一種新型水基金屬加工液組分的制作方法
【專利說明】-種新型水基金屬加工液組分 發明領域
[0001] 該發明與一種水基金屬加工液的組分相關，通過上述水基金屬加工液組分制備工 藝的改進，能夠提供穩定的微乳液并擁有自乳化性。 陽00引發明背景
[0003] 當20世紀初，F?W?泰勒首次將水用于加工工藝的冷卻并得出水可W延長工具壽 命的結論開始，各種各樣的切削液被用于各種用途。但是，近十年來，鑒于切削液的成本、生 態問題和人類健康等原因，已經采取了大量措施，旨在控制切削液在生產中的使用。（海賽 爾等人，1998年）
[0004] 關于切削液的分類，存在不同方式，且尚未在行業內建立標準。最流行的產品分類 方法，如下所示- 陽0化]一、空氣
[0006] 二、水基切削液：
[0007] 1.水 陽00引 2.乳劑（可溶性油）
[0009] 3.化學溶液（或合成液）
[0010] S、純油性產品：
[0011] 1.礦物油 陽〇1引 2.脂肪油 陽〇1引 3.組成油
[0014] 4.極壓油 陽〇1引 5.多用途油。
[0016] 金屬切削液，金屬切削工藝中不可或缺的添加劑，具有潤滑、冷卻、清潔和防誘等 功能。其可顯著提高切割機的耐用性和生產效率、改善產品質量、延長切割機的使用壽命， 從而延長機器的使用壽命，保證機器工作狀態的穩定性和可信賴性。因此，關于切削液的技 術和改善切削液質量的研究在當代機械加工行業中占有重要地位。但是，很多可W買到的 切削液含有對人體和環境有害的有機硫、氯、亞硝酸鹽等，運對切削液的應用造成了嚴重負 面影響（馮菊芬等人，1995年，40-43頁）。
[0017] 從傳統意義上講，為改善冷卻和潤滑性，從而延長工具的使用壽命、降低工藝偏差 等，切削液已被廣泛應用于機器加工中。但是，在過去的十年里，很顯然切削液相關的決策 過于頻繁地決定于行業現狀，而不是基于知識的量化證據。近期，該現象有所改變，一部分 受到加工液的成本所驅動，加工液通常占據總生產成本的7%至17%，而與之相比工具成 本僅占4% (金等人，2001年）。
[001引過去的十年里，為了找到切削液在加工工藝中的相對優點和缺點，已經進行了廣 泛的研究。從傳統意義上講，生產者使用切削液的目的是為了獲得如下效果：冷卻、潤滑、腐 蝕抑制和切屑沖洗，從而實現：延長工具使用壽命、改善工件質量、延長機床的使用壽命、切 屑的有效管理。（斯克羅斯等人，2000年；斯克羅斯等人，2001年）。
[0019] 作為乳劑，可溶性油被熟知為礦物油的雙相組分，加入至水中的比例在 1 : 10-1 : 100范圍內變化。其含有添加劑（乳化劑），可允許油品顆粒與水相混合。運 些添加劑在油-水界面形成了一層穩定的單分子層，降低了表面張力。因此，運些添加劑為 油品提供了細小顆粒，可形成透明乳劑。（己西機械科學與工程協會雜志，第23卷2號，里 約熱內盧，2001年）。
[0020] 可溶性油是特殊類型的礦物油W5% -20%濃度范圍乳化在水中形成的，較低濃 度（低于10% )最常用于機械加工的一般用途。可溶性油濃縮液含有高度精制的基礎油 (30-85% )、乳化劑和性能添加劑，例如極壓添加劑、穩定劑、腐蝕抑制劑、抗泡劑和殺菌劑。 100°F(100/100油品）油品粘度通常為100賽氏通用粘度秒（SUS);油品粘度越高，潤滑 性越好，但是越難W乳化。
[0021] 添加乳化劑是為了使油品在水中穩定的分散開；乳化劑顆粒附著在油珠周圍，為 其提供了負電荷，將油品與水分子結合在一起。乳化油珠尺寸對于加工液的性能來說非常 關鍵浪小的乳劑尺寸更容易滲透到切割區域表面。（大衛?A?斯蒂芬森、約翰?S?阿蓋 瑞歐"金屬切割理論和實踐"第二版，769頁）。
[0022] 可W參考美國專利US4778614, 一種用于制備一種由礦物油和有效量用作乳化劑 的C3-C5締控支鏈聚合物的橫酸鹽構成且用在切削液中的可溶性油的組分。該橫酸鹽的聚 締控鏈的平均分子量最好在275至560之間，并且該聚締控已經公開為聚異下締。
[0023] 可W參考英國專利2252103,該專利披露運種含油液體可能會在操作加工件位置 或噴灑加工液時形成一層薄霧，運層薄霧能夠穿過機械和操作人員附近的空氣。
[0024] 可W參考專利US6204225,該專利披露用于金屬切削的傳統金屬加工液中的添加 劑常常包含大量硫。運些硫能夠W硫化油品、橫酸鹽或硫酸鹽形式存在。金屬加工液中存 在的大量硫可為厭氧硫酸鹽還原細菌提供養分，導致操作系統中形成硫化氨。少量硫化氨 就極易腐蝕，同時產生令人不愉快的氣味。高濃度的硫化氨還可能導致健康問題。 陽0巧]可W參考專利EP20080015630,該專利披露了一種烷氧基化脂肪醇的應用，其中至 少含有水和一種與水不互溶的油性成分，還可能含有金屬加工液常見組分。
[00%] 可W參考專利US7968504,該專利提供了一種組分，該組分包含一種由脂肪酸醋在 有一種酸存在的條件下與一種含有徑基的化合物反應生成的轉醋化脂肪酸醋。最終得到的 成分可用作潤滑油、導熱劑、流變改進劑和腐蝕/水分抑制劑等。
[0027] 可W參考專利US20120184475,該專利披露了一種水溶性金屬加工油添加劑，該添 加劑是通過W下A、B、C和D四種單劑調和而成。運種水溶性金屬加工油添加劑在改進工具 和材料之間的摩擦方面具有卓越的表現，因此運種水溶性金屬加工油添加劑可W顯著延長 工具的使用壽命，即使被用于所謂"難加工材料"如鐵和鐵合金時也是如此。
[0028] 發明的需求
[0029] 在可溶性油乳化劑中，穩定性是最重要的性質。乳化劑系統必須均衡，基于其堿 性、酸性和親水親油平衡確保一種液體表面無油脂或油水分離的穩定乳液。傳統應用上的 乳化劑不能分散到水中，在水中的穩定性差，會隨一種牛奶狀混合物并隨時間分離。
[0030] 另外，由于大多數金屬加工液成分為人工合成品，因此缺乏生物降解性能，而運種 能力又是當前急需的，因此需要用更加環保的替代品。
[0031] 為了克服上述缺點，需要開發一種能夠提供穩定的微乳液并具有自我乳化性質的 新型成分，代替用老技術生產的乳化劑，同時具有生物降解性能。
[0032] 發明目的
[0033] 本發明的主要目的在于提供水基金屬加工液組分。
[0034] 本發明的另一個目的是提供一種新型組分，其具有自乳化性，而不受外乳化劑的 影響。
[0035] 本發明的另一個目的是提供一種新型組分，該組分能提供一種穩定的微乳液。
[0036] 本發明的另一目的是，介紹一種脂肪酸和環氧乙燒低聚物在催化劑和促進劑存在 條件下反應制得如上所述的水基金屬加工液組分的工藝。
[0037] 本發明的另一目的是使用水基添加劑來提高液體或固體潤滑油、潤滑脂、有機聚 合物或共聚物、有機或無機材料的潤滑性能。
[0038] 本發明的另一個目的是介紹一種通過一種在表面加入液體或固體潤滑油來延長 抗磨壽命、改善摩擦系數和其它摩擦學性能的方法，運一方法是通過向潤滑油中加入足夠 的水基金屬加工液組分來實現的。
[0039] 本發明的另一目的是提供一種易生物降解且環保的金屬加工液組分。 發明摘要
[0040] 本發明設及的水基金屬加工液是由具有重復鏈段環氧乙燒低聚物與脂肪酸（環 氧乙燒低聚物與脂肪酸的摩爾比為1 : 1-2)在酸性催化劑存在的情況下，通過兩步工藝制 得的。同時脫除生成的醋化副產物水。所獲得的醋為結構式I所示的光亮透明液體。
[0041 ]
[0042] 結構式I所示組分，總酸值燈AN)的范圍是15-25m巧OH/g，100 °C粘度范圍是 35-80cSt，與水混合后形成一種穩定的微乳液。該工藝包括如下步驟：
[0043] 向一個圓底燒瓶中加入環氧乙燒低聚物。
[0044] 加入環氧乙燒低聚物后，加入脂肪酸。 W45] 將溫度保持在150-180°C之間，攬拌1-2小時。
[0046] 向反應混合物中加入促進劑，將溫度升高至200-250°C之間，并攬拌4-5小時。
[0047] 表格簡介
[0048] 圖1-樣品降解曲線 W例圖2-樣品降解曲線
[0050] 圖3-毒性控制降解曲線
[0051] 圖4-攻絲扭矩對比分析（侶制攻絲扭矩介質）
[0052] 圖5-攻絲扭矩對比分析（鋼制攻絲扭矩介質）
[0053] 本發明的詳細說明
[0054] 本發明提供了一種新型組分，該組分是通過具有重復鏈段環氧乙燒低聚物與脂肪 酸在酸性催化劑存在的條件下經兩步反應制得的。 陽化5] 步驟1 :向一個帶有攬拌器、溫度計插口、瓶塞和蒸饋冷凝器的四頸圓底燒瓶中， 加入質量分數為50-60%的環氧乙燒、25-30%的脂肪酸和0. 12%濃度為50%的催化劑，將 溫度維持在150-180°C，將反應混合物攬拌1-2小時。上述反應所使用的催化劑為次憐酸。 陽056]步驟I的完成：反應一小時后測定酸值。當酸值小于25mg化OH)/g時，判定反應完 成。
[0057] 步驟II:向步驟I中獲得的反應混合物中加入質量分數為13. 8% -15. 2%的促進 劑，在200-250°C的溫度下繼續反應4-5小時，直到酸值在15-25mg(K0H)/g范圍的。通常， 促進劑含有4-10個碳原子，含有4-8個碳原子更好，而不超過7個碳原子為最佳，例如含有 4-6個碳原子，形成與如下分子式相一致的一種醋。
[0058]
[0059]從下列酸類基團中選取Rl和R2基團，包括：草酸、丙二酸、下二酸、戊二酸、己二 酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、葵二酸、十一燒酸和月桂酸、2-徑基下酸、2-徑基戊酸、4-徑基 己酸、12-徑基十八碳締酸、15-徑基十六燒酸、6-徑基癸酸、亞油酸、亞麻酸、2-徑基十八碳 締酸、2-徑基二十四燒酸、2-徑基-15-二十四締酸，他們是典型的脂肪酸，有15-24個碳原 子，較好的情況是15-22個碳原子，最好的情況碳原子不多于20個，比如15-18碳原子。與 脂肪酸反應的環氧乙燒可W是聚乙締或者聚丙締或者聚下締或者聚酷胺或者聚醋或者聚 諷或者聚丙締酸醋或者聚甲基丙締酸醋或者環氧樹脂或者聚乙烘或者含氣高聚物及它們 的混合物。它們通常含有4-30個碳原子，較好的情況是10-25個碳原子，最好的情況是不 超過22個碳原子，例如10-19個碳原子。 W60] 上述過程中得到