CN106497667A - 一种水基切削液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种水基切削液及其制备方法。本申请的水基切削液包括以下组分：18‑25重量份的醇胺或酰胺、15‑25重量份的有机酸，15‑25重量份的无机酸或无机酸盐、15‑22重量份的非离子型表面活性剂、0.2‑0.4重量份的纳米银、1‑3重量份的聚乙二醇200‑400或0.3‑0.6重量份的纳米二氧化硅以及15‑30重量份的去离子水。本申请的水基切削液润滑、冷却、清洗、防锈性能均较好，且不添加任何杀菌防腐剂，对环境友好。

Description

一种水基切削液及其制备方法
技术领域
本申请涉及金属加工领域，特别是一种水基切削液及其制备方法。
背景技术
金属切削液是指用于金属切削加工的冷却润滑液。金属切削液作为机械加工重要的配套材料，是大多数加工中不可缺少的生产要素之一，主要通过冷却、润滑、清洗和防锈等作用，改善工件表面质量，提高加工精度，延长刀具寿命，提高工件表面的防蚀能力。
随着水基金属加工液的普及，产品废液的排放已成为金属加工厂急待解决的问题，阻碍了制造业的绿色化。据不完全统计，中国大陆地区仅机械制造业废切削液的日排量已达2亿多吨。到目前为止，包括进口产品在内的所有金属加工液的废液都未能达到国家规定的排放标准。由于国家非常重视环境保护，提出了清洁生产、节能减排、低碳等，促使了当前金属加工液朝着环保、节能、高效、通用的方向发展。在国内，目前水基切削液与油基切削液实用性能差距还比较大，如油基切削液在刀具耐用度，工件尺寸精度、表面粗糙度和防锈、防止机床油漆剥落，使用维护、管理及废液处理等方面要优于水基切削液。而作为消耗量不断增加的水基全合成切削液、微乳切削液、乳化切削液等水基切削油，它们又具有各自的性能特点，如全合成切削液在储存与使用稳定性、冷却性、清洗性、抗硬水性、抗菌性等方面优于乳化型和微乳型切削液，但在润滑性、防锈性、对机床油漆侵蚀性、对操作者皮肤损害，以及废液处理方面却处于劣势。
虽然3种水基加工液各有优缺点，但就综合性能而言，水基切削液最好，因此研究一种环保的高性能水基切削液已成为业内关注的焦点。
发明内容
本申请的一个目的是提供一种水基切削液。
本申请的另一个目的是提供一种制备水基切削液的方法。
在一个方面，本申请的水基切削液包括以下组分：18-25重量份的醇胺或酰胺；15-25重量份的有机酸；15-25重量份的无机酸或无机酸盐；15-22重量份的非离子型表面活性剂；0.2-0.4重量份的纳米银；1-3重量份的聚乙二醇200-400或0.3-0.6重量份的纳米二氧化硅；以及15-30重量份的去离子水。
可选地，醇胺选自由三乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺组成的组。
可选地，无机酸选自硼酸；所述无机酸盐选自钼酸盐和硼酸盐。
可选地，有机酸选自癸二酸和油酸。
可选地，聚乙二醇200-400选自由聚乙二醇200、聚乙二醇300以及聚乙二醇400组成的组。
可选地，纳米银可以是纳米银颗粒，平均粒径可以在约5nm-10nm的范围内。
可选地，纳米二氧化硅可以是纳米二氧化硅颗粒，平均粒径可以在约5nm-10nm的范围内。
可选地，非离子型表面活性剂可以采用本领域常用的非离子型表面活性剂，如选自由吐温-80、司盘80以及高级脂肪醇聚氧乙烯醚组成的组。
可选地，本申请的水基切削液包括以下组分：19重量份的醇胺或酰胺、18重量份的有机酸，21重量份的无机酸或无机酸盐、18重量份的非离子型表面活性剂、0.3重量份的纳米银、2重量份的聚乙二醇300以及23重量份的去离子水。
在另一方面，本申请的水基切削液的制备方法包括下述步骤：使一部分醇胺或酰胺与无机酸或无机盐以重量比1:3进行第一反应得到酯化物；在含有去离子水的反应器中使另一部分醇胺或酰胺与有机酸以重量比2:3进行第二反应10-15分钟，然后加入所述酯化物，再依次加入非离子型表面活性剂、聚乙二醇200-400或纳米二氧化硅、纳米银混合反应25-30分钟，即得。
使用本申请的水基切削液时，将其与水按体积比3-5％稀释，用于工业切削和磨削等的润滑、冷却、清洗、防锈等。
本申请的水基切削液中添加的纳米银颗粒提高了切削液的抗菌防霉性能，保障切削液的润滑性能不会下降。本申请的水基切削液中添加的聚乙二醇200-400或纳米二氧化硅颗粒能够作为分散剂承载纳米银颗粒，从而保证纳米银的杀菌效果；同时本申请的水基切削液中添加的聚乙二醇200-400或纳米二氧化硅颗粒在有机相中具有良好的分散性和稳定性，在摩擦过程中可形成一层摩擦系数较低的薄膜，对摩擦表面进行一定程度的修补，且能够起到微轴承作用，提高承载能力，降低摩擦系数。
本申请的水基切削液具有诸多有益效果，如长寿命性，在不加杀菌剂的情况下，切削液使用寿命达到一年以上；良好的防锈、防腐性，对黑色金属和有色金属均具有防锈和防腐性能；良好的极压润滑性；优异的排油除污性；优异的消泡性；良好的金属屑沉降性；优异的润湿性；环境友好性，不含亚硝酸盐、酚、氯及重金属等有害物质，符合绿色环保要求；多功能性，可用于铸铁、碳钢、合金钢、铜、铝等多种金属的加工，满足机械制造厂的车、铣、钻、磨等多种加工工艺的要求；以及零排放性，即通过补加新液，可长期反复使用，无需排放。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在以下本申请的实施例中，所用的化学试剂均为市购获得的化学试剂。以下实施例中的纳米银和纳米二氧化硅为平均粒径在约5nm-10nm的范围内的纳米银颗粒和纳米二氧化硅颗粒。此外，如果没有具体说明，下述实施例中的化学反应所涉及的诸如温度和压力之类的反应条件对本领域技术人员都是常规的选择。
实施例1
向第一反应釜中加入18kg硼酸和6kg三乙醇胺进行第一反应得到三乙醇胺硼酸酯。向加入有23kg去离子水的第二反应釜中加入21kg癸二酸和14kg三乙醇胺进行第二反应15分钟得到癸二酸三乙醇胺盐，接着加入所得到的三乙醇胺硼酸酯，再依次加入16kg吐温-80、0.5kg纳米二氧化硅以及0.3kg纳米银混合反应30分钟，即得水基切削液。采用GB-T3142-1982润滑剂承载能力测定法(四球法)测得所得到的水基切削液的最大无卡咬负荷值PB为82kg、烧结负荷值PD为124kg。
实施例2
向第一反应釜中加入21kg硼酸和7kg三乙醇胺进行第一反应得到三乙醇胺硼酸酯。向加入有23kg去离子水的第二反应釜中加入18kg癸二酸和12kg三乙醇胺进行第二反应12分钟得到癸二酸三乙醇胺盐，接着加入所得到的三乙醇胺硼酸酯，再依次加入18kg吐温-80、2kg聚乙二醇300以及0.3kg纳米银混合反应30分钟，即得水基切削液。采用GB-T 3142-1982润滑剂承载能力测定法(四球法)测得所得到的水基切削液的最大无卡咬负荷值PB为90kg、烧结负荷值PD为124kg。
实施例3
向第一反应釜中加入24kg硼酸和8kg三乙醇胺进行第一反应得到三乙醇胺硼酸酯。向加入有24kg去离子水的第二反应釜中加入18kg癸二酸和12kg三乙醇胺进行第二反应10分钟得到癸二酸三乙醇胺盐，接着加入所得到的三乙醇胺硼酸酯，再依次加入15kg吐温-80、0.5kg纳米二氧化硅以及0.2kg纳米银混合反应30分钟，即得水基切削液。采用GB-T3142-1982润滑剂承载能力测定法(四球法)测得所得到的水基切削液的最大无卡咬负荷值PB为87kg、烧结负荷值PD为122kg。
实施例4
向第一反应釜中加入24kg硼酸和8kg三乙醇胺进行第一反应得到三乙醇胺硼酸酯。向加入有28kg去离子水的第二反应釜中加入15kg癸二酸和10kg三乙醇胺进行第二反应10分钟得到癸二酸三乙醇胺盐，接着加入所得到的三乙醇胺硼酸酯，再依次加入17kg吐温-80、0.6kg纳米二氧化硅以及0.3kg纳米银混合反应30分钟，即得水基切削液。采用GB-T3142-1982润滑剂承载能力测定法(四球法)测得所得到的水基切削液的最大无卡咬负荷值PB为83kg、烧结负荷值PD为118kg。
实施例5
向第一反应釜中加入21kg硼酸和7kg三乙醇胺进行第一反应得到三乙醇胺硼酸酯。向加入有25kg去离子水的第二反应釜中加入24kg癸二酸和16kg三乙醇胺进行第二反应10分钟得到癸二酸三乙醇胺盐，接着加入所得到的三乙醇胺硼酸酯，再依次加入15kg吐温-80、0.6kg纳米二氧化硅以及0.3kg纳米银混合反应30分钟，即得水基切削液。采用GB-T3142-1982润滑剂承载能力测定法(四球法)测得所得到的水基切削液的最大无卡咬负荷值PB为85kg、烧结负荷值PD为125kg。
本申请的水基切削液的最大无卡咬负荷值PB可达90kg、烧结负荷值PD可达126kg，这说明本申请的水基切削液兼具优异的润滑性和极压性。本申请各实施例制备得到的水基切削液在使用过程中金属未有生锈、变质现象，可持续使用一年以上。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种水基切削液，包括以下组分：18-25重量份的醇胺或酰胺；15-25重量份的有机酸；15-25重量份的无机酸或无机酸盐；15-22重量份的非离子型表面活性剂；0.2-0.4重量份的纳米银；1-3重量份的聚乙二醇200-400或0.3-0.6重量份的纳米二氧化硅；以及15-30重量份的去离子水。
2.根据权利要求1所述的水基切削液，其中所述醇胺选自由三乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺组成的组。
3.根据权利要求1所述的水基切削液，其中所述无机酸选自硼酸；所述无机酸盐选自钼酸盐和硼酸盐。
4.根据权利要求1所述的水基切削液，其中所述有机酸选自癸二酸和油酸。
5.根据权利要求1所述的水基切削液，其中所述非离子型表面活性剂选自由吐温-80、司盘-80和高级脂肪醇聚氧乙烯醚组成的组。
6.根据权利要求1所述的水基切削液，其中所述水基切削液包括以下组分：19重量份的醇胺或酰胺、18重量份的有机酸，21重量份的无机酸或无机酸盐、18重量份的非离子型表面活性剂、0.3重量份的纳米银、2重量份的聚乙二醇300以及23重量份的去离子水。
7.一种制备如权利要求1所述的水基切削液的方法，所述方法包括下述步骤：使一部分醇胺或酰胺与无机酸或无机盐以重量比1:3进行第一反应得到酯化物；在含有去离子水的反应器中使另一部分醇胺或酰胺与有机酸以重量比2:3进行第二反应10-15分钟，然后加入所述酯化物，再依次加入非离子型表面活性剂、聚乙二醇200-400或纳米二氧化硅、纳米银混合反应25-30分钟，即得。
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