水基金屬加工流體的制作方法

專利名稱：水基金屬加工流體的制作方法
技術領域：
概括來說本發明涉及金屬加工流體。更加具體地，本發明涉及沒有危險物質并且與各種金屬合金相容的水基可再循環金屬加工流體。
背景技術：
金屬加工流體用于金屬加工操作例如切削、模鍛、沖壓和軋制中以向工件和金屬加工器具兩者提供冷卻和潤滑。所述金屬加工流體還用于從加工部位沖走油和碎屑，并且它們向工件和金屬加工器具兩者提供腐蝕保護。開始的時候，金屬加工流體包括油基物質或水和油的乳液。但是，本領域在不斷地尋求用水基物質代替油基產品。因此，本領域正在向著使用水基金屬加工流體轉變。
除了提供冷卻作用以外，水基金屬加工流體必須向工件和金屬加工器具提供良好的潤滑以及能夠從加工部位分離并除去碎屑和污染物(包括油類)。此外，水基金屬加工流體應該向設備和工件都提供良好的腐蝕保護。向著這個目標，本領域已經研發了多種水基金屬加工流體組合物；然而，在這些組合物的使用中出現了一些問題。
很多金屬合金，特別是黃銅和鋼鐵合金，在其中包括鉛，并且已經發現所述鉛可以與金屬加工流體中的脂肪酸反應，從而產生積聚到金屬加工器具上的水不溶性的金屬皂沉積物。所述皂渣吸引并結合可能存在的任何油類從而使得該皂渣非常粘。所述皂渣非常難于從器件和機器除去，并且可以導致金屬加工機器的粘合或者干擾金屬加工過程。因此，存在對沒有脂肪酸的金屬加工流體的需求。還已經發現，多種水基金屬加工流體都包括對銅、鉛、鋅和鋁具有腐蝕性或者與其反應的成分；因此，進一步需求對各種金屬沒有腐蝕性的金屬加工流體。
生物污染是金屬加工流體中的一個重要問題。此類感染可以污染金屬加工流體和金屬加工器具，并且是由所述流體中細菌和/或真菌生物體生長造成的。該問題在水基流體中特別嚴重，因此需要對廣譜生物品種在其中的生長具有抵抗性的水基金屬加工流體。為了解決上述討論的各種問題，現有技術金屬加工流體組合物通常在其配方中包括酚類、甲酚類、鹵化物質等。這些物質中的很多被分類為危險物質，它們的使用受到法律的限制或嚴格約束。因此，進一步希望得到不包括任何危險物質的金屬加工流體。
如將在下面描述的那樣，本發明涉及向設備和工具提供非常良好的潤滑和冷卻的水基金屬加工流體。本發明的金屬加工流體與各種金屬合金相容并且對這些金屬合金沒有腐蝕性。所述金屬加工流體不含脂肪酸和危險物質。本發明的金屬加工流體能夠從工件和設備除去油類、污物和碎屑。本發明的金屬加工流體對生物污染具有抵抗性，穩定并且可再循環。
發明簡述本發明公開了水基可再循環金屬加工流體。該流體包含聚亞烷基二醇、鏈烷醇胺、聚乙二醇表面活性劑、多元醇表面活性劑、殺生物劑包和腐蝕抑制劑的水溶液。在特定實施方案中，鏈烷醇胺可以包括三乙醇胺、二乙醇胺、單異丙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺等的一種或多種。所述殺生物劑包可以包括殺生物物質的混合物，該混合物可有效控制真菌和細菌污染。
在特定實施方案中，金屬加工流體可以進一步包括異烷氧基胺氧化物和/或苯并三唑鹽。本發明的組合物能夠被配制成不含酚類化合物和/或脂肪酸。本發明還公開了在金屬加工過程中使用所述流體的方法，而用過的流體被再循環并重復使用。
優選實施方案詳述本發明的水基金屬加工流體由聚亞烷基二醇、第一表面活性劑和第二表面活性劑的混合物構成，其中所述聚亞烷基二醇與鏈烷醇胺一起用作潤滑劑，所述第一表面活性劑是聚乙二醇，所述第二表面活性劑是多元醇。所述組合物包括殺生物劑包，該殺生物劑包可以包括單一的殺生物物質或者殺生物劑的組合。所述組合物還包括腐蝕抑制劑包，該腐蝕抑制劑包類似地可以包括單一的腐蝕抑制劑或者腐蝕抑制劑的混合物。將前述的成分在水中混合。所述組合物也可以作為濃縮物提供，其隨后可以被稀釋進行使用。已經發現這種類型的物質在金屬加工過程中能提供非常好的潤滑和冷卻。此外，它們在從金屬加工器具和工件分離并除去包括油類的污染物方面具有良好的功能。本發明的金屬加工流體不含會形成沉積物的脂肪酸。本發明的金屬加工流體同樣不含危險物質例如酚類、甲酚等。本發明的組合物與包括鐵和非鐵金屬在內的各種金屬都相容，并且本發明的一個顯著特征是它們對銅、鋅或鉛沒有腐蝕性。
在特定實施方案中，所述金屬加工流體包括，基于重量，12-14％聚亞烷基二醇；1-15％鏈烷醇胺；5-7％聚乙二醇表面活性劑；0.5-1.0％多元醇表面活性劑；10-30％腐蝕抑制劑；和0.5-1.0％殺生物劑，其余為水。在前述組合物的某些實施方案中，鏈烷醇胺構成組合物的13-15％，并且在其它實施方案中，腐蝕抑制劑構成組合物的8-10％。應該指出的是，在整個說明書中，所有的百分數都是以重量為基礎給出，除非另有說明。
在所述組合物中聚亞烷基二醇用作主要潤滑劑。已經發現這種物質是水溶性的但是卻具有高度潤滑性。此外，它們在金屬加工過程中經常遇到的高溫和高壓條件下是穩定的。所述聚亞烷基二醇物質不被可能會與金屬加工流體混合的污染油類等降解，并且含有聚亞烷基二醇潤滑劑的組合物可以容易地被回收。用于本發明的最優選的聚亞烷基二醇是水溶性的聚亞烷基二醇。這種物質中的一種包括DowChemical Corporation以名稱“Ucon EPML-483”銷售的聚亞烷基二醇。其它類似物質包括Lubrizol Corporation銷售的ADDCO MLB 10X和Georgia Pacific銷售的Actralube BN 6000。其它類似物質是可商購的并且對本領域的技術人員來說是顯而易見的。典型地，這類物質作為水溶液提供。
本發明的金屬加工流體還包含鏈烷醇胺。在本發明中可以單獨或組合使用多種鏈烷醇胺。優選的鏈烷醇胺通常是C1-C4鏈烷醇胺。在本發明的實踐中伯、仲和叔鏈烷醇胺都可以使用。優選的一種特定鏈烷醇胺包括三乙醇胺(TEA)。也可以使用單-和二-乙醇胺。其它鏈烷醇胺包括單-、二-和三-異丙醇胺。所述鏈烷醇胺可以單獨或組合使用，并通常構成組合物的1-15％，在某些實施方案中構成組合物的13-15％。
本發明的組合物優選包括兩種表面活性劑，第一種是聚乙二醇表面活性劑，第二種是多元醇表面活性劑。已經發現表面活性劑的這種組合提供了優異的分離性能并且有助于從工件和機器除去油類和其它此類疏水性物質。在本發明中有用的一種聚乙二醇表面活性劑包括聚氧丙烯和聚氧乙烯的嵌段共聚物。這類表面活性劑可從多個來源商購，在本發明中特別有用的一種物質包括以名稱Pluronic 17R2銷售的產品。該物質可從The BASF Corporation得到。可以用于本發明的其它此類表面活性劑包括Hoescht Celanese Corporation銷售的P-41-300和Rohm and Haas銷售的Triton EF-14。其它物質對本領域的技術人員來說是已知的。
在一個實施方案中，多元醇表面活性劑包括由Superior ChemicalCorporation of Indianapolis，Indiana以名稱Superwet 9.5銷售的物質。這種特定物質包括支化聚(氧-1，2-乙烷二基)，α-(4-壬基苯基)-ω-羥基。在本發明的實踐中可以類似地使用其它多元醇和聚乙二醇表面活性劑。一些此類物質包括Rohm and Haas銷售的Triton N-101和Tomal Products，Inc.of Milton，Wisconsin銷售的Tomadol9E0。雖然根據本發明可以得到各種各樣的組合物，但是在一個優選實施方案中，聚乙二醇表面活性劑的存在范圍是5-7％，多元醇表面活性劑的存在范圍是0.5-1.0％。
本發明的物質包括殺生物劑，在一個優選實施方案中，所述殺生物劑是對細菌和真菌都具有殺滅效果的物質的混合物。一種優選的混合物包括第一組分，該第一組分是嗎啉化合物。一種優選的嗎啉殺生物化合物包括4-(2-硝基丁基)嗎啉。其它嗎啉物質包括4，4-(2-乙基-2-硝基三亞甲基)二嗎啉和亞甲基二嗎啉。殺生物嗎啉混合物可從Angus Chemical Company of Buffalo Grove，lllinois以名稱BiobanP-1487和Bioban CS-1135得到。在這點上，也可以使用Rohm and Haas以名稱Kaython EDC 1.5銷售的物質。另一種結合于本發明的金屬加工流體中的優選殺生物物質包括由Buckman Laboratories，Inc.ofMemphis，Tennessee以名稱Busan 77銷售的產品。該物質包括聚(氧-1，2-乙烷二基(二甲基亞氨基)-1，2-乙烷二基(二甲基亞氨基)1，2-乙烷二基二氯化物)。等價組合物以名稱Bioban TS由Angus ChemicalCompany銷售，以及以前述的名稱Kaython EDC 1.5銷售。在本發明的特定實施方案中，使用0.35-0.5％Bioban P-1487物質和0.5-1.0％Busan 77物質的殺生物混合物。在本發明的實踐中也可以使用這些物質的其它組成范圍以及物質的其它組合。
本發明的組合物優選還包括腐蝕抑制劑。使用的特定腐蝕抑制劑在某種程度上將取決于使用所述物質的金屬的性質。可用作腐蝕抑制劑的一類化合物包括噻唑類化合物，一種特定噻唑物質是2-巰基苯并噻唑鈉。這種物質可以以制劑形式從Lubrizol Corporation ofWickliffe，Ohio以名稱Aqualox 236得到。其它腐蝕抑制劑包括Lubrizol Corporation以名稱Alox銷售的物質。典型地，腐蝕抑制劑的存在數量是約10-30％，在特定實施方案中為8-10％。
除了上述組分以外，本發明的金屬加工流體可以包括其它活性組分。在本發明的組合物中經常使用的一種物質包括二甘醇單丁基醚。該物質在本領域中通常稱為二醇醚DB，并且在本發明的組合物中通常存在數量是約0.5-2％。在本發明組合物中的其它成分包括異烷氧基胺氧化物。該物質的存在數量可以是約10-12％。還可以向組合物中加入額外數量的苯并三唑鹽。
本發明的金屬加工流體還可以包括輔助成分例如著色劑、香料、粘度或流變控制劑、消泡劑、芳香劑等。
根據本文中的教導，本領域的技術人員可以容易地得到本發明的很多組合物。本發明的一種特定組合物包括，基于重量單異丙醇胺1-2％二異丙醇胺6-6.5％三異丙醇胺6-6.5％異烷氧基胺氧化物 10-12％4(2-硝基丁基)嗎啉76-85％；0.35-0.5％4，4-(2-乙基-2-硝基三亞甲基)二嗎啉2-7％；亞甲基二嗎啉3.9-6.5％；嗎啉3-6％；1-硝基丙烷0.3-5.3％(Bioban P-1487)2-巰基苯并噻唑鈉腐蝕抑制劑(Aqualox 236)8-10％聚氧丙烯嵌段聚合物 5-7％苯并三唑鈉鹽 1.5-2％聚(氧-1，2-乙烷二基(二甲基亞氨基)-1，2-乙烷二基(二甲基亞氨基)-1，2-乙烷二基二氯化物)0.5-1.0％；聚亞烷基二醇(Ucon EPML-483)12-14％；支化聚(氧-1，2-乙烷二基)，α-(4-壬基苯基)-ω-羥基0.5-1.0％已經發現，前述組合物可以非常好地作為用于切削或成形各種材料(包括加鉛黃銅)的金屬加工流體。所述組合物提供了高度的潤滑性，并且與高體積高速度金屬加工系統相容。所述流體抗生物污染，并且不形成金屬皂沉積物。其容易清潔并分離油類，并且對黃銅沒有腐蝕性。該物質的使用期限長，并且可以容易地再循環。在這-點上，使用的流體可以被收集并過濾以除去雜質和碎屑。油類和其它污染物可以通過撇渣和/或過濾除去，如此得到的流體被重新用于金屬加工過程。在某些情況下，被再循環的流體在重新使用前可以補充它的某些組分。
然而根據此處的教導可以得到其它的組合物。可以通過向混合物中例如加入1.25-1.75％二醇醚DB來對前述組合物進行改變。可以向組合物中加入相對小量的消泡劑，例如聚硅氧烷消泡劑。典型地，消泡劑的使用量為約0.05-0.25％。根據此處的教導仍然可以得到其它的組合物。可以理解，前述討論、描述和實施例是對本發明特定實施方案的說明，并不是對本發明實踐的限制。只有后面的權利要求，以及其等價描述，才限定了本發明的范圍。
權利要求
1.一種水基可再循環金屬加工流體，包括水；聚亞烷基二醇；鏈烷醇胺；聚乙二醇表面活性劑；多元醇表面活性劑；殺生物劑；和腐蝕抑制劑。
2.權利要求1的金屬加工流體，進一步包括異烷氧基胺氧化物。
3.權利要求1的金屬加工流體，進一步包括苯并三唑鹽。
4.權利要求1的金屬加工流體，其中所述鏈烷醇胺包括鏈烷醇胺的混合物。
5.權利要求1的金屬加工流體，其中所述鏈烷醇胺選自三乙醇胺、二乙醇胺、單異丙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺和它們的組合。
6.權利要求1的金屬加工流體，其中所述殺生物劑包括殺生物物質的混合物，所述混合物具有抗細菌和抗真菌效果。
7.權利要求6的金屬加工流體，其中所述殺生物物質的混合物包括至少一種嗎啉化合物。
8.權利要求6的金屬加工流體，其中所述殺生物物質的混合物包括聚(氧-1，2-乙烷二基(二甲基亞氨基)-1，2-乙烷二基(二甲基亞氨基)-1，2-乙烷二基二氯化物)。
9.權利要求1的金屬加工流體，特征在于其不含酚類化合物。
10.權利要求1的金屬加工流體，特征在于其不含脂肪酸。
11.權利要求1的金屬加工流體，其中所述聚乙二醇表面活性劑包括聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物。
12.權利要求1的金屬加工流體，其中所述多元醇表面活性劑包括支化聚(氧-1，2-乙烷二基)，α-(4-壬基苯基)-ω-羥基。
13.一種水基可再循環金屬加工流體，基于重量，包括12-14％聚亞烷基二醇；1-15％鏈烷醇胺；5-7％聚乙二醇表面活性劑；0.5-1.0％多元醇表面活性劑10-30％腐蝕抑制劑；0.5-1.0％殺生物劑；和余量水。
14.權利要求13的金屬加工流體，基于重量，進一步包括10-12％異烷氧基胺氧化物。
15.權利要求13的金屬加工流體，基于重量，進一步包括1.5-2％苯并三唑鹽。
16.權利要求13的金屬加工流體，其中所述殺生物劑包括殺生物物質的混合物，所述混合物具有抗細菌和抗真菌效果。
17.權利要求16的金屬加工流體，其中所述殺生物物質的混合物基于重量包括0.35-0.5％的嗎啉化合物。
18.權利要求16的金屬加工流體，所述殺生物物質的混合物基于重量包括0.5-1.0％聚(氧-1，2-乙烷二基(二甲基亞氨基)-1，2-乙烷二基(二甲基亞氨基)-1，2-乙烷二基二氯化物)。
19.權利要求13的金屬加工流體，進一步包括選自表面活性劑、消泡劑、著色劑、香料、粘度控制劑以及它們的組合的物質。
20.權利要求13的金屬加工流體，其中所述鏈烷醇胺組分構成所述組合物的13-15％。
21.權利要求13的金屬加工流體，其中所述腐蝕抑制劑構成所述組合物的8-10％。
22.一種成形金屬工件的方法，所述方法包括如下步驟在所述工件成形期間，使所述工件與水基可再循環金屬加工流體接觸，所述流體包括聚亞烷基二醇；鏈烷醇胺；聚乙二醇表面活性劑；多元醇表面活性劑殺生物劑；和腐蝕抑制劑。
23.權利要求22的方法，包括如下進一步的步驟收集使用過的金屬加工流體；和再循環所述使用過的金屬加工流體。
24.權利要求22的方法，其中所述工件包括加鉛黃銅，以及其中所述成形方法包括切削所述加鉛黃銅工件。
25.權利要求22的方法，其中所述流體，基于重量，包括12-14％所述聚亞烷基二醇；1-15％所述鏈烷醇胺；5-7％所述聚乙二醇表面活性劑；0.5-1.0％所述多元醇表面活性劑10-30％所述腐蝕抑制劑；0.5-1.0％所述殺生物劑；和余量水。
26.權利要求25的方法，其中所述金屬加工流體，基于重量，進一步包括10-12％異烷氧基胺氧化物。
27.權利要求25的方法，其中所述金屬加工流體，基于重量，進一步包括1.5-2％苯并三唑鹽。
全文摘要
一種水基可再循環金屬加工流體，包括聚亞烷基二醇、鏈烷醇胺、聚乙二醇表面活性劑、多元醇表面活性劑、殺生物劑和腐蝕抑制劑。所述殺生物劑可以包括有效抗細菌和真菌生物體的殺生物化合物的混合物。所述物質還可以包括異烷氧基胺氧化物和二醇醚。所述組合物還可以包括輔助成分例如粘度控制劑、消泡劑、著色劑等。本發明組合物的顯著特征是不含危險物質和脂肪酸。還公開了在金屬成形操作中使用所述組合物的方法。
文檔編號C10M173/02GK1906279SQ200480039422
公開日2007年1月31日 申請日期2004年10月29日 優先權日2003年10月29日
發明者J·M·諾布爾, P·B·西蒙, S·P·里格爾, D·E·多爾斯, A·A·麥卡洛, R·D·史密斯 申請人:馬斯科公司, 米勒環保公司, 米勒印地安納石油公司