專利名稱：一種含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種冷軋軋制液及其制備方法，特別涉及一種含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液及其制備方法。
背景技術：
在冷軋帶鋼時，軋輥與帶鋼之間的摩擦力是必不可少的，因為所有的變形能都是從軋輥與帶鋼之間的工作表面所產生的剪切應力轉換來的。但并不是摩擦力越大就越容易軋制，過大的摩擦力會阻礙材料的流動，而且摩擦力過大也容易造成板帶表面的劃傷，增加輥耗。并且金屬材料的變形和板帶與軋輥之間的摩擦，會產生大量的熱量，所以必須解決好散熱和潤滑的問題，才能得到穩定的高質量產品。冷軋軋制油是在鋼板冷軋過程中使用的工藝潤滑劑，它可以同時解決潤滑和冷卻 問題。冷軋軋制油大致分為3類，軋制乳化油，微乳液，純水基軋制液。①軋制乳化油主要由礦物油，油溶性添加劑，乳化劑等組成。該類乳化型軋制油一般與90% 98%的水以一定的方式混合噴灑到軋輥上，乳化液分層，油層吸附在鋼板表面起潤滑作用，水層蒸發起降溫作用。②微乳液冷軋軋制油通常由油、水、添加劑等組成的透明或半透明的液狀穩定體系，軋制時起作用的是微乳液里面含有的少量油，附著在鋼板表面起潤滑作用。③水基型冷軋軋制油通常由由水，水溶性添加劑等組成的穩定體系。水溶性添加劑含有兩親結構，極性端和長鏈結構端。極性端王要是由齒系、憐系、和硫系構成，在聞溫聞壓下極性端會和金屬在摩擦面上起化學反應，生成熔點和剪切應力都比原金屬低的化合物，形成極壓固體潤滑膜軋制時極性端附著在鋼板表面，防止發生燒結。現在應用的軋制油產品主要是微乳液和軋制乳化油。微乳液相對于軋制乳化油，冷卻性能較好，但是價格較高，潤滑性能不佳。所以普通冷軋薄板生產采用的軋制油絕大多數是乳化型軋制油。如專利公開號，CN86101764, CNl 186846, CN1500854, CN1654611,CN101016498，CN1403554。專利號 US5122288A, US2009065287A1, EP233588A1, EP233588B1,EP349787A2，EP349787A3。這些專利介紹了軋制乳化油主要由基礎油，油性劑，極壓抗磨劑，防銹劑，乳化劑，消泡劑，防霉劑等組成，其中基礎油主要是礦物油。當這些軋制乳化油使用一段時間后就會發臭，變黑，不能再使用。廢軋制油中含有很多廢礦物油，這些廢礦物油中含有許多對人體有嚴重危害作用的物質。如3，4-苯并芘(PAH)等多環芳烴，它們具有強烈的致癌作用；含氯的多環芳烴如多氯聯苯(PCB)，對人體也有強烈的毒害作用(對肝功能損害尤甚)。由于處理回收廢礦物油是很復雜和高成本的工作，很多不法廠家不經處理直接排放到環境中，對人類健康造成很大威脅。所以發展低成本，高潤滑性能的不含礦物油的純水基型軋制液勢在必行。純水基軋制液的主要問題是潤滑性能不足，很大程度是極壓劑性不能滿足高壓、高速條件下的軋制生產要求。常用的極壓劑抗磨劑主要由鹵系極壓劑、磷系極壓劑、硫系極壓劑、有機金屬極壓劑等，但鹵系、磷系、和硫系極壓劑都會對金屬產生腐蝕，而有機金屬極壓劑，如二硫代磷酸鋅和環烷酸鉛，也存在很多缺陷，如環烷酸鉛必須和含硫化合物一起使用才能達到最佳效果，這樣的話，又會對銅、銀造成腐蝕，而ZDDP存在著抗磨性能與極壓性能的矛盾，即抗磨性能好時則抗極壓性能差，而抗極壓性能好時則抗磨性能差。而且，所有含磷添加劑在使用過程中同時由于含磷化合物易引起水質的富營養化，并已被有關環保法規禁止使用。所以盡快尋找含S，P，Cl極壓劑的替代產品是亟待解決的重要任務。20世紀60年代，人們開始探討有機硼酸酯類產品用作潤滑油減摩抗磨添加劑。盡管有機硼酸酯用作潤滑油添加劑有其不可比擬的優越性，如環境友好、多功能、降低加劑量、高的熱穩定性等，但和所有的酯類化合物一樣，其存在著致命的缺陷——水解穩定性差，這是其至今為止仍未在潤滑油中大面積推廣應用的根本原因。含氮硼酸酯的氮原子上的孤對電子可與硼原子空軌道配位形成N-B配位鍵，從而提高了硼酸酯的水解穩定性。同時，由于含氮硼酸酯分子中含有原子半徑小、電負性大的氧原子和氮原子，使被吸附分子間產生氫鍵，縮小了分子間距，使得單位面積上吸附的分子數增加，從而增強了油膜強度、極大改善了減摩抗磨性能。這些共同作用使得含氮硼酸酯具有 集抗氧化性、防銹性和減摩抗磨性能優良于一身的最具生命力和活力的潤滑抗磨添加劑。有機硼酸酯類產品是一種多功能潤滑油添加劑，特別是含酰胺基團的硼酸酯，其抗磨減摩性能較為優異。所以筆者以廉價易得的高級脂肪酸、硼酸和二乙醇胺為原料合成了具有優良水解穩定性、高效極壓性能的高級脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯。國內外專利中有關純水基軋制液的報道很少。經本人檢索CN 102229847 A公開了一種含納米銀的純水基板帶鋼軋制液，其由水溶性極壓抗磨劑，水溶性納米銀水溶膠，水溶性防銹緩蝕劑，分散劑，消泡劑，水組成，該發明以水代油，成本降低，具有優良的抗菌性。但是該專利公布的組分單一，應用時各組分協同作用弱，并且納米銀的成本較高。本發明通過廉價易得的高級脂肪酸，硼酸和二乙醇胺為原料合成了具有優良水解穩定性、高效極壓性能的高級脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯。高級脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯不但價格較低而且與其他添加劑的復合作用較好。高級脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯再和多種添加劑復配，不斷調整各組分含量得到價格低，效果好的產品，其中最佳產品Pb值可以達到905N，可以很好的滿足高速軋制。
發明內容
針對現有技術中軋制乳化油潤滑性能差不能滿足高速軋制以及廢液污染重等缺點，提供一種含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液及其制備方法，其具體內容如下一種含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液，其特點在于該組合物的化學成分按質量百分比為防銹劑3 8%，PH緩沖抑制劑2 10 %，邊界潤滑劑10 15 %，極壓抗磨劑2 7%，防霉劑O. I 0.4%，抗泡劑O. OI O. 04%，水68 75%;其中防銹劑為二乙醇胺，乙醇胺，十二烯基丁二酸，鑰酸鈉，無水碳酸鈉中的至少二種；
PH緩沖抑制劑為四羥乙基乙二胺或三乙醇胺中的至少一種；邊界潤滑劑為聚氧乙烯蓖麻油酯，硬脂酸聚氧乙烯醚，聚丙烯酸鹽(XT-1100)，聚乙二醇(1000)中的至少三種；極壓抗磨劑為高級脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇(400 1000)硼酸酯，和硫化蓖麻油、三乙醇胺硼酸酯或PoupC1004非硫磷水基鑰化合物中的至少二種；防霉劑為異噻唑啉酮，I, 2-苯并異噻唑啉-3-酮，聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽，2. 2- 二溴-3-氰基乙酰胺中的至少二種；抗泡劑為乳化硅油，異辛醇，二硬酯酰乙二胺，油酰二乙烯三胺縮合物中的至少二種。一種含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，按照以下步驟進行先將質量百分比為3 8 %的防銹劑，O. I O. 4 %的防霉劑，2 10 %的PH緩沖抑制劑和68 75%的水加入到調合釜內，30 70°C攪拌Ih 4h，再將質量百分比為10 15%的邊界潤滑劑，2 7%的極壓抗磨劑，O. 0Γ0. 04%的抗泡劑等加入調合釜50 90°C攪拌2h 5h，得到含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液組合物。所述的高級脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇(400 1000)硼酸酯按照以下步驟進行(I)將高級脂肪酸和甲醇加入到反應釜中，高級脂肪酸和甲醇的加入量按照摩爾比1:3，機械攪拌，將占反應物總質量O. I 1%催化劑溶于O. OlL甲醇中，用滴液漏斗緩慢滴加，反應溫度控制在30 60°C，保溫6 12h，反應結束后靜置分液12h，取上層液體，除去甲醇后即為高級脂肪酸甲酯；將高級脂肪酸甲酯于乙醇溶解，高級脂肪酸的摩爾數與乙醇的體積比為2moI/L，轉入反應釜中，加入二乙醇胺，二乙醇胺與高級脂肪酸的摩爾數之比為(I. 01 I. 30):1機械攪拌，反應溫度控制在30 70°C，保溫6 12h ;反應結束后靜置分液，取下層液體，除去未反應的原料和溶劑，即為高級脂肪酸二乙醇酰胺；(2)將高級脂肪酸二乙醇酰胺和(摩爾數量的)聚乙二醇加入反應釜中，高級脂肪酸二乙醇酰胺和聚乙二醇于的摩爾比為I :(1.01 I. 20)，分別加入占反應物總質量的O. 05 O. 80%催化劑SnCl2 · 2H20，將研磨后的硼酸加入到反應體系中，硼酸與高級脂肪酸二乙醇酰胺的摩爾比為(3. 01 3. 30) :1，再加入甲苯作為溶劑和帶水劑，甲苯的體積與高級脂肪酸二乙醇酰胺的摩爾比為(O. 2 I) L/mol，連接油水分離器，機械攪拌，60 85°C反應4 12h，結束反應，除去未反應的原料和溶劑，得產物高級脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯，其結構式為
權利要求
1.ー種含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液，其特點在于該軋制液的化學成分按質量百分比為防銹劑3 8%， PH緩沖抑制劑2 10%， 邊界潤滑劑10 15%， 極壓抗磨劑2 7%, 防霉劑O. I O. 4% 抗泡劑O. OI O. 04%, 水68 75% ； 其中防銹劑為ニこ醇胺，こ醇胺，十二烯基丁ニ酸，鑰酸鈉，無水碳酸鈉中的至少ニ種； PH緩沖抑制劑為四羥こ基こニ胺或三こ醇胺中的至少ー種； 邊界潤滑劑為聚氧こ烯蓖麻油酷，硬脂酸聚氧こ烯醚，聚丙烯酸鹽(XT-1100)，聚こニ醇(1000)中的至少三種； 極壓抗磨劑為高級脂肪酸ニこ醇酰胺聚こニ醇(400 1000)硼酸酷，和硫化蓖麻油、三こ醇胺硼酸酷或Poupcl004非硫磷水基鑰化合物中的至少ニ種； 防霉劑為異噻唑啉酮，1，2-苯并異噻唑啉-3-酮，聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽，2. 2- ニ溴-3-氰基こ酰胺中的至少ニ種； 抗泡劑為乳化硅油，異辛醇，ニ硬酯酰こニ胺，油酰ニこ烯三胺縮合物中的至少ニ種。
2.ー種含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于按照以下步驟進行先將質量百分比為3 8%的防銹劑，O. I O. 4%的防霉劑，2 10%的PH緩沖抑制劑和68 75%的水加入到調合釜內，30 70°C攪拌Ih 4h，再將質量百分比為10 15%的邊界潤滑剤，2 7%的極壓抗磨劑，O. 0Γ0. 04%的抗泡劑等加入調合釜50 90°C攪拌2h 5h，得到含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液組合物。
3.根據權利要求2所述ー種含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于所述的高級脂肪酸ニこ醇酰胺聚こニ醇(400 1000)硼酸酷的制備方法按照以下步驟進行 (1)將高級脂肪酸和甲醇加入到反應釜中，高級脂肪酸和甲醇的加入量按照摩爾比1:3，機械攪拌，將占反應物總質量O. I 1%催化劑溶于O. OlL甲醇中，用滴液漏斗緩慢滴カロ，反應溫度控制在30 60°C，保溫6 12h，反應結束后靜置分液12h，取上層液體，除去甲醇后即為高級脂肪酸甲酷；將高級脂肪酸甲酷于こ醇溶解，高級脂肪酸的摩爾數與こ醇的體積比為2mol/L，轉入反應釜中，加入ニこ醇胺，ニこ醇胺與高級脂肪酸的摩爾數之比為(I. 01 I. 30):1機械攪拌，反應溫度控制在30 70°C，保溫6 12h ;反應結束后靜置分液，取下層液體，除去未反應的原料和溶剤，即為高級脂肪酸ニこ醇酰胺； (2)將高級脂肪酸ニこ醇酰胺和(摩爾數量的)聚こニ醇加入反應釜中，高級脂肪酸ニこ醇酰胺和聚こニ醇于的摩爾比為I : (I. 01 I. 20)，分別加入占反應物總質量的O. 05 O.80%催化劑SnCl2 ·2Η20，將研磨后的硼酸加入到反應體系中，硼酸與高級脂肪酸ニこ醇酰胺的摩爾比為(3. 01 3. 30) :1，再加入甲苯作為溶劑和帶水劑，甲苯的體積與高級脂肪酸ニこ醇酰胺的摩爾比為(O. 2 I) L/mol，連接油水分離器，機械攪拌，60 85°C反應4 12h，結束反應，除去未反應的原料和溶劑，得產物高級脂肪酸ニこ醇酰胺聚こニ醇硼酸酷，結構式為
4.根據權利要求3所述的含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于所述的高級脂肪酸為C12 C18的高級脂肪酸。
5.根據權利要求3所述的含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于所述的聚こニ醇的聚合度n=400 1000。
6.根據權利要求3所述的含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于所述的催化劑為對甲苯磺酸。
全文摘要
一種含有機硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液及其制備方法，屬冷軋軋制液領域。該軋制液的化學成分按質量百分比為防銹劑3～8％，pH緩沖抑制劑2～10％，邊界潤滑劑10～15％，極壓抗磨劑2～7％，防霉劑0.1～0.4％抗泡劑0.01~0.04％，水68～75％；該軋制液制備方法為首先由甲醇，C12～C18的高級脂肪酸和二乙醇胺制備高級脂肪酸二乙醇酰胺，高級脂肪酸二乙醇酰胺再與硼酸和聚乙二醇在甲苯為帶水劑情況下生成了具有良好潤滑作用的高級脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯。本發明的軋制液具有很好的潤滑、軋機清潔性及退火清凈性并且該組合物成本較低，具有很大的市場競爭力。
文檔編號C10M173/02GK102796606SQ20121029968
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月21日 優先權日2012年8月21日
發明者王國棟, 張寶硯, 梁博, 張曉明 申請人:東北大學