CN109735387A - 一种环保型切削液的配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型切削液的配方，按重量份计，其制备原料至少包含：润滑剂20～40份、防锈剂10～20份、pH调节剂10～20份、消泡剂1～5份、杀菌剂1～5份、溶剂30～50份。根据本发明制备得到的切削液为水基切削液，在保证良好的冷却、润滑、防锈、清洁性能的基础上，对环境友好，不刺激皮肤，不影响人体健康，提高加工效率，具有广泛的应用前景。

Description

一种环保型切削液的配方

技术领域

本发明涉及金属加工领域，尤其涉及一种环保型切削液的配方。

背景技术

金属切削液被广泛应用于各种切削作业，如车削、钻削、磨削、铣削、刨削、拉削等，加工过程中刀具与加工件之间的摩擦会产生热量和磨损，而切削液的使用可以带走热量起到冷却的作用，并在刀具与工件之间形成润滑膜减少磨损，同时金属工件和金属刀具的防锈防腐也可以由切削液来实现，切削过程中产生的切屑、磨屑、油污等会影响加工效率，这就要求切削液还需要具有一定的清洗功能。此外，切削液的气味和腐蚀性可能会对操作人员的嗅觉和皮肤产生刺激，切削液废液对环境会造成污染，由此可见，工业中用到的切削液需要满足多项需求。

金属切削液可分为水基切削液和油基切削液。油基切削液作为传统切削液，其润滑效果好，但粘稠易产生油泥，故清洁性能和冷却性能不佳，且废液不易处理。随着人们对身体健康和环境保护越来越重视，水基切削液因其排放低、对人体和环境友好而逐渐占据市场，水基切削液具有良好的冷却性能和清洗性能，但润滑性能劣于油基切削液，且水分的存在易引起工件、刀具生锈，这些问题都亟需解决。

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切削液的配方，按重量份计，其制备原料至少包含：润滑剂20～40份、防锈剂10～20份、pH调节剂10～20份、消泡剂1～5份、杀菌剂1～5份、溶剂30～50份。

作为一种优选的技术方案，所述润滑剂选自矿物油、植物油、合成油、油酸中的一种或多种。

作为一种优选的技术方案，所述矿物油选自7号白油、10号白油、15号白油、22号白油、26号白油、32号白油中的一种或多种。

作为一种优选的技术方案，所述防锈剂选自硼酸、苯并三氮唑、二环己胺、石油磺酸钠、三元聚羧酸中的一种或多种。

作为一种优选的技术方案，所述pH调节剂为醇胺类化合物。

作为一种优选的技术方案，所述醇胺类化合物选自一异丙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、丁基二乙醇胺中的一种或多种。

作为一种优选的技术方案，所述消泡剂为硅表面活性剂。

作为一种优选的技术方案，所述硅表面活性剂为聚醚改性硅表面活性剂。

作为一种优选的技术方案，所述杀菌剂选自均三嗪、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮中的一种或多种。

作为一种优选的技术方案，所述溶剂选自硬水、软水、去离子水中的一种。

有益效果：本发明提供了一种环保型切削液的配方，制备原料中的各种组分均为环保成分，作为一种水基切削液，在保证良好的冷却、润滑、防锈、清洁性能的基础上，对环境友好，不刺激皮肤，不影响人体健康，提高加工效率，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。

在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种环保型切削液的配方，按重量份计，其制备原料至少包含：润滑剂20～40份、防锈剂10～20份、pH调节剂10～20份、消泡剂1～5份、杀菌剂1～5份、溶剂30～50份。

润滑剂

作为金属切削液，润滑刀具和加工件是最主要的作用之一，润滑剂可以在刀具和加工件之间形成一层润滑膜，减小切削力、摩擦力和功率消耗，进而减少刀具磨损、降低切削部位的表面温度、改善工件的加工性能和加工效果。

在一些实施方式中，所述润滑剂选自矿物油、植物油、合成油、油酸中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述矿物油可列举7号白油、10号白油、15号白油、22号白油、26号白油、32号白油、46号白油、68号白油、100号白油。

在实施过程中，矿物油的粘度过大易在刀具和加工件上留下油泥，影响切削液的冷却效果和清洁效果，而粘度过小的矿物油则无法在加工界面间形成连续的润滑膜。在一些优选的实施方式中，所述矿物油选自22号白油、26号白油、32号白油中的一种或多种；进一步优选的，所述矿物油为26号白油。

在一些实施方式中，所述植物油可列举大豆油、菜籽油、葵花籽油、芝麻油、蓖麻油、花生油、亚麻油、橄榄油、茶籽油、椰子油、棕榈油、棉籽油、红花籽油、兰花籽油。

在一些实施方式中，所述合成油可列举聚α-烯烃合成油、酯类油、聚醚油。

在一些优选的实施方式中，所述润滑剂为26号白油和油酸。

在一些优选的实施方式中，所述26号白油和油酸均由上海程周化工科技有限公司购入。

防锈剂

在切削作业中，金属加工件和金属刀具都会受到加工液或环境影响而被腐蚀，加入防锈剂可在金属表面形成一层保护膜，将金属与空气、水、油泥或其它腐蚀性介质隔绝开，来达到防锈的目的。

在一些实施方式中，所述防锈剂可列举硼酸、硼化二乙酸铵、失水山梨醇单油酸酯、糖酯、柠檬酸钠、苯并三氮唑、二环己胺、石油磺酸钠、三元聚羧酸。

根据在水中的溶解度对防锈剂做出选择，在一些优选的实施方式中，所述防锈剂选自硼酸、苯并三氮唑、二环己胺、石油磺酸钠、三元聚羧酸中的一种或多种。

在一些优选的实施方式中，所述硼酸、苯并三氮唑、二环己胺、石油磺酸钠、三元聚羧酸均由上海程周化工科技有限公司购入。

pH调节剂

pH值是检测切削液质量的重要指标之一，正常使用的水基切削液的pH应该在8～9之间，当pH值大于9时，切削液对人体皮肤有刺激性，对金属也会造成腐蚀，当pH值小于8时，切削液的各项性能降低，且细菌大量增长，导致溶液劣变发臭。

在一些实施方式中，所述pH调节剂为醇胺类化合物；优选的，所述醇胺类化合物选自一异丙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、丁基二乙醇胺中的一种或多种；进一步优选的，所述醇胺类化合物为一异丙醇胺和/或三乙醇胺。

在一些优选的实施方式中，所述一异丙醇胺和三乙醇胺均由广州市银霖化工有限公司购入。

消泡剂

通过加入消泡剂可以减少切削液制备、稀释和使用过程中产生的泡沫，以得到透明清澈的溶液，并且使用过程中不会产生过多泡沫而影响工件可见度，易于控制加工尺寸，提高加工质量。

在一些实施方式中，所述消泡剂可列举乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷。

在一些优选的实施方式中，所述消泡剂为硅表面活性剂；进一步优选的，所述硅表面活性剂为聚醚改性硅表面活性剂。

在一些优选的实施方式中，所述硅表面活性剂为含氢硅油；进一步优选的，所述含氢硅油是由甲基氢二氯硅烷单体和封端剂正丁基三甲氧基硅烷通过平衡水解法制备得到的，其制备方法为先使甲基氢二氯硅烷单体水解，分离出氯化氢后加入封端剂正丁基三甲氧基硅烷、催化剂氯铂酸进行反应，半小时后用碳酸氢钠溶液将产物水洗至中性，再将中性产物减压蒸馏、脱低，得到无色透明油状液体。

在一些优选的实施方式中，所述含氢硅油的分子量为2000-2500。

在一些优选的实施方式中，所述聚醚改性硅表面活性剂的聚醚改性剂为烯丙基聚氧乙烯醚；进一步优选的，所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为1000-1500。

在一些优选的实施方式中，所述聚醚改性硅表面活性剂为接枝聚醚改性硅油。

在一些优选的实施方式中，所述接枝聚醚改性硅油的制备方法为将烯丙基聚氧乙烯醚和含氢硅油按重量份2：1混合，加热至80℃，搅拌5分钟后加入氯铂酸并升温至120℃，溶液透明后停止反应，得到接枝聚醚改性硅油。

杀菌剂

切削液除了可以通过调节pH值抑制溶液中霉菌的增长，还可添加杀菌剂，使溶液不易长霉、变质、发臭，进而影响各项性能。

在一些实施方式中，所述杀菌剂选自均三嗪、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮中的一种或多种；进一步优选的，所述杀菌剂为均三嗪。

在一些优选的实施方式中，所述均三嗪由上海程周化工科技有限公司购入。

溶剂

在一些实施方式中，所述溶剂选自硬水、软水、去离子水中的一种。

为了适应不同溶剂的使用，本申请提供的一种环保型切削液的配方的制备原料还包含氨基酸。

在一些实施方式中，所述氨基酸可列举甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、谷氨酸、丝氨酸、赖氨酸、精氨酸、半胱氨酸、精氨酸、甲硫氨酸、天冬氨酸、组氨酸、络氨酸。

在一些优选的实施方式中，按重量份计，所述氨基酸的添加量为1～5份；进一步优选的，所述氨基酸的添加量为2～4份。

在一些优选的实施方式中，所述氨基酸为谷氨酸和/或甘氨酸；进一步优选的，所述氨基酸为甘氨酸。

根据本申请提供的环保型切削液的配方制备的切削液可以适应不同类型的水溶剂，若溶剂为硬水，所添加的氨基酸可以络合水中的钙、镁离子，防止其影响切削液的润滑、防锈等性能，还能避免其形成沉淀在工件上留下斑点，或是使切削液分层；若溶剂为软水，氨基酸则可作为抑菌剂，抑制溶液中霉菌的增长。然而，申请人发现氨基酸的加入会使溶液发泡增多，故选用了聚醚改性硅表面活性剂作为消泡剂，这种消泡剂消泡快、抑泡时间长，切削液清洗工件完成后还可以在工件表面形成保护膜，提高工件的防锈性能。

本申请中的环保型切削液的制备方法包括以下步骤：首先将pH调节剂、防锈剂、氨基酸、溶剂按比例配制成水溶液，再将润滑剂、消泡剂、杀菌剂配制成油溶液，最后将混合均匀的水溶液加入油溶液，搅拌至澄清透明，即得切削液。

本申请中的环保型切削液的使用方法为兑水使用，原液：水＝1：10～20。实施例

以下通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

实施例1提供了一种环保型切削液的配方，按重量份计，其制备原料包含：26号白油20份、油酸10份、硼酸5份、苯并三氮唑1.5份、三元聚羧酸3.5份、二环己胺3份、石油磺酸钠2份、一异丙醇胺6份、三乙醇胺6份、均三嗪3份、聚醚改性硅表面活性剂2份、甘氨酸3份、硬水45份。

所述硅表面活性剂为含氢硅油，其制备单体为甲基氢二氯硅烷(CAS：75-54-7)，封端剂为正丁基三甲氧基硅烷(CAS：1067-57-8)，其制备方法为：先使甲基氢二氯硅烷单体水解，分离出氯化氢后加入封端剂正丁基三甲氧基硅烷、催化剂氯铂酸进行反应，半小时后用碳酸氢钠溶液将产物水洗至中性，再将中性产物减压蒸馏、脱低，得到无色透明油状液体。

所述聚醚改性硅表面活性剂的聚醚改性剂为烯丙基聚氧乙烯醚，改性方法为接枝改性，改性步骤为：将烯丙基聚氧乙烯醚和上述含氢硅油按重量份2：1混合，加热至80℃，搅拌5分钟后加入氯铂酸并升温至120℃，溶液透明后停止反应，得到聚醚改性硅表面活性剂。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，包括以下步骤：

a.按照比例，将硼酸、苯并三氮唑、三元聚羧酸、二环己胺、石油磺酸钠、一异丙醇胺、三乙醇胺、甘氨酸、硬水配成均匀水溶液；

b.按照比例，将26号白油、油酸、聚醚改性硅表面活性剂、均三嗪配成均匀油溶液；

c.将步骤a混合均匀的水溶液搅拌状态下加入步骤b的油溶液中，搅拌至澄清透明，即得切削液。

实施例2

实施例2提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于，所述制备原料中的硬水被替换为软水。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

实施例3

实施例3提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于，所述制备原料中不含聚醚改性硅表面活性剂。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

实施例4

实施例4提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于，所述制备原料中聚醚改性硅表面活性剂的重量份为0.8份。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

实施例5

实施例5提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于，所述制备原料中聚醚改性硅表面活性剂的重量份为6份。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

实施例6

实施例6提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于，所述制备原料中的聚醚改性硅表面活性剂被替换为甘油聚氧乙烯聚氧丙烯醚。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

实施例7

实施例7提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于所述制备原料中的聚醚改性硅表面活性剂，本例中硅表面活性剂的制备方法中不使用封端剂正丁基三甲氧基硅烷。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

实施例8

实施例8提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于，所述制备原料中不含甘氨酸。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

实施例9

实施例9提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于，所述制备原料中甘氨酸的重量份为1份。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

实施例10

实施例10提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于，所述制备原料中甘氨酸的重量份为5份。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

实施例11

实施例11提供了一种环保型切削液的配方，与实施例1不同之处在于，所述制备原料中的甘氨酸被替换为谷氨酸。

本例还提供了一种环保型切削液的制备方法，其步骤与实施例1类似。

性能评价

对实施例1-11所得到的环保型切削液进行原液贮存安定性、外观测试，将切削液按照原液：水＝1：15稀释，对稀释液进行透明度、pH值、消泡性、腐蚀性、防锈性、最大无卡咬负荷P_B值测试，测试按照GB/T 6144-2010《合成切削液》进行。

1.原液贮存安定性和外观：将50mL浓缩物置于100mL具塞量筒中，放入70℃±3℃恒温干燥箱中5小时，取出冷至室温，放置3小时，然后再置于-12℃±3℃的低温环境中24小时，取出静置冷却到室温，等待1小时后观察待测液外观，测试结果见表1。

2.稀释液透明度：将待测液导入250mL烧杯中，液层高度为75mm±3mm。把一个明亮的5W、220V灯泡对准烧杯的底部，从烧杯的上部透过切削液观看灯泡，如能清晰地辨出灯丝，即认为该切削液是透明的；如模糊可见灯丝，判定为半透明；如看不见灯丝，则认为切削液是不透明的，测试结果见表2。

3.稀释液pH值：使用pH值计测量各待测液的pH值，测试结果见表2。

4.稀释液消泡性：将待测液倒入100mL具塞量筒中，使液面在70mL处，盖好塞，上下摇动1min，上下摇动的距离约为1/3m，摇动频率约为100～120次/分钟。然后，在室温下静置10分钟，观察液面残留泡沫体积应小于或等于2mL，为合格，测试结果见表2。

5.稀释液腐蚀性：a.将25mm×50mm×3mm的一级灰口铸铁试片全浸于待测液中，加盖玻璃盖皿，移至55℃±2℃的恒温器内静置，24小时后取出试片进行检查，若铸铁片无锈、光泽如新为A级，无锈但轻微失光为B级，轻锈和轻微失光为C级，重锈或严重失光为D级，其中A级为合格，测试结果见表2。

b.将25mm×50mm×3mm的紫铜试片全浸于待测液中，加盖玻璃盖皿，移至55℃±2℃的恒温器内静置，24小时后取出试片进行检查，若紫铜片无锈、光泽如新为A级，轻度变色为B级，中度变色为C级，重度变色为D级，其中A、B级为合格，测试结果见表2。

c.将25mm×50mm×3mm的LY12铝试片全浸于待测液中，加盖玻璃盖皿，移至55℃±2℃的恒温器内静置，24小时后取出试片进行检查，若铝合金片无锈、光泽如新为A级，轻微变暗为B级，中度变暗为C级，严重变暗为D级，其中A、B级为合格，测试结果见表2。

6.稀释液防锈性：a.单片试验：采用直径35mm、高度20mm的圆柱形一级灰口铸铁试片，用滴液管吸取待测液，按梅花格式滴入5滴于试片磨光面上，每滴直径约为4～5mm，将试片置于干燥器隔板上，合上干燥器盖，置于35℃±2℃的恒温箱内，24小时后取出试片进行检查，若铸铁片上5滴全无锈为A级，4滴无锈为B级，3滴无锈为C级，4～5滴全锈为D级,其中A级判为合格。仲裁试验时取2片作平行试验，并以2片均为A级判为合格，测试结果见表2。

b.叠片试验：采用直径35mm、高度20mm的圆柱形一级灰口铸铁试片平放在干燥器隔板上，磨光面向上，用滴液管吸取待测液，涂布于试片磨光面上，再用另一块试片的磨光面重叠其上，合上干燥器盖，置于35℃±2℃的恒温箱内，4小时后打开试片，用脱脂棉蘸取无水乙醇擦除待测液，立即观察，距试片边缘1mm以内两叠面无锈蚀或无明显迭印为合格，测试结果见表2。

7.稀释液最大无卡咬负荷P_B值：根据GB/T 3142-82《润滑剂承载能力测定法(四球法)》测试待测液的最大无卡咬负荷P_B值，测试结果见表2。

表1

表2

通过比较实施例1-11可以得知，由于添加了甘氨酸和聚醚改性的含氢硅油，切削液的外观、贮存安定性、消泡性、腐蚀性、防锈性和润滑性均有大幅改善。

最后指出，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保型切削液的配方，其特征在于，按重量份计，其制备原料至少包含：润滑剂20～40份、防锈剂10～20份、pH调节剂10～20份、消泡剂1～5份、杀菌剂1～5份、溶剂30～50份。

2.如权利要求1所述的环保型切削液的配方，其特征在于，所述润滑剂选自矿物油、植物油、合成油、油酸中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的环保型切削液的配方，其特征在于，所述矿物油选自7号白油、10号白油、15号白油、22号白油、26号白油、32号白油中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的环保型切削液的配方，其特征在于，所述防锈剂选自硼酸、苯并三氮唑、二环己胺、石油磺酸钠、三元聚羧酸中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的环保型切削液的配方，其特征在于，所述pH调节剂为醇胺类化合物。

6.如权利要求5所述的环保型切削液的配方，其特征在于，所述醇胺类化合物选自一异丙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、丁基二乙醇胺中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的环保型切削液的配方，其特征在于，所述消泡剂为硅表面活性剂。

8.如权利要求7所述的环保型切削液的配方，其特征在于，所述硅表面活性剂为聚醚改性硅表面活性剂。

9.如权利要求1所述的环保型切削液的配方，其特征在于，所述杀菌剂选自均三嗪、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮中的一种或多种。

10.如权利要求1所述的环保型切削液的配方，其特征在于，所述溶剂选自硬水、软水、去离子水中的一种。