CN106635359B - 一种含纳米SiO2的水基轧制液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含纳米SiO2的水基轧制液及其制备方法，属于工艺润滑技术领域。本发明选择纳米二氧化硅粒子作为润滑添加剂，用15％氨水溶液清洗进行预处理后加入分散剂聚乙二醇‑200中，60℃下搅拌，然后超声波分散制成纳米粒子分散液；将去离子水加热至30℃后保温5分钟，加入羟乙基纤维素，持续搅拌至溶液澄清透明后停止加热，降温至室温后依次加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇2000、三乙醇胺硼酸酯、水性钼，搅拌后将纳米粒子分散液加入，再搅拌5‑10分钟即得到该水基纳米轧制液。本发明产品使用简单、操作方便，具有良好的极压、润滑与抗磨性能，且具有一定的表面修复性能，轧后表面清净性良好、环境污染小、防锈周期长，可改善、替代传统金属加工业润滑油。

Description

一种含纳米SiO2的水基轧制液及其制备方法
技术领域
本发明涉及润滑技术领域，用于板带钢轧制过程中的工艺润滑。其具体是由纳米SiO2制成的极压抗磨性能好的水基轧制液及其制备方案。
背景技术
随着市场的发展，对轧制工艺润滑技术要求越来越高，同时随着环保的大力提倡，急需发展新型环保的加工工艺，传统的润滑油已不能满足日益提高的环保要求，且随着纳米粒子的兴起，新型的水基纳米润滑液得以开始研究，虽然纳米粒子的应用在轧制润滑领域的研究取得了一定的成果，但如何实现纳米粒子的稳定分散并同时保证轧制液具有高的极压润滑性能仍是亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的是选择具有高温稳定性、硬度较高的纳米二氧化硅粒子，以聚乙二醇-200为分散剂，通过化学分散方式与物理分散均匀的分散在水中，通过调整纳米粒子及其他添加剂的含量以适应不同轧制条件下的生产工艺。
一种含纳米SiO2的水基轧制液，其主要成分及质量百分比如下。
序号 组分名称 质量百分比％
1 纳米SiO<sub>2</sub> 0.1-2
2 聚乙二醇-200 0.1-2
3 聚乙二醇-2000 1-4
4 三乙醇胺硼酸酯 1-4
5 聚乙烯吡咯烷酮 0.1-2
6 羟乙基纤维素 0.05-1
7 水性钼 1-4
8 去离子水 82-92
制备步骤是
1)将纳米SiO2在15％氨水溶液中常温搅拌3-7分钟，之后在烘箱中烘干，将烘干后的纳米粒子放入聚乙二醇200的水溶液中，在55-65℃下搅拌15-30分钟，随后在频率为20-25KHz的超声波分散器中分散3-7分钟，制成纳米粒子分散液；
2)将去离子水加热至25-35℃后保温3-7分钟，在转速为80-100r/分钟的条件下缓慢加入羟乙基纤维素(切勿大批或把已结成块状和球状的羟乙基纤维素直接加入)，持续搅拌至溶液澄清透明后停止加热，降温至室温后依次缓慢加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇2000、三乙醇胺硼酸酯、水性钼，搅拌10-20分钟后将纳米粒子分散液加入，再搅拌5-10分钟即得到该水基纳米轧制液。
纳米SiO2比表面积大表面活性强，溶于水时表面易吸附大量羟基，因此用氨水对纳米粒子进行预处理，使其表面含有更多的羟基，由于氨水具有弱碱性，使得纳米粒子不与其发生反应。
添加剂聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇2000、三乙醇胺硼酸酯、水性钼，均易溶于水，具有良好的复配效果，且添加顺序可任意更换。聚乙烯吡咯烷酮易溶于水，具有成膜性及吸湿性，从而易于润滑膜的成型与铺展、聚乙二醇-2000表面含有大量羟基，易于吸附在金属表面，具有良好的润滑性能、三乙醇胺硼酸酯极易溶于水，分子内含有抗磨活性元素N及极压元素B，是良好的润滑剂与极压剂、水性钼具有极好的极压与润滑性能。
本发明各组分的选择原则是：纳米SiO2比表面积大表面活性强，溶于水时表面易吸附大量羟基，因此用氨水对纳米粒子进行预处理，使其表面含有更多的羟基，由于氨水具有弱碱性，使得纳米粒子不与其发生反应。聚乙二醇-200无毒，易溶于水，表面含有大量羟基，在60℃下聚乙二醇与纳米SiO2表面的羟基发生缩合反应，从而生成易溶于水的聚合物，且由于空间位阻作用，使得纳米粒子不易发生团聚，从而稳定分散于水中；羟乙基纤维素粘度较大，易溶于水，有良好的增稠效果；聚乙烯吡咯烷酮易溶于水，具有成膜性及吸湿性，从而易于润滑膜的成型与铺展；聚乙二醇-2000易溶于水，表面含有大量羟基，易于吸附在金属表面，具有良好的润滑性能；三乙醇胺硼酸酯极易溶于水，且由于分子内含有抗磨活性元素N及极压元素B，因此是良好的润滑剂与极压剂；水性钼具有极好的极压与润滑性能，由于这些添加剂均易溶于水且溶于有机物，同时均为非离子型化合物，因此彼此之间良好互配，从而形成性能良好的水基润滑剂。
该轧制液分散稳定性好，静置一周基本无沉淀，两周后有少量沉淀，但随着时间的延长沉淀量基本保持不变，轻轻摇晃后沉淀消失，不影响轧制液的使用。本发明制备的水基轧制液提高了极压抗磨与润滑性能，具有良好的表面修复功能，环境污染小，成本较低，使用方便。
具体实施方式
1、综合型
例1配方如下表
序号 组分名称 质量百分比/wt％
1 纳米SiO<sub>2</sub> 0.2
2 聚乙二醇200 0.2
3 聚乙二醇2000 2
4 三乙醇胺硼酸酯 2
5 聚乙烯吡咯烷酮 2
6 羟乙基纤维素 0.2
7 水性钼 3
8 去离子水 89.4
将纳米SiO2在15％氨水溶液中常温搅拌5分钟，之后在烘箱中50℃烘干，将烘干后的纳米粒子放入聚乙二醇-200的水溶液(50g)中，在60℃下搅拌20 分钟，随后在频率为20KHz的超声波分散器中分散5分钟，制成纳米粒子分散液；
将去离子水(50g)加热至30℃后保温5分钟，在转速为80r/min的条件下缓慢加入羟乙基纤维素(切勿大批或把已结成块状和球状的羟乙基纤维素直接加入)，持续搅拌至溶液澄清透明后停止加热，降温至室温后依次缓慢加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇-2000、三乙醇胺硼酸酯、水性钼，搅拌15分钟后将纳米粒子分散液加入，再搅拌5分钟即得到综合性能较好的水基轧制液。
该轧制液分散稳定性好，静置一周基本无沉淀，两周后有少量乳白色胶状沉淀，但随着时间的延长沉淀量基本保持不变，轧制液无分层，轻轻摇晃后沉淀消失，不影响轧制液的使用。
2、极压型
序号 组分名称 质量百分比/wt％
1 纳米SiO<sub>2</sub> 0.3
2 聚乙二醇200 0.3
3 聚乙二醇2000 2
4 三乙醇胺硼酸酯 3
5 聚乙烯吡咯烷酮 2
6 羟乙基纤维素 0.3
7 水性钼 4
8 去离子水 88.1
将纳米SiO2在15％氨水溶液中常温搅拌5分钟，之后在烘箱中50℃烘干，将烘干后的纳米粒子放入聚乙二醇-200的水溶液(50g)中，在60℃下搅拌30 分钟，随后超声分散10分钟，制成纳米粒子分散液；
将去离子水(50g)加热至30℃后保温5分钟，在转速为80r/min的条件下缓慢加入羟乙基纤维素(切勿大批或把已结成块状和球状的羟乙基纤维素直接加入)，持续搅拌至溶液澄清透明后停止加热，降温至室温后依次缓慢加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇-2000、三乙醇胺硼酸酯、水性钼，搅拌20分钟后将纳米粒子分散液加入，再搅拌10分钟即得到极压型水基轧制液。
该轧制液分散稳定性好，静置一周基本无沉淀，两周后有少量乳白色胶状沉淀，沉淀量与综合型相较较多，随着时间的延长沉淀量基本保持不变，轧制液无分层，轻轻摇晃后沉淀消失，不影响轧制液的使用。
3.减磨型
序号 组分名称 质量百分比/wt％
1 纳米SiO<sub>2</sub> 0.1
2 聚乙二醇200 0.1
3 聚乙二醇2000 3
4 三乙醇胺硼酸酯 2
5 聚乙烯吡咯烷酮 2
6 羟乙基纤维素 0.2
7 水性钼 3
8 去离子水 89.6
将纳米SiO2在氨水中常温搅拌5分钟，之后在烘箱中50℃烘干，将烘干后的纳米粒子放入聚乙二醇-200的水溶液(50g)中，在60℃下搅拌15分钟，随后超声分散5分钟，制成纳米粒子分散液；
将去离子水(50g)加热至30℃后保温5分钟，在转速为80r/min的条件下缓慢加入羟乙基纤维素(切勿大批或把已结成块状和球状的羟乙基纤维素直接加入)，持续搅拌至溶液澄清透明后停止加热，降温至室温后依次缓慢加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇-2000、三乙醇胺硼酸酯、水性钼，搅拌15分钟后将纳米粒子分散液加入，再搅拌5分钟即得到减磨型水基轧制液。
该轧制液分散稳定性好，静置一周基本无沉淀，两周后有少量乳白色胶状沉淀，沉淀量与综合型相较较少，随着时间的延长沉淀量基本保持不变，轧制液无分层，轻轻摇晃后沉淀消失，不影响轧制液的使用。
制得的产品性能指标如下：

Claims (1)

1.一种含纳米SiO2的水基轧制液，其特征在于所述含纳米SiO2的水基轧制液选择具有高温稳定性、硬度较高的纳米二氧化硅粒子，以聚乙二醇-200为分散剂，通过化学分散方式与物理分散均匀的分散在水中，通过调整纳米粒子及其他添加剂的含量以适应不同轧制条件下的生产工艺；
轧制液成分重量百分比：纳米二氧化硅：0.1-2％、聚乙二醇-200：0.1-2％、聚乙烯吡咯烷酮：0.1-2％、羟乙基纤维素:0.05-1％、聚乙二醇-2000：1-4％、三乙醇胺硼酸酯：1-4％、水性钼：1-4％、去离子水：82-92％；
所述的一种含纳米SiO2的水基轧制液的制备方法，制备步骤是:
1)将纳米SiO2在15％氨水溶液中常温搅拌3-7分钟，之后在烘箱中烘干，将烘干后的纳米粒子放入聚乙二醇200的水溶液中，在55-65℃下搅拌15-30分钟，随后在频率为20-25KHz的超声波分散器中分散3-7分钟，制成纳米粒子分散液；
2)将去离子水加热至25-35℃后保温3-7分钟，在转速为80-100r/分钟的条件下缓慢加入羟乙基纤维素，持续搅拌至溶液澄清透明后停止加热，降温至室温后依次缓慢加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇2000、三乙醇胺硼酸酯、水性钼，搅拌10-20分钟后将纳米粒子分散液加入，再搅拌5-10分钟即得到该水基纳米轧制液。
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