CN109575265A - 一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐及其合成方法 - Google Patents

一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐及其合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐及其合成方法，其是以聚醚胺和衣康酸为原料，加入适量催化剂，进行酰胺化反应，所得产物中再加入特种胺进行成盐反应，即获得目标产品。本发明所合成的水溶性聚醚酰胺羧酸盐具有水溶性好、润滑性好、泡沫小的特点，同时兼具消泡功能，可替代传统的顺式或反式聚醚用于金属加工液中，能够满足高压、高流量、高润滑的磨削加工要求。

Description

一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐及其合成 方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐的合成方法。
背景技术
随着21世纪金属切削加工向高速、强力和高精度的方向发展，现代苛刻的加工条件对切削液的质量提出了越来越高的要求。数控机床、机械加工中心和柔性制造系统等先进制造技术已逐渐推广应用，而先进制造技术和难加工材料的切削加工均离不开冷却润滑技术。因而，切削液显得越来越重要。
随着加工业的发展，现代化的磨床加工对切削液的泡沫要求越来越高。目前用于磨床加工的切削液主要是以全合成为主，用于全合成的润滑剂主要为聚醚，顺式聚醚以L62、L64为主，反式聚醚主要以1720、1740为主。这些聚醚在配合有机羧酸防锈剂一起使用时，对于压力小的磨削加工条件下泡沫可以满足要求，但是对于高压、高流量的磨削加工往往出现泡沫问题，如现场出现泡沫溢出储槽等情况，影响机加工的正常进行。一些润滑要求高的加工，纯聚醚全合成切削液的润滑性能无法满足机加工要求，需要往全合成切削液中添加酰胺、油酸盐、自乳化酯等润滑剂，这会进一步加大泡沫的产生。
发明内容
为了解决高压、高流量、高润滑的磨削加工要求，本发明提供了一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐及其合成方法，旨在使所得水溶性聚醚酰胺羧酸盐具有润滑好、泡沫小的特点，同时兼具消泡功能，使其可满足现代化的加工要求。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明首先公开了一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐的合成方法，其特点在于，包括如下步骤：
第一步、酰胺化反应
以聚醚胺和衣康酸为原料，加入适量催化剂，在氮气流量为5-10Nm3/h的环境下，100℃-140℃常压反应2-5小时，获得酰胺化产物；
所述聚醚胺与所述衣康酸的摩尔比为0.4-0.6:1；
所述聚醚胺结构式如下：
第二步、成盐反应
向第一步所得酰胺化产物中加入特种胺，在60℃-80℃条件下常压反应40分钟，即得最终产品水溶性聚醚酰胺羧酸盐；
所加入特种胺与第一步中聚醚胺的摩尔比为1-3:1。
进一步地：所述的聚醚胺的分子量不小于1400、不大于3000；所述的衣康酸的质量含量不低于98％；所述催化剂为质量含量不低于98％的对甲苯磺酸、质量含量不低于95％的多聚甲醛、或质量含量不低于90％的N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂；
进一步地：所述催化剂的添加量为原料总质量的0.1％-0.9％。
进一步地：所述特种胺为一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、甲基二乙醇胺、AMP95和二甘醇胺中的一种或两种。
本发明还公开了上述合成方法所获得的具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、相比于常规聚醚，本发明所合成的水溶性聚醚酰胺羧酸盐具有水溶性好、润滑性好、泡沫小的特点，同时兼具消泡功能，可替代传统的顺式或反式聚醚用于金属加工液中，能够满足高压、高流量、高润滑的磨削加工要求。
2、本发明选择高分子量的聚醚胺作为原料，相比于低分子量的聚醚胺，具有更好的润滑性和更低的泡沫；且本发明通过选择高分子量的聚醚胺与衣康酸进行酰胺化反应，得到聚醚酰胺羧酸，在聚醚两端镶上了羧酸基团，然后羧酸基团再与特种胺进行成盐反应，解决了高分子量聚醚胺在水中难溶解的问题。
3、本发明所选用的催化剂具有反应温度低、催化剂添加量少、反应时间短、酰胺化率高、催化效率高等特点。
4、本发明通过氮气流量的控制将反应产生的水带出，大大提高了酰胺化效率。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下述实施例所用衣康酸的质量含量为98.3％、所用对甲苯磺酸的质量含量为99％、所用多聚甲醛的质量含量为96.5％、所用N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂的质量含量为92％。
本发明一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐的合成方法中，第一步是酰胺化反应：以聚醚胺和衣康酸为原料，加入适量催化剂，在氮气流量为5-10Nm3/h的环境下，100℃-140℃常压反应2-5小时，获得酰胺化产物。首先通过正交化试验，研究在聚醚胺与衣康酸摩尔比1:2、氮气流量为5-10Nm3/h、催化剂为对甲苯磺酸条件下，聚醚胺分子量、催化剂添加量、反应时间、反应温度对酰胺化程度的影响，如表1所示。
表1、对甲苯磺酸为催化剂，聚醚胺与衣康酸酰胺化正交试验
由表1可知：
方案7：在聚醚胺与衣康酸摩尔比1:2、氮气流量为5-10Nm3/h、催化剂为对甲苯磺酸条件下，聚醚胺分子量为1400、催化剂添加量占原料总量的0.9％、反应2小时、反应温度为140℃时，所得酰胺化产物的酸值为44.9mgKOH/g，酰胺化度最高。
方案8：在聚醚胺与衣康酸摩尔比1:2、氮气流量为5-10Nm3/h、催化剂为对甲苯磺酸条件下，聚醚胺分子量为2000、催化剂添加量占原料总量的0.9％、反应3小时、反应温度为120℃时，所得酰胺化产物的酸值为50.3mgKOH/g，酰胺化度次之。
根据上述正交试验结果，本发明又利用多聚甲醛、N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，在聚醚胺与衣康酸摩尔比1:2、氮气流量为5-10Nm3/h条件下，进行了反应，结果分别如表2和表3所示：
表2、多聚甲醛为催化剂，聚醚胺与衣康酸酰胺化试验
表3、N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体为催化剂，聚醚胺与衣康酸酰胺化试验
通过表1-3，可以看出：不同催化剂在不同反应条件下聚醚胺和衣康酸都可以酰胺化，不同条件下的酰胺化程度不一样，优选方案7、8、10、11、12、13、14、15作为第一步酰胺化产物继续进行第二步成盐反应。
本发明一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐的合成方法中，第二步反应是成盐反应：在第一步酰胺化反应结束后将产物降温到60-80℃时，按照聚醚胺与特种胺的摩尔比为1:1-3，向第一步反应产物中加入特种胺，在60℃-80℃的条件下常压反应40分钟，结果如表4。
表4、第一步酰胺化产物与特种胺成盐反应
方案 时间(分钟) 特种胺 聚醚胺：特种胺 水溶解性
7 40 二异丙醇胺 1：3 水可溶
8 40 二异丙醇胺 1：3 水不溶
10 40 AMP95 1：2 水可溶
11 40 AMP95 1：2 水可溶
12 40 AMP95 1：2 水可溶
13 40 一异丙醇胺 1：1 水可溶
14 40 一异丙醇胺 1：1 水可溶
15 40 一异丙醇胺 1：1 水不溶
由表4可知：方案15所选用的聚醚胺分子量太大，与一异丙醇胺成盐反应后水不溶；方案8酰胺化后再成盐反应，所选用的特种胺在成盐反应后水不溶。因此优选方案7、10、11、12、13、14所得产物用水配置成5％水溶液进行性能测试：泡沫测试参考法国NF T60-185标准在常温下测试，PB值测试选用杠杆式四球机进行测试，铝的腐蚀性测试参考GB6144-2010标准中对铝的腐蚀性测试方法，见表5。
表5、所得产物性能测试
方案 循环60分钟达到的泡沫高度(mL) PB值(KG) 对铝的腐蚀性
7 1830 126 A级无腐蚀
10 1650 114 B级轻微失光
11 1150 132 B级轻微失光
12 1100 170 B级轻微失光
13 1750 126 A级无腐蚀
14 1100 160 A级无腐蚀
由表5可知：选用分子量3000的聚醚胺合成的产物泡沫最低、PB值最高，但是水溶性略差，对铝有轻微失光；分子量2000的聚醚胺合成的产物泡沫低、PB值高；选用不同特种胺进行成盐反应后水溶性好，选用的部分特种胺成盐后对铝有轻微失光腐蚀。根据加工材质、润滑要求、泡沫要求不同，可以选择不同分子量的聚醚胺和特种胺进行酰胺化、成盐反应。
上述方案7、10、11、12、13、14的具体实施方式依次参见下述实施例1-6。
实施例1
称取140g分子量1400聚醚胺加入平底烧瓶中，边搅拌边加入26g衣康酸，搅拌均匀后加入1.494g对甲苯磺酸催化剂，边搅拌边加热，氮气流量为5-10Nm3/h，控制温度为140℃，反应2小时，即得酰胺化产物，酰胺化产物酸值为44.9mg KOH/g；
当酰胺化产物降温到60-80℃时，往酰胺化产物中加入33.9g二异丙醇胺，在60-80℃条件下常压反应40分钟，即得最终产品。
实施例2
称取140g分子量1400聚醚胺加入平底烧瓶中，边搅拌边加入26g衣康酸，搅拌均匀后加入1.494g多聚甲醛催化剂，边搅拌边加热，氮气流量为5-10Nm3/h，控制温度为100℃，反应2小时，即得酰胺化产物，酰胺化产物酸值为45.7mg KOH/g；
当酰胺化产物降温到60-80℃时，往酰胺化产物中加入17.8g AMP95，在60-80℃条件下常压反应40分钟，即得最终产品。
实施例3
称取200g分子量2000聚醚胺加入平底烧瓶中，边搅拌边加入26g衣康酸，搅拌均匀后加入2.034g多聚甲醛催化剂，边搅拌边加热，氮气流量为5-10Nm3/h，控制温度为120℃，反应3小时，即得酰胺化产物，酰胺化产物酸值为50.9mg KOH/g；
当酰胺化产物降温到60-80℃时，往酰胺化产物中加入17.8g AMP95，在60-80℃条件下常压反应40分钟，即得最终产品。
实施例4
称取300g分子量3000聚醚胺加入平底烧瓶中，边搅拌边加入26g衣康酸，搅拌均匀后加入2.934g多聚甲醛催化剂，边搅拌边加热，氮气流量为5-10Nm3/h，控制温度为140℃，反应5小时，即得酰胺化产物，酰胺化产物酸值为55.4mg KOH/g；
当酰胺化产物降温到60-80℃时，往酰胺化产物中加入17.8g AMP95，在60-80℃条件下常压反应40分钟，即得最终产品。
实施例5
称取140g分子量1400聚醚胺加入平底烧瓶中，边搅拌边加入26g衣康酸，搅拌均匀后加入1.494g N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，边搅拌边加热，氮气流量为5-10Nm3/h，控制温度为100℃，反应2小时，即得酰胺化产物，酰胺化产物酸值为42.7mgKOH/g；
当酰胺化产物降温到60-80℃时，往酰胺化产物中加入7.5g一异丙醇胺，在60-80℃条件下常压反应40分钟，即得最终产品。
实施例6
称取200g分子量2000聚醚胺加入平底烧瓶中，边搅拌边加入26g衣康酸，搅拌均匀后加入2.034g N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，边搅拌边加热，氮气流量为5-10Nm3/h，控制温度为120℃，反应2小时，即得酰胺化产物，酰胺化产物酸值为49.8mgKOH/g；
当酰胺化产物降温到60-80℃时，往酰胺化产物中加入7.5g一异丙醇胺，在60-80℃条件下常压反应40分钟，即得最终产品。

Claims (5)

1.一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、酰胺化反应
以聚醚胺和衣康酸为原料，加入适量催化剂，在氮气流量为5-10Nm3/h的环境下，100℃-140℃常压反应2-5小时，获得酰胺化产物；
所述聚醚胺与所述衣康酸的摩尔比为0.4-0.6:1；
第二步、成盐反应
向第一步所得酰胺化产物中加入特种胺，在60℃-80℃条件下常压反应40分钟，即得最终产品水溶性聚醚酰胺羧酸盐；
所加入特种胺与第一步中聚醚胺的摩尔比为1-3:1。
2.根据权利要求1所述的一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐的合成方法，其特征在于：
所述的聚醚胺的分子量不小于1400、不大于3000；所述的衣康酸的质量含量不低于98％；
所述催化剂为质量含量不低于98％的对甲苯磺酸、质量含量不低于95％的多聚甲醛、或质量含量不低于90％的N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐的合成方法，其特征在于：所述催化剂的添加量为原料总质量的0.1％-0.9％。
4.根据权利要求1所述的一种具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐的合成方法，其特征在于：所述特种胺为一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、甲基二乙醇胺、AMP95和二甘醇胺中的一种或两种。
5.一种权利要求1-4中任意一项所述合成方法所获得的具有消泡、润滑功能的水溶性聚醚酰胺羧酸盐。
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