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CN110819430B - 一种绿色环保型全合成金属切削液及其制备方法 - Google Patents

一种绿色环保型全合成金属切削液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种绿色环保型全合成金属切削液及其制备方法，由以下重量份组分组成：水性润滑剂20～50份、三乙醇胺10～15份、硼砂3～30份、苯甲酸钠1～5份、苯骈三氮唑1～10份、二甲基硅油1～5份、水10～60份。其中水性润滑剂是由二聚酸或氢化二聚酸与羟乙基磺酸钠反应得到二羟乙基磺酸钠脂肪酸酯。本发明提供的绿色环保型全合成金属切削液配方简单，原料易得，制备过程简单，绿色环保，同时具有良好的润滑性、清洗性、防锈性、冷却性和低泡性。

Description

一种绿色环保型全合成金属切削液及其制备方法
技术领域
本发明涉及润滑剂技术领域，特别涉及一种绿色环保型全合成金属切削液及其制备方法。
背景技术
金属切削液是一种用在金属切削、磨加工过程中，用来冷却和润滑加工件和刀具，以减少刀具和工件间的摩擦和变形。传统的金属切削液常用矿物油为基础油，亚硝酸盐作为防锈剂。导致了传统润滑油生物降解性能差并危害人身体，并且制备工序繁杂，传统金属切削液正面临着环境要求的严峻挑战。目前，在欧洲一些国家对环境友好润滑油非常重视，并制定了环保法规来限制矿物油的使用。金属切削液的生物降解性主要由其基础油的生物降解性决定。植物油和合成酯具有较佳的生物降解性，如聚酯、双酯及多元醇酯。而矿物油和合成烃油则不易被生物降解。因此双酯和多元醇酯是可生物降解金属切削液的主要发展方向。
二聚酸在金属表面能形成强粘附性的牢固多分子层薄膜，在高压下显示出强的润滑作用和防锈能力。从分子结构而言，随着碳链的增长，异构化程度的增加，二聚酸系列酯的粘度增大，粘度指数增大，倾点下降，抗磨性能增强，异构化程度的增加会使倾点下降很多，理论上通过对二聚酸进行改性可以使二聚酸的各项性能满足合成优质润滑剂的要求。
中国专利CN107142134A，发明了一种具有极压性能的金属切削液。该发明中使用了二聚酸为润滑油，改善了切削液的生物降解性和润滑性。但是直接使用二聚酸为基础油，在使用过程中金属切削液中的二聚酸易残留在刀具和金属表面，影响工件的后续加工。同时配方中使用含氯和磷的组分，在使用过程中会产生有毒有害气体，并污染环境。
中国专利CN106467853A，发明了一种绿色环保型金属切削液。使用了二聚酸甲酯为基础油，没有使用矿物油，实现了环保的目的。但是制备过程需要加入大量的乳化剂进行乳化，原材料价格较高，不利于生产成本的控制。
综上所述，如何制备出配方简单、原料易得、制备过程简单、绿色环保、同时具有良好的润滑性、清洗性、防锈性和冷却性的金属切削液是目前发展的趋势。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种绿色环保型全合成金属切削液，以有效克服现有技术中的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种绿色环保型全合成金属切削液，所述切削液由以下重量份组分组成：水性润滑剂20～50份、三乙醇胺10～15份、硼砂3～30份、苯甲酸钠1～5份、苯骈三氮唑1～10份、二甲基硅油1～5份、水10～60份；所述水性润滑剂包括二羟乙基磺酸钠二聚酸酯和/或二羟乙基磺酸钠氢化二聚酸酯。
与现有技术相比，本发明的一种绿色环保型全合成金属切削液配方简单、原料易得且绿色环保。本发明所述水性润滑剂组成简单，采用水溶性的二羟乙基磺酸钠二聚酸酯作为润滑剂，不仅增加了其润滑性能，且由该润滑剂合成的金属切削液易于清洗，经其处理的工件可直接进行后续工序，克服了使用二聚酸作为润滑剂所产生的润滑性差、不易清洗的缺点。并且，本发明所用的三乙醇胺为一种水性防锈剂，能起到助溶剂的作用，可以增加水性润滑剂二羟乙基磺酸钠二聚酸酯和/或二羟乙基磺酸钠氢化二聚酸酯在水中的溶解能力，还能增加制备的全合成金属切削液的稳定性。硼砂的加入可赋予全合成金属切削液良好的杀菌性能和润滑性能。苯甲酸钠作为防腐剂，苯骈三氮唑作为防锈剂和三乙醇胺配合使用效果更好。二甲基硅油为消泡剂。
进一步地，所述切削液由以下重量份的原料组成：水性润滑剂25～35份、三乙醇胺10～13份、硼砂5～20份、苯甲酸钠1～3份、苯骈三氮唑3～8份、二甲基硅油1～3份、水20～50份。
本发明的另一目的，在于提供一种绿色环保型全合成金属切削液的制备方法，包括如下步骤：
a、制备水性润滑剂：称取二聚酸或氢化二聚酸、羟乙基磺酸钠和催化剂ZnO，向羟乙基磺酸钠中滴加去离子水至其完全溶解；将上述原料加入到反应釜中搅拌均匀，在氮气保护下加热进行酯化反应，然后降温；再向上述反应液中加入乙醇至未反应的羟乙基磺酸钠完全析出，过滤得到上清液；然后对上清液降压蒸出乙醇，得到粘稠液体；
b、将三乙醇胺和去离子水加入到步骤A得到的粘稠液体中，充分搅拌使其完全溶解；再依次加入硼砂、苯甲酸钠、苯骈三氮唑、二甲基硅油，搅拌均匀，调节pH值为7，即得到全合成金属切削液。
进一步地，所述步骤A中，羟乙基磺酸钠与二聚酸或氢化二聚酸摩尔比为2.3～2.8。
更进一步地，所述步骤A中，羟乙基磺酸钠与二聚酸或氢化二聚酸摩尔比为2.5。
进一步地，所述步骤A中，将上述原料加入到反应釜中搅拌均匀，在氮气保护下加热至180～220℃，酯化反应3-4h，然后降温至20-50℃。
本发明的一种金属切削液的制备方法，使用原料组分简单、易得，制备过程简单、易操作，能耗低、污染小、绿色环保。由该方法制备出的金属切削液用于切割金属时使用，不会对人身体产生任何伤害，且切削液润滑性能较二聚酸较好，而且还易于清洗，经其处理的工件可直接进行后续工序，能有效提高生产效率，降低损耗。
为了更好地理解和实施，下面详细说明本发明。
具体实施方式
本发明一种绿色环保型全合成金属切削液，由以下重量分数的组分组成：水性润滑剂20～50份、三乙醇胺10～15份、硼砂3～30份、苯甲酸钠1～5份、苯骈三氮唑1～10份、二甲基硅油1～5份、水10～60份。
所述的水性润滑剂包括二羟乙基磺酸钠二聚酸酯和/或二羟乙基磺酸钠氢化二聚酸酯。
优选的，所述金属切削液由以下重量分数的组分组成：水性润滑剂25～35份、三乙醇胺10～13份、硼砂5～20份、苯甲酸钠1～3份、苯骈三氮唑3～8份、二甲基硅油1～3份、水20～50份。
上述一种绿色环保型全合成金属切削液的制备方法包括如下步骤：
A：制备水性润滑剂
A1、按重量份比例称取二聚酸或氢化二聚酸、羟乙基磺酸钠和催化剂ZnO。向羟乙基磺酸钠中滴加去离子水至其完全溶解。
A2、将上述原料加入到反应釜中搅拌均匀，在氮气保护下加热至180-220℃，反应体系的水分和酯化反应生成的水从塔顶馏出，酯化反应3-4h。然后降温至20-50℃。
A3、向上述反应液中加入乙醇至未反应的羟乙基磺酸钠完全析出，过滤得到上清液。然后对上清液进行降压蒸出乙醇，得到粘稠液体即为水性润滑剂。
B：制备金属切削液
B1、将三乙醇胺和去离子水加入到步骤A3得到的粘稠液体中，充分搅拌使其完全溶解，再依次加入硼砂、苯甲酸钠、苯骈三氮唑、二甲基硅油，搅拌均匀，调节pH值为7，即得到全合成金属切削液。
所述步骤A1中，羟乙基磺酸钠与二聚酸或氢化二聚酸摩尔比为2.3～2.8。优选的，所述羟乙基磺酸钠与二聚酸或氢化二聚酸摩尔比为2.5。
下面结合具体实施例对本发明的金属切削液作进一步详细描述。
实施例1
本实施例中，一种绿色环保型全合成金属切削液，由以下重量分数的组分组成：水性润滑剂30份、三乙醇胺12份、硼砂5份、苯甲酸钠1份、苯骈三氮唑5份、二甲基硅油2份、水30份。
本实施例所述的水性润滑剂为二聚酸和羟乙基磺酸钠通过酯化反应得到的二羟乙基磺酸钠二聚酸酯。所述羟乙基磺酸钠与二聚酸摩尔比为2.6。
采用上述制备方法制备金属切削液。
实施例2
本实施例中，一种绿色环保型全合成金属切削液，由以下重量分数的组分组成：水性润滑剂40份、三乙醇胺10份、硼砂10份、苯甲酸钠3份、苯骈三氮唑4份、二甲基硅油1份、水40份。
本实施例所述的水性润滑剂为二聚酸和羟乙基磺酸钠通过酯化反应得到的二羟乙基磺酸钠二聚酸酯。所述羟乙基磺酸钠与二聚酸摩尔比为2.6。
本实施例的制备方法同上。
实施例3
本实施例提供的一种绿色环保型全合成金属切削液，由以下重量分数的组分组成：水性润滑剂30份、三乙醇胺15份、硼砂25份、苯甲酸钠3份、苯骈三氮唑5份、二甲基硅油3份、水40份。
本实施例中所述水性润滑剂为氢化二聚酸和羟乙基磺酸钠通过酯化反应得到的二羟乙基磺酸钠氢化二聚酸酯。且所述羟乙基磺酸钠与氢化二聚酸摩尔比为2.5。
本实施例的制备方法同上。
实施例4
本实施例提供的一种绿色环保型全合成金属切削液，由以下重量分数的组分组成：水性润滑剂25份、三乙醇胺12份、硼砂15份、苯甲酸钠5份、苯骈三氮唑8份、二甲基硅油2份、水60份。
本实施例中所述水性润滑剂为氢化二聚酸和羟乙基磺酸钠通过酯化反应得到的二羟乙基磺酸钠氢化二聚酸酯。且所述羟乙基磺酸钠与氢化二聚酸摩尔比为2.5。
本实施例的制备方法同上。
下面对实施例1-4中的金属切削液的性能进行测试，结果如下表1
表1，全合成切削液的性能测试
Figure BDA0002288907330000041
Figure BDA0002288907330000051
由上述测验结果可知，本发明的一种绿色环保型全合成金属切削液，为透明液体，制备和使用过程均绿色环保，不会对身体造成损害；无废液排放，也不会污染环境。且金属切削液由具有水溶性的特殊的二聚酸酯作为润滑剂，同三乙醇胺等其他物质复配，使得其具有良好的润滑性、清洗性、防锈性、冷却性和低泡性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种绿色环保型全合成金属切削液，其特征在于，所述切削液由以下重量份组分组成：水性润滑剂20～50份、三乙醇胺10～15份、硼砂3～30份、苯甲酸钠1～5份、苯骈三氮唑1～10份、二甲基硅油1～5份、水10～60份；
所述水性润滑剂包括二羟乙基磺酸钠二聚酸酯和/或二羟乙基磺酸钠氢化二聚酸酯。
2.根据权利要求1所述的一种绿色环保型全合成金属切削液，其特征在于：所述切削液由以下重量份组分组成：水性润滑剂25～35份、三乙醇胺10～13份、硼砂5～20份、苯甲酸钠1～3份、苯骈三氮唑3～8份、二甲基硅油1～3份、水20～50份。
3.一种权利要求1所述的绿色环保型全合成金属切削液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、制备水性润滑剂：称取二聚酸或氢化二聚酸、羟乙基磺酸钠和催化剂ZnO，向羟乙基磺酸钠中滴加去离子水至其完全溶解；将上述原料加入到反应釜中搅拌均匀，在氮气保护下加热进行酯化反应，然后降温；再向上述反应液中加入乙醇至未反应的羟乙基磺酸钠完全析出，过滤得到上清液；然后对上清液降压蒸出乙醇，得到粘稠液体；
B、将三乙醇胺和去离子水加入到步骤A得到的粘稠液体中，充分搅拌使其完全溶解；再依次加入硼砂、苯甲酸钠、苯骈三氮唑、二甲基硅油，搅拌均匀，调节pH值为7，即得到全合成金属切削液。
4.根据权利要求3所述的一种绿色环保型全合成金属切削液的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，羟乙基磺酸钠与二聚酸或氢化二聚酸摩尔比为2.3～2.8。
5.根据权利要求4所述的一种绿色环保型全合成金属切削液的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，羟乙基磺酸钠与二聚酸或氢化二聚酸摩尔比为2.5。
6.根据权利要求3所述的一种绿色环保型全合成金属切削液的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，将上述原料加入到反应釜中搅拌均匀，在氮气保护下加热至180～220℃，酯化反应3-4h，然后降温至20-50℃。
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