CN106350190B - 一种高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂及其制备方法，将油性剂与含磷极压剂、乳化剂升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入防腐防锈剂、防霉剂、消泡剂，搅拌均匀即得产品。本发明的有益效果：(1)本发明提供的水基润滑剂润滑性能良好，用于高强镀黄铜钢丝的拉拔加工，拉拔速度高，模具损耗低，断丝率低，钢丝表面清洁光滑，拉拔残留物少，与橡胶的粘合高且稳定，可替代进口产品，促进金属制品行业的国产化进程，经济效益和社会效益显著。(2)该水基润滑剂的制备工艺合理，操作性强，生产环境符合国家环保要求。

Description

一种高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂及其制备方法。
背景技术
高强镀黄铜钢丝主要用于硅片的切割和汽车子午线轮胎的骨架材料。硅片切割钢丝均是高强镀黄铜钢丝，而钢帘线钢丝现在主流也是高强钢丝，普强钢丝所占比例很少。钢丝强度越高，拉拔越难，越容易断丝，对拉拔润滑剂性能要求越高。
近年来，国内研究镀黄铜钢丝拉拔润滑剂的单位和公司慢慢增多，也申请了一些专利，但大多停留在初步研究上，市场上能见到的产品很少，用于硅片切割钢丝生产和高强钢帘线钢丝生产上普遍存在润滑性能不良，断丝率偏高，拉拔残留物较多，拉拔出的钢丝与橡胶粘合低且不稳定，钢丝表面质量不好等现象，难以满足厂家生产需求。
镀黄铜钢丝拉拔润滑剂主要由润滑添加剂、乳化剂、防腐防锈剂、防霉剂、消泡剂等组成，使其具有良好的润滑、防锈、防霉等性能。而润滑添加剂主要包括油性剂和极压剂，油性剂是在低温低负荷下在摩擦表面发生物理吸附和化学吸附形成润滑油膜而起抗磨减摩作用，而极压剂则是在高温高负荷下发生化学反应形成极压润滑膜而起抗磨减摩作用。一个好的润滑剂须同时含有油性剂和极压剂，这样可利用其增效作用达到更好的抗磨减摩效果，在钢丝拉拔过程中表现为较高的拉拔速度和较低的模具消耗，同时钢丝表面质量好，断丝率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂及其制备方法，该制备方法简便，得到的水基润滑剂润滑性能优良，防腐防锈性好，钢丝表面清洁，拉拔残留物少，与橡胶的粘合高且稳定，能满足各种高强镀黄铜钢丝的高速湿式拉拔。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，其特征在于：按重量百分比计其组成为：
按上述方案，所述的油性剂为多元醇聚酯，分子量2000～3000；所述的多元醇聚酯是由二元酸和多元醇在催化剂条件下发生酯化反应合成得到。
按上述方案，所述的二元酸为己二酸、壬二酸、癸二酸、十三烷二酸或二聚酸；所述的多元醇为乙二醇、聚乙二醇、新戊二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨醇、木糖醇、葡萄糖醇或蔗糖。
按上述方案，所述的酯化反应产物其端羟基可再用十二酸、十六酸、油酸或硬脂酸进行酯化闭合。
按上述方案，所述的多元醇聚酯为二聚酸乙二醇酯、二聚酸新戊二醇酯、三羟甲基丙烷二元酸脂肪酸复合酯或季戊四醇二元酸脂肪酸复合酯。
按上述方案，所述的含磷极压剂为有机磷酸酯胺盐。
按上述方案，所述的含磷极压剂是由含羟基的表面活性剂制成磷酸酯，然后加入有机胺中和即得，所述的含羟基的表面活性剂为脂肪醇、烷基聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚或脂肪酸烷醇酰胺，所述有机胺为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺、十二胺或十八胺。
按上述方案，所述的有机磷酸酯胺盐为烷基磷酸酯胺盐、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯胺盐、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯胺盐、脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯胺盐、脂肪胺聚氧乙烯醚磷酸酯胺盐或脂肪酸烷醇酰胺磷酸酯胺盐。
按上述方案，所述的乳化剂为高级脂肪酸碱金属盐，长链硫酸酯盐，长链磺酸盐，脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪酸聚氧乙烯醚，脂肪酸聚乙二醇酯，甘油、山梨糖醇酐、季戊四醇、蔗糖的部分脂肪酸酯，脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸二乙醇酰胺中的两种或两种以上的混合物；所述的防腐防锈剂为苯并三氮唑、5-甲基苯并三氮唑、磷酸盐、硼酸盐、石油磺酸盐、钼酸盐、二元酸、多元酸中的两种或两种以上的混合物；所述的防霉剂为六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲基-1,2-苯并异噻唑-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮中的一种或两种的混合物。
所述的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂的制备方法，其特征在于：将油性剂与含磷极压剂、乳化剂升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入防腐防锈剂、防霉剂、消泡剂，搅拌均匀即得产品。
本发明所述的多元醇聚酯油性剂不仅油性好，与钢丝表面吸附力强，还具有一定的极压润滑性能。由于其分子量(2000～3000)较大，引入的极性基团-COOH较多，在钢丝表面能形成较厚一层致密的吸附润滑膜，吸附能力强，具有一定的承载能力，能够达到较好的抗磨减摩作用。而且在高温下不易氧化、碳化和水解，故拉拔残留物少，不会污染钢丝表面，非常适合用于对成品钢丝表面质量要求高的钢丝拉拔润滑剂中。本发明所述的含磷极压剂由于分子中同时含有磷、氮两种活性极压元素，具有很好的协同增效效应，在高负荷下与钢丝表面发生化学反应生成剪切强度小的化学反应膜，且由于有吸附力大的极性基团存在，在钢丝表面发生物理吸附和化学吸附形成吸附力强的吸附膜。故其极压抗磨减摩性能良好，能满足高强钢丝高速拉拔，且不会引起钢丝化学腐蚀导致影响成品钢丝表面质量。
多元醇聚酯油性剂与含磷极压剂复配使用具有良好的协同增效作用，润滑性能更优。在极压状态下，以油性剂多元醇聚酯为载体，使含磷极压剂更多地吸附在钢丝表面参与化学反应，从而起到良好的抗磨减摩作用。将其复配成水基润滑剂，用于高强镀黄铜钢丝湿式拉拔，拉拔出的钢丝表面清洁，残留物少，钢帘线钢丝与橡胶的粘合力高且稳定，从而完全适用于硅片切割钢丝和子午胎钢帘线等高强镀黄铜钢丝的高速拉拔。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的水基润滑剂润滑性能良好，用于高强镀黄铜钢丝的拉拔加工，拉拔速度高，模具损耗低，断丝率低，钢丝表面清洁光滑，拉拔残留物少，与橡胶的粘合高且稳定，可替代进口产品，促进金属制品行业的国产化进程，经济效益和社会效益显著。
(2)该水基润滑剂的制备工艺合理，操作性强，生产环境符合国家环保要求。
具体实施方式
首先对本发明各实施例采用的油性剂和极压剂作一些具体说明，所述的多元醇聚酯油性剂和含磷极压剂是采用下述制备方法得到的：
若二元酸是二聚酸，则将二元酸、多元醇、催化剂加入酯化釜中，在减压条件下于210～220℃反应4hr，过滤除去催化剂，检验产品酸值＜10mg/gKOH合格；若二元酸是短链二元酸，先将二元酸、多元醇、催化剂加入酯化釜中，在减压条件下于160～170℃反应1～1.5hr，然后再加入高级脂肪酸，升温至210～220℃减压反应4hr，过滤除去催化剂，检验产品酸值＜10mg/gKOH合格，即制得多元醇聚酯油性剂。
将含羟基的表面活性剂投入反应釜中(带夹套冷却水)，然后在小于40℃下分批缓慢加入P2O5，全部加完后，升温至70～80℃，反应4～5hr，检测游离磷酸含量＜1％合格，加入有机胺中和即制得含磷极压剂。
高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂的制备方法为：将油性剂与含磷极压剂、乳化剂升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入防腐防锈剂、防霉剂、消泡剂等，搅拌均匀即得产品。
实施例1
分别按表1中的各组分含量，将二聚酸乙二醇酯、椰油酸二乙醇酰胺磷酸酯三乙醇胺盐、油酸乙醇胺盐和C12-14醇聚氧乙烯醚(3)混合，升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入5-甲基苯并三氮唑、磷酸乙二胺盐、六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪和硅消泡剂，搅拌均匀即得产品。
表1
组分 含量(重量百分数％)
二聚酸乙二醇酯 15.0
椰油酸二乙醇酰胺磷酸酯三乙醇胺盐 10.0
油酸乙醇胺盐 4.5
C<sub>12-14</sub>醇聚氧乙烯醚(3) 1.5
5-甲基苯并三氮唑 0.7
磷酸乙二胺盐 1.5
六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪 1.5
硅消泡剂 0.15
水 余量
本实施例的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，用于晶硅片切割钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：82A电镀黄铜钢丝
进线直径：0.91mm
成品丝直径：0.12mm
润滑剂使用浓度(wt％)：6.0～8.0
拉拔速度(m/s)：10～14
成品钢丝表面清洁，满盘率高，断丝率低。
实施例2
分别按表2中的各组分含量，将二聚酸乙二醇酯、椰油酸二乙醇酰胺磷酸酯乙二胺盐、油酸乙醇胺盐和C12-14醇聚氧乙烯醚(3)混合，升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入5-甲基苯并三氮唑、磷酸三乙醇胺盐、六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和硅消泡剂，搅拌均匀即得产品。
表2
组分 含量(重量百分数％)
二聚酸乙二醇酯 12.5
椰油酸二乙醇酰胺磷酸酯乙二胺盐 9.0
油酸乙醇胺盐 4.5
C<sub>12-14</sub>醇聚氧乙烯醚(3) 1.5
5-甲基苯并三氮唑 0.7
磷酸三乙醇胺盐 1.8
六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪 1.2
2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮 0.3
硅消泡剂 0.15
水 余量
本实施例的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，用于晶硅片切割钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：82A电镀黄铜钢丝
进线直径：0.85mm
成品丝直径：0.10mm
润滑剂使用浓度(wt％)：6.0～8.0
拉拔速度(m/s)：10～14
成品钢丝表面清洁，满盘率高，断丝率低。
实施例3
分别按表3中的各组分含量，将二聚酸乙二醇酯、油酸二乙醇酰胺磷酸酯十二胺盐、油酸乙醇胺盐和C12-14醇聚氧乙烯醚(3)混合，升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入5-甲基苯并三氮唑、磷酸乙二胺盐、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和硅消泡剂，搅拌均匀即得产品。
表3
本实施例的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，用于晶硅片切割钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：92A电镀黄铜钢丝
进线直径：0.85mm
成品丝直径：0.10mm
润滑剂使用浓度(wt％)：8.0～10.0
拉拔速度(m/s)：8～12
成品钢丝表面清洁，满盘率高，断丝率低。
实施例4
分别按表4中的各组分含量，将季戊四醇己二酸油酸复合酯、油酸二乙醇酰胺磷酸酯十二胺盐、油酸乙醇胺盐和C12-14醇聚氧乙烯醚(3)混合，升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入5-甲基苯并三氮唑、磷酸乙二胺盐、六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和硅消泡剂，搅拌均匀即得产品。
表4
本实施例的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，用于晶硅片切割钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：92A电镀黄铜钢丝
进线直径：0.85mm
成品丝直径：0.10mm
润滑剂使用浓度(wt％)：8.0～10.0
拉拔速度(m/s)：8～12
成品钢丝表面清洁，满盘率高，断丝率低。
实施例5
分别按表5中的各组分含量，将二聚酸乙二醇酯、C12-14醇磷酸酯十二胺盐、油酸乙醇胺盐和椰油酸二乙醇酰胺混合，升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入5-甲基苯并三氮唑、磷酸乙二胺盐、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和硅消泡剂，搅拌均匀即得产品。
表5
本实施例的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，用于高强钢帘线用钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：82A电镀黄铜钢丝
进线直径：1.90mm
成品丝直径：0.35mm
润滑剂使用浓度(wt％)：8.0～12.0
拉拔速度(m/s)：8～12
钢丝捻成3×0.20+6×0.35HT的钢帘线，与橡胶的抽出力：1494N/根，明显高于标准值(≥1100N/根)。
实施例6
分别按表6中的各组分含量，将季戊四醇己二酸油酸复合酯、C12-14醇磷酸酯十二胺盐、油酸乙醇胺盐和椰油酸二乙醇酰胺混合，升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入5-甲基苯并三氮唑、磷酸乙二胺盐、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和硅消泡剂，搅拌均匀即得产品。
表6
本实施例的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，用于高强钢帘线用钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：82A电镀黄铜钢丝
进线直径：1.90mm
成品丝直径：0.35mm
润滑剂使用浓度(wt％)：8.0～12.0
拉拔速度(m/s)：8～12
钢丝捻成3×0.20+6×0.35HT的钢帘线，与橡胶的抽出力：1337N/根，明显高于标准值(≥1100N/根)。
实施例7
分别按表7中的各组分含量，将二聚酸乙二醇酯、C12-14醇磷酸酯乙二胺盐、油酸乙醇胺盐和椰油酸二乙醇酰胺混合，升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入5-甲基苯并三氮唑、磷酸三乙醇胺盐、六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和硅消泡剂，搅拌均匀即得产品。
表7
组分 含量(重量百分数％)
二聚酸乙二醇酯 15.0
C<sub>12-14</sub>醇磷酸酯乙二胺盐 9.0
油酸乙醇胺盐 4.0
椰油酸二乙醇酰胺 1.5
5-甲基苯并三氮唑 0.5
磷酸三乙醇胺盐 1.0
六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪 1.2
2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮 0.3
硅消泡剂 0.1
水 余量
本实施例的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，用于高强钢帘线用钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：82A电镀黄铜钢丝
进线直径：1.48mm
成品丝直径：0.25mm
润滑剂使用浓度(wt％)：8.0～12.0
拉拔速度(m/s)：10～14
钢丝捻成2+2×0.25HT的钢帘线，与橡胶的抽出力：425.3N/根，明显高于标准值(≥392N/根)。
实施例8
分别按表8中的各组分含量，将二聚酸乙二醇酯、C12-14醇聚氧乙烯醚(3)磷酸酯三乙醇胺盐、油酸乙醇胺盐和椰油酸二乙醇酰胺混合，升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入5-甲基苯并三氮唑、磷酸乙二胺盐、六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪和硅消泡剂，搅拌均匀即得产品。
表8
组分 含量(重量百分数％)
二聚酸乙二醇酯 12.5
C<sub>12-14</sub>醇聚氧乙烯醚(3)磷酸酯三乙醇胺盐 10.0
油酸乙醇胺盐 4.0
椰油酸二乙醇酰胺 1.5
5-甲基苯并三氮唑 0.5
磷酸乙二胺盐 1.2
六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪 1.5
硅消泡剂 0.1
水 余量
本实施例的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，用于钢帘线钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：72A电镀黄铜钢丝
进线直径：1.30mm
成品丝直径：0.22mm
润滑剂使用浓度(wt％)：8.0～10.0
拉拔速度(m/s)：12～18
钢丝捻成3+9+15×0.22+0.15的钢帘线，与橡胶的抽出力：1568N/根，明显高于标准值(≥1400N/根)。

Claims (4)

1.一种高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，其特征在于：按重量百分比计其组成为：
油性剂 10.0～20.0%
含磷极压剂 8.0～15.0%
乳化剂 5.0～8.0%
防腐防锈剂 1.0～3.0%
防霉剂 1.0～2.0%
消泡剂 0.1～0.2%
水 余量；
所述的油性剂是由二元酸和多元醇在催化剂条件下发生酯化反应合成得到的分子量为2000～3000的多元醇聚酯，所述的多元醇聚酯选自二聚酸乙二醇酯、二聚酸新戊二醇酯、三羟甲基丙烷二元酸脂肪酸复合酯或季戊四醇二元酸脂肪酸复合酯；所述的含磷极压剂为有机磷酸酯胺盐；所述的有机磷酸酯胺盐为烷基磷酸酯胺盐、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯胺盐、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯胺盐、脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯胺盐、脂肪胺聚氧乙烯醚磷酸酯胺盐或脂肪酸烷醇酰胺磷酸酯胺盐。
2.根据权利要求1所述的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，其特征在于：所述的酯化反应产物其端羟基用十二酸、十六酸、油酸或硬脂酸进行酯化闭合。
3.根据权利要求1所述的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂，其特征在于：所述的乳化剂为高级脂肪酸碱金属盐，长链硫酸酯盐，长链磺酸盐，脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪酸聚氧乙烯醚，脂肪酸聚乙二醇酯，甘油、山梨糖醇酐、季戊四醇、蔗糖的部分脂肪酸酯，脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸二乙醇酰胺中的两种或两种以上的混合物；所述的防腐防锈剂为苯并三氮唑、5-甲基苯并三氮唑、磷酸盐、硼酸盐、石油磺酸盐、钼酸盐、二元酸、多元酸中的两种或两种以上的混合物；所述的防霉剂为六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲基-1,2-苯并异噻唑-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮中的一种或两种的混合物。
4.权利要求1-3任一项所述的高强镀黄铜钢丝拉拔润滑剂的制备方法，其特征在于：将油性剂与含磷极压剂、乳化剂升温至100～120℃，在不断搅拌下加入90～100℃的水，然后冷却到40℃以下，再加入防腐防锈剂、防霉剂、消泡剂，搅拌均匀即得产品。
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