CN108003994A - 一种环保型极压切削油及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保型极压切削油及其制备方法和应用，所述极压切削油的制备原料按质量百分含量包括如下组分：改性植物油80‑85％，含硫极压剂5‑12％，不含硫的聚合酯极压剂3‑8％，防锈剂0.2‑1.0％，抗烟雾剂0.5‑1.0％，抗氧剂0.2‑0.5％。本发明提供的环保型极压切削油有效提高了切削油的闪点，减少了高速切削加工时的油雾，还添加了具有良好降解和切削加工性能的不含硫的聚合酯同时与含硫极压剂复配，替代传统的对环境污染较大的氯化石蜡极压剂，减少了环境污染。

Description

一种环保型极压切削油及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于切削油领域，涉及一种环保型极压切削油及其制备方法和应用。
背景技术
极压切削油通常是由基础油添加多种功能添加剂调和而成，使其具有良好的极压、润滑和防锈等功能，可满足黑色金属或有色金属的切削、拉削和攻丝等工艺加工。
目前机械加工业使用的极压切削油通常存在以下问题：一是采用矿物油作为基础油，但矿物油的生物降解率低，同时在使用低粘度的切削油时，会出现烟雾大，严重污染加工环境等问题；二是氯化石蜡的广泛使用，氯化石蜡由于具有较高的切削加工性能和价格优势，目前仍然是极压切削油中普遍应用的极压添加剂。但是氯化石蜡容易降解产生氯化氢，并且采用焚烧法处理废油时，经常由于焚烧的温度不够高而产生致癌物二恶英，这对环境和水生物的危害极大。
目前对极压切削油配方技术的改进考虑到性价比、成本等因素，大多只能解决含氯化石蜡、含磷或使用矿物油中的某一个或两个不足之处，而不能全部兼顾。比如，CN1749378A中提及了采用含硫剂替代氯化石蜡的方法，但并未提及基础油的解决办法；在CN105238523A中虽然提及了使用植物油替代部分矿物油的办法，但同时使用了含氯化石蜡和含磷酸酯的极压剂组分，仍然未解决氯化石蜡污染环境等问题；而在CN106560507A中虽然使用改性菜籽油作为基础油，但却添加了降解性能不佳并且污染水体的磷酸酯作为极压抗磨添加剂使用。因此，开发一种可以同时解决含氯化石蜡、含磷和使用矿物油等问题的切削油是非常必要的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种环保型极压切削油及其制备方法和应用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种极压切削油，所述极压切削油的制备原料按质量百分含量包括如下组分：
在本发明中，采用改性植物油替代矿物油，解决了矿物油生物降解率低的问题，同时增加了基础油的低温流动性和氧化稳定性，这样在一定程度上提高了切削油的抗烟雾能力。在本发明中，还添加了含硫极压剂与不含硫的聚合酯极压剂配合使用，二者协同增效，在达到含氯、磷的切削油的技术水平的同时避免了因氯化石蜡容易降解产生氯化氢并且可能产生二恶英，且含磷有机物容易污染水体等问题，本发明提供的所述极压切削油同时解决了含氯化石蜡、含磷和使用矿物油的问题，极大程度的避免了环境污染，绿色环保。
在本发明中，所述改性植物油的质量百分含量为80-85％，例如80％、81％、82％、83％、84％、85％等。
优选地，所述改性植物油由对环氧菜籽油和/或环氧豆油进行改性得到。
优选地，所述改性植物油为利用乙醇和/或辛醇进行改性的改性植物油。
植物油具有生物降解性能良好、粘温性能良好和价格适中等优点，但其氧化稳定性和低温流动性较差，限制了其作为基础油的使用。在本发明中，利用乙醇和/或辛醇对植物油进行改性，改善了植物油的氧化稳定性和低温流动性，使其可以作为优异的基础油使用。
在本发明中，所述含硫极压剂的质量百分含量为5-12％，例如5％、6％、7％、10％、11％、12％等。
优选地，所述含硫极压剂为硫化脂肪酸酯、硫化烯烃或二苄基二硫化物中的一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述不含硫的聚合酯极压剂的质量百分含量为3-8％，例如3％、4％、5％、6％、7％、8％等。
优选地，所述不含硫的聚合酯极压剂是油溶性聚合酯。
优选地，所述油溶性聚合酯的分子量为12000-25000，例如12000、15000、18000、20000、25000等。
在本发明中，所述防锈剂的质量百分含量为0.2-1.0％，例如0.2％、0.5％、0.7％、0.8％、1.0％等。
优选地，所述防锈剂为磺酸盐、脂肪酸酰胺或氨基酸衍生物中一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述抗烟雾剂的质量百分含量为0.5-1.0％，例如0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、1.0％等。
优选地，所述抗烟雾剂是分子量为100000的聚异丁烯。
在本发明中，所述抗氧剂的质量百分含量为0.2-0.5％，例如0.2％、0.3％、0.4％、0.5％等。
优选地，所述抗氧剂为二烷基二苯胺和/或2,6-二叔丁基酚的衍生物。
第二方面，本发明提供了如上所述的极压切削油的制备方法，所述制备方法为：
(1)制备改性植物油；
(2)将含硫极压剂、不含硫的聚合酯极压剂、防锈剂、抗烟雾剂和抗氧剂加入改性植物油中，混合均匀，得到所述极压切削油。
本发明提供的如上所述的极压切削油的制备方法工艺简单易行，并且经由乙醇和/或辛醇改性的植物油改善了植物油的低温流动性，且增加了植物油的氧化稳定性，这对提高极压切削油的抗烟雾能力，改善加工环境是有益的。
优选地，步骤(1)所述制备改性植物油的方法为：将植物油加入乙醇和/或辛醇中反应、提纯，得到所述改性植物油。
优选地，所述反应的温度为40-60℃，例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等。
优选地，所述反应的时间为3小时。
优选地，步骤(2)所述改性植物油的温度为60-65℃，例如60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃等。
优选地，步骤(2)所述混合在调和釜中进行。
其中，在本发明中，所述的混合均匀指的是在混合过程中达到透明无固体颗粒即可。
第三方面，本发明提供了如上所述的极压切削油在金属切削加工中的应用。
本发明提供的极压切削油在应用于金属切削加工中时，具有更好的切削加工、抗烟雾等性能。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的极压切削油采用改性植物油作为基础油，在保留植物油生物降解优点的同时又通过化学改性解决了植物油氧化稳定性差的问题，相对于采用矿物油作为基础油的极压切削油，本发明所述的极压切削油提高了生物降解性，同时延长了使用寿命。并且本发明所述的极压切削油闪点较高，减少了加工时的烟雾，改善了加工环境。相比矿物油基切削油，倾点较低，有效解决了低温储存的问题。
本发明所述的极压切削油采用含硫极压剂和不含硫的聚合酯极压剂复配使用，既很好的取代了氯化石蜡的切削加工性能，又不至于引入污染水体的磷酸酯，从而使其具有良好的生物降解性能。并且避免了在高速切削加工过程中氯化物高温分解产生氯化氢腐蚀工件、机床和刀具的问题，同时也避免了处理废油时可能产生的强致癌物二恶英的问题，不含磷系添加剂，避免了可能出现的水体污染。
本发明所述的制备方法工艺简单易行。
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。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供的极压切削油的制备原料按质量百分含量包括如下组分：
其中，改性植物油为乙醇改性环氧菜籽油；含硫极压剂为硫化脂肪酸酯和硫化烯烃的组合物，二者添加的质量比为1:1；不含硫的聚合酯极压剂为分子量为12000的聚合酯；防锈剂为磺酸钙；抗氧剂为二烷基二苯胺和2,6-二叔丁基苯酚的组合物，二者添加的质量比为2:3。
制备方法如下：
(1)将环氧菜籽油缓慢加入乙醇中反应3小时，反应温度为50℃，提纯，得到改性植物油。
(2)将改性植物油加入调和釜中，升温至65℃，接着在调和釜中加入含硫极压剂、不含硫的聚合酯极压剂、防锈剂、抗烟雾剂和抗氧剂，搅拌，混合均匀透明，得到极压切削油。
实施例2
本实施例提供的极压切削油的制备原料按质量百分含量包括如下组分：
其中，改性植物油为辛醇改性环氧菜籽油；含硫极压剂为硫化脂肪酸酯和硫化烯烃的组合物，二者添加的质量比为3:5；不含硫的聚合酯极压剂为分子量为25000的聚合酯；防锈剂为脂肪酸酰胺；抗氧剂为二烷基二苯胺和2,6-二叔丁基苯酚的组合物，二者添加的质量比为1:5。
制备方法如下：
(1)将环氧菜籽油缓慢加入辛醇中反应3小时，反应温度为60℃，提纯，得到改性植物油。
(2)将改性植物油加入调和釜中，升温至60℃，接着在调和釜中加入含硫极压剂、不含硫的聚合酯极压剂、防锈剂、抗烟雾剂和抗氧剂，搅拌，混合均匀透明，得到极压切削油。
实施例3
本实施例提供的极压切削油的制备原料按质量百分含量包括如下组分：
其中，改性植物油为乙醇改性环氧菜籽油和辛醇改性环氧菜籽油的组合物，二者添加的质量比为42:41；含硫极压剂为硫化脂肪酸酯和硫化烯烃的组合物，二者添加的质量比为1:1；不含硫的聚合酯极压剂为分子量为18000的聚合酯；防锈剂为磺酸钙；抗氧剂为二烷基二苯胺。
制备方法如下：
(1)将环氧菜籽油缓慢加入乙醇中反应3小时，反应温度为40℃，提纯，得到乙醇改性环氧菜籽油；将环氧菜籽油缓慢加入辛醇中反应3小时，反应温度为40℃，提纯，得到辛醇改性环氧菜籽油。
(2)将改性植物油加入调和釜中，升温至62℃，接着在调和釜中加入含硫极压剂、不含硫的聚合酯极压剂、防锈剂、抗烟雾剂和抗氧剂，搅拌，混合均匀透明，得到极压切削油。
实施例4
本实施例提供的极压切削油的制备原料按质量百分含量包括如下组分：
其中，改性植物油为乙醇改性环氧豆油；含硫极压剂为硫化脂肪酸酯、硫化烯烃和二苄基二硫化物的组合物，三者添加的质量比为1:1:1；不含硫的聚合酯极压剂为分子量为15000的聚合酯；防锈剂为氨基酸衍生物；抗氧剂为二烷基二苯胺。
制备方法如下：
(1)将环氧豆油缓慢加入乙醇中反应3小时，反应温度为45℃，提纯，得到改性植物油。
(2)将改性植物油加入调和釜中，升温至63℃，接着在调和釜中加入含硫极压剂、不含硫的聚合酯极压剂、防锈剂、抗烟雾剂和抗氧剂，搅拌，混合均匀透明，得到极压切削油。
实施例5
本实施例提供的极压切削油的制备原料按质量百分含量包括如下组分：
其中，改性植物油为辛醇改性环氧豆油；含硫极压剂为硫化烯烃；不含硫的聚合酯极压剂为分子量为18000的聚合酯；防锈剂为脂肪酸酰胺；抗氧剂为二烷基二苯胺。
制备方法如下：
(1)将环氧豆油缓慢加入辛醇中反应3小时，反应温度为55℃，提纯，得到改性植物油。
(2)将改性植物油加入调和釜中，升温至61℃，接着在调和釜中加入含硫极压剂、不含硫的聚合酯极压剂、防锈剂、抗烟雾剂和抗氧剂，搅拌，混合均匀透明，得到极压切削油。
实施例6
本实施例提供的极压切削油的制备原料按质量百分含量包括如下组分：
其中，改性植物油为乙醇改性环氧豆油和辛醇改性环氧豆油的组合物，二者添加的质量比为42:43；含硫极压剂为硫化脂肪酸酯；不含硫的聚合酯极压剂为分子量为21000的聚合酯；防锈剂为磺酸钙；抗氧剂为二烷基二苯胺。
制备方法如下：
(1)将环氧豆油缓慢加入乙醇中反应3小时，反应温度为40℃，提纯，得到乙醇改性环氧豆油；将环氧豆油缓慢加入辛醇中反应3小时，反应温度为40℃，提纯，得到辛醇改性环氧豆油。
(2)将改性植物油加入调和釜中，升温至62℃，接着在调和釜中加入含硫极压剂、不含硫的聚合酯极压剂、防锈剂、抗烟雾剂和抗氧剂，搅拌，混合均匀透明，得到极压切削油。
对比改性环氧菜籽油前后的性能，以实施例1-2提供的改性环氧菜籽油与环氧菜籽油做对比，结果见表1：
表1
由表可以看出本发明所述的改性植物油改善了植物油的低温流动性，并且提高了氧化稳定性，这对提高极压切削油的抗烟雾能力，改善加工环境是有益的。
对比例1
与实施例1的区别仅在于本对比例添加的基础油为75SN矿物油。
对比例2
与实施例1的区别仅在于本对比例添加的基础油为实施例1中未经乙醇改性的环氧菜籽油。
对比例3
与实施例1的区别仅在于本对比例没有添加不含硫的聚合酯极压剂，而含硫极压剂的添加量为实施例1中不含硫的聚合酯极压剂和含硫极压剂的添加量之和，即本对比例中，含硫极压剂的添加量为18％。
对比例4
与实施例1的区别仅在于本对比例没有添加含硫极压剂，而不含硫的聚合酯极压剂的添加量为实施例1中不含硫的聚合酯极压剂和含硫极压剂的添加量之和，即本对比例中，不含硫的聚合酯极压剂的添加量为18％。
观察实施例1-6和对比例1-4提供的极压切削油的外观以及测试实施例1-6和对比例1-4提供的极压切削油的理化性能，测试结果见表2：
表2
从表2给出的试验数据可以看出，采用改性植物油制备得到的极压切削油的闪点、最大无卡咬负荷、倾点和攻丝扭矩效率均优于采用75SN矿物油制备得到的对比例1的样品，这说明相比矿物油制备得到的产品，本发明提供的极压切削油具有更好的切削加工、低温储存、抗烟雾倾向的特点，是一款性能优异的环保型极压切削油产品。并且由实施例1和对比例2-3的对比可知，采用不含硫的聚合酯极压剂和含硫极压剂配合使用，二者协同增效，所得到的极压切削油的性能优于对比例2-3提供的极压切削油的性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种环保型极压切削油及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。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 (10)

1.一种极压切削油，其特征在于，所述极压切削油的制备原料按质量百分含量包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的极压切削油，其特征在于，所述改性植物油由对环氧菜籽油和/或环氧豆油进行改性得到；
优选地，所述改性植物油为利用乙醇和/或辛醇进行改性的改性植物油。
3.根据权利要求1或2所述的极压切削油，其特征在于，所述含硫极压剂为硫化脂肪酸酯、硫化烯烃或二苄基二硫化物中的一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的极压切削油，其特征在于，所述不含硫的聚合酯极压剂为油溶性聚合酯；
优选地，所述油溶性聚合酯的分子量为12000-25000。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的极压切削油，其特征在于，所述防锈剂为磺酸盐、脂肪酸酰胺或氨基酸衍生物中一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的极压切削油，其特征在于，所述抗烟雾剂为分子量为100000的聚异丁烯。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的极压切削油，其特征在于，所述抗氧剂为二烷基二苯胺和/或2,6-二叔丁基酚的衍生物。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的极压切削油的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
(1)制备改性植物油；
(2)将含硫极压剂、不含硫的聚合酯极压剂、防锈剂、抗烟雾剂和抗氧剂加入改性植物油中，混合均匀，得到所述极压切削油。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述制备改性植物油的方法为：将植物油加入乙醇和/或辛醇中反应、提纯，得到所述改性植物油；
优选地，所述反应的温度为40-60℃；
优选地，所述反应的时间为3小时；
优选地，步骤(2)所述改性植物油的温度为60-65℃；
优选地，步骤(2)所述混合在调和釜中进行。
10.根据权利要求1-7中的任一项所述的极压切削油在金属切削加工中的应用。
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