一種沉降性水基切削液及其制備方法

文檔序號：5122150閱讀：553來源：國知局

一種沉降性水基切削液及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種沉降性水基磨削液，包括按質量百分比計的如下各組：有機硫5-10％，絮凝劑5-10％，非離子表面活性劑H3-10％，含C1～4的脂肪酸1-5％，油酸三乙醇胺酯3-10％，OP-10 5-10％，妥爾油酸鈉鹽3-10％，聚乙二醇1-5％，石油酸鈉鹽3-10％，L-AN10機械油20-50％，消泡劑1-2％，水余量。該水基切削液不僅具有優異的沉降性能和清洗功能，其光滑和防銹功能亦到達或超越乳化液的規范要求，可用于金屬加工的擠壓、車、鉆等工序。
【專利說明】一種沉降性水基切削液及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及切削液【技術領域】，具體地，涉及一種沉降性水基切削液及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 現代機械加工逐步向高速、強力、精細方向發展，而超硬、超強度等難加工材料的使用也使切削加工的難度日益增加。由此導致切削加工中的摩擦力、摩擦熱大幅度增加，這就要求金屬加工液具有更好的光滑、冷卻、清洗、防銹功能，以便取得理想的工件加工表面。其中，礦物油的光滑、防銹能力優異，但冷卻、清洗功能差；乳化液和水基切削液的冷卻、清洗功能較好，但光滑、防銹功能差，因此使用局限遭到限制。
[0003] 然而機械加工過程中產生的鐵粉和油石粉顆粒度小，容易懸浮在切削液中，重新滲入到砂輪-工件的界面間，從而影響加工效率、破壞工件表面的加工質量，所以必須要求切削液具有良好的清洗和沉降性。傳統的切削工藝中，多采用柴油或煤油作為磨削液。然而，由于柴油和煤油閃點低，容易燃燒而導致火災。另外，柴油或煤油中含有大量的芳香烴，易于揮發、分解成有害氣體，危害工人健康。近年來，人們也研究開發了水基切削液。然而，水基切削液對細小粉塵的沉降性能差，在使用中很快失去沉降和清洗的功能，導致切削產生的細小粉塵與磨削液一起循環，損壞磨削表面。
[0004] 因此，研制一種具有沉降、光滑和防銹性能的水基切削液具有重大的現實意義。

【發明內容】

[0005] 為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種沉降性水基切削液及其制備方法，該水基切削液不僅具有優異的沉降性能和清洗功能，其光滑和防銹功能亦到達或超越乳化液的規范要求，可用于金屬加工的擠壓、車、鉆等工序。
[0006] 本發明還提供了所述水基切削液的制備方法。
[0007] 本發明的技術方案如下：一種沉降性水基切削液，包括按質量百分比計的如下各組：
[0008] 有機硫 5-10%, 絮凝劑 5-10% 非離子表面活性劑H 3-10%, 含Ct~4的脂肪酸 1-5% 油酸三乙醇胺酯 3-10%， OP-10 5-10%, 妥爾油酸鈉鹽 3-10%; 聚乙二醇 1-5% 石油酸鈉鹽 3-10% L-AN10 機械油 10-40% 水余量，
[0009] 所述非離子表面活性劑H為松香、馬來酸酐和多元胺聚合反應的產物；
[0010] 所述油酸三乙醇胺酯是油酸和三乙醇胺酯化反應的產物。
[0011] 所述非離子表面活性劑H的制備方法為：在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H。
[0012] 所述多元胺為3,3' -二氯_4,4'-二苯基甲烷二胺（M0CA)和丙二醇雙_(4,4' 一二氨基）苯甲酸酯中的一種或其混合物。
[0013] 所述油酸三乙醇胺酯的制備方法為：130-160°c的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-C00H基團與三乙醇胺的-0H基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯。
[0014] 所述有機硫為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物、多硫化物或環狀硫化物中的一種或數種的混合物。
[0015] 所述水基切削液還含有絮凝劑，所述絮凝劑選自聚合氯化鋁（PAC)、聚合硫酸鋁 (PAS)、聚合氯化鐵（PFC)以及聚合硫酸鐵（PFS)或其任意混合物。
[0016] 所述的沉降性水基切削液的制備方法，包括如下步驟：
[0017] 制備非離子表面活性劑H:在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至 160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H ;
[0018] 制備油酸三乙醇胺酯：130-160°c的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-C00H基團與三乙醇胺的-0H基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯；
[0019] 按配方量取各組分；將0P-10,含C1-4的脂肪酸，聚乙二醇和水混合后，以 1000-2000rpm攪拌30min，再加入L-AN10機械油，以1000-2000rpm攪拌30min，室溫下，力口入所述非離子表面活性劑H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm攪拌30min,再加入所述有機硫、所述絮凝劑、所述妥爾油酸鈉鹽和所述石油酸鈉鹽混合均勻，最后加入消泡劑混合均勻，即得所述沉降性水基切削液。
[0020] 本發明所述沉降性水基切削液。使用時稀釋3-5倍使用。
[0021] 在金屬切削加工中，大多數摩擦屬于邊界潤滑摩擦。在邊界潤滑摩擦中，由于不存在完全的油膜，其承載能力已與油的粘度無關，而取決于潤滑油的油性，即潤滑成分是否包含著對金屬存在強烈吸附的原子團，能在切削界面構成物理吸附膜。非離子表面活性劑 H中的極性基團對金屬有較大的親合能力，很容易吸附在金屬表面，形成吸附潤滑膜。因其疏水基團較大，并具有芳香環結構，具有油性劑的作用。同時非離子表面活性劑含有N非活性極壓元素，它兼有油性劑和極壓劑的雙重功效。再與加入的極壓抗磨劑協同作用，形成高強度物理和化學吸附膜，使之在高壓、高溫和激烈摩擦作用下不至于破壞。能防止或減小工件、切削、刀具三者之間的直接接觸，達到減小摩擦及粘結的目標，起到極好的潤滑作用。油酸三乙醇胺是一種陽離子外表活性劑，作為油性劑添加在切削液中，易在刃具與切削工件之間形成物理吸附膜，然后起到潤滑作用。
[0022] 切削液清洗功能的好壞，與切削液的浸透性和流動性嚴密相關，外表張力低、滲透性和流動性好的切削液，清洗功能就好。本發明所述水基切削液中含有非離子外表活性劑H 和陽離子外表活性劑油酸三乙醇胺，二者協調作用，極大地降低了切削液的外表張力，增強了切削液的滲透性和流動性，因而具有很好的清洗性能。
[0023] 本發明所述非離子外表活性劑H自身具有防銹和防腐效果，與防銹劑石油磺酸鈉發生復合增效效果，在金屬外表構成吸附維護膜層，鈍化膜層，然后阻滯了陰、陽極侵蝕進程，因為有致密的履蓋膜，能有用地抵抗介質中的水分子、氧及其他侵蝕性物質的浸入，具有優秀的防腐、防銹功能。
[0024] 本發明還具有含Cp4的脂肪酸，含Cp4的脂肪酸不僅可以作為表面活性劑，還可以增加切削液的潤滑性。
[0025] 本發明所述切削液，乳化劑選用0P-10,即辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10,0P_10在無水時，其疏水基和親水基同時都在外側，所以其疏水性強，親水能力弱；有水時，0P-10的分子空間構型在水的作用下形成曲折結構，親水基把疏水基包圍，親水基與水分子以水氫鍵的形式與醚基連接，并在0P-10分子周圍聚集很多水分子，形成一個較大的親水基團，使其親水能力大大提高。可溶性有機醇，如甲醇、乙醇、丙三醇等具有和水以及醚鍵形成氫鍵的能力，因此，在0P-10中加適量的可溶性有機醇，同樣可增加乳化油在水中的分散能力，得到穩定的乳化液，其作用機理和水的作用機理相似，即由于-0H的作用，使得0P-10中親水基把疏水基包在里面而形成曲折的空間構型-0H與醚鍵以氫鍵的形式結合，而有機醇分子又以氫鍵的形式與水分子結合，使0P-10周圍形成一個較大的親水基團，使其親水能力大大提1?。從而，提1? 〇P_l〇乳化劑基礎油的效果，得到穩定的乳化液。
[0026] 本發明還選用妥爾油酸鈉鹽作為輔助乳化劑，以加快乳化速度、潤滑性優越、清洗效果好并且有一定的抗泡作用，對硬水的適應范圍寬，有良好的抗酸敗性。
[0027] 本發明所述切削液，還含有有機硫，有機硫與絎磨產生的金屬粉末反應，形成穩定的有機金屬化合物，不易溶解，所述絮凝劑生產的有機金屬化合物如凝，加速了其沉降過程，從而在切削液中形成沉淀并被分離去除，從而保證了切削液的潤滑性和清洗性能的長期穩定性。
[0028] 本發明所述的水基切削液以松香、馬來酸酐和多元胺等原料組成的非離子外表活性劑H，和油酸三乙醇胺酯等復合配制而成的水基切削液，具有優異的的光滑性、防銹性、冷卻性和清洗性。本發明所述沉降性水基切削液，采用0P-10、可溶性有機醇和水配置乳化劑、乳化性能好，配置的切削液具有長期穩定性。

【具體實施方式】
[0029] 本申請所述沉降性水基切削液中，所用的非離子表面活性劑H為松香、馬來酸酐和多元胺聚合反應的產物，其制備方法為：在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至 160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H。其中，所述多元胺為3,3'_二氯-4， 4'-二苯基甲烷二胺（M0CA)和丙二醇雙_(4,4'一二氨基）苯甲酸酯中的一種或其混合物。
[0030] 所用的油酸三乙醇胺酯是油酸和三乙醇胺酯化反應的產物，所述油酸三乙醇胺酯的制備方法為：130-160°c的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-C00H基團與三乙醇胺的-0H基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯。
[0031] 實施例1 :一種沉降性水基切削液，包括按質量百分比計的如下各組：
[0032] 有機硫 8%, 絮凝劑 5% 非離子表面活性劑H 8%, 含Cw的脂肪酸 2% 油酸三乙醇胺酯 8%, OP-10 6%, 妥爾油酸納鹽 4%, 聚乙二醇 5% 石油酸枘鹽 5% L-AN10機械油 30% 水 19%,
[0033] 所述有機硫為硫醇。所述絮凝劑為聚合氯化鋁（PAC)。所述可溶性有機醇為乙醇。所述防腐劑為切削液防腐劑DL602。
[0034] 上述的沉降性水基切削液的制備方法，包括如下步驟：
[0035] 制備非離子表面活性劑H:在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至 160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H ;
[0036] 制備油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-C00H基團與三乙醇胺的-0H基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯；
[0037] 按配方量取各組分；將0P-10,可溶性有機醇和水混合后，以1000-2000rpm攪拌 30min,再加入L-AN10機械油，以1000-2000rpm攪拌30min,室溫下，加入所述非離子表面活性劑H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm攪拌30min，再加入所述有機硫、所述絮凝齊U、所述石油磺酸鈉和所述氯化白臘混合均勻，最后加入消泡劑混合均勻，即得所述沉降性水基切削液。
[0038] 實施例2 :
[0039] -種沉降性水基切削液，包括按質量百分比計的如下各組：
[0040] 有機硫 5%, 絮凝劑 5% 非離子表面活性劑H 3% 含0卜4的脂肪酸 1% 油酸三乙醇胺酯 3%, OP-10 5%, 妥爾油酸枘鹽 3%; 聚乙二醇 1% 石油酸鈉鹽 3%
[0041] L-AN10機械油 50% 水 21%,
[0042] 所述有機硫為硫酚或環狀硫化物的混合物。所述絮凝劑為聚合硫酸鋁（PAS)。所述可溶性有機醇為己二醇。所述防腐劑為切削液防腐劑N-360。
[0043] 上述的沉降性水基切削液的制備方法，包括如下步驟：
[0044] 制備非離子表面活性劑H:在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至 160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H ;
[0045] 制備油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-C00H基團與三乙醇胺的-0H基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯；
[0046] 按配方量取各組分；將0P-10,可溶性有機醇和水混合后，以1000_2000rpm攪拌 30min,再加入L-AN10機械油，以1000-2000rpm攪拌30min,室溫下，加入所述非離子表面活性劑H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm攪拌30min，再加入所述有機硫、所述絮凝齊U、所述石油磺酸鈉和所述氯化白臘混合均勻，最后加入消泡劑混合均勻，即得所述沉降性水基切削液。
[0047] 實施例3 :
[0048] 一種沉降性水基切削液，包括按質量百分比計的如下各組：
[0049] 有機硫 10%, 絮凝劑 10% 非離子表面活性劑H 10%, 含0卜4的脂肪酸 1%
[0050] 油酸三乙醇胺酯 10%， OP-10 10%, 妥爾油酸鈉鹽 10%; 聚乙二醇 5% 石油酸鈉鹽 10% L-AN10機械油 20% 水 4%。
[0051] 所述有機硫為硫醚和二硫化物的混合物。所述絮凝劑為聚合氯化鋁聚合氯化鐵 (PFC)。所述可溶性有機醇為甲醇和丙三醇。所述防腐劑為切削液防腐劑DL602。
[0052] 上述的沉降性水基切削液的制備方法，包括如下步驟：
[0053] 制備非離子表面活性劑H:在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至 160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H ;
[0054] 制備油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-C00H基團與三乙醇胺的-0H基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯；
[0055] 按配方量取各組分；將0P-10,可溶性有機醇和水混合后，以1000-2000rpm攪拌 30min,再加入L-AN10機械油，以1000-2000rpm攪拌30min,室溫下，加入所述非離子表面活性劑H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm攪拌30min，再加入所述有機硫、所述絮凝齊U、所述石油磺酸鈉和所述氯化白臘混合均勻，最后加入消泡劑混合均勻，即得所述沉降性水基切削液。
[0056] 實施例4
[0057] -種沉降性水基切削液，包括按質量百分比計的如下各組：
[0058] 有機硫 9%, 絮凝劑 7% 非離子表面活性劑H 5%, 含的脂肪酸 3% 油酸三乙醇胺酯 8% OP-10 7%, 妥爾油酸納鹽 10%; 聚乙二醇 1% 石油酸鈉鹽 10% L-AN10機械油 35% 水 5%。
[0059] 所述有機硫為二硫化物。所述絮凝劑為聚合硫酸鐵（PFS)。所述可溶性有機醇為乙醇。所述防腐劑為切削液防腐劑DL602。
[0060] 上述的沉降性水基切削液的制備方法，包括如下步驟：
[0061] 制備非離子表面活性劑H:在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至 160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H ;
[0062] 制備油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-C00H基團與三乙醇胺的-0H基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯；
[0063] 按配方量取各組分；將0P-10,可溶性有機醇和水混合后，以1000_2000rpm攪拌 30min,再加入L-AN10機械油，以1000-2000rpm攪拌30min,室溫下，加入所述非離子表面活性劑H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm攪拌30min，再加入所述有機硫、所述絮凝齊U、所述石油磺酸鈉和所述氯化白臘混合均勻，最后加入消泡劑混合均勻，即得所述沉降性水基切削液。
[0064] 實施例5 :
[0065] 一種沉降性水基切削液，包括按質量百分比計的如下各組：
[0066] 有機硫 6%, 絮凝劑 8% 非離子表面活性劑H 6%, 含的脂肪酸 5% 油酸三乙醇胺酯 9%， OP-10 7%, 妥爾油酸鈉鹽 7%, 聚乙二醇 2% 石油酸鈉鹽 7% L-AN10機械油 38% 水 5%。
[0067] 所述有機硫為多硫化物。所述絮凝劑為聚合氯化鋁（PAC)和聚合硫酸鋁（PAS)的混合物。所述可溶性有機醇為乙醇和丙三醇。所述防腐劑為切削液防腐劑DL602。
[0068] 上述的沉降性水基切削液的制備方法，包括如下步驟：
[0069] 制備非離子表面活性劑H:在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至 160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H ;
[0070] 制備油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-C00H基團與三乙醇胺的-0H基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯；
[0071] 按配方量取各組分；將0P-10,可溶性有機醇和水混合后，以1000-2000rpm攪拌 30min,再加入L-AN10機械油，以1000-2000rpm攪拌30min,室溫下，加入所述非離子表面活性劑H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm攪拌30min，再加入所述有機硫、所述絮凝齊U、所述石油磺酸鈉和所述氯化白臘混合均勻，最后加入消泡劑混合均勻，即得所述沉降性水基切削液。
[0072] 以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，其架構形式能夠靈活多變，可以派生系列產品。只是做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
【權利要求】
1. 一種沉降性水基切削液，其特征在于，包括按質量百分比計的如下各組：有機硫 5-10%, 絮凝劑 5-10% 非離子表面活性劑H 3-10%, 含Cw的脂肪酸 1-5% 油酸三乙醇胺酯 3-10%， OP-10 5-10%, 妥爾油酸納鹽 3-10%, 聚乙二醇 1-5% 石油酸鈉鹽 3-10% L-AN10 機械油 10-40% 水余量，所述非離子表面活性劑H為松香、馬來酸酐和多元胺聚合反應的產物；所述油酸三乙醇胺酯是油酸和三乙醇胺酯化反應的產物。
2. 如權利要求1所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述非離子表面活性劑H的制備方法為：在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H。
3. 如權利要求1或2所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述多元胺為3, 3' -二氯_4,4' -二苯基甲烷二胺（MOCA)和丙二醇雙_(4,4' 一二氨基）苯甲酸酯中的一種或其混合物。
4.如權利要求1或2所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述油酸三乙醇胺酯的制備方法為：130-160°C的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-COOH基團與三乙醇胺的-OH基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯。
5. 如權利要求1所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述有機硫為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物、多硫化物或環狀硫化物中的一種或數種的混合物。
6. 如權利要求1、2或5所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述水基切削液還含有絮凝劑，所述絮凝劑選自聚合氯化鋁（PAC)、聚合硫酸鋁（PAS)、聚合氯化鐵（PFC)以及聚合硫酸鐵（PFS)或其任意混合物。
7. 如權利要求1-6任一項所述的沉降性水基切削液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：制備非離子表面活性劑H:在催化劑下存在條件下，固體的天然松香加熱至160-200°C熔融為液體，加入馬來酸酐發生聚合反應得到共聚物馬來松香，而后馬來松香再與多元胺發生中和反應，即得所述非離子表面活性劑H; 制備油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反應條件下，將摩爾比為1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-COOH基團與三乙醇胺的-OH基團發生酯化反應，生成油酸三乙醇胺酯；按配方量取各組分；將0P-10,含C1-4的脂肪酸，聚乙二醇和水混合后，以 1000-2000rpm攪拌30min，再加入L-ANlO機械油，以1000-2000rpm攪拌30min，室溫下，力口入所述非離子表面活性劑H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm攪拌30min,再加入所述有機硫、所述絮凝劑、所述妥爾油酸鈉鹽和所述石油酸鈉鹽混合均勻，最后加入消泡劑混合均勻，即得所述沉降性水基切削液。
【文檔編號】C10M169/04GK104450128SQ201410843689
【公開日】2015年3月25日申請日期:2014年12月30日優先權日:2014年12月30日
【發明者】張勝勇, 馬艷榮申請人:馬艷榮

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