CN111876229A - 抗磨润滑剂组合物及其制备方法及组合物制备的微量润滑剂 - Google Patents

抗磨润滑剂组合物及其制备方法及组合物制备的微量润滑剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种抗磨润滑剂组合物，其特征在于,包括氨基三乙酸、脂肪醇、聚乙二醇、磷钨酸制备而成，所述氨基三乙酸、脂肪醇的摩尔比为1：2‑2.5；所述脂肪醇和聚乙二醇的重量比为100：30‑50；所述磷钨酸的重量为氨基三乙酸、脂肪醇、聚乙二醇总重量的1‑2％。采用本发明制备的抗磨润滑剂组合物,是一种含P‑W‑N的极压抗磨添加剂，减摩性能优异，同时还是一种良好的非离子型表面活性剂。一种含上述抗磨润滑剂组合物的微量润滑剂，由以下重量百分比的组分制备而成：抗磨润滑剂组合物30‑40％；2,5‑呋喃二甲酸二脂肪醇酯30‑40％；月桂酰肌氨酸钠5‑10％；脂肪醇聚氧乙烯醚5‑10％；去离子水余量。

Description

抗磨润滑剂组合物及其制备方法及组合物制备的微量润滑剂
技术领域
本发明属于润滑技术领域，具体地，涉及抗磨润滑剂组合物及其制备方法及组合物制备的微量润滑剂。
背景技术
传统的金属切削加工采用矿物油或植物油或切削液进行大量冲淋式润滑，润滑剂的使用量大，不仅浪费资源，造成加工场所和环境的巨大污染，同时还会严重影响操作工人的身体健康。
为解决这些问题，近期对微量润滑技术的研究取得一定的进展，微量润滑技术解决了以上润滑剂使用量大，污染严重等问题，但是过多使用含有对环境不友好的含硫和含氯添加剂，对环境会造成一定的影响。同时在加工难加工金属时，微量润滑往往难于达到理想效果。
由于水的比热容比较大，特别是在金属加工时，水的汽化可以带走大量的摩擦和变形热，所以对研究水性润滑剂应用于微量润滑技术，是一项比例有意义的课题。
发明内容
鉴于以上问题，本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种抗磨润滑剂组合物。
为实现上述目的，本发明提供的一种抗磨润滑剂组合物，其特征在于,包括氨基三乙酸、脂肪醇、聚乙二醇、磷钨酸制备而成，所述氨基三乙酸、脂肪醇的摩尔比为1：2-2.5；所述脂肪醇和聚乙二醇的重量比为100：30-50；所述磷钨酸的重量为氨基三乙酸、脂肪醇、聚乙二醇总重量的1-2％。
所述脂肪醇选用C8-C20的直链或支链脂肪醇；优选：异辛醇、正辛醇、异癸醇、正癸醇、月桂醇、异构十二醇、异构十三醇、异构十六醇、油醇、异构二十醇中的一种或几种混合物。所述脂肪醇可以和氨基三乙酸反应生成具有一定极压抗磨性的氨基酯，与磷钨酸反应可以生成极压抗磨性能优异的磷钨酸酯。
所述述氨基三乙酸由于分子结构中存在-N-基和3个-COOH基，可以和脂肪醇、聚乙二醇反应生成具有一定抗磨性的氨基酯，与磷钨酸结合生成氨基磷钨酸生成极压抗磨性能优异的氨基磷钨酸。
所述磷钨酸可以作为催化剂在氨基三乙酸、脂肪醇、聚乙二醇的酯化反应过程中参与催化作用，是高效绿色催化剂，催化反应完成后不需进行分离，可与反应生成的氨基三乙酸酯结合生成极压抗磨性能优异的磷钨酸氨基三乙酸酯。
所述聚乙二醇可以选分子量不大于1000的聚乙二醇，优选商品型号：PEG200、PEG300、PEG400、PEG500、PEG600、PEG800、PEG1000中的一种或几种混合物，所述的聚乙二醇可以氨基三乙酸反应酯化反应生成水溶性氨基酯；聚乙二醇的-OH基可以和磷钨酸发生酯化反应生成磷钨酸酯，EO基团属亲水基团，可以增加产品的水溶性，同时具有一定的润滑性。
本发明还提供了上述抗磨润滑剂组合物的制备方法：
称取氨基三乙酸、脂肪醇、聚乙二醇、磷钨酸放置于反应釜中，搅拌加热到180-200℃，充分反应5-6小时，反应过程减压排水1-2次，反应完成后减压排除水分；即为一种抗磨润滑剂组合物。
上述制备的一种抗磨润滑剂组合物可以加1-5倍的水搅拌均匀后作为微量润滑剂直接倒入微量润滑装置中使用。
另外，本发明还提供了一种含上述抗磨润滑剂组合物的微量润滑剂，其特征在于，由以下重量百分比的组分制备而成：
Figure BDA0002636011350000031
所述的2,5-呋喃二甲酸二脂肪醇酯由2,5-呋喃二甲酸与脂肪醇进行酯化反应制备面成的。
所述脂肪醇选用C8-C20的直链或支链脂肪醇；优选：异辛醇、正辛醇、异癸醇、正癸醇、月桂醇、异构十二醇、异构十三醇、异构十六醇、油醇、异构二十醇中的一种或几种混合物。
上述2,5-呋喃二甲酸二脂肪醇酯的制备方法如下：
将2,5-呋喃二甲酸与脂肪醇、催化剂加入反应釜内，于180-200℃的反应温度下反应5～6小时；反应过程减压排水1-2次，反应完成后减压排除水分；即为2,5-呋喃二甲酸二脂肪醇酯。
上述2,5-呋喃二甲酸与脂肪醇的摩尔比1：2-2.2；优选为1：2.1-2.2；脂肪醇稍微过量的好处是：脂肪醇自身具体一定的润滑性，可以在润滑体系中充当润滑剂作用，同时脂肪醇还有耦合性，可以使体系中的组分充分互溶。
上述催化剂可以选择Lewis酸、分子筛、阳离子交换树脂、稀土氧化物中的一种或几种混合物。
上述催化剂优选磷钨酸，用量为反应物总重量的0.2-0.5％。选择磷钨酸的优点是磷钨酸在参与催化过程中产生的磷钨酸酯有极好的极压抗磨作用，反应完成催化剂无需进行分离，可减少因分离催化剂所造成的环境污染和水、电、化学试剂等消耗，节能减排、环境保护效果显著。
上述脂肪醇聚氧乙烯醚优选AEO-6，AEO-7，AEO-8，AEO-9，AEO-10，AEO-12中的一种或几种混合物。
本发明还提供了一种微量润滑剂的制备方法，其特征在于：称取抗磨润滑剂组合物、2,5-呋喃二甲酸二脂肪醇酯、月桂酰肌氨酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、去离子水在室温下混合搅拌至透明或半透明时即可。
在使用的过程中，将上述抗磨微量润滑剂加水1-5倍搅拌至透明或半透明后加入微量润滑装置中使用。
发明的作用与效果
采用本发明制备的抗磨润滑剂组合物,是一种含P-W-N的极压抗磨添加剂，减摩性能优异，同时还是一种良好的非离子型表面活性剂。
在本发明中的2,5-呋喃二甲酸二脂肪醇酯良好的润滑性和优异的生物降解性，同时2,5-呋喃二甲酸有类似芳香环的刚度，加强了反应生成的酯具有更强的延展度和弹性，可以全部或部分取代对环境有不良影响的S、Cl极压抗磨剂的使用。
在本发明中月桂酰肌氨酸钠是良好的阴离子表面活性剂，同时又是一种N型极压抗磨剂，还有促进其他组分的生物降解，润滑性能良好。
在本发明中脂肪醇聚氧乙烯醚是环境友好型非离子表面活性剂，生物降解性良好。
本发明制备的微量润滑剂就能满足金属加工的润滑冷却、极压抗磨和防锈要求；配合微量润滑装置使用，可节省切削液的使用量90％以上，节能减排、环境保护效果显著。
在本发明的配方中，上述各组分混合后，基于其各自的结构特点，可发生分子间弱键作用力，经相溶后，提高和激发彼此的润滑性、溶解性和极压抗磨性等性质。
具体实施方式
实施例一
称取氨基三乙酸191.14g(1mol)、异二十醇716.52g(2.4mol)、聚乙二醇(PEG1000)250g、磷钨酸20g放置于反应釜中，搅拌加热到180℃，充分反应5小时，反应过程减压排水2次，反应完成后减压排除水分；即为一种抗磨润滑剂组合物。
将上述制备的抗磨润滑剂组合物和水按重量比1:2混合搅拌均匀即可用于微量润滑装置中使用。
实施例二
称取氨基三乙酸191.14g(1mol)、异辛醇325.58g(2.5mol)、聚乙二醇(PEG200)98g、磷钨酸10g放置于反应釜中，搅拌加热到180℃，充分反应6小时，反应过程减压排水2次，反应完成后减压排除水分；即为一种抗磨润滑剂组合物。
称取抗磨润滑剂组合物400g、2,5-呋喃二甲酸二异辛醇酯300g、月桂酰肌氨酸钠100g、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-12)50g、去离子水150g在室温下混合搅拌至半透明时即为一种微量润滑剂。
上述2,5-呋喃二甲酸二异辛醇酯的制备方法：
将2,5-呋喃二甲酸156.09g(1mol)与异辛醇286.51g(2.2mol)、8g稀硫酸(10％)加入反应釜内，于200℃的反应温度下反应5小时；反应过程减压排水1次，反应完成后减压排除水分；即为2,5-呋喃二甲酸二异辛醇酯。
实施例三
称取氨基三乙酸191.14g(1mol)、异癸醇316.56g(2mol)、聚乙二醇(PEG400)150g、磷钨酸7g放置于反应釜中，搅拌加热到200℃，充分反应5小时，反应过程减压排水1次，反应完成后减压排除水分；即为一种抗磨润滑剂组合物。
称取抗磨润滑剂组合物300g、2,5-呋喃二甲酸二异癸醇酯400g、月桂酰肌氨酸钠50g、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-10)100g、去离子水150g在室温下混合搅拌至透明时即为一种微量润滑剂。
上述2,5-呋喃二甲酸二异癸醇酯的制备方法：将2,5-呋喃二甲酸156.09g(1mol)与异癸醇316.56g(2mol)、2g磷钨酸加入反应釜内，于180℃的反应温度下反应6小时；反应过程每隔2小时减压排水1次，反应完成后减压排除水分；即为2,5-呋喃二甲酸二异癸醇酯。
实施例四
称取氨基三乙酸191.14g(1mol)、月桂醇410.04g(2.2mol)、聚乙二醇(PEG500)160g、磷钨酸11g放置于反应釜中，搅拌加热到190℃，充分反应5.5小时，反应过程减压排水1次，反应完成后减压排除水分；即为一种抗磨润滑剂组合物。
称取抗磨润滑剂组合物350g、2,5-呋喃二甲酸二异十二醇酯350g、月桂酰肌氨酸钠80g、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)80g、去离子水140g在室温下混合搅拌至透明时即为一种微量润滑剂。
上述2,5-呋喃二甲酸二异十二醇酯的制备方法：将2,5-呋喃二甲酸156.09g(1mol)与异十二醇391.39g(2.1mol)、磷钨酸1.2g加入反应釜内，于190℃的反应温度下反应5.5小时；反应过程减压排水1次，反应完成后减压排除水分；即为2,5-呋喃二甲酸二异十二醇酯。
实施例五
称取氨基三乙酸191.14g(1mol)、异十六醇509.25g(2.1mol)、聚乙二醇(PEG500)200g、磷钨酸12g放置于反应釜中，搅拌加热到185℃，充分反应6小时，反应过程减压排水1次，反应完成后减压排除水分；即为一种抗磨润滑剂组合物。
称取抗磨润滑剂组合物320g、2,5-呋喃二甲酸二异十六醇酯360g、月桂酰肌氨酸钠90g、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-8)60g、去离子水170g在室温下混合搅拌至透明或半透明时即为一种微量润滑剂。
上述2,5-呋喃二甲酸二异十六醇酯的制备方法：将2,5-呋喃二甲酸156.09g(1mol)与异十六醇509.25g(2.1mol)、磷钨酸2g加入反应釜内，于190℃的反应温度下反应5小时；反应过程减压排水1次，反应完成后减压排除水分；即为2,5-呋喃二甲酸二异十六醇酯。
实施例六
称取氨基三乙酸191.14g(1mol)、油醇590.66g(2.2mol)、聚乙二醇(PEG600)230g、磷钨酸18g放置于反应釜中，搅拌加热到180℃，充分反应6小时，反应过程减压排水2次，反应完成后减压排除水分；即为一种抗磨润滑剂组合物。
称取抗磨润滑剂组合物330g、2,5-呋喃二甲酸二油醇酯370g、月桂酰肌氨酸钠70g、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)90g、去离子水140g在室温下混合搅拌至透明或半透明时即为一种微量润滑剂。
上述2,5-呋喃二甲酸二油醇酯的制备方法：将2,5-呋喃二甲酸156.09g(1mol)与油醇590.66g(2.2mol)、磷钨酸2g加入反应釜内，于190℃的反应温度下反应5.5小时；反应过程减压排水1次，反应完成后减压排除水分；即为2,5-呋喃二甲酸二油醇酯。
将上述实施例六制备的微量润滑剂和水按1:2混合搅拌后应用于铝合金润滑泵零部件车削加工，数控车床型号：CZ-30。对比组用切削液(产品型号KS-CUT310；浓度约5％)进行循环润滑冷却，现在改为KS-2106微量润滑装置(2喷嘴，所用喷嘴为上海金兆节能科技有限公司提供的节能喷嘴)和上述微量润滑剂，工作时间8小时/天，结果如下表：
项目 传统润滑方式 微量润滑方式
润滑剂消耗(升/天) 10kg 0.28kg
车刀平均使用寿命 7天 10天

Claims (10)

1.一种抗磨润滑剂组合物，其特征在于,包括氨基三乙酸、脂肪醇、聚乙二醇、磷钨酸制备而成。
2.如权利要求1所述的一种抗磨润滑剂组合物，其特征在于:
所述氨基三乙酸、脂肪醇的摩尔比为1：2-2.5；所述脂肪醇和聚乙二醇的重量比为100：30-50；所述磷钨酸的重量为氨基三乙酸、脂肪醇、聚乙二醇总重量的1-2％。
3.如权利要求1或2所述的一种抗磨润滑剂组合物，其特征在于:
所述脂肪醇选用C8-C20的直链或支链脂肪醇；优选：异辛醇、正辛醇、异癸醇、正癸醇、月桂醇、异构十二醇、异构十三醇、异构十六醇、油醇、异构二十醇中的一种或几种混合物；
所述聚乙二醇优选分子量不大于1000的聚乙二醇，优选商品型号：PEG200、PEG300、PEG400、PEG500、PEG600、PEG800、PEG1000中的一种或几种混合物。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种抗磨润滑剂组合物，其特征在于:
所述抗磨润滑剂组合物的制备方法：
称取氨基三乙酸、脂肪醇、聚乙二醇、磷钨酸放置于反应釜中，搅拌加热到180-200℃，充分反应5-6小时，反应过程减压排水1-2次，反应完成后减压排除水分；即为一种抗磨润滑剂组合物。
5.一种含权利要求1-4任一项所述的抗磨润滑剂组合物的微量润滑剂，其特征在于，由以下重量百分比的组分制备而成：
Figure FDA0002636011340000021
6.一种如权利要求5所述的微量润滑剂，其特征在于：
所述的2,5-呋喃二甲酸二脂肪醇酯由2,5-呋喃二甲酸与脂肪醇进行酯化反应制备面成的；
所述脂肪醇选用C8-C20的直链或支链脂肪醇；优选：异辛醇、正辛醇、异癸醇、正癸醇、月桂醇、异构十二醇、异构十三醇、异构十六醇、油醇、异构二十醇中的一种或几种混合物。
7.如权利要求5所述的微量润滑剂，其特征在于：
所述2,5-呋喃二甲酸二脂肪醇酯的制备方法如下：
将2,5-呋喃二甲酸与脂肪醇、催化剂加入反应釜内，于180-200℃的反应温度下反应5～6小时；反应过程减压排水1-2次，反应完成后减压排除水分；即为2,5-呋喃二甲酸二脂肪醇酯；
所述2,5-呋喃二甲酸与脂肪醇的摩尔比1：2-2.2；优选为1：2.1-2.2。
8.如权利要求7所述的微量润滑剂，其特征在于：
所述催化剂可以选择Lewis酸、分子筛、阳离子交换树脂、稀土氧化物中的一种或几种混合物。
所述催化剂优选磷钨酸。
9.如权利要求5所述的微量润滑剂，其特征在于：
所述述脂肪醇聚氧乙烯醚选AEO-6，AEO-7，AEO-8，AEO-9，AEO-10，AEO-12中的一种或几种混合物。
10.如权利要求5-9任一所述的一种微量润滑剂的制备方法，其特征在于：
称取抗磨润滑剂组合物、2,5-呋喃二甲酸二脂肪醇酯、月桂酰肌氨酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、去离子水在室温下混合搅拌至透明或半透明时即可。
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