CN1328363C - 一种无氯极压微乳切削液及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无氯极压微乳切削液，其组分按重量份计：水20～40；混合醇胺6～12；硼酸2～6；磺酸盐防锈剂8～12；分油助剂1～5；阴离子表面活性剂8～12；多元醇酯2～6；硫化脂肪酸脂4～10；矿物油15～30；苯并三氮唑0.1～0.3；一种制备上述切削液的方法，将硼酸、混合醇胺、水按比例加入反应罐中，常温搅拌30～60分钟；再按配方比例加入其余组分，常温搅拌20～30分钟；制得无氯极压微乳切削液；该切削液可应用于金属切削加工中。本发明不含亚硝酸钠、酚、氯、汞等物质，符合环保要求，适用于铸铁、钢、合金钢、铝、铜等多种材料的加工，能满足车、钻、磨、加工中心等多种加工工艺要求，具备一液多用途的功能。

Description

一种无氯极压微乳切削液及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及金属加工润滑技术，特别涉及一种环保型无氯极压微乳切削液及其制备方法与应用。

背景技术

微乳切削液是水基切削液的一种，性能介于水基合成切削液和乳化液之间，其基本组成为矿油、水、表面活性剂、润滑剂、防锈剂等。微乳切削液在水中的乳化颗粒比通常的乳化液小，水溶液呈透明或半透明状。微乳切削液综合了乳化液润滑性能好和合成切削液稳定性好、冷却效果好的优点，是一种性能优越、使用范围广的水基切削液。但微乳切削液在使用过程中亦存在以下缺点：(1)微乳切削液的排油性能较差，当机床设备漏油或加工工件带进油时，很多微乳切削液用一段时间后，就变成了乳化液，使微乳切削液失去了其优越性，并且大大降低切削液的使用寿命；(2)泡沫多，要加大量消泡剂来提高消泡性能，而高效消泡剂价格昂贵，贮存期短，失效快，使用过程中还要不断补加，增加了产品成本；(3)对机床油漆腐蚀性较强，在使用过程中，经常发生机床油漆脱落现象。此外，目前市面上销售的大多数产品仍含有亚硝酸钠，极压微乳切削液大多采用含氯极压剂，这些都对环保不利。

发明内容

本发明的目的在于克服现有微乳切削液存在的不足，提供一种环保效果好，可明显改善消泡性，提高排油性能，使用寿命较长的无氯极压微乳切削液。

本发明的另一目的在于提供一种制备上述无氯极压微乳切削液的方法。

本发明的再一目的在于提供上述无氯极压微乳切削液的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种无氯极压微乳切削液，由以下组份组成：

水                    20～40

混合醇胺              6～12

硼酸                  2～6

磺酸盐防锈剂          8～12

分油助剂              1～5

阴离子表面活性剂      8～12

多元醇酯              2～6

硫化脂肪酸脂          4～10

矿物油                15～30

苯并三氮唑            0.1～0.3

上述组份按重量份计。

为了更好地实现本发明，所述水包括自来水、蒸馏水、去离子水，自来水的硬度要求不高于250ppm；所述混合醇胺包括二乙醇胺、三乙醇胺；所述磺酸盐防锈剂为40～60％的石油磺酸钠，特别优选50％的石油磺酸钠；所述分油助剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚(MOA₃)，要求其HLB值(亲油亲水平衡值)不大于6；所述阴离子表面活性剂包括磺化脂肪油皂；所述多元醇酯包括多元醇月桂酸酯、多元醇油酸酯；所述硫化脂肪酸脂包括含硫10～17％的硫化脂肪酸酯，优选含硫15～17％的硫化脂肪酸酯；所述矿物油包括运动粘度(40℃)为10～32mm²/s的石蜡基油、环烷基油，优选运动粘度(40℃)为10～32mm²/s的环烷基油。

根据切削液对pH值的要求，可调整所述混合醇胺中的二乙醇胺、三乙醇胺的比例，按重量份计为二乙醇胺∶三乙醇胺＝50～90∶50～10。

所述磺化脂肪油皂包括磺化蓖麻油皂、磺化菜子油皂。

本无氯极压微乳切削液的组成机理是：以硼胺和磺酸盐作防锈剂，替代亚硝酸盐和钼酸盐防锈剂，使产品在不含亚硝酸盐的前提下，成本增幅不大，易于推广；以含硫极压剂替代含氯极压剂，使产品极压性、防锈性、环保性均有改善；用阴离子表面活性剂和多元醇酯为主作乳化剂，通过配方的优化组合，配制出稳定的微乳切削液，克服了传统微乳切削液使用大量聚醚类非离子表面活性剂所产生的弊端，使产品的消泡性及对机床油漆腐蚀性能有大幅改善；由于本发明的配方创新，不采用HLB值大的聚醚表面活性剂和脂肪酸皂成份，降低了微乳切削液的乳化能力，并适当加入少量具有排油性能的助剂，使本发明的产品排油性能大幅提高，有效延长了微乳切削液的使用寿命，从而大幅度减少了废液排放量。

一种制备上述无氯极压微乳切削液的方法，包括如下操作步骤：

1)将硼酸、混合醇胺、水按配方比例加入反应罐中，在10～35℃的温度条件下搅拌30～60分钟，合成硼胺防锈剂。

2)再按配方比例加入其余组分磺酸盐防锈剂、分油助剂、阴离子表面活性剂、多元醇酯、硫化脂肪酸脂、矿物油和苯并三氮唑，在10～35℃的温度条件下搅拌20～30分钟，即可制得无氯极压微乳切削液。

本发明无氯极压微乳切削液可应用于金属切削加工领域，起到润滑、冷却、清洗、防锈的作用。

本发明无氯极压微乳切削液产品的质量检测指标如表1所示。

表1本发明产品的质量检测指标

项目			质量指标	试验方法
					产品外观			棕色透明液	目测
冷冻稳定性-30℃，12h			经冷冻凝固后，在室温能自然恢复变成原状，不分层，无沉淀物	自定
					5％稀释液	外观		透明或半透明微乳切削液	目测
PH值		8.5～9.2	PH值精密试纸
				稳定性ml		析油	无	SH0365
析皂	无
		腐蚀试验55±2℃	铸铁			一级	GB/T6144
紫铜	一级
			铝	一级
防锈试验35±2℃	铸铁单片					24h合格		GB/T6144
		铸铁叠片	8h合格
	消泡性ml/10min			＜1.0		GB/T6144
烧结负荷，PD，N			1274				GB/T3142

排油试验，％

＞90

*

^*：在100ml的量筒中，装入90ml的5％本品稀释液+10mlN32机械油，用手握量筒上下摇动1分钟，然后静置1小时，测定溶液上层析油量。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：

1、不含亚硝酸钠、酚、氯、汞等物质，符合环保要求。

2、明显改善了微乳切削液的消泡性，即使在不加消泡剂的场合，也能达到GB/T6144标准的消泡要求；对一些要求消泡特别快的加工，只要加入少量普通低价消泡剂即能满足要求。

3、目前大多数极压微乳切削液都含有氯极压剂，氯极压剂在切削过程中易分解，产生腐蚀的氯化物导致工件和机床生锈，特别在加工铸铁时更明显。本发明采用含硫化合物替代含氯化合物，大幅提高了微乳切削液的防锈性，特别适合铸铁的加工。

4、本发明首次提出微乳切削液的排油性能指标，并明显提高了微乳切削液的排油性能，大幅延长了微乳切削液的使用寿命，对降低金属切削加工成本及废液对环境的污染都有良好的社会经济效益。

5、本发明尽管性能有较大提高，但价格仍属于中档水平，具有优越的性价比，有良好的市场前景。

6、本发明适用于铸铁、钢、合金钢、铝、铜等多种材料的加工，能满足车、钻、磨、加工中心等多种加工工艺要求，具备一液多用途的功能。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。

表2本发明实施例组成及含量(单位：g)

序号	组分	实施例1	实施例2	实施例3
					1	水	35	30	32

2	混合醇胺	8	10	7
					3	硼酸	4	5	3
4	磺酸盐防锈剂	10	8	9
					5	阴离子表面活性剂	8	10	9
6	多元醇酯	4	6	5
					7	硫化脂肪酸脂	4	6	5
8	分油助剂	2	3	1
					9	矿物油	24.9	21.9	28.9
10	苯并三氮唑	0.1	0.1	0.1

序号	组分	实施例4	实施例5	实施例6
					1	水	20	40	38
2	混合醇胺	12	6	10
					3	硼酸	2	5	6
4	磺酸盐防锈剂	12	10	11
					5	阴离子表面活性剂	8	12	11
6	多元醇酯	2	3	5
					7	硫化脂肪酸脂	8	10	7
8	分油助剂	5	3	4
					9	矿物油	30	26	15
10	苯并三氮唑	0.1	0.3	0.2

实施例1

按图1所示的工艺流程图制备本发明的无氯极压微乳切削液，其步骤为：

1)硼胺防锈剂的合成

将硼酸4g、混合醇胺(按重量份计，二乙醇胺∶三乙醇胺＝90∶10)8g、自来水(自来水的硬度不高于250ppm)35g加入反应罐中，10℃搅拌60分钟，溶液呈透明、无沉淀物。

2)在反应罐中，按配方比例加入其余组分，磺酸盐防锈剂为50％的石油磺酸钠10g，阴离子表面活性剂磺化菜子油皂8g，多元醇酯为多元醇月桂酸酯4g，含硫15％的硫化脂肪酸酯4g，分油助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚MOA₃(其HLB值不大于6)2g，矿物油为运动粘度(40℃)为10mm²/s的石蜡基油24.9g，苯并三氮唑0.1g，10℃搅拌20分钟，溶液呈透明、无沉淀物；即制得无氯极压微乳切削液。

实施例2

按图1所示的工艺流程图制备本发明的无氯极压微乳切削液，其步骤为：

1)硼胺防锈剂的合成

将硼酸5g、混合醇胺(按重量份计，二乙醇胺∶三乙醇胺＝80∶20)10g、蒸馏水30g加入反应罐中，28℃搅拌35分钟，溶液呈透明、无沉淀物。

2)在反应罐中，按配方比例加入其余组分，磺酸盐防锈剂为40％的石油磺酸钠8g，阴离子表面活性剂磺化蓖麻油皂10g，多元醇酯为多元醇油酸酯6g，含硫10％的硫化脂肪酸脂6g，分油助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚MOA₃(其HLB值不大于6)3g，矿物油为运动粘度(40℃)为32mm²/s的环烷基油21.9g，苯并三氮唑0.1g，30℃搅拌22分钟，溶液呈透明、无沉淀物；即制得无氯极压微乳切削液。

实施例3

按图1所示的工艺流程图制备本发明的无氯极压微乳切削液，其步骤为：

1)硼胺防锈剂的合成

将硼酸3g、混合醇胺(按重量份计，二乙醇胺∶三乙醇胺＝70∶30)7g、去离子水32g加入反应罐中，22℃搅拌45分钟，溶液呈透明、无沉淀物。

2)在反应罐中，按配方比例加入其余组分，磺酸盐防锈剂为60％的石油磺酸钠9g，阴离子表面活性剂磺化菜子油皂9g，多元醇酯为多元醇油酸酯5g，含硫17％的硫化脂肪酸脂5g，分油助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚MOA₃(其HLB值不大于6)1g，矿物油为运动粘度(40℃)为20mm²/s的环烷基油28.9g，苯并三氮唑0.1g，24℃搅拌28分钟，溶液呈透明、无沉淀物；即制得无氯极压微乳切削液。

实施例4

按图1所示的工艺流程图制备本发明的无氯极压微乳切削液，其步骤为：

1)硼胺防锈剂的合成

将硼酸2g、混合醇胺(按重量份计，二乙醇胺∶三乙醇胺＝65∶35)12g、蒸馏水20g加入反应罐中，35℃搅拌50分钟，溶液呈透明、无沉淀物。

2)在反应罐中，按配方比例加入其余组分，磺酸盐防锈剂为45％的石油磺酸钠12g，阴离子表面活性剂磺化蓖麻油皂8g，多元醇酯为多元醇月桂酸酯2g，含硫12％的硫化脂肪酸脂8g，分油助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚MOA₃(其HLB值不大于6)5g，矿物油为运动粘度(40℃)为30mm²/s的环烷基油30g，苯并三氮唑0.1g，35℃搅拌25分钟，溶液呈透明、无沉淀物；即制得无氯极压微乳切削液。

实施例5

按图1所示的工艺流程图制备本发明的无氯极压微乳切削液，其步骤为：

1)硼胺防锈剂的合成

将硼酸5g、混合醇胺(按重量份计，二乙醇胺∶三乙醇胺＝75∶25)6g、自来水(自来水的硬度不高于250ppm)40g加入反应罐中，20℃搅拌30分钟，溶液呈透明、无沉淀物。

2)在反应罐中，按配方比例加入其余组分，磺酸盐防锈剂为55％的石油磺酸钠10g，阴离子表面活性剂磺化蓖麻油皂12g，多元醇酯为多元醇油酸酯3g，含硫16％的硫化脂肪酸脂10g，分油助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚MOA₃(其HLB值不大于6)3g，矿物油为运动粘度(40℃)为18mm²/s的石蜡基油26g，苯并三氮唑0.3g，20℃搅拌30分钟，溶液呈透明、无沉淀物；即制得无氯极压微乳切削液。

实施例6

按图1所示的工艺流程图制备本发明的无氯极压微乳切削液，其步骤为：

1)硼胺防锈剂的合成

将硼酸6g、混合醇胺(按重量份计，二乙醇胺∶三乙醇胺＝90∶10)10g、去离子水38g加入反应罐中，16℃搅拌55分钟，溶液呈透明、无沉淀物。

2)在反应罐中，按配方比例加入其余组分，磺酸盐防锈剂为50％的石油磺酸钠11g，阴离子表面活性剂磺化菜子油皂11g，多元醇酯为多元醇月桂酸酯5g，含硫14％的硫化脂肪酸脂7g，分油助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚MOA₃(其HLB值不大于6)4g，矿物油为运动粘度(40℃)为25mm²/s的环烷基油15g，苯并三氮唑0.2g，18℃搅拌20分钟，溶液呈透明、无沉淀物；即制得无氯极压微乳切削液。

表3本发明实施例产品质量检测指标

项目			质量指标				试验方法
								实施例1	实施例2		实施例3
			产品外观			棕色透明液						棕色透明液		棕色透明液	目测
冷冻稳定性-30℃，12h							经冷冻凝固后，在室温能自然恢复变成原状，不分层，无沉淀物				自定
			5％稀释	外观		透明或半透明微乳切削液						透明或半透明微乳切削液	透明或半透明微乳切削液		目测
PH值		9					9	9		PH值精密试纸
				稳定性ml	析油	无					无	无		SH0365
析皂	无	无					无

液	腐蚀试验55±2℃	铸铁	一级	一级	一级	GB/T6144
							紫铜	一级	一级	一级
		铝	一级	一级	一级
							防锈试验35±2℃	铸铁单片	24h合格	24h合格	24h合格	GB/T6144
	铸铁叠片	8h合格	8h合格	8h合格
					消泡性ml/10min			＜1.0	＜1.0	＜1.0	GB/T6144
	烧结负荷，PD，N		1274	1470			1274					GB/T3142
					排油试验，％			＞90	＞90	＞90	*

^*：在100ml的量筒中，装入90ml的5％无氯极压微乳切削液的稀释液+10mlN32机械油，用手握量筒上下摇动1分钟，然后静置1小时，测定溶液上层析油量。

Claims (9)

1、一种无氯极压微乳切削液，其特征在于由以下组份组成：

水                20～40

混合醇胺          6～12

硼酸              2～6

磺酸盐防锈剂      8～12

分油助剂          1～5

阴离子表面活性剂  8～12

多元醇酯          2～6

硫化脂肪酸脂      4～10

矿物油            15～30

苯并三氮唑        0.1～0.3

上述组份按重量份计。

2、根据权利要求1所述的一种无氯极压微乳切削液，其特征在于：所述水为自来水、蒸馏水或去离子水；所述混合醇胺包括二乙醇胺、三乙醇胺；所述磺酸盐防锈剂为40～60％的石油磺酸钠；所述分油助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述阴离子表面活性剂为磺化脂肪油皂；所述多元醇酯为多元醇月桂酸酯、多元醇油酸酯；所述硫化脂肪酸脂为含硫10～17％的硫化脂肪酸酯；所述矿物油为运动粘度为10～32mm²/s的石蜡基油、环烷基油。

3、根据权利要求2所述的一种无氯极压微乳切削液，其特征在于：所述混合醇胺中的二乙醇胺、三乙醇胺的比例按重量份计为二乙醇胺∶三乙醇胺＝50～90∶50～10。

4、根据权利要求2所述的一种无氯极压微乳切削液，其特征在于，所述磺酸盐防锈剂为50％的石油磺酸钠。

5、根据权利要求2所述的一种无氯极压微乳切削液，其特征在于，所述磺化脂肪油皂包括磺化蓖麻油皂、磺化菜子油皂。

6、根据权利要求2所述的一种无氯极压微乳切削液，其特征在于，所述硫化脂肪酸脂为含硫15～17％的硫化脂肪酸酯。

7、根据权利要求2所述的一种无氯极压微乳切削液，其特征在于，所述矿物油为运动粘度为20～30mm²/s的环烷基油。

8、一种制备权利要求1～7任一项所述的无氯极压微乳切削液的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将硼酸、混合醇胺、水按配方比例加入反应罐中，在10～35℃的温度条件下搅拌30～60分钟，合成硼胺防锈剂；

2)再按配方比例加入其余组分磺酸盐防锈剂、分油助剂、阴离子表面活性剂、多元醇酯、硫化脂肪酸脂、矿物油和苯并三氮唑，在10～35℃的温度条件下搅拌20～30分钟，即可制得无氯极压微乳切削液。

9、一种权利要求1～7任一项所述的无氯极压微乳切削液在金属切削加工中的应用。

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