CN104893808A - 一种高转速全合成水溶性切削液 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工产品技术领域，特别涉及一种高转速全合成水溶性切削液，按重量百分比计，包括以下组分：植物改性润滑油脂10%～30%；镁铝合金保护剂5%～10%；极压剂4%～10%；稳定剂20%～30%；乳化剂1%～3%；渗透剂10%～20%；余量为水。相对于现有技术，本发明的高转速全合成水溶性切削液可以有效满足高转速S20000rpm、高切削量F2000及高光泽，保护刀具或机床的锋利边且不粘刀、无毛刺，同时能够防止工件、夹具、工装腐蚀生锈，而且无残留、易清洗、机床无切削液油污，易保养，对人体皮肤无明显刺激性，废水可生物降解。

Description

一种高转速全合成水溶性切削液

技术领域

本发明属于化工产品技术领域，特别涉及一种高转速全合成水溶性切削液。

背景技术

水溶性切削液是一种用在金属切削、磨加工过程中，用来冷却和润滑刀具或机床和加工件的工业用液体。按化学组成可分为非水溶性切削液和水溶性切削液，其中，水溶性切削液又可分为乳化型切削液、半合成切削液和全合成水溶性切削液。乳化型切削液、半合成切削液和全合成水溶性切削液的分类通常取决于产品中基础油的类别：乳化型切削液是仅以矿物油作为基础油的水溶性切削液；半合成切削液是既含有矿物油又含有化学合成基础油的水溶性切削液；全合成水溶性切削液则是仅使用化学合成基础油（即不含矿物油）的水溶性切削液。

但是，目前市面上的半合成水溶性切削液容易腐蚀工件、易挥发、易分解，对长期接触该切削液的操作工人的健康很不利，且废水不易处理，需增加油水分离设备及委托环保公司回收处理。此外，现有的切削液的转速S和进程量F无法满足加工产能的需求。

有鉴于此，确有必要提供一种高转速全合成水溶性切削液，该高转速全合成水溶性切削液可以有效清洗切削、钻孔或研磨等机加工产生的金属（如铜、铝、锌合金、不锈钢、铁）粉末或非金属（如玻璃）粉末，保护刀具或机床的锋利边且不粘刀，保证刀具或机床的使用寿命，并且能够有效避免金属基材在加工过程中产生变形、断裂、内应力增加，同时能够防止工件氧化，而且容易清洗、无残留、用量少、不易腐蚀工件、可生物分解，对人体皮肤无明显刺激性，废水也容易处理。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种高转速全合成水溶性切削液，该高转速全合成水溶性切削液可以有效清洗切削、钻孔或研磨等机加工产生的金属（如铜、铝、锌合金、不锈钢、铁）粉末或非金属（如玻璃）粉末，保护刀具或机床的锋利边且不粘刀，保证刀具或机床的使用寿命，并且能够有效避免金属基材在加工过程中产生变形、断裂、内应力增加，同时能够防止工件氧化，而且容易清洗、无残留、用量少、不易腐蚀工件、可生物分解，对人体皮肤无明显刺激性，废水也容易处理。

为了实现上述目的，本发明所采用如下技术方案：

一种高转速全合成水溶性切削液，按重量百分比计，包括以下组分： 

植物改性润滑油脂      10%～30%；

镁铝合金保护剂         5%～10%；

极压剂                4%～10%；

稳定剂                20%～30%；

乳化剂                1%～3%；

渗透剂                10%～20%；

余量为水。

植物油是可再生资源，因为植物油来自于太阳能，具有清洁和丰富的特性，植物种植范围较广，种植的技术门槛低，提炼及加工技术已经十分成熟，因此其来源十分广泛，相对价格较低，并且工艺处理能耗也较低。

而且，植物油具有极好的生物降解性，因为植物油的甘油酯基易于水解，酯基链中的不饱和双键极易受微生物攻击发生β氧化，同时植物油中的天然脂肪酸可在降解过程中起到促进作用。

植物油具有良好的润滑性能，这是因为植物油分子可在金属表面形成吸附膜，并且其中的脂肪酸可在金属表面反应形成金属皂的单层膜，两者都可以起到减摩抗磨的作用。

但是，单纯的植物提取脂肪酸用作润滑油脂的效果并不理想，本发明的发明人发现植物改性润滑油脂则可以提高润滑效果。

作为本发明高转速全合成水溶性切削液的一种改进，按重量百分比计，包括以下组分： 

植物改性润滑油脂      15%～25%；

镁铝合金保护剂        6%～9%；

极压剂                5%～9%；

稳定剂                22%～28%；

乳化剂                1.5%～2.5%；

渗透剂                12%～18%；

余量为水。

作为本发明高转速全合成水溶性切削液的一种改进，所述植物改性润滑油脂为植物提取脂肪酸与二元醇聚合后，经提纯、脱水得到的产物。本发明的发明人发现，通过对植物提取脂肪酸进行聚合改性，可以大大提高其润滑效果。

作为本发明高转速全合成水溶性切削液的一种改进，所述植物提取脂肪酸为癸二酸（提取自蓖麻油）、壬二酸（提取自油酸、亚油酸或蓖麻油）和辛二酸（提取自蓖麻油）中的至少一种。

作为本发明高转速全合成水溶性切削液的一种改进，所述二元醇为乙二醇、1，6-己二醇、1，5-戊二醇、新戊二醇和1，4-丁二醇中的至少一种。

作为本发明高转速全合成水溶性切削液的一种改进，所述镁铝合金保护剂为三乙醇胺、乙醇胺、油酸三乙醇胺皂、二甘醇胺和异丙醇胺中的至少一种；所述稳定剂为乙二醇、异丁醇、丙二醇、丙三醇和异丙醇中的至少一种，它们可以提高切削液的稳定性，因为它们可与水混溶，而一些在水中溶解度较小的有机成分则可以很好地溶解在这些保护剂内。

作为本发明高转速全合成水溶性切削液的一种改进，所述乳化剂为吐温40、吐温60和吐温80中的至少一种。它们均为非离子表面活性剂且均具有很强的乳化作用，而且还能抑制气味，因为在高速切削过程中，切削液中的气味容易散发出来，因此需要加入能够抑制气味散发出来的乳化剂。

作为本发明高转速全合成水溶性切削液的一种改进，所述渗透剂为丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、乙二醇***和二乙二醇***中的至少一种。它们可以带着表面活性剂渗透至金属或非金属的表面，以在金属或非金属的表面形成保护膜。

作为本发明高转速全合成水溶性切削液的一种改进，所述极压剂为磷酸三苯酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、硼酸盐和硼酸酯中的至少一种。极压剂在高温高压的边界润滑条件下能与金属表面形成高熔点化学反应膜，在油性剂失效条件下能起到润滑作用，其可以提高产品的使用性能，减少切削阻力，提高切削效率。

作为本发明高转速全合成水溶性切削液的一种改进，所述全合成水溶性切削液的pH值为8～9，呈弱碱性。

相对于现有技术，本发明的高转速全合成水溶性切削液是利用多种植物改性润滑油脂（即对植物提取脂肪酸进行聚合改性后得到的润滑油脂）、镁铝合金保护剂、极压剂、稳定剂、乳化剂和渗透剂混合而成，利用植物改性润滑油脂与金属表面的吸附，使刀具加工时具有排削及润滑作用，并使金属表面产生保护膜，达到切削、防止变色及防腐的效果，本发明的高转速全合成水溶性切削液呈弱碱性，不含表面活性剂，从而使得该切削液在切削时不会产生泡沫、飞雾及气味，对人体皮肤无明显刺激。

而且，本发明的切削液能够提高转速至20000转，进程量提升至3500，且使用其进行加工的工件光泽度高，可对刀具起到润滑作用，使得产品加工精度稳定，机台表面不粘油污，易保养，而且使用该切削液的工作环境中无气味、对人体皮肤无腐蚀性、不易燃易爆，能满足新环保法对空气污染和废水排放的新标准，完全可以取代目前市售的所有油性、半乳化性或低转速（S<10000转)的切削油。

本发明配方简单，配制操作方便、切削液性能稳定、对金属无腐蚀、用量少、消耗低、使用周期长且对人体皮肤无刺激性，其可针对不同金属材质或非金属材质进行高转速的切割、研磨、钻孔，可延长加工刀具的寿命及其锋利边、被加工素材表面无残留毛刺、极压或氧化，经过二次清水漂洗即可达到清洁效果。废切削液为可生物分解的成份，不会污染环境。且温度升高至55℃时对铝材也不会有腐蚀作用，切削液的外观也没有变化。

此外，现有的消泡剂中一般含硅，硅容易附着在金属表面，因此不利于后处理，而本发明中不包含消泡剂，因此可以避免上述问题，使得使用本发明进行切削后的金属或非金属的后处理变得十分容易。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例1

本实施例提供的高转速全合成水溶性切削液，按重量百分比计，包括以下组分：

植物改性润滑油脂      20%；

镁铝合金保护剂三乙醇胺  8%；

极压剂磷酸三苯酯        7%；

稳定剂乙二醇            25%；

乳化剂吐温40           2%；

渗透剂丙二醇丁醚       15%；

余量为蒸馏水。

其中，植物改性润滑油脂为癸二酸与1，4-丁二醇聚合后，经提纯、脱水得到的产物。其中，聚合温度为150℃，聚合时，癸二酸与1，4-丁二醇的摩尔比为1：1.2，催化剂为固载钛酸丁酯（Ti(OBu)₄/TiO₂-Al₂O₃），且催化剂的用量为2%，聚合时间为6h，聚合反应结束后，用热丙酮将产品稀释后过滤，蒸去丙酮和水，即得到植物改性润滑油脂。

制备时，按质量比称取各组分，然后将植物改性润滑油脂、镁铝合金保护剂三乙醇胺、极压剂磷酸三苯酯、稳定剂乙二醇、乳化剂吐温40、渗透剂丙二醇丁醚一并加入蒸馏水中，搅拌均匀后即得到高转速全合成水溶性切削液，其pH值为8～9（弱碱性），其折光度为5-10度，其使用温度为5℃～50℃，储存时间为30-180天，无气味，淡黄色透明，且不含刺激性溶剂，因此对操作人员的皮肤接触、机床和工件等均无腐蚀性。

该切削液可提高转速至14000-20000RPM，提高进程量至2000-3500，从而可以缩短加工工时，而且使得加工后的产品具有高光泽，容易清洗，无残留，不粘刀。

使用时，开槽用量约为5-20%，将切削液直接加入切割机、研磨机储液槽循环过滤使用，连续工作24小时后检查过滤网清除残渣，使用3-6个月或槽液发臭时更换一次，5-40℃下可存放24个月，使用流程为：切割机切割、研磨→两次水洗→两次純水洗→烘干。

使用时，若待加工工件为简单的加工零件，则用含有5-10度切削液的磨切机加工，然后用纯水漂洗、清洗两次，烘干20-40min即可；若待加工工件为高转速复杂的加工零件，则用含有10-14度切削液的磨切机进行加工，然后用纯水漂洗、清洗两次，再烘干20-40min。机加工过程稳定无挥发、无分解、废水可生物降解，易处理，而且由于该配方无毒、无味，对人体皮肤无刺激性，废水可与一般综合废水处理后排放，COD、BOD可被细菌分解，不会污染环境。

本发明与市售的全合成切削液的物理性能如表1所示。

表1：本发明的切削液与市售切削液的物理性能的对比

由表1可知，本发明不含刺激性溶剂，且为弱碱性水溶液，对操作人员的皮肤及机器均无腐蚀性，可安心使用。

以工件为铝材为例，分别采用本发明的高转速全合成水溶性切削液和市售的全合成水溶性切削液进行不同温度下的腐蚀性测试，即采用以上方法对铝材进行机加工后，观察铝材表面的情况，所得结果见表2。

表2：不同温度下的腐蚀性测试。

由此可见，本发明的切削液对工件的腐蚀性明显小于市售的切削液。

为了验证本发明的切削液的清洗性能，下面以工件为铝材为例，分别采用本发明的全合成水溶性切削液和市售的全合成水溶性切削液进行按照以上方法对铝材进行机加工后，再漂洗两次，观察铝材表面的情况，所得结果见表3。

表3：切削液的清洗测试。

由此可知，当漂洗时间不足10s时，市售的切削液会残留在铝材的表面形成白点，而采用本发明的切削液则不存在这个问题，因此，本发明可以有效的缩短漂洗时间，提高加工效率。

对使用本发明的最大转速进行测试，测试基材为铝材，使用设备为FANUC磨切机，进程量为2000，所得结果见表4：

由表4可以看出：市售切削液在转速为20000RPM时即出现了轻微粘刀和毛刺的现象，而本发明则在20000RPM都不会出现粘刀和毛刺等现象，因此，本发明可以明显提高转速。

目前切削液使用量最大的产业为手机基板CNC加工，其需要高转速、极压性好、排削快、不粘刀、加工面光泽度高，精度高，而本发明完全可以满足这样的要求。

实施例2

与实施例1不同的是高转速全合成水溶性切削液的配方，本实施例提供的高转速全合成水溶性切削液，按重量百分比计，包括以下组分： 

植物改性润滑油脂           15%；

镁铝合金保护剂乙醇胺        6%；

极压剂磷酸三乙酯            6%；

稳定剂异丁醇                22%；

乳化剂吐温60               1.5%；

渗透剂乙二醇丁醚            18%；

余量为去离子水。

其中，植物改性润滑油脂为壬二酸与1，5-戊二醇聚合后，经提纯、脱水得到的产物。其中，聚合温度为155℃，聚合时，壬二酸与1，5-戊二醇的摩尔比为1：1.3，催化剂为固载钛酸丁酯（Ti(OBu)₄/TiO₂-Al₂O₃），且催化剂的用量为1.5%，聚合时间为8h，聚合反应结束后，用热丙酮将产品稀释后过滤，蒸去丙酮和水，即得到植物改性润滑油脂。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例3

与实施例1不同的是高转速全合成水溶性切削液的配方，本实施例提供的高转速全合成水溶性切削液，按重量百分比计，包括以下组分： 

植物改性润滑油脂                 23%；

镁铝合金保护剂油酸三乙醇胺皂      9%；

极压剂磷酸三丁酯                 7%；

稳定剂丙二醇                    29%；

乳化剂吐温80                    2.8%；

渗透剂二乙二醇丁醚               18%；

余量为自来水。

其中，植物改性润滑油脂为辛二酸与1，6-己二醇聚合后，经提纯、脱水得到的产物。其中，聚合温度为145℃，聚合时，辛二酸与1，6-己二醇的摩尔比为1：1.25，催化剂为固载钛酸丁酯（Ti(OBu)₄/TiO₂-Al₂O₃），且催化剂的用量为1.8%，聚合时间为7h，聚合反应结束后，用热丙酮将产品稀释后过滤，蒸去丙酮和水，即得到植物改性润滑油脂。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例4

与实施例1不同的是高转速全合成水溶性切削液的配方，本实施例提供的高转速全合成水溶性切削液，按重量百分比计，包括以下组分： 

植物改性润滑油脂          28%；

镁铝合金保护剂二甘醇胺      8%；

极压剂硼酸盐                4%；

稳定剂丙三醇                21%；

乳化剂吐温80                1.2%；

渗透剂乙二醇***             11%；

余量为去离子水。

其中，植物改性润滑油脂为癸二酸与新戊二醇聚合后，经提纯、脱水得到的产物。其中，聚合温度为165℃，聚合时，癸二酸与新戊二醇的摩尔比为1：1.15，催化剂为固载钛酸丁酯（Ti(OBu)₄/TiO₂-Al₂O₃），且催化剂的用量为1.6%，聚合时间为5h，聚合反应结束后，用热丙酮将产品稀释后过滤，蒸去丙酮和水，即得到植物改性润滑油脂。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例5

与实施例1不同的是高转速全合成水溶性切削液的配方，本实施例提供的高转速全合成水溶性切削液，按重量百分比计，包括以下组分： 

植物改性润滑油脂          11%；

镁铝合金保护剂异丙醇胺      9%；

极压剂硼酸酯                8%；

稳定剂异丙醇                27%；

乳化剂吐温60                2.3%；

渗透剂二乙二醇***          14%；

余量为自来水。

其中，植物改性润滑油脂为癸二酸与乙二醇聚合后，经提纯、脱水得到的产物。其中，聚合温度为152℃，聚合时，癸二酸与乙二醇的摩尔比为1：1.05，催化剂为固载钛酸丁酯（Ti(OBu)₄/TiO₂-Al₂O₃），且催化剂的用量为1.4%，聚合时间为10h，聚合反应结束后，用热丙酮将产品稀释后过滤，蒸去丙酮和水，即得到植物改性润滑油脂。

其余同实施例1，这里不再赘述。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种高转速全合成水溶性切削液，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分： 

植物改性润滑油脂      10%～30%；

镁铝合金保护剂         5%～10%；

极压剂                4%～10%；

稳定剂                20%～30%；

乳化剂                1%～3%；

渗透剂                10%～20%；

余量为水。

2.根据权利要求1所述的高转速全合成水溶性切削液，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：

植物改性润滑油脂      15%～25%；

镁铝合金保护剂        6%～9%；

极压剂                5%～9%；

稳定剂                22%～28%；

乳化剂                1.5%～2.5%；

渗透剂                12%～18%；

余量为水。

3.根据权利要求1或2所述的高转速全合成水溶性切削液，其特征在于：所述植物改性润滑油脂为植物提取脂肪酸与二元醇聚合后，经提纯、脱水得到的产物。

4.根据权利要求3所述的高转速全合成水溶性切削液，其特征在于：所述植物提取脂肪酸为癸二酸、壬二酸和辛二酸中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的高转速全合成水溶性切削液，其特征在于：所述二元醇为乙二醇、1，6-己二醇、1，5-戊二醇、新戊二醇和1，4-丁二醇中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的高转速全合成水溶性切削液，其特征在于：所述镁铝合金保护剂为三乙醇胺、乙醇胺、油酸三乙醇胺皂、二甘醇胺和异丙醇胺中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的高转速全合成水溶性切削液，其特征在于：所述稳定剂为乙二醇、异丁醇、丙二醇、丙三醇和异丙醇中的至少一种，所述乳化剂为吐温40、吐温60和吐温80中的至少一种。

8.根据权利要求1或2所述的高转速全合成水溶性切削液，其特征在于：所述极压剂为磷酸三苯酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、硼酸盐和硼酸酯中的至少一种。

9.根据权利要求1或2所述的高转速全合成水溶性切削液，其特征在于：所述渗透剂为丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、乙二醇***和二乙二醇***中的至少一种。

10.根据权利要求1或2所述的高转速全合成水溶性切削液，其特征在于：所述全合成水溶性切削液的pH值为8～9。