工液中基础油的含量较低，为5-20份，因而针对此低基础油含量的半合成金属加工液，设计向原料中添加合适量8-10份的聚异丁烯琥珀酸酐或聚异丁烯琥珀酸酐的衍生物作为自乳化酯，它们自己能在水中很好的溶解，具有一定的自乳化和助乳化能力，低泡环保且经济实惠，它们的添加不会影响配方体系中其他原料的溶解度，此外还对黑色金属有一定的防锈性能，有效提高产品润滑性能，因而能够改善此低基础油含量的半合成金属加工液的润滑性和防锈性能等性能，更优选为聚异丁烯琥珀酸酐。
本发明中，添加8-15重量份的硼酸酯极压剂，所述硼酸酯的重量份数为8-15份，例如可为8份、9份、10份、11份、11.5份、12份、13份、14份或15份等，所述硼酸酯优选为单乙醇胺硼酸酯和/或三乙醇胺硼酸酯，它们与本发明的多用途半合成金属加工液中的其他原料组分的相容性好，且具有很好的抗磨性，能有效降低摩擦系数，减小磨痕，还能改善防锈性，增加对细菌的抑制。
本发明中，所述脂肪酸甲基酯的重量份数为2.5-8份，例如可为2.5份、3.5份、5份、6份、6.5份、6.8份、7份或8份等。
所述脂肪酸甲基酯能在金属表面形成一层吸附膜，在边界润滑中提供优良的润滑性，明显提高切削液的PB值，达88kgf以上，此外对黑色金属还有一定的防锈性能。
本发明中，所述防锈剂的重量份数为2-4份，例如可为2份、2.5份、3份、3.5份或4份等。
优选地，所述防锈剂为一元酸防锈剂、二元酸防锈剂、三元酸防锈剂或混合羧酸类复合防锈剂中的任意一种或至少两种防锈剂的混合物，优选为至少两种防锈剂的混合物，复配使用可以使得到的多用途半合成金属加工液的综合性能更好。
优选地，所述一元酸防锈剂为硼酸、癸酸或硬脂酸中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地，所述二元酸防锈剂为二聚酸、癸二酸中的任意一种或至少两种的混合物，优选为二聚酸，因为二聚酸不仅具有很好的防锈性，而且还有很好的润滑性，在防锈的同时，对产物多用途半合成金属加工液的润滑性也有一定的提高。
本发明中，所述水的重量份数为35-52份，例如可为35份、38份、40份、42.5份、45份、46份、47份、48份、49份、50份或52份等。
本发明中，所述特种胺或特种胺与单乙醇胺和三乙醇胺的混合物的重量份数为1-1.5份，例如可为1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份等。
本发明中，所述“特种胺或特种胺与单乙醇胺和/或三乙醇胺的混合物”指：可以是特种胺，或者是特种胺与单乙醇胺的混合物，或者是特种胺与三乙醇胺的混合物，或者是特种胺、单乙醇胺和三乙醇胺的混合物。
优选地，所述特种胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇(2-amino-2-methyl-1-propanol，AMP-95)和/或2-(2-氨基乙氧基)乙醇(2-(2-aminoethoxy)ethanol，DGA)。
本发明中，“AMP-95和/或DGA”指：可以是AMP-95，也可以是DGA，还可以是AMP-95和DGA的混合物。
本发明所述“特种胺或特种胺与单乙醇胺和三乙醇胺的混合物”可以举出以下实例：单独的特种胺，如AMP-95，DGA以及AMP-95和DGA的混合物；还可以是特种胺与单乙醇胺的混合物，如AMP-95与单乙醇胺的混合物，DGA与单乙醇胺的混合物以及AMP-95，DGA与单乙醇胺的混合物；又可以是特种胺与三乙醇胺的混合物，如AMP-95与三乙醇胺的混合物，DGA与三乙醇胺的混合物，AMP-95，DGA与三乙醇胺的混合物，AMP-95、DGA；又可以是特种胺与单乙醇胺和三乙醇胺的混合物，如AMP-95、单乙醇胺和三乙醇胺的混合物，DGA、单乙醇胺和三乙醇胺的混合物，AMP-95、DGA、单乙醇胺和三乙醇胺的混合物。
本发明中更优选地选用AMP-95、DGA、单乙醇胺和三乙醇胺的混合物作为添加的胺类，如此复配使用可以在大大提高本发明的多用途半合成金属加工液的碱储备能力的同时，又使pH维持在合适的水平8.5-9.5之间，十分稳定，从而不会因为PH过高伤手，也不会因为pH过低导致细菌滋生而使加工液腐败变臭，大大的提高了加工液的使用寿命。
本发明中，所述抗硬水剂的重量份数为0.5-0.8份，例如可为0.5份、0.6份、0.65份、0.7份或0.8份等。
优选地，所述抗硬水剂为乙二胺四乙酸二钠盐。
本发明中，所述铜缓蚀剂的重量份数为0.2-4.5份，例如可为0.2份、0.5份、1份、1.5份、2.5份、3份、4份或4.5份等。
优选地，所述铜缓蚀剂为苯并三氮唑类，具体可为T-706等。
本发明中，所述铝缓蚀剂的重量份数为2-3份，例如可为2份、2.3份、2.5份、2.7份、2.8份、2.9份或3份等。
优选地，所述铝缓蚀剂为酸性磷酸酯，它与胺类发生酸碱反应，促使体系酸碱平衡，乳化平衡，提高了加工液的稳定性，且能够有效解决铝材加工过程中的腐蚀、变色和发黄等问题，具体可用ASI 80等。
本发明中添加了合适量的铜缓蚀剂和铝缓蚀剂，与其他原料组分协同作用，使得得到的多用途半加工金属加工液对铜和铝等有色金属都有很好的保护作用。
本发明中的偶合剂，也称助乳化剂，所述偶合剂的重量份数为5-6份，例如可为5份、5.2份、5.5份、5.8份或6份等。
优选地，所述偶合剂为短链的直链醇或短链的直链醚，它可使得切削液更加稳定，透明度高，粘度低。所述偶合剂优选为C2-C6的直链醇和/或C2-C4的直链醚。
优选地，所述C2-C6的直链醇选自二甘醇、正丁醇或异己二醇中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地，所述C2-C4的直链醚选自乙二醇单丁醚和/或二乙二醇单丁醚。
本发明中，所述杀菌剂的重量份数为3-4份，例如可为3份、3.2份、3.4份、3.6份、3.7份或4份等。
优选地，所述杀菌剂为MBM、BIT20或IPBC的混合物，通过将这几种杀菌剂复合使用，可以结合他们各自的优点，广谱杀菌，高效持久，耐高温，对细菌，真菌，霉菌都有很好的效果，能有效防止加工液应微生物的滋生而导致的腐败变质、发臭等问题，影响使用其性能。
所述消泡剂的重量份数为0.2-0.3份，例如可为0.2份、0.25份、0.28份或0.3份等。
优选地，所述消泡剂为有机硅类消泡剂和非硅类消泡剂的混合物，本发明将有机硅类消泡剂和非硅类消泡剂复配使用，可以综合二者的优点，在抑泡，抗泡和消泡过程中都有很好的效果。
优选地，所述有机硅类消泡剂例如可为但又不限于深圳思敏FOAM BAN HP 710、FOAM BAN MS-575等。
优选地，所述非硅类消泡剂例如可为但又不限于BYK057、BYK051和BYK011等。
作为本发明所述多用途半合成金属加工液的优选技术方案，一种多用途半合成金属加工液，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述胺类为特种胺或特种胺与单乙醇胺和三乙醇胺的混合物。
作为本发明所述多用途半合成金属加工液的进一步优选技术方案，一种多用途半合成金属加工液，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述胺类为特种胺或特种胺与单乙醇胺和三乙醇胺的混合物。
第二方面，本发明提供如第一方面所述的多用途半合成金属加工液的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将消泡剂用质量为消泡剂20倍的水溶解，得到A相；把余量的水以及防锈剂、特种胺或特种胺与单乙醇胺和三乙醇胺的混合物、铜缓蚀剂、铝缓蚀剂和偶合剂加入调油釜中，搅拌均匀作为B相；将基础油、聚异丁烯琥珀酸酐或聚异丁烯琥珀酸酐的衍生物、硼酸酯、脂肪酸甲基酯、抗硬水剂和杀菌剂混合均匀作为C相，然后将A相、B相和C相混合并搅拌至得到的产品均一透明为止，得到多用途半合成金属加工液。
与已有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明使用低含量的基础油，配合性地加入合适量的聚异丁烯琥珀酸酐或聚异丁烯琥珀酸酐的衍生物、硼酸酯极压剂、脂肪酸甲基酯、防锈剂、水、胺类、抗硬水剂、铜缓蚀剂、铝缓蚀剂、偶合剂、复配的杀菌剂、复配的消泡剂制备了一款优秀的新一代健康和环境友好的多用途半合成金属加工液，通过合理调配本发明中各组分的种类和含量，可协同增强该金属加工液的综合性能，本发明的多用途半合成金属加工液不仅具有很好的冷却作用、非常好的润滑性和极压性能、很好的高温稳定性和低温稳定性、优良的硬水稳定性及生物稳定性，而且泡沫极低，无毒环保，不会对皮肤造成腐蚀，废液易处理，使用寿命长。
(2)本发明的多用途半加工金属加工液由基础油加硼酸酯极压剂、油性剂、防锈剂、偶合剂、铜缓蚀剂、铝缓蚀剂另复配多种杀菌防霉剂和消泡剂经多种乳化剂平衡达到与水互溶，其中使用的羧酸防锈剂效果优异，对人体没有危害，安全健康，该金属加工液的原液呈黄色透明，5wt％的稀释液呈蓝色半透明，本发明的多用途半加工金属加工液通用性强且多效，适用于高速及有大块切屑产生的中至高难度的切削及磨削加工，包括多种硬质合金及部分有色金属加工，例如硬质合金钢、高硬度镍合金、铜铝及其合金等的拉削、车削、深钻孔、攻牙、铰孔、铣削、钻孔及螺丝加工等。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明中的单位“kg”可由其他的重量单位如“g”、“斤”和“吨”等替换。
实施例1
一种多用途半合成金属加工液，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
多用途半合成金属加工液的制备方法：
将上述0.2kg有机硅消泡剂和无机硅消泡剂的混合物用4kg的水溶解，得到A相；把剩余的48kg水，硼酸，AMP-95与单乙醇胺的混合物，苯并三氮唑，酸性磷酸酯和二甘醇加入调油釜中，搅拌均匀作为B相；将基础油，聚异丁烯琥珀酸酐，脂肪酸甲基酯，EDTA，单乙醇胺硼酸酯以及MBM、BIT20和IPBC的混合物混合均匀作为C相，然后将A相、B相和C相混合并搅拌至得到的产品均一透明为止，得到多用途半合成金属加工液。
本实施例的多用途半合成金属加工液的性能检测结果见表1。
实施例2
一种多用途半合成金属加工液，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
多用途半合成金属加工液的制备方法：
将上述0.3kg有机硅消泡剂和无机硅消泡剂的混合物用6kg的水溶解，得到A相；把剩余的29kg水，癸二酸，DGA与单乙醇胺的混合物，苯并三氮唑，酸性磷酸酯以及正丁醇和乙二醇单丁醚的混合物加入调油釜中，搅拌均匀作为B相；将基础油，聚异丁烯琥珀酸酐，脂肪酸甲基酯，EDTA，三乙醇胺硼酸酯以及MBM、BIT20和IPBC的混合物混合均匀作为C相，然后将A相、B相和C相混合并搅拌至得到的产品均一透明为止，得到多用途半合成金属加工液。
本实施例的多用途半合成金属加工液的性能检测结果见表1。
实施例3
一种多用途半合成金属加工液，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
多用途半合成金属加工液的制备方法：
将上述0.2kg有机硅消泡剂和无机硅消泡剂的混合物用4kg的水溶解，得到A相；把剩余的36kg水，硼酸和二聚酸的混合物，AMP-95、DGA和三乙醇胺的混合物，苯并三氮唑，酸性磷酸酯以及异己二醇加入调油釜中，搅拌均匀作为B相；将基础油，聚异丁烯琥珀酸酐，脂肪酸甲基酯，EDTA，单乙醇胺硼酸酯和三乙醇胺硼酸酯的混合物以及MBM、BIT20和IPBC的混合物混合均匀作为C相，然后将A相、B相和C相混合并搅拌至得到的产品均一透明为止，得到多用途半合成金属加工液。
本实施例的多用途半合成金属加工液的性能检测结果见表1。
实施例4
一种多用途半合成金属加工液，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
多用途半合成金属加工液的制备方法：
将上述0.35kg有机硅消泡剂和无机硅消泡剂的混合物用7kg的水溶解，得到A相；把剩余的43.5kg水，二聚酸，AMP-95、DGA、单乙醇胺和三乙醇胺的混合物，苯并三氮唑，酸性磷酸酯以及二甘醇和二乙二醇单丁醚的混合物加入调油釜中，搅拌均匀作为B相；将基础油，聚异丁烯琥珀酸酐，脂肪酸甲基酯，EDTA，单乙醇胺硼酸酯以及MBM、BIT20和IPBC的混合物混合均匀作为C相，然后将A相、B相和C相混合并搅拌至得到的产品均一透明为止，得到多用途半合成金属加工液。
本实施例的多用途半合成金属加工液的性能检测结果见表1。
实施例5
一种多用途半合成金属加工液，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
多用途半合成金属加工液的制备方法：
将上述0.2kg有机硅消泡剂和无机硅消泡剂的混合物用4kg的水溶解，得到A相；把剩余的41kg水，硼酸和癸二酸的混合物，DGA，苯并三氮唑，酸性磷酸酯以及异己二醇加入调油釜中，搅拌均匀作为B相；将基础油，聚异丁烯琥珀酸酐的衍生物，脂肪酸甲基酯，EDTA，三乙醇胺硼酸酯以及MBM、BIT20和IPBC的混合物混合均匀作为C相，然后将A相、B相和C相混合并搅拌至得到的产品均一透明为止，得到多用途半合成金属加工液。
本实施例的多用途半合成金属加工液的性能检测结果见表1。
表1
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (15)
1.一种多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述胺类为AMP-95、DGA、单乙醇胺和三乙醇胺的混合物；所述硼酸酯为单乙醇胺硼酸酯和/或三乙醇胺硼酸酯；所述铝缓蚀剂为酸性磷酸酯。
2.根据权利要求1所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述多用途半合成金属加工液按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述胺类为AMP-95、DGA、单乙醇胺和三乙醇胺的混合物；所述硼酸酯为单乙醇胺硼酸酯和/或三乙醇胺硼酸酯；所述铝缓蚀剂为酸性磷酸酯。
3.根据权利要求1所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述防锈剂为一元酸防锈剂、二元酸防锈剂、三元酸防锈剂或混合羧酸类复合防锈剂中的任意一种或至少两种防锈剂的混合物。
4.根据权利要求3所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述防锈剂为至少两种防锈剂的混合物。
5.根据权利要求3所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述一元酸防锈剂为癸酸和/或硬脂酸。
6.根据权利要求3所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述二元酸防锈剂为二聚酸、癸二酸中的任意一种或至少两种的混合物。
7.根据权利要求3所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述二元酸防锈剂为二聚酸。
8.根据权利要求1所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述抗硬水剂为乙二胺四乙酸二钠盐。
9.根据权利要求1所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述铜缓蚀剂为苯并三氮唑。
10.根据权利要求1所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述偶合剂为C2-C6的直链醇和/或C2-C4的直链醚。
11.根据权利要求10所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述C2-C6的直链醇选自二甘醇和/或正丁醇。
12.根据权利要求10所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述C2-C4的直链醚选自乙二醇单丁醚和/或二乙二醇单丁醚。
13.根据权利要求1所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述杀菌剂为MBM、BIT20和IPBC的混合物。
14.根据权利要求1所述的多用途半合成金属加工液，其特征在于，所述消泡剂为有机硅类消泡剂和非硅类消泡剂的混合物。
15.如权利要求1-14任一项所述的多用途半合成金属加工液的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将消泡剂用质量为消泡剂20倍的水溶解，得到A相；把余量的水以及防锈剂、胺类、铜缓蚀剂、铝缓蚀剂和偶合剂加入调油釜中，搅拌均匀作为B相；将基础油、聚异丁烯琥珀酸酐或聚异丁烯琥珀酸酐的衍生物、硼酸酯、脂肪酸甲基酯、抗硬水剂和杀菌剂混合均匀作为C相，然后将A相、B相和C相混合并搅拌至得到的产品均一透明为止，得到多用途半合成金属加工液。
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