CN1906279A - 水基金属加工流体 - Google Patents

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Abstract

一种水基可再循环金属加工流体，包括聚亚烷基二醇、链烷醇胺、聚乙二醇表面活性剂、多元醇表面活性剂、杀生物剂和腐蚀抑制剂。所述杀生物剂可以包括有效抗细菌和真菌生物体的杀生物化合物的混合物。所述物质还可以包括异烷氧基胺氧化物和二醇醚。所述组合物还可以包括辅助成分例如粘度控制剂、消泡剂、着色剂等。本发明组合物的显著特征是不含危险物质和脂肪酸。还公开了在金属成形操作中使用所述组合物的方法。

Description

水基金属加工流体
                    相关申请
本申请要求2003年10月29日提交的名称为“水基金属加工流体”的美国专利申请10/696700的优先权。
                    技术领域
概括来说本发明涉及金属加工流体。更加具体地，本发明涉及没有危险物质并且与各种金属合金相容的水基可再循环金属加工流体。
                    技术背景
金属加工流体用于金属加工操作例如切削、模锻、冲压和轧制中以向工件和金属加工器具两者提供冷却和润滑。所述金属加工流体还用于从加工部位冲走油和碎屑，并且它们向工件和金属加工器具两者提供腐蚀保护。开始的时候，金属加工流体包括油基物质或水和油的乳液。但是，本领域在不断地寻求用水基物质代替油基产品。因此，本领域正在向着使用水基金属加工流体转变。
除了提供冷却作用以外，水基金属加工流体必须向工件和金属加工器具提供良好的润滑以及能够从加工部位分离并除去碎屑和污染物(包括油类)。此外，水基金属加工流体应该向设备和工件都提供良好的腐蚀保护。向着这个目标，本领域已经研发了多种水基金属加工流体组合物；然而，在这些组合物的使用中出现了一些问题。
很多金属合金，特别是黄铜和钢铁合金，在其中包括铅，并且已经发现所述铅可以与金属加工流体中的脂肪酸反应，从而产生积聚到金属加工器具上的水不溶性的金属皂沉积物。所述皂渣吸引并结合可能存在的任何油类从而使得该皂渣非常粘。所述皂渣非常难于从器件和机器除去，并且可以导致金属加工机器的粘合或者干扰金属加工过程。因此，存在对没有脂肪酸的金属加工流体的需求。还已经发现，多种水基金属加工流体都包括对铜、铅、锌和铝具有腐蚀性或者与其反应的成分；因此，进一步需求对各种金属没有腐蚀性的金属加工流体。
生物污染是金属加工流体中的一个重要问题。此类感染可以污染金属加工流体和金属加工器具，并且是由所述流体中细菌和/或真菌生物体生长造成的。该问题在水基流体中特别严重，因此需要对广谱生物品种在其中的生长具有抵抗性的水基金属加工流体。为了解决上述讨论的各种问题，现有技术金属加工流体组合物通常在其配方中包括酚类、甲酚类、卤化物质等。这些物质中的很多被分类为危险物质，它们的使用受到法律的限制或严格约束。因此，进一步希望得到不包括任何危险物质的金属加工流体。
如将在下面描述的那样，本发明涉及向设备和工具提供非常良好的润滑和冷却的水基金属加工流体。本发明的金属加工流体与各种金属合金相容并且对这些金属合金没有腐蚀性。所述金属加工流体不含脂肪酸和危险物质。本发明的金属加工流体能够从工件和设备除去油类、污物和碎屑。本发明的金属加工流体对生物污染具有抵抗性，稳定并且可再循环。
                    发明简述
本发明公开了水基可再循环金属加工流体。该流体包含聚亚烷基二醇、链烷醇胺、聚乙二醇表面活性剂、多元醇表面活性剂、杀生物剂包和腐蚀抑制剂的水溶液。在特定实施方案中，链烷醇胺可以包括三乙醇胺、二乙醇胺、单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺等的一种或多种。所述杀生物剂包可以包括杀生物物质的混合物，该混合物可有效控制真菌和细菌污染。
在特定实施方案中，金属加工流体可以进一步包括异烷氧基胺氧化物和/或苯并三唑盐。本发明的组合物能够被配制成不含酚类化合物和/或脂肪酸。本发明还公开了在金属加工过程中使用所述流体的方法，而用过的流体被再循环并重复使用。
                    优选实施方案详述
本发明的水基金属加工流体由聚亚烷基二醇、第一表面活性剂和第二表面活性剂的混合物构成，其中所述聚亚烷基二醇与链烷醇胺一起用作润滑剂，所述第一表面活性剂是聚乙二醇，所述第二表面活性剂是多元醇。所述组合物包括杀生物剂包，该杀生物剂包可以包括单一的杀生物物质或者杀生物剂的组合。所述组合物还包括腐蚀抑制剂包，该腐蚀抑制剂包类似地可以包括单一的腐蚀抑制剂或者腐蚀抑制剂的混合物。将前述的成分在水中混合。所述组合物也可以作为浓缩物提供，其随后可以被稀释进行使用。已经发现这种类型的物质在金属加工过程中能提供非常好的润滑和冷却。此外，它们在从金属加工器具和工件分离并除去包括油类的污染物方面具有良好的功能。本发明的金属加工流体不含会形成沉积物的脂肪酸。本发明的金属加工流体同样不含危险物质例如酚类、甲酚等。本发明的组合物与包括铁和非铁金属在内的各种金属都相容，并且本发明的一个显著特征是它们对铜、锌或铅没有腐蚀性。
在特定实施方案中，所述金属加工流体包括，基于重量，12-14％聚亚烷基二醇；1-15％链烷醇胺；5-7％聚乙二醇表面活性剂；0.5-1.0％多元醇表面活性剂；10-30％腐蚀抑制剂；和0.5-1.0％杀生物剂，其余为水。在前述组合物的某些实施方案中，链烷醇胺构成组合物的13-15％，并且在其它实施方案中，腐蚀抑制剂构成组合物的8-10％。应该指出的是，在整个说明书中，所有的百分数都是以重量为基础给出，除非另有说明。
在所述组合物中聚亚烷基二醇用作主要润滑剂。已经发现这种物质是水溶性的但是却具有高度润滑性。此外，它们在金属加工过程中经常遇到的高温和高压条件下是稳定的。所述聚亚烷基二醇物质不被可能会与金属加工流体混合的污染油类等降解，并且含有聚亚烷基二醇润滑剂的组合物可以容易地被回收。用于本发明的最优选的聚亚烷基二醇是水溶性的聚亚烷基二醇。这种物质中的一种包括DowChemical Corporation以名称“Ucon EPML-483”销售的聚亚烷基二醇。其它类似物质包括Lubrizol Corporation销售的ADDCO MLB 10X和Georgia Pacific销售的Actralube BN 6000。其它类似物质是可商购的并且对本领域的技术人员来说是显而易见的。典型地，这类物质作为水溶液提供。
本发明的金属加工流体还包含链烷醇胺。在本发明中可以单独或组合使用多种链烷醇胺。优选的链烷醇胺通常是C1-C4链烷醇胺。在本发明的实践中伯、仲和叔链烷醇胺都可以使用。优选的一种特定链烷醇胺包括三乙醇胺(TEA)。也可以使用单-和二-乙醇胺。其它链烷醇胺包括单-、二-和三-异丙醇胺。所述链烷醇胺可以单独或组合使用，并通常构成组合物的1-15％，在某些实施方案中构成组合物的13-15％。
本发明的组合物优选包括两种表面活性剂，第一种是聚乙二醇表面活性剂，第二种是多元醇表面活性剂。已经发现表面活性剂的这种组合提供了优异的分离性能并且有助于从工件和机器除去油类和其它此类疏水性物质。在本发明中有用的一种聚乙二醇表面活性剂包括聚氧丙烯和聚氧乙烯的嵌段共聚物。这类表面活性剂可从多个来源商购，在本发明中特别有用的一种物质包括以名称Pluronic 17R2销售的产品。该物质可从The BASF Corporation得到。可以用于本发明的其它此类表面活性剂包括Hoescht Celanese Corporation销售的P-41-300和Rohm and Haas销售的Triton EF-14。其它物质对本领域的技术人员来说是已知的。
在一个实施方案中，多元醇表面活性剂包括由Superior ChemicalCorporation of Indianapolis，Indiana以名称Superwet 9.5销售的物质。这种特定物质包括支化聚(氧-1，2-乙烷二基)，α-(4-壬基苯基)-ω-羟基。在本发明的实践中可以类似地使用其它多元醇和聚乙二醇表面活性剂。一些此类物质包括Rohm and Haas销售的Triton N-101和Tomal Products，Inc.of Milton，Wisconsin销售的Tomadol9E0。虽然根据本发明可以得到各种各样的组合物，但是在一个优选实施方案中，聚乙二醇表面活性剂的存在范围是5-7％，多元醇表面活性剂的存在范围是0.5-1.0％。
本发明的物质包括杀生物剂，在一个优选实施方案中，所述杀生物剂是对细菌和真菌都具有杀灭效果的物质的混合物。一种优选的混合物包括第一组分，该第一组分是吗啉化合物。一种优选的吗啉杀生物化合物包括4-(2-硝基丁基)吗啉。其它吗啉物质包括4，4-(2-乙基-2-硝基三亚甲基)二吗啉和亚甲基二吗啉。杀生物吗啉混合物可从Angus Chemical Company of Buffalo Grove，lllinois以名称BiobanP-1487和Bioban CS-1135得到。在这点上，也可以使用Rohm and Haas以名称Kaython EDC 1.5销售的物质。另一种结合于本发明的金属加工流体中的优选杀生物物质包括由Buckman Laboratories，Inc.ofMemphis，Tennessee以名称Busan 77销售的产品。该物质包括聚(氧-1，2-乙烷二基(二甲基亚氨基)-1，2-乙烷二基(二甲基亚氨基)1，2-乙烷二基二氯化物)。等价组合物以名称Bioban TS由Angus ChemicalCompany销售，以及以前述的名称Kaython EDC 1.5销售。在本发明的特定实施方案中，使用0.35-0.5％Bioban P-1487物质和0.5-1.0％Busan 77物质的杀生物混合物。在本发明的实践中也可以使用这些物质的其它组成范围以及物质的其它组合。
本发明的组合物优选还包括腐蚀抑制剂。使用的特定腐蚀抑制剂在某种程度上将取决于使用所述物质的金属的性质。可用作腐蚀抑制剂的一类化合物包括噻唑类化合物，一种特定噻唑物质是2-巯基苯并噻唑钠。这种物质可以以制剂形式从Lubrizol Corporation ofWickliffe，Ohio以名称Aqualox 236得到。其它腐蚀抑制剂包括Lubrizol Corporation以名称Alox销售的物质。典型地，腐蚀抑制剂的存在数量是约10-30％，在特定实施方案中为8-10％。
除了上述组分以外，本发明的金属加工流体可以包括其它活性组分。在本发明的组合物中经常使用的一种物质包括二甘醇单丁基醚。该物质在本领域中通常称为二醇醚DB，并且在本发明的组合物中通常存在数量是约0.5-2％。在本发明组合物中的其它成分包括异烷氧基胺氧化物。该物质的存在数量可以是约10-12％。还可以向组合物中加入额外数量的苯并三唑盐。
本发明的金属加工流体还可以包括辅助成分例如着色剂、香料、粘度或流变控制剂、消泡剂、芳香剂等。
根据本文中的教导，本领域的技术人员可以容易地得到本发明的很多组合物。本发明的一种特定组合物包括，基于重量：
单异丙醇胺                        1-2％
二异丙醇胺                        6-6.5％
三异丙醇胺                        6-6.5％
异烷氧基胺氧化物                  10-12％
4(2-硝基丁基)吗啉76-85％；        0.35-0.5％
4，4-(2-乙基-2-硝基三亚甲基)二吗啉2-7％；
亚甲基二吗啉3.9-6.5％；吗啉3-6％；
1-硝基丙烷0.3-5.3％(Bioban P-1487)
2-巯基苯并噻唑钠腐蚀抑制剂(Aqualox 236)    8-10％
聚氧丙烯嵌段聚合物                         5-7％
苯并三唑钠盐                               1.5-2％聚(氧-1，2-乙烷二基(二甲基亚氨基)-1，2-乙烷二基(二甲基亚氨基)-1，2-乙烷二基二氯化物)0.5-1.0％；
聚亚烷基二醇(Ucon EPML-483)12-14％；
支化聚(氧-1，2-乙烷二基)，α-(4-壬基苯基)-ω-羟基0.5-1.0％
已经发现，前述组合物可以非常好地作为用于切削或成形各种材料(包括加铅黄铜)的金属加工流体。所述组合物提供了高度的润滑性，并且与高体积高速度金属加工系统相容。所述流体抗生物污染，并且不形成金属皂沉积物。其容易清洁并分离油类，并且对黄铜没有腐蚀性。该物质的使用期限长，并且可以容易地再循环。在这-点上，使用的流体可以被收集并过滤以除去杂质和碎屑。油类和其它污染物可以通过撇渣和/或过滤除去，如此得到的流体被重新用于金属加工过程。在某些情况下，被再循环的流体在重新使用前可以补充它的某些组分。
然而根据此处的教导可以得到其它的组合物。可以通过向混合物中例如加入1.25-1.75％二醇醚DB来对前述组合物进行改变。可以向组合物中加入相对小量的消泡剂，例如聚硅氧烷消泡剂。典型地，消泡剂的使用量为约0.05-0.25％。根据此处的教导仍然可以得到其它的组合物。可以理解，前述讨论、描述和实施例是对本发明特定实施方案的说明，并不是对本发明实践的限制。只有后面的权利要求，以及其等价描述，才限定了本发明的范围。

Claims (27)

1.一种水基可再循环金属加工流体，包括：
水；
聚亚烷基二醇；
链烷醇胺；
聚乙二醇表面活性剂；
多元醇表面活性剂；
杀生物剂；和
腐蚀抑制剂。
2.权利要求1的金属加工流体，进一步包括异烷氧基胺氧化物。
3.权利要求1的金属加工流体，进一步包括苯并三唑盐。
4.权利要求1的金属加工流体，其中所述链烷醇胺包括链烷醇胺的混合物。
5.权利要求1的金属加工流体，其中所述链烷醇胺选自：三乙醇胺、二乙醇胺、单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺和它们的组合。
6.权利要求1的金属加工流体，其中所述杀生物剂包括杀生物物质的混合物，所述混合物具有抗细菌和抗真菌效果。
7.权利要求6的金属加工流体，其中所述杀生物物质的混合物包括至少一种吗啉化合物。
8.权利要求6的金属加工流体，其中所述杀生物物质的混合物包括聚(氧-1，2-乙烷二基(二甲基亚氨基)-1，2-乙烷二基(二甲基亚氨基)-1，2-乙烷二基二氯化物)。
9.权利要求1的金属加工流体，特征在于其不含酚类化合物。
10.权利要求1的金属加工流体，特征在于其不含脂肪酸。
11.权利要求1的金属加工流体，其中所述聚乙二醇表面活性剂包括聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物。
12.权利要求1的金属加工流体，其中所述多元醇表面活性剂包括支化聚(氧-1，2-乙烷二基)，α-(4-壬基苯基)-ω-羟基。
13.一种水基可再循环金属加工流体，基于重量，包括：
12-14％聚亚烷基二醇；
1-15％链烷醇胺；
5-7％聚乙二醇表面活性剂；
0.5-1.0％多元醇表面活性剂
10-30％腐蚀抑制剂；
0.5-1.0％杀生物剂；和
余量水。
14.权利要求13的金属加工流体，基于重量，进一步包括：10-12％异烷氧基胺氧化物。
15.权利要求13的金属加工流体，基于重量，进一步包括：1.5-2％苯并三唑盐。
16.权利要求13的金属加工流体，其中所述杀生物剂包括杀生物物质的混合物，所述混合物具有抗细菌和抗真菌效果。
17.权利要求16的金属加工流体，其中所述杀生物物质的混合物基于重量包括0.35-0.5％的吗啉化合物。
18.权利要求16的金属加工流体，所述杀生物物质的混合物基于重量包括0.5-1.0％聚(氧-1，2-乙烷二基(二甲基亚氨基)-1，2-乙烷二基(二甲基亚氨基)-1，2-乙烷二基二氯化物)。
19.权利要求13的金属加工流体，进一步包括选自表面活性剂、消泡剂、着色剂、香料、粘度控制剂以及它们的组合的物质。
20.权利要求13的金属加工流体，其中所述链烷醇胺组分构成所述组合物的13-15％。
21.权利要求13的金属加工流体，其中所述腐蚀抑制剂构成所述组合物的8-10％。
22.一种成形金属工件的方法，所述方法包括如下步骤：
在所述工件成形期间，使所述工件与水基可再循环金属加工流体接触，所述流体包括：
聚亚烷基二醇；
链烷醇胺；
聚乙二醇表面活性剂；
多元醇表面活性剂
杀生物剂；和
腐蚀抑制剂。
23.权利要求22的方法，包括如下进一步的步骤：
收集使用过的金属加工流体；和
再循环所述使用过的金属加工流体。
24.权利要求22的方法，其中所述工件包括加铅黄铜，以及其中所述成形方法包括切削所述加铅黄铜工件。
25.权利要求22的方法，其中所述流体，基于重量，包括：
12-14％所述聚亚烷基二醇；
1-15％所述链烷醇胺；
5-7％所述聚乙二醇表面活性剂；
0.5-1.0％所述多元醇表面活性剂
10-30％所述腐蚀抑制剂；
0.5-1.0％所述杀生物剂；和
余量水。
26.权利要求25的方法，其中所述金属加工流体，基于重量，进一步包括10-12％异烷氧基胺氧化物。
27.权利要求25的方法，其中所述金属加工流体，基于重量，进一步包括1.5-2％苯并三唑盐。
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