CN110467960A - 乳化油复合剂及制备方法和由其制备的乳化油及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种乳化油复合剂及制备方法和由其制备的乳化油及应用。乳化油复合剂按重量份由下述原料制成：乳化剂10～20份、润滑油15～20份、烷基苯磺酸钠15～20份、聚乙二醇型表面活性剂2～5份、油酸三乙醇胺皂2～5份、三乙醇胺3～7份、EDTA 2～7份、NaOH 1～3份、吐温2～6份、斯盘2～6份、乙二醇4～10份、尿素2～4份、亚硝酸钠1～3份、特效铜缓蚀剂0.05～0.2份、消泡剂0.05～0.2份、溶剂水7～13份。将复合剂和水或者油复配即得乳化油。本发明复合剂制备的乳化油的稳定性和润滑性、防锈性、防腐蚀性都高于现有技术，凝固点也较低，非常适应于电液控制系统。

Description

乳化油复合剂及制备方法和由其制备的乳化油及应用

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种乳化油复合剂及制备方法和由其制备的乳化油及应用。

背景技术

现在煤炭集团公司根据各矿煤层赋存条件，逐步提高开采设备进行煤炭开采，对液压支架的传动介质提出了更高的要求。煤矿建设的需要逐步增加，节约能源、降低成本也成为市场的需要。其中煤矿液压支架用传动介质，绝大部分为液压支架用乳化液，其一般是由乳化油加上水在使用现场配制而成。现有的乳化油很多在生产中需要高温皂化，不但成本高，而且稳定性、防锈性和防腐蚀性等都有待于进一步优化，并且在使用中油和皂经常析出，造成堵塞过滤网阀门、支架阀心、过滤器及乳化泵箱等容易被污染部位的问题。怎样打破乳化油传统生产配方和工艺，研发新产品——乳化油复合剂成为解决的方法之一。为了使产品能够达到乳化油标准中对稳定性能、耐低温性、防锈性和润滑性等苛刻要求，以及考虑到配液用水的水质情况，要求复合剂的配方研究需要综合考虑各种因素，乳化油复合剂应有很强的稳定性和耐低温性能以及抗硬水能力强，而且用它生产的乳化油的防锈性能、润滑性以及自乳化性等性能优越，适用于水质较差的矿区使用，尤其适用于硫酸根离子含量高以及冬季温度较低的地区使用。这是目前需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种乳化油复合剂及其制备方法，本发明还提供了由此复合剂制备的乳化油及应用。本发明的乳化油复合剂配方合理、科学配伍，用本发明的复合剂生产的乳化油的稳定性能、防锈性和防腐蚀性都有了很大提高；凝固点有了大幅度的降低；润滑性也大幅提高，而且其不仅提高了产品的质量，更能有效避免堵塞滤网的情况，减少清洗液压系统和滤网的工作量，还节约了能源，降低了成本，非常适应于电液控制系统。

本发明的一种乳化油复合剂，其按重量份由下述原料制成：

其中所述乳化剂由太古油、油酸三乙醇胺皂和水三者复配而成。

优选所述乳化剂复配时三种原料的质量比为太古油：油酸三乙醇胺皂：水＝6：1：3。

优选所述特效铜缓蚀剂为苯骈三氮唑，所述润滑油为机械油或白油中的一种或两种组合，所述聚乙二醇型非离子表面活性剂为OP-10，所述溶剂水为去离子水。

优选乳化油复合剂按重量份由下述原料制成：

本发明的乳化油复合剂的制备方法，其包括如下步骤：

(1)根据要求重量分别称取好太古油、油酸三乙醇胺皂和水，将三者搅拌均匀得乳化剂；

(2)将配制好的乳化剂、聚乙二醇型非离子表面活性剂、烷基苯磺酸钠搅拌溶解至溶液透亮均匀；

(3)再加入润滑油、三乙醇胺，搅拌均匀；

(4)再加入EDTA、NaOH、吐温搅拌均匀，然后加入油酸三乙醇胺皂、斯盘后在常温下搅拌20～30min至搅拌均匀；

(5)再加入乙二醇、尿素、亚硝酸钠、溶剂水搅拌均匀；

(6)最后加入特效铜缓蚀剂和消泡剂，搅拌均匀至溶液透亮后即得。

本发明的一种乳化油，其由所述的乳化油复合剂与水或油按下述重量份复配而成复配而成：

乳化油复合剂 1份

水或油 1-2份。

优选乳化油由乳化油复合剂和水按照质量比为1：1的比例复配而成。

优选乳化油由乳化油复合剂和油按照质量比为1：2的比例复配而成，优选所述油为机械油。

本发明所述的乳化油在配制液压支架乳化液中的应用。优选其配制乳化液时，其原料的质量百分比组成为：乳化油5％，水95％。

本发明的乳化油复合剂的研制是首先筛选基础成分和关键添加剂，建立起合理的配方体系，再对降凝剂和润滑剂等组分进行反复筛选和配伍，获得了最终的方案。具体如下：

(1)首先本发明进行乳化剂的选择：本发明试验了多种乳化剂，包括环烷酸皂等，最终选择了将太古油和油酸三乙醇胺皂和水复配的方式制得乳化剂，其中单用太古油只能具有良好的乳化性，润滑性能较差，单用油酸三乙醇胺皂，虽能提高复合剂的润滑性能，但稳定性能较差，经过大量试验发现：采用将太古油和油酸三乙醇胺皂以及水进行科学复配得到的乳化剂，其稳定性、润滑性大大提高，复配使用起到了协同作用，最终得到了皂基含量高、润滑性好、稳定性能强的乳化剂。优选的配比为按质量比太古油：油酸三乙醇胺皂：水＝6：1：3。理论上乳化剂中的太古油也可用蓖麻油酸钾皂等同类型物质代替，但是经试验发现太古油具有比蓖麻油酸钾皂好的抗硬水能力，其可以同时起到抗硬水作用。

(2)另外本发明又采用了烷基苯磺酸钠及聚乙二醇型非离子表面活性剂作为辅助乳化剂，其中在辅助乳化剂的筛选中发现，烷基苯磺酸钠比它同类型产品的使用效果要好得多。比如石油磺酸钠，它是以润滑油为原料，加工白油过程中的副产品，它的油溶性好但水溶性差，在水中需要加温才能分散。而烷基苯磺酸钠是水、油两溶性的，它在水中的分散性能不用加温也比石油磺酸钠好得多，与其它乳化剂复合使用性能也十分优越，而且烷基苯磺酸钠的来源广，成本低，是一种极有发展前途的乳化剂。因此，选用烷基苯磺酸钠作为辅助乳化剂。

(3)另外本发明还选用聚乙二醇型非离子表面活性剂(即聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂)作为另一种助乳化剂，其常用的种类一般有OS-20(高级醇聚乙二醇醚)、OP-10(壬基酚聚乙二醇醚)等，优选OP-10，因为OP-10与其他的类型相比乳化性能更好，OP-10能使复合剂在使用过程中降低油皂析出物，大大增强了复合剂的稳定性能。而且经过大量实验发现OP-10与EDTA结合使用，起到了协同作用，能很好地抵抗高硫酸根离子的矿井水。

(4)将上述本发明配制的乳化剂，再加上烷基苯磺酸钠以及聚乙二醇型非离子表面活性剂两种助乳化剂，三者相结合，充分发挥了他们之间的协同作用，既能够使本发明的复合剂具有较强的稳定性、润滑性，还能有良好的防锈性能和亲水性能，更容易在水中形成稳定的体系。

(5)在原料配伍中，本发明采用醇类的乙二醇和碳酰氨有机化合物尿素复配作为降凝剂，同时还具有乳化性能。其中尿素虽然价格低廉，但是加入量过少，起到降凝的作用不明显，如果用量过大，复合剂就会随着加入量增大而带有刺鼻的氨水味。乙二醇无刺激性气味，能与水任意比例混合，但价格较高，所以，在本发明中对两者用量进行限定，通过将这两种物质科学复配，既改进了复合剂的乳化性能，又降低产品的凝固点，还降低了原材料成本，并且无刺鼻的氨水味。

(6)在原料配伍中，本发明采用络合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和非离子型表面活性剂吐温相结合，能很好地抵抗高硫酸根离子和高硬度的矿井水。EDTA是一种优良的钙、镁离子螯合剂，用作乳液聚合所用水的螯合剂，能除去Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等金属离子，抵抗高硬度矿井水。因为EDTA为白色粉末状，要想溶于复合剂中，需要NaOH溶液溶解。配方中的润滑油是不溶于水的，为了使润滑油的润滑性能在复合剂中更好的发挥作用，本发明添加了吐温，它既是非离子表面活性剂又是增溶剂，使润滑油乳化后溶解于水液体中，完全发挥作用，使乳液更加稳定，提高了复合剂的抗硬水能力。

(7)实际应用中，液压支架用乳化液的含水量可达95％以上，且液压系统除非金属管道和密封件外，都是金属材料，如钢、铜、铁、锌等，加上在井下使用时，保养、维护、检修和更换的条件比较困难，所以乳化液具有足够的防锈性，是保证液压支架正常和延长使用寿命的关键。因此，在复合剂的配方中不但要考虑其对应的防锈的适应性，还要和其他原料的配伍性，本发明经过反复实验和筛选最终确定了以下几种防锈剂：(a).亚硝酸钠，其具有强氧化性，可以使金属发生阳极钝化，表面生成一层致密的氧化膜，防止生锈。亚硝酸钠水溶液是作为一种缓蚀剂，对铸铁的防锈效果液非常明显。(b).苯骈三氮唑，其是铜及铜合金的特效缓蚀剂，它与一价铜生成络合物。这种络合物不溶于水及有机溶剂，所以能在铜及铜合金的表面上生成不溶性的透明覆盖膜层，这层络合物膜阻止了铜的溶解，它在金属表面上形成的化学吸附膜，脱附能量比吸附能量大17倍，所以吸附容易脱附困难，惰性很大，因此可长时间有效地保护铜金属。(c).三乙醇胺既是乳化剂又是防锈剂，在金属加工业和制作乳化油中，可用来制备缓蚀剂，保护金属表面，防止氧化。另外在原料配伍中，烷基苯磺酸钠和亚硝酸钠两种结合使用，能克服铸铁腐蚀的缺点，得到了良好的防锈效果。在原料配置中，采用润滑油机械油或白油和三乙醇胺油酸皂相结合作为润滑剂，能显著提高复合剂的润滑性能，复合剂的润滑性能可达到800N左右，有效地保护了液压设备，同时也能提高防锈性能。通过将以上物质进行合理搭配，很好地起到了防锈和防腐蚀的作用。

(8)本发明所述斯盘为斯盘系列表面活性剂，包括斯盘20、斯盘40、斯盘80和斯盘85等中的一种或多种组合。所述吐温为吐温系列表面活性剂，包括吐温20、吐温40、吐温60、吐温80、吐温85等中的一种或多种组合。

(9)本发明复合剂中所用的消泡剂可以选用常规使用的任意种类。本发明复合剂的配方中所用的水可以为自来水或去离子水。

使用本发明的复合剂制备乳化油的工艺非常简单。(1)当其配制水基乳化油时，其配方为：复合剂和水，所述原料的质量比为乳化油复合剂：水＝1：(1-2)。所述的水为去离子水或自来水，优选去离子水。制备方法是将复合剂和水按照要求质量比加入到容器内(投料没有先后顺序，先加复合剂或者水都可)，然后在常温下搅拌30-40分钟至均匀即可得乳化油成品。(2)当其配制油基乳化油时，其原料的质量比为乳化油复合剂：机械油＝1：(1-2)，将两者按要求质量比加入容器内(投料没有先后顺序，先加复合剂或者机械油都可)，然后在常温下搅拌30-40分钟至均匀即可得乳化油成品。

使用本发明的乳化油配制乳化液时，一般都是在井下施工现场配制，无论是使用油基的乳化油还是水基的乳化油，都只需要将乳化油和水按照要求比例混配到一起即可，常用的配制的质量比大约为：乳化油5％，水95％。所用的水包括但不限于使用时所在矿的矿井水，以及矿井水处理以后的水。

有益效果：

1、本发明的乳化油复合剂采用了自行设计配制的皂基含量高、稳定性能强的复合乳化剂，和成本较低的烷基苯磺酸盐类作为辅助乳化剂，及综合性能较好的非离子表面活性剂作为其中的另一种辅助乳化剂。三者合理搭配，使复合剂的乳化性能和稳定性能会有很大提高。

2、运用络合剂和表面活性剂相结合，能抵抗高硫酸根离子和高硬度的矿井水。

3、有机盐类防锈剂和无机盐类防锈剂结合使用，能克服铸铁腐蚀的缺点，得到了良好的防锈效果；加入特效铜缓蚀剂，能有效保护铜金属。

4、复合剂配方中加入降凝剂，不仅使产品的乳化性能有了改进，还能大大的降低产品的凝固点，适于温度较低的地区使用。

5、加入基础油作为润滑剂，能增加复合剂的润滑性能和防锈性能。

6、现有的乳化油工艺中需要在载体中皂化和乳化，不但时间长，而且用电量大，而且不好掌握油品的质量。采用复合剂生产乳化油，不但减少生产时间、简化生产工艺，而且还能提高产品的质量。

本发明的复合剂配方合理，各组分之间相辅相成，科学配伍，充分起到了协同作用，使用本发明的复合剂生产的乳化油的稳定性、润滑性、防锈性和防腐蚀性都有很大提高，凝固点也大幅降低，还节约了能源，降低了成本，且有效的抑制在现场配液使用中油和皂的析出，成功解决了堵塞过滤网、阀门、支架阀心、过滤器及乳化泵箱等容易被污染部位的问题，液压系统清洁卫生，各个液压工作部位动作顺畅，同时减少了清洗液压系统和滤网的工作量，非常适应于电液控制系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但不构成对本发明的限制。

实施例1：

按照太古油：油酸三乙醇胺皂：水＝6：1：3的质量比将三者进行复配得本发明的乳化剂，另选择比较常用的环烷酸皂作为对比，分别将两者添加9倍质量的水配成浓度为10％的水溶液，测各水溶液的稳定性。结果见下表：

表1

名称	水溶液稳定性
		环烷酸钠皂水溶液	析油0.3％；析皂0.2％
本发明复配的乳化剂的水溶液	析油＜0.1％；不析皂

由上表可以看出，本发明三者复配得到的乳化剂比环烷酸皂的水溶液稳定性要好的多。

实施例2

(1)配制乳化油复合剂，本实施例的乳化油复合剂按重量份由下述原料制成：

所述乳化剂由以下三种原料按质量比为太古油:油酸三乙醇胺皂:水＝6:1:3制成。

本实施例的乳化油复合剂的制备方法为经过如下步骤：

1)按质量比为太古油:油酸三乙醇胺皂:水＝6:1:3比例配制乳化剂；

2)将配制好的乳化剂、OP-10、烷基苯磺酸钠三种物质在常温下混合搅拌20min，至溶液透亮；

3)再加入润滑油(此实施例为机械油)、三乙醇胺，搅拌均匀，常温下搅拌20min至溶液透亮；

4)再加入EDTA、NaOH、吐温搅拌均匀，然后再加入油酸三乙醇胺皂、斯盘在常温下搅拌20min至搅拌均匀；

5)再加入乙二醇、尿素、亚硝酸钠和去离子水在常温下搅拌30min至搅拌均匀；

6)最后加苯骈三氮唑和消泡剂，在常温下搅拌30min搅拌均匀至溶液透亮；

最终得到的溶液即为乳化油复合剂。

(2)配制乳化油：将本实施例制备的乳化油复合剂和去离子水按照质量比为1：1的比例加入到容器内，然后在常温下搅拌约30分钟至均匀即得水基乳化油。

对比例1-对比例3：

将实施例2的乳化油复合剂配方中的乙二醇和尿素的用量进行改动，配方中其他的原料及用量均不变，得到对比例1-3的复合剂配方，来进行乙二醇和尿素的不同配比试验，3个对比例的复合剂制备方法与实施例2均相同。各对比例的配方如下：

表2

	对比例1	对比例2	对比例3
				乳化剂	15份	15份	15份
机械油	18份	18份	18份
				烷基苯磺酸钠	17份	17份	17份
OP-10	3份	3份	3份
				油酸三乙醇胺皂	4份	4份	4份
三乙醇胺	5份	5份	5份
				EDTA	4份	4份	4份
NaOH	2份	2份	2份
				吐温T-80	4份	4份	4份
斯盘S-80	4份	4份	4份
				乙二醇	6份	4份	2份
尿素	6份	8份	10份
				亚硝酸钠	2份	2份	2份
苯骈三氮唑	0.1份	0.1份	0.1份
				消泡剂	0.1份	0.1份	0.1份
去离子水	10份	10份	10份

分别测实施例2和对比例1-3的复合剂的气味。具体汇总如下表3：

表3

样品	气味
		实施例1	无刺激性气味
对比例1	略有氨水味
		对比例2	刺鼻氨水味道
对比例3	刺鼻氨水味道

实施例3

(1)配制乳化油复合剂，本实施例的乳化油复合剂按重量份由下述原料制成：

所述乳化剂按质量比由以下三种原料太古油:油酸三乙醇胺皂:水＝6:1:3组成。

本实施例乳化油复合剂的制备方法同实施例2。

(2)配制乳化油：将本实施例中制备的乳化油复合剂和机械油按照质量比为1：2的比例加入到容器内，然后在常温下搅拌约30分钟至均匀即可得油基乳化油成品。

实施例4

(1)配制乳化油复合剂，本实施例的乳化油复合剂按重量份由下述原料制成：

本实施例乳化油复合剂的制备方法同实施例2。

(2)配制乳化油：将本实施例制备的乳化油复合剂和水按照质量比为1：1.5的比例加入到容器内，然后在常温下搅拌约30分钟至均匀即可得水基乳化油成品。

实施例5

(1)配制乳化油复合剂，本实施例的乳化油复合剂按重量份由以下原料制成：

本实施例乳化油复合剂的制备方法同实施例2。

(2)配制乳化油：将本实施例中制备的乳化油复合剂和水按照质量比为1:1的比例加入到容器内，然后在常温下搅拌约30分钟至均匀即可得水基乳化油。

根据煤炭行业标准MT76-2011《液压支架用乳化油、浓缩液及其高含水液压液》的要求，对实施例2制备的乳化油进行相关性能测试。一般用户在井下现场使用乳化液都是用本矿的矿井水配制，也有先将矿井水处理后再配液使用的，本实验中配制的人工硬水的硫酸根含量为2000mg/L。

表4

由上表中的数据可以看出，本实施例的复合剂生产的乳化油的稳定性能远超标准要求，能够有效的抑制在现场配液使用中油和皂的析出，有效的解决了堵塞过滤网、阀门、支架阀心、过滤器及乳化泵箱等容易被污染部位的问题，液压系统清洁卫生，各个液压工作部位动作顺畅，同时减少了清洗液压系统和滤网的工作量。

对实施例3-4的乳化油也参照MT76-2011进行相关性能测试，结果见下表：

表5

Claims (10)

1.一种乳化油复合剂，其特征在于其按重量份由下述原料制成：

其中所述乳化剂由太古油、油酸三乙醇胺皂和水三者复配而成。

2.如权利要求1所述的乳化油复合剂，特征是所述乳化剂复配时三种原料的质量比为太古油：油酸三乙醇胺皂：水＝6：1：3。

3.如权利要求1所述的乳化油复合剂，其特征在于所述特效铜缓蚀剂为苯骈三氮唑，所述润滑油为机械油或白油中的一种或两种组合，所述聚乙二醇型非离子表面活性剂为OP-10，所述溶剂水为去离子水。

4.如权利要求1所述的乳化油复合剂，其特征在于其按重量份由下述原料制成：

5.一种如权利要求1-4任意之一所述的乳化油复合剂的制备方法，其特征在于其包括如下步骤：

(1)根据要求重量分别称取好太古油、油酸三乙醇胺皂和水，将三者搅拌均匀得乳化剂；

(2)将配制好的乳化剂、聚乙二醇型非离子表面活性剂、烷基苯磺酸钠搅拌溶解至溶液透亮均匀；

(3)再加入润滑油、三乙醇胺，搅拌均匀；

(4)再加入EDTA、NaOH、吐温搅拌均匀，然后加入油酸三乙醇胺皂、斯盘后在常温下搅拌20～30min至搅拌均匀；

(5)再加入乙二醇、尿素、亚硝酸钠、溶剂水搅拌均匀；

(6)最后加入特效铜缓蚀剂和消泡剂，搅拌均匀至溶液透亮后即得。

6.一种乳化油，其特征在于其由权利要求1-4任意之一所述的乳化油复合剂与水或油按下述重量份复配而成：

乳化油复合剂 1份

水或油 1-2份。

7.如权利要求6所述的乳化油，其特征在于其由乳化油复合剂和水按照质量比为1：1的比例复配而成，所述水为去离子水。

8.如权利要求6所述的乳化油，其特征是所述其由乳化油复合剂和油按照质量比为1：2的比例复配而成，所述油为机械油。

9.如权利要求6所述的乳化油在配制液压支架乳化液中的应用。

10.如权利要求9所述的乳化油在配制液压支架乳化液中的应用，其特征是配制乳化液时，其原料的质量百分比为：乳化油5％，水95％。