CN105602689A - 一种环保可降解水基全合成切削液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种环保可降解水基全合成切削液及其制备方法，该切削液按质量百分比包括以下组分：防锈剂20-30%、合成酯润滑剂15-20%、表面活性剂1-3%、缓蚀剂5-10%，络合剂0.5-1%、助溶剂10-15%、消泡剂0.1-1%、其余为去离子水，该切削液弥补了现有水基切削液在防锈性、润滑性上的不足，具有在环境温度范围内稳定性高，使用周期长，对机器设备无腐蚀，对操作者安全无害。

Description

一种环保可降解水基全合成切削液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种切削液，具体涉及一种环保可降解水基全合成切削液及其制备方法。

背景技术

切削液一般是指材料在机械加工过程中，为及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度，延长刀具使用寿命，提高工件加工精度而使用的工作液。其通常应具备润滑、冷却、清洗、防锈等作用。切削液按其化学组成可分为油基切削液和水基切削液两大类。油基切削液的润滑性能较好，冷却效果较差。水基切削液与油基切削液相比润滑性能相对较差，冷却效果较好。近年来,由于先进切削机床的不断涌现，刀具和工件材料的发展，对切削液提出了更高的要求。例如，使用硬质合金刀具在高速切削加工时由于产生巨大热量，油基切削液的冷却性能已无法满足需求。使得人们将研究重点转向了研制高性能的水基切削液。

水基切削液具有冷却效果好、可节约能源、操作环境清洁等优点而日渐广泛应用于金属机械加工工艺中，并且有逐步替代油基切削液的趋势。其中尤以水基全合成切削液的优异性更为突出，与传统的乳化油型和半合成切削液相比，全合成切削液由于完全不含机械油，在清洗性、冷却性、加工可视性、抗菌性和稳定性等方面都具有显著地优势，在行业内逐渐获得广泛的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种环保可降解水基全合成切削液及其制备方法，本发明通过制备水溶性防锈剂：十二烯基丁二酸三乙醇胺、癸二酸三乙醇胺、均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺、油酸三乙醇胺及合成酯润滑剂：油酸二乙醇酰胺硼酸酯、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺硼酸酯、月桂酸咪唑啉硼酸酯，将其筛选比较并应用于全合成切削液中，从而弥补了现有水基切削液在防锈性、润滑性上的不足，提供了一种工艺简便、可广泛应用于各类材料车、铣、刨、磨等机械加工的环保可降解水基全合成切削液的制备方法，该切削液具有优异的防锈性及润滑性，在环境温度范围内稳定性高，使用周期长，对机器设备无腐蚀，对操作者安全无害。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种环保可降解水基全合成切削液，按质量比包括以下组成：

防锈剂：20-30%，

合成酯润滑剂：15-20%，

表面活性剂：1-3%，

缓蚀剂：5-10%，

络合剂：0.5-1%，

助溶剂：10-15%，

消泡剂：0.1-1%，

其余为去离子水。

所述的防锈剂为十二烯基丁二酸三乙醇胺、癸二酸三乙醇胺、均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺、油酸三乙醇胺中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的合成酯润滑剂为油酸二乙醇酰胺硼酸酯、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺硼酸酯、月桂酸咪唑啉硼酸酯中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的表面活性剂为聚醚类表面活性剂。

所述的缓蚀剂为硼砂、钼酸钠、苯并三氮唑中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的络合剂为EDTA-2Na。

所述的助溶剂为丙三醇、丙二醇、聚乙二醇中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的消泡剂为水溶性有机硅消泡剂。

一种环保可降解水基全合成切削液的制备方法，包括以下步骤：

1）制备防锈剂：

将有机羧酸，如十二烯基丁二酸、癸二酸、油酸、均三嗪环羧酸衍生物与三乙醇胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置的反应器中按照反应方程式等摩尔量反应，或三乙醇胺过量反应，在60-80℃下控温搅拌2h以上，使反应产物为均一不分层澄清液即可，制成防锈剂；

2）制备合成酯润滑剂：

在装有控温加热装置、调速搅拌装置、分水回流装置的反应器中加入一定量的油酸，缓慢升温至70℃，加入二乙醇胺、甲苯，在150-180℃下反应，以甲苯回流分水，反应至无水分出停止反应，减压蒸出甲苯后得黄色粘稠液体油酸二乙醇酰胺，称取一定量的油酸二乙醇酰胺，加入硼酸、正丁醇，以正丁醇回流分水，在150-180℃下反应至不再有水产生，减压蒸出正丁醇，得目标产物油酸二乙醇酰胺硼酸酯，可按类似方法制备椰子油脂肪酸二乙醇酰胺硼酸酯；

将月桂酸与过量的羟乙基二胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置、分水回流装置的反应器中反应，加入甲苯为带水剂，在150-180℃下加热回流分水至不再有水产生后停止反应，减压蒸出溶剂得固体产物月桂酸咪唑啉，称取一定量的月桂酸咪唑啉，加入甲苯为带水剂，逐次加入硼酸，在150-180℃下加热回流分水反应至不再有水产生，减压蒸出甲苯，得目标产物月桂酸咪唑啉硼酸酯，制成合成酯润滑剂；

3）在配比量的去离子水中，加入配比量的络合剂、缓蚀剂、助溶剂、表面活性剂、消泡剂，搅拌至溶液混合均匀后加入步骤⑴、步骤⑵制备的防锈剂、合成酯润滑剂，充分搅拌至溶液澄清均匀不分层即可。

相比于现有技术，本发明的优点及有益效果如下：

1）防锈剂十二烯基丁二酸三乙醇胺、癸二酸三乙醇胺、均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺、油酸三乙醇胺具有优异的防锈作用，均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺能够抑制细菌、真菌的繁殖，延长使用周期。

2）合成酯润滑剂油酸二乙醇酰胺硼酸酯、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺硼酸酯、月桂酸咪唑啉硼酸酯具有较高的极压润滑特性，能够弥补水基切削液润滑性的不足。

3）聚醚类表面活性剂的使用可显著降低切削液的表面张力，提高切削液的渗透性和清洗力，同时较之其它类别的表面活性剂产生较少的泡沫。

4）选择使用的各组分均可生物降解，对人体无伤害，对环境无污染。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步叙述，但本发明不限于下述实施例。

实施例1

一种环保可降解水基全合成切削液，按质量比将20%的均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺，5%的油酸三乙醇胺，16%的油酸二乙醇酰胺硼酸酯，3%的聚醚L61，4%的硼砂，2%的钼酸钠，4%的苯并三氮唑，0.5%的EDTA-2Na，5%的丙三醇，8%的聚乙二醇-400，0.5%的水溶性有机硅消泡剂，其余为去离子水，按以下方法制备，步骤如下：

a）均三嗪环羧酸衍生物与三乙醇胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置的反应器中按照摩尔比1:2投料反应，在80℃下控温搅拌2h以上，使反应产物为均一不分层澄清液即可；

b)油酸与三乙醇胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置的反应器中按照摩尔比1:1投料反应，在70℃下控温搅拌2h以上，使反应产物为均一不分层澄清液即可；

c)在装有控温加热装置、调速搅拌装置、分水回流装置的反应器中加入一定量的油酸，缓慢升温至70℃，加入二乙醇胺、甲苯，在160℃下反应，以甲苯回流分水，反应至无水分出停止反应。减压蒸出甲苯后得黄色粘稠液体油酸二乙醇酰胺。称取一定量的油酸二乙醇酰胺，加入硼酸、正丁醇，以正丁醇回流分水，在180℃下反应至不再有水产生。减压蒸出正丁醇，得目标产物油酸二乙醇酰胺硼酸酯；

d)在质量份数为32%的去离子水中，依次加入硼砂4%、钼酸钠2%、苯并三氮唑4%、EDTA-2Na0.5%、丙三醇5%、聚乙二醇-4008%、聚醚L613%、水溶性有机硅消泡剂0.5%，搅拌至溶液混合均匀后加入步骤a、步骤b、步骤c制备的均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺20%、油酸三乙醇胺5%、油酸二乙醇酰胺硼酸酯16%，充分搅拌至溶液澄清均匀不分层即可。

实施例2

一种环保可降解水基全合成切削液，按质量比将18%的均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺，7%的十二烯基丁二酸三乙醇胺，15%的月桂酸咪唑啉硼酸酯，3%的聚醚L61，4%的硼砂，2%的钼酸钠，4%的苯并三氮唑，0.5%的EDTA-2Na，7%的丙二醇，7%的聚乙二醇-400，0.5%的水溶性有机硅消泡剂，其余为去离子水，按以下方法制备，步骤如下：

a）均三嗪环羧酸衍生物与三乙醇胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置的反应器中按照摩尔比1:2投料反应，在80℃下控温搅拌反应2h以上，使反应产物为均一不分层澄清液即可；

b)十二烯基丁二酸与三乙醇胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置的反应器中按照摩尔比1:2投料反应，在80℃下控温搅拌反应2h以上，使反应产物为均一不分层澄清液即可；

c)将月桂酸与过量的羟乙基二胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置、分水回流装置的反应器中反应，加入甲苯为带水剂，在180℃下加热回流分水至不再有水产生后停止反应，减压蒸出溶剂得固体产物月桂酸咪唑啉。称取一定量的月桂酸咪唑啉，加入甲苯为带水剂，逐次加入硼酸，在180℃下加热回流分水反应至不再有水产生。减压蒸出甲苯，得目标产物月桂酸咪唑啉硼酸酯；

d)在质量份数为32%的去离子水中，依次加入硼砂4%、钼酸钠2%、苯并三氮唑4%、EDTA-2Na0.5%、丙二醇7%、聚乙二醇-4007%、聚醚L613%、水溶性有机硅消泡剂0.5%搅拌至溶液混合均匀后加入步骤a、步骤b、步骤c制备的均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺18%、十二烯基丁二酸三乙醇胺7%、月桂酸咪唑啉硼酸酯15%。充分搅拌至溶液澄清均匀不分层即可。

实施例3

一种环保可降解水基全合成切削液，按质量比将16%的均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺，6%的十二烯基丁二酸三乙醇胺，3%的油酸三乙醇胺，15%的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺硼酸酯，3%的聚醚L61，5%的硼砂，1%的钼酸钠，4%的苯并三氮唑，0.5%的EDTA-2Na，6%的丙二醇，8%的聚乙二醇-400，0.5%的水溶性有机硅消泡剂，其余为去离子水，按以下方法制备，步骤如下：

a）均三嗪环羧酸衍生物与三乙醇胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置的反应器中按照摩尔比1:2投料反应，在80℃下控温搅拌反应2h以上，使反应产物为均一不分层澄清液即可；

b)十二烯基丁二酸与三乙醇胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置的反应器中按照摩尔比1:2投料反应，在80℃下控温搅拌反应2h以上，使反应产物为均一不分层澄清液即可；

c)油酸与三乙醇胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置的反应器中按照摩尔比1:1投料反应，在70℃下控温搅拌2h以上，使反应产物为均一不分层澄清液即可；

d)在装有控温加热装置、调速搅拌装置、分水回流装置的反应器中加入一定量的椰子油脂肪酸酸二乙醇酰胺，加入硼酸、正丁醇，以正丁醇回流分水，在180℃下反应至不再有水产生。减压蒸出正丁醇，得目标产物椰子油脂肪酸酸二乙醇酰胺硼酸酯；

e)在质量份数为32%的去离子水中，依次加入硼砂5%、钼酸钠1%、苯并三氮唑4%、EDTA-2Na0.5%、丙二醇6%、聚乙二醇-4008%、聚醚L613%、水溶性有机硅消泡剂0.5%搅拌至溶液混合均匀后加入步骤a、步骤b、步骤c、步骤d制备的均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺16%、十二烯基丁二酸三乙醇胺6%、油酸三乙醇胺3%、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺硼酸酯15%。充分搅拌至溶液澄清均匀不分层即可。

依据GB/T6144-2010（合成切削液）分别对实施例1,2,3的外观、贮存安定性、透明度、pH值、消泡性、表面张力、腐蚀试验、防锈试验、最大无卡咬负荷PB等项目进行测试，测试结果见表1。

经检测，实施例1,2,3均表现出优异的防锈性、极压抗磨性，弥补了水基切削液的不足，各项指标均满足符合要求。

Claims (9)

1.一种环保可降解水基全合成切削液，其特征在于，按质量比包括以下组成：

防锈剂：20-30%，

合成酯润滑剂：15-20%，

表面活性剂：1-3%，

缓蚀剂：5-10%，

络合剂：0.5-1%，

助溶剂：10-15%，

消泡剂：0.1-1%，

其余为去离子水。

2.根据权利要求1所述的一种环保可降解水基全合成切削液，其特征在于，所述的防锈剂为十二烯基丁二酸三乙醇胺、癸二酸三乙醇胺、均三嗪环羧酸衍生物三乙醇胺、油酸三乙醇胺中的一种或几种任意比例的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种环保可降解水基全合成切削液，其特征在于，所述的合成酯润滑剂为油酸二乙醇酰胺硼酸酯、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺硼酸酯、月桂酸咪唑啉硼酸酯中的一种或几种任意比例的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种环保可降解水基全合成切削液，其特征在于，所述的表面活性剂为聚醚类表面活性剂。

5.根据权利要求1所述的一种环保可降解水基全合成切削液，其特征在于，所述的缓蚀剂为硼砂、钼酸钠、苯并三氮唑中的一种或几种任意比例的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种环保可降解水基全合成切削液，其特征在于，所述的络合剂为EDTA-2Na。

7.根据权利要求1所述的一种环保可降解水基全合成切削液，其特征在于，所述的助溶剂为丙三醇、丙二醇、聚乙二醇中的一种或几种任意比例的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种环保可降解水基全合成切削液，其特征在于，所述的消泡剂为水溶性有机硅消泡剂。

9.一种环保可降解水基全合成切削液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）制备防锈剂：

将有机羧酸，如十二烯基丁二酸、癸二酸、油酸、均三嗪环羧酸衍生物与三乙醇胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置的反应器中按照反应方程式等摩尔量反应，或三乙醇胺过量反应，在60-80℃下控温搅拌2h以上，使反应产物为均一不分层澄清液即可，制成防锈剂；

2）制备合成酯润滑剂：

在装有控温加热装置、调速搅拌装置、分水回流装置的反应器中加入一定量的油酸，缓慢升温至70℃，加入二乙醇胺、甲苯，在150-180℃下反应，以甲苯回流分水，反应至无水分出停止反应，减压蒸出甲苯后得黄色粘稠液体油酸二乙醇酰胺，称取一定量的油酸二乙醇酰胺，加入硼酸、正丁醇，以正丁醇回流分水，在150-180℃下反应至不再有水产生，减压蒸出正丁醇，得目标产物油酸二乙醇酰胺硼酸酯，可按类似方法制备椰子油脂肪酸二乙醇酰胺硼酸酯；

将月桂酸与过量的羟乙基二胺在装有控温加热装置、调速搅拌装置、分水回流装置的反应器中反应，加入甲苯为带水剂，在150-180℃下加热回流分水至不再有水产生后停止反应，减压蒸出溶剂得固体产物月桂酸咪唑啉，称取一定量的月桂酸咪唑啉，加入甲苯为带水剂，逐次加入硼酸，在150-180℃下加热回流分水反应至不再有水产生，减压蒸出甲苯，得目标产物月桂酸咪唑啉硼酸酯，制成合成酯润滑剂；

3）在配比量的去离子水中，加入配比量的络合剂、缓蚀剂、助溶剂、表面活性剂、消泡剂，搅拌至溶液混合均匀后加入步骤⑴、步骤⑵制备的防锈剂、合成酯润滑剂，充分搅拌至溶液澄清均匀不分层即可。