專利名稱：金屬加工流體配制劑的制作方法
金屬加工流體配制劑相關申請[不適用]聯邦政府主辦的研究或者開發[不適用][縮微膠片/版權授權范圍]
[不適用]
背景技術：
本發明涉及不含油的金屬加工(metalworking)流體，也稱作合成的金屬加工流體。金屬加工被定義為將金屬工件成形以使其符合期望的一組幾何規格。金屬加工包 含基本的兩類切削和成型。切削操作包括磨削，車削，銑削，攻絲，拉削和滾銑。成型操作 包括熱和冷軋，拉伸，鍛造，沖壓和沖切。金屬加工流體是切削和成型操作二者中都必需的。它們必須在工件和工具之間提 供潤滑，以及通過除去在金屬加工操作過程中產生的熱來提供冷卻。潤滑被定義為在兩個移動表面之間的摩擦力的降低。金屬加工操作中兩個主要類 型的潤滑是流體動力學潤滑和邊界或者極壓(EP)潤滑。流體動力學潤滑涉及通過流體潤 滑劑膜來隔開移動表面。當表面一起摩擦時，邊界或者EP潤滑使得所遭受的磨損最小化。 聚合物潤滑劑可以提供這兩種類型的潤滑。金屬加工流體被分為兩種主要的種類，含油的和不含油的。含油的種類包含直鏈 油，可溶性油和半合成油，其全部都利用了礦物油作為主要的潤滑劑。不合油的種類被稱作 合成加工流體，其包括在含水傳送體系或者稀釋劑中產生潤滑性的添加劑的組合物。可溶 性油和半合成產品占據了 80%的市場份額，非水的可還原直鏈油種類具有10%的份額，而 合成的加工流體占據了 10%的市場份額。現有類型的金屬加工流體具有優缺點。含油產品的優點是優異的潤滑性，寬范圍 的應用性，和保護貯槽(sump)抗腐蝕的屏障作用。含油的金屬加工流體的缺點是水硬度經 常影響該流體的穩定性，泡沫是一種經常性的問題，這歸因于它們包含了更高級去垢性的 乳化劑，它們攜帶了更大的污垢負荷，它們的處置和將它們從槽中清潔掉的成本更高，并且 它們具有更大的微生物問題。因為從環境問題到微生物優點的諸多因素，使用合成加工流體受到鼓勵。但是，大 部分消費者繼續使用含油產品，這是因為它們在相對低的成本情況下具有良好的潤滑性， 以及因為與合成加工流體有關的增加的維護腐蝕問題。合成加工流體的貯槽，缺乏由油提 供的保護性屏障膜，會腐蝕和“冷凍”機加工系統螺栓，使得維護變困難。此外，高潤滑性合 成產品比類似潤滑性的含油產品昂貴。半合成加工流體在成本基礎上的物理潤滑性的降低 限制了它們在重負荷操作中的用途
發明內容
本發明的一方面涉及一種全新種類的金屬加工流體產品。這些新型化學品并入了羧酸鹽、邊界潤滑劑脂肪酸和EO/PO聚合物的增效共混物，其反應以形成這樣的部分 (moiety)，其在某些實施方案中可以任選地具有增加的粒度，優異的潤滑性或者二者兼具。 另外，某些實施方案使用的稀釋劑是不透明的，并且模擬了油基溶液的外觀。在某些實施方案中，該金屬加工流體組合物在稀釋到0. 1-50體積％時的體積平 均粒度可以是125nm或者更大。該組合物包含(a) 一種或多種聚合物潤滑劑；(b) —種或多種羧酸鹽； (c) 一種或多種乳化劑或者分散劑；和(d)傳送組分。某些實施方案可以是合成的金屬加工流體，其展現出潤滑性的工程化增加，同時 仍然提供了腐蝕保護和微生物控制。
[不適用]
具體實施例方式在一種實施方案中，本發明的金屬加工潤滑劑在稀釋到0. 1-50體積％時的體積 平均粒度可以是125nm或者更大。在一種實施方案中，該組合物可以包含(a) 一種或多種聚合物潤滑劑；(b) 一種或多種羧酸鹽；(c) 一種或多種乳化劑或者分散劑；和(d)傳送組分。更具體的，該組合物可以包含(a) 1-80體積％的一種或多種嵌段共聚物作為聚合物潤滑劑；(b) 1-40體積％的一種或多種羧酸鹽；(c) 1-20體積％的一種或多種乳化劑或者分散劑；和(d) 1-97體積％的傳送組分。在另外一種實施方案中，該組合物可以包含(a) 5-40體積％的一種或多種嵌段共聚物作為聚合物潤滑劑；(b) 3-30體積％的一種或多種羧酸鹽；(c) 2-12體積％的一種或多種乳化劑；和(d) 18-90體積%的傳送組分。在又一種實施方案中，該組合物可以包含(a) 15-25體積％的一種或多種嵌段共聚物作為聚合物潤滑劑；(b) 5-15體積％的一種或多種羧酸鹽；(c) 3-8體積％的一種或多種乳化劑或者分散劑；和(d) 52-77體積％的傳送組分。每種組分及其實例在下面進一步描述。聚合物潤滑劑
該聚合物潤滑劑可以是例如Ε0/Ρ0共聚物。該Ε0/Ρ0聚合物可以包括例如下面的 一種或多種。該Ε0/Ρ0共聚物可以是具有在中心的聚氧丙烯嵌段和在任一端的聚氧乙烯鏈 的嵌段共聚物。該Ε0/Ρ0共聚物可以是包含在中心的聚氧乙烯嵌段和在任一端的聚氧丙烯 鏈的嵌段共聚物。該Ε0/Ρ0共聚物可以是衍生自環氧乙烷和環氧丙烷對1，2_乙二胺相繼 加成的四嵌段共聚物。該Ε0/Ρ0共聚物可以是具有至少一個端羥基的環氧乙烷/環氧丙 烷共聚物。該Ε0/Ρ0共聚物可以是環氧乙烷和環氧丙烷無規共聚物的水溶性潤滑劑基料 (base stock)。該Ε0/Ρ0共聚物可以是水溶性聚氧乙烯醇或者聚氧丙烯醇或者這樣的醇的 水溶性羧酸酯。該Ε0/Ρ0共聚物可以是全部聚氧丙烯基團帶有一個端羥基的醇起始基料。 該Ε0/Ρ0共聚物可以是一元或二元酸酯，多元醇酯，聚亞烷基二醇酯，用有機酸、磷酸酯、聚 異丁烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、以及丙烯酸或甲基丙烯酸和丙 烯酸酯的共聚物接枝的聚亞烷基二醇。明確可以設想的聚合物包括聚丙二醇嵌段共聚物，聚乙二醇嵌段共聚物，或者聚 乙二醇/聚丙二醇嵌段共聚物。羧酸鹽 部分中和的羧酸鹽打算用來將用于聚合物潤滑劑的親脂性部分提供給具有更大 粒度的網絡和提供工程化的更大的粒度。該鹽可以例如通過使用在本說明書中所述的任何 堿性試劑(alkaline agent)來部分中和游離羧酸，脂肪或者油而制造。明確設想的該鹽的 陽離子包括堿金屬或者鏈烷醇胺鹽，例如鈉鹽(例如通過用氫氧化鈉處理酸來制造)。該部 分中和的PH取決于所使用的堿性試劑。許多這些羧酸鹽還另外提供了它們本身的邊界潤 滑。作為原料使用的羧酸可以是線型的或者支化的，飽和的或者不飽和的游離羧酸。 該酸可以是飽和的或者不飽和的，并且不飽和的部位可以是順式或者反式構造的。該酸可 以是二羧酸，三羧酸，或者羧酸的酯，胺，酰胺或者乙氧基化的衍生物。可供選擇的是，動物 或者植物來源的脂肪或者油可以直接中和來提供羧酸鹽。下面的是一些設想的羧酸或者其來源的例子己酸(caproic acid)(也稱為己酸 (hexanoic acid)),庚酸(enanthic acid)也稱為庚酸(heptanoic acid)),辛酸(caprylic acid)也稱為辛酸(octanoic acid)),壬酸(pelargonic acid)也稱為壬酸(nonanoic acid))，異壬酸，癸酸(capric acid)也稱為癸酸(decanoic acid))，新癸酸，月桂酸(也 稱作十二烷酸)，硬脂酸(也稱作十八烷酸)，花生酸(也稱作二十烷酸)，棕櫚酸(也稱作 十六烷酸)，芥酸，油酸，花生四烯酸，亞油酸，亞麻酸，肉豆蔻酸(也稱作十四烷酸)，山崳酸 (也稱作二十二烷酸)，α -亞麻酸，二十六烷酸，蓖麻油酸，丁酸，豬油，牛油，黃油，椰子油， 棕櫚油，棉籽油，小麥胚芽油，大豆油，橄欖油，玉米油，葵花油和菜子油或者低芥酸菜子油。乳化劑或者分散劑用水稀釋該金屬加工流體組合物形成了不透明的乳液。在高于10%的濃度時，該 乳液會需要穩定化。乳化劑或者分散劑打算用來提供對于工程化大顆粒乳液的穩定。該乳化劑或者分散劑可以是下面的一種或多種鏈烷醇酰胺，烷基芳基磺酸鹽， 烷基芳基磺酸，氧化胺，酰胺皂和胺皂，嵌段共聚物，羧基化的醇，羧酸或者脂肪酸，乙氧基 化的醇，乙氧基化的烷基酚，乙氧基化的胺或者酰胺，乙氧基化的脂肪酸，乙氧基化的脂肪 酯和油，乙氧基化的酚，脂肪胺和酯，甘油酯，二元醇酯，咪唑啉類和咪唑啉衍生物，木質素和木質素衍生物，馬來酸酐或者琥珀酸酐，甲基酯，單酸甘油酯和衍生物，環烷酸，烯烴磺酸鹽，磷酸酯，聚亞烷基二醇，聚乙二醇，多元醇，聚合的(多糖，丙烯酸，丙烯酰胺)，丙氧基 化的和乙氧基化的脂肪酸，醇或者烷基酚，季鹽表面活性劑，肌氨酸衍生物，皂類，山梨聚糖 衍生物，蔗糖和葡萄糖的酯和衍生物，油和脂肪酸的硫酸鹽和磺酸鹽，乙氧基化的烷基酚的 硫酸鹽和磺酸鹽，醇的硫酸鹽，乙氧基化的醇的硫酸鹽，或者脂肪酯的硫酸鹽，十二烷基和 十三烷基苯的磺酸鹽，萘的磺酸鹽，烷基萘的磺酸鹽，石油的磺酸鹽，磺基琥珀酰胺酸鹽，磺 基琥珀酸鹽和衍生物，或者十三烷基和十二烷基苯磺酸。腐蝕抑制性組分含油產品很大程度上依靠該油本身來形成腐蝕保護的屏障涂層。不含油的產品任 選地可以通過化學手段來獲得這種腐蝕保護。腐蝕抑制劑是化學化合物，其在低濃度加入 時能夠阻止或者延緩金屬和合金的腐蝕。腐蝕抑制劑的某些機理是形成鈍化層(在材料表面上的薄膜，其阻止腐蝕性物質 接近該金屬)，抑制氧化還原腐蝕體系的氧化或者還原部分(陽極和陰極抑制劑)，或者清 除溶解的氧。這里有落入這個組中的許多不同的材料。一些例子是羧酸的堿金屬鹽和鏈烷醇 胺鹽，十一烷酸或十二烷酸或者它們的鹽，C4_22羧酸或者它們的鹽，硼酸及其鹽，甲苯基三 唑及其鹽，苯并三唑類及其鹽，咪唑啉類及其鹽，鏈烷醇胺和酰胺，磺酸鹽，環烷酸的堿金屬 鹽和鏈烷醇胺鹽，磷酸酯胺鹽，堿金屬亞硝酸鹽，堿金屬碳酸鹽，羧酸衍生物，烷基磺酰胺羧 酸，芳基磺酰胺羧酸，脂肪肌氨酸(fatty sarkoside)，苯氧基衍生物和鉬酸鈉。堿化劑(ALKALINITYAGENT)堿化劑為產品提供了期望的pH，并且在某些情況中保持了堿度和PH緩沖。堿化劑 的例子包括但不限于鏈烷醇伯胺、仲胺和叔胺，氨基甲基丙醇(AMP-95)，二甘醇胺(DGA)， 單乙醇胺(MBA)，單異丙醇胺(MIPA)，丁基乙醇胺(NBEA)，二環己基胺(DCHA)，二乙醇胺 (DEA)，丁基二乙醇胺(NBDEA)，三乙醇胺(TEA)，堿金屬氫氧化物，氫氧化鉀，氫氧化鈉，氫 氧化鎂，氫氧化鋰，金屬的碳酸鹽和碳酸氫鹽，碳酸鈉，碳酸氫鈉，碳酸鉀和碳酸氫鉀。用于 某些實施方案的優選的堿化劑是堿金屬氫氧化物。所述組合物設想的pH任選地是3或者更大，任選地是3-10，任選地是4-9，任選地 是 4-8。其它成分該組合物還可以包含消泡劑和/或殺生物劑或者殺真菌劑，以及任何其它常規的 或者新的添加劑。傳送組分(TRANSPORTCOMPONENT)優選的傳送組分(其也可以稱作分散介質或者載體)大部分地、任選全部是水。但 是，任選地，該組合物可以包含一種或多種油，優選小于10體積％的油。這些組分可以是任 何常規的潤滑油。如果設想的是復合的油和水傳送組分，則乳化劑可以用來制造油和水的 穩定乳液。目前可以利用的非油產品的積極性能任選地保持在這種組合物中以及任選地包 括下面的一種，大于一種或者全部性能環境依從性(environmental compliance)，良好的 冷卻，良好的排屑或者沉降特性，長貯槽壽命和良好的抗生物性。
在請求保護的本發明中，該金屬加工流體組合物在稀釋到0. 1-50體積％時能夠 具有小于8000牛頓-cm—1的潤滑性，該潤滑性是用攻絲扭矩測定儀來測量的。該組合物在低油(即，不大于10體積％的油)或者基本上或者完全無油配制劑中 可以任選的具有下面的一種或多種有利的性能 含油產品的潤滑性， ·接近于含油產品的潤滑性/成本性能點，·減少對工人的刺激性(刺激性與高pH產品有關)，·含油產品的生銹或者其它腐蝕保護性，或者 無鏈烷醇胺的化學品。粒度如將在下面的實施例中所見的那樣，所配置的本發明的組合物包含顆粒。較大的 顆粒被打算用來提供更大的潤滑性，雖然本發明不局限于這種理論的正確性。任何實施 方案的設想顆粒任選地具有下面的體積平均直徑120-100000納米(nm)，可供選擇的是 (alternatively) 120-100000nm,可供選擇的是 120_10000nm，可供選擇的是 120_5000nm， 可供選擇的是125-10000nm，可供選擇的是125_5000nm，可供選擇的是125_2000nm，可供 選擇的是140-10000nm，可供選擇的是140_5000nm，可供選擇的是140_2000nm，可供選擇 的是200-10000nm，可供選擇的是200_5000nm，可供選擇的是200_2000nm，可供選擇的 是220-10000nm，可供選擇的是220_5000nm，可供選擇的是220_2000nm，可供選擇的是 350-10000nm，可供選擇的是350_5000nm，可供選擇的是350_2000nm。實施例通過參考下面的實施例能夠更好的理解前述的內容，下面的實施例目的是說明實 施本發明用的方法，并且目的并非限制本發明的范圍。實施例1表 權利要求
金屬加工流體組合物，其在稀釋到0.1 50體積％時具有125nm或者更大的體積平均粒度，該組合物包含(a)一種或多種聚合物潤滑劑；(b)一種或多種羧酸鹽；(c)一種或多種乳化劑或者分散劑；和(d)傳送組分。
2.權利要求1的組合物，其包括小于10體積％的一種或多種油。
3.前述權利要求任一項的組合物，其中該傳送組分包括水。
4.前述權利要求任一項的組合物，其包括腐蝕抑制性組分。
5.前述權利要求任一項的組合物，其中該腐蝕抑制性組分包含下面的一種或多種羧 酸的堿金屬鹽和鏈烷醇胺鹽，十一烷酸或者十二烷酸和它們的鹽，C4_22羧酸和它們的鹽，硼 酸類、含硼化合物和它們的鹽，甲苯基三唑及其鹽，苯并三唑類及其鹽，咪唑啉類及其鹽，鏈 烷醇胺和酰胺，磺酸鹽，環烷酸的堿金屬鹽和鏈烷醇胺鹽，磷酸酯胺鹽，堿金屬亞硝酸鹽，堿 金屬碳酸鹽，羧酸衍生物，烷基磺酰胺羧酸，芳基磺酰胺羧酸，脂肪肌氨酸，苯氧基衍生物和 鉬酸鈉。
6.前述權利要求任一項的組合物，其中pH是3-9。
7.前述權利要求任一項的組合物，其包括堿化劑。
8.權利要求7的組合物，其中該堿化劑是下面的一種或多種鏈烷醇伯胺、仲胺和叔 胺，氨基甲基丙醇(AMP-95)，二甘醇胺(DGA)，單乙醇胺(MBA)，單異丙醇胺(MIPA)，丁基乙 醇胺(NBEA)，二環己基胺(DCHA)，二乙醇胺(DEA)，丁基二乙醇胺(NBDEA)，三乙醇胺(TEA)， 堿金屬氫氧化物，氫氧化鉀，氫氧化鈉，氫氧化鎂，氫氧化鋰，金屬的碳酸鹽和碳酸氫鹽，碳 酸鈉，碳酸氫鈉，碳酸鉀和碳酸氫鉀。
9.權利要求7或者8的組合物，其中該堿化劑是堿金屬氫氧化物。
10.前述權利要求任一項的組合物，其包括消泡劑。
11.前述權利要求任一項的組合物，其包括殺生物劑和/或殺真菌劑。
12.前述權利要求任一項的組合物，其中該聚合物潤滑劑是嵌段共聚物。
13.前述權利要求任一項的組合物，其中該聚合物潤滑劑是下面的一種或多種包含 在中心的聚氧丙烯嵌段和在任一端的聚氧乙烯鏈的嵌段共聚物，包含在中心的聚氧乙烯嵌 段和在任一端的聚氧丙烯鏈的嵌段共聚物，衍生自環氧乙烷和環氧丙烷對1，2_乙二胺相 繼加成的四嵌段共聚物，具有至少一個端羥基的環氧乙烷/環氧丙烷共聚物，環氧乙烷和 環氧丙烷無規共聚物的水溶性潤滑劑基料，水溶性聚氧乙烯醇或者聚氧丙烯醇或者這樣的 醇的水溶性羧酸酯，全部聚氧乙烯基團帶有一個端羥基的醇起始基料，一元和二元酸酯，多 元醇酯，聚亞烷基二醇酯，用有機酸、磷酸酯、聚異丁烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯 烷酮、聚乙烯醇、以及丙烯酸或甲基丙烯酸和丙烯酸酯的共聚物接枝的聚亞烷基二醇。
14.前述權利要求任一項的組合物，其中該聚合物潤滑劑是聚丙二醇嵌段共聚物。
15.前述權利要求任一項的組合物，其中該聚合物潤滑劑是聚乙二醇嵌段共聚物。
16.前述權利要求任一項的組合物，其中該聚合物潤滑劑是聚乙二醇/聚丙二醇嵌段 共聚物。
17.前述權利要求任一項的組合物，其中該羧酸鹽包括C4-C22羧酸或者脂肪酸和酯的堿金屬鹽和/或鏈烷醇胺鹽。
18.前述權利要求任一項的組合物，其中該羧酸鹽包括下面的一種或多種丁酸，己 酸，庚酸，辛酸，壬酸，異壬酸，癸酸，新癸酸，十二烷酸，十四烷酸，十六烷酸，十八烷酸，油 酸，亞油酸，亞麻酸，α -亞麻酸，蓖麻油酸，二十烷酸，二十二烷酸，二十六烷酸，芥酸，花生 四烯酸，豬油，牛油，黃油，椰子油，棕櫚油，棉籽油，小麥胚芽油，大豆油，橄欖油，玉米油，葵 花油和菜子油或者低芥酸菜子油。
19.前述權利要求任一項的組合物，其中該乳化劑或者分散劑是下面的一種或多種 鏈烷醇酰胺，烷基芳基磺酸鹽，烷基芳基磺酸，氧化胺，酰胺和胺的皂，嵌段共聚物，羧基化 的醇，羧酸或者脂肪酸，乙氧基化的醇，乙氧基化的烷基酚，乙氧基化的胺或者酰胺，乙氧基 化的脂肪酸，乙氧基化的脂肪酯和油，乙氧基化的酚，脂肪胺和酯，甘油酯，二元醇酯，咪唑 啉類和咪唑啉衍生物，木質素和木質素衍生物，馬來酸酐或者琥珀酸酐，甲基酯，單酸甘油 酯和衍生物，環烷酸，烯烴磺酸鹽，磷酸酯，聚乙二醇，多元醇，聚合的(多糖，丙烯酸，丙烯 酰胺)，丙氧基化的和乙氧基化的脂肪酸，醇或者烷基酚，季鹽表面活性劑，肌氨酸衍生物， 皂類，山梨聚糖衍生物，蔗糖和葡萄糖的酯和衍生物，油和脂肪酸的硫酸鹽和磺酸鹽，乙氧 基化的烷基酚的硫酸鹽和磺酸鹽，醇的硫酸鹽，乙氧基化的醇的硫酸鹽，脂肪酯的硫酸鹽， 十二烷基和十三烷基苯的磺酸鹽，萘和烷基萘的磺酸鹽，石油的磺酸鹽，磺基琥珀酰胺酸 鹽，磺基琥珀酸鹽和衍生物，十三烷基和十二烷基苯磺酸。
20.前述權利要求任一項的組合物，其中該金屬加工流體組合物在稀釋到0.1-50體 積％時具有小于8000牛頓-cm—1的潤滑性，該潤滑性是用攻絲扭矩測定儀來測量的。
21.前述權利要求任一項的金屬加工流體組合物，其包含(a)1-80體積％的一種或多種嵌段共聚物；(b)1-40體積％的一種或多種羧酸鹽；(c)1-20體積％的一種或多種乳化劑；和(d)傳送組分。
22.前述權利要求任一項的金屬加工流體組合物，其包含(a)5-40體積％的一種或多種嵌段共聚物；(b)3-30體積％的一種或多種羧酸鹽；(c)2-12體積％的一種或多種乳化劑；和(d)傳送組分。
23.前述權利要求任一項的金屬加工流體組合物，其包含(a)15-25體積％的一種或多種嵌段共聚物；(b)5-15體積％的一種或多種羧酸鹽；(c)3-8體積％的一種或多種乳化劑；(d)傳送組分。
24.前述權利要求任一項的金屬加工流體組合物，其具有下面的體積平均直徑: 120-100000 納米(nm)，可供選擇的 125-10000nm，140_10000nm，可供選擇的 220_10000nm， 可供選擇的350-5000nm，可供選擇的350_2000nm。
全文摘要
不含油的金屬加工流體，也稱作合成的金屬加工流體，其在稀釋時具有大于120納米的工程化粒度。該膨脹性粒度導致了潤滑性的大幅增加，這適于重負荷操作，該重負荷操作以前僅能用含油產品來獲得。此外，該不含油的金屬加工潤滑劑任選的帶有含油產品的積極性能，包括優異的腐蝕抑制性和適于重負荷操作的潤滑性。
文檔編號C10M103/00GK101970621SQ200880126488
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月4日 優先權日2007年12月10日
發明者J·崔, L·E·孔德利 申請人:凱密特爾有限公司