CN116590082A - 一种具有良好润滑性和清洗性的水基金属加工润滑剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有良好润滑性和清洗性的水基金属加工润滑剂，其同时具有良好的润滑性和清洗性，且具有很好的防锈功能，按重量份，包括如下组分：改性植物油20‑30份，改性金属有机框架5‑10份，去离子水100份，杀菌剂1‑2份，消泡剂1‑3份，纳米二氧化硅3‑5份。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工过程中的润滑剂，特别是水基金属加工润滑剂。
背景技术
金属加工润滑剂根据其加工工艺，可以分为冲压液、切削液、压延液、打孔液等，根据润滑剂的组成、介质状态，可分为油基润滑剂和水基润滑剂。目前对于以矿物油为基础油的油基润滑剂研究较多，但是大量使用油基润滑剂的过程中，由于润滑剂的泄漏和废弃容易造成环境污染，不适应绿色发展的需求。水基润滑剂具有油基润滑剂难以媲美的低廉成本，且具有非常优异的冷却性，然而，目前主要包括乳液型和合成液型，乳液型的主要缺点是稳定性差，容易变质，导致润滑剂的使用期严重缩短，合成液型使用寿命长，冷却性和清洗性极好，但是，优异的清洗性和渗透力导致其在冲压成型的过程中容易破会金属表面的润滑层。此外，水基润滑液防锈功能较差，并且有些性质存在相互的制约，例如润滑性提高时，会降低其清洗性。
此外，采用具有微纳结构的物质作为润滑添加剂从而提高润滑剂的整体润滑性能已经成为研究的热点，但是微纳润滑添加剂在润滑剂中的分散性通常较差，严重影响了润滑剂的整体性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种具有良好润滑性和清洗性的水基金属加工润滑剂，其同时具有良好的润滑性和清洗性，且具有很好的防锈功能。
一种具有良好润滑性和清洗性的水基金属加工润滑剂，按重量份，包括如下组分：改性植物油20-30份，改性金属有机框架5-10份，去离子水100份，杀菌剂1-2份，消泡剂1-3份，纳米二氧化硅 3-5份。
其中，改性植物油的制备方法包括：将植物油与马来酸酐混合，搅拌均匀，得到油性混合物，其中马来酸酐在油性混合物中的质量百分比为15-20%，将所得混合物加热到200℃反应1-5h，冷却，加入5-10%乙醇，搅拌均匀，再加入氨水进行皂化至pH为8，得到改性植物油。
其中，改性金属有机框架的制备方法包括：将四氟对苯二甲酸和连吡啶加入到乙酸钴溶液中，超声分散均匀，将混合溶液转移到四氟聚乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100-120℃反应20-24h，自然冷却，固液分离，所得固体用去离子水和无水乙醇洗涤3次，干燥，得到金属有机框架；将金属有机框架加入到四氢呋喃水溶液中，超声分散均匀，在混合溶液中持续通入氮气10-20分钟后停止，在密闭条件下采用钴-60产生的射线辐照，吸收剂量为2.5-3.5Mrad，产物离心洗涤后干燥，得到改性金属有机框架。
其中，植物油包括花生油、豆油、玉米油中的一种或多种。
其中，乙酸钴、四氟对苯二甲酸和连吡啶的摩尔比为1:1-1.5:1-1.5，四氢呋喃溶液的浓度为15%-30%。
一种具有良好润滑性和清洗性的水基金属加工润滑剂的制备方法，包括如下步骤：按重量份将20-30份改性植物油，5-10份改性金属有机框架，100份去离子水，1-2份杀菌剂，1-3份消泡剂，3-5份纳米二氧化硅混合，搅拌均匀。
通过对植物油进行亲水改性，使之与水能够互溶。植物油分子中的双键与马来酸酐反应得到的产物中不仅含有碳链，还含有大量的羟基、酰胺基等亲水的基团，使得改性后的植物油能够与水互溶。
金属有机框架由纳米片组装而成，具有层状结构，作为润滑剂，其层状结构可以起到滑动润滑的作用，但其表面为疏水性，无法在水基润滑剂中充分分散。在金属有机框架的表面引入亲水的羟基对其该改性，既保持了金属有机框架的层状结构，又可使其具有亲水的表面，从而能够在水基润滑剂中均匀分散，具有良好的分散性，避免了因分散性差而导致的润滑剂整体性能下降。
由于改性植物油和改性金属有机框架均具有大量羟基，因而二者能够产生一定的相互作用，从而加强其相容性和分散性。并且，羟基在润滑剂的使用过程中与金属表面作用，发生摩擦化学反应，有助于在金属表面形成润滑膜，提高润滑性能。
本发明所述水基润滑剂中含有改性植物油和水，通过控制配比调节水基润滑剂的清洗性、流动性，避免其清洗性过强导致润滑膜受到破坏，快速在金属基材表面形成保护润滑膜，同时使润滑剂具有一定的防锈功能，从而得到同时具有良好的润滑性、清洗性、防锈性的水基润滑剂。
具体实施方式
摩擦试验条件
采用MS-200型四球式摩擦试验机(1450rap),试验内容包括：抗磨性(以磨斑直径D-30min (mm)表示)和承载能力(以PB值表示)，试验载荷为392N。
湿热试验条件
采用CT-3 湿润试验机测试试验润滑剂的防锈性能，实验方法依据GB/T 2361。
实施例一
一种具有良好润滑性和清洗性的水基金属加工润滑剂，按重量份，包括如下组分：改性植物油30份，改性金属有机框架5份，去离子水100份，杀菌剂1份，消泡剂1份，纳米二氧化硅 3份。
其中，改性植物油的制备方法包括：将豆油与马来酸酐混合，搅拌均匀，得到油性混合物，其中马来酸酐在油性混合物中的质量百分比为20%，将所得混合物加热到200℃反应2h，冷却，加入10%乙醇，搅拌均匀，再加入氨水进行皂化至pH为8，得到改性植物油。
其中，改性金属有机框架的制备方法包括：将四氟对苯二甲酸和连吡啶加入到乙酸钴溶液中，乙酸钴、四氟对苯二甲酸和连吡啶的摩尔比为1:1:1。超声分散均匀，将混合溶液转移到四氟聚乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在120℃反应20h，自然冷却，固液分离，所得固体用去离子水和无水乙醇洗涤3次，干燥，得到金属有机框架；将金属有机框架加入到30%四氢呋喃水溶液中，超声分散均匀，在混合溶液中持续通入氮气20分钟后停止，在密闭条件下采用钴-60产生的射线辐照，吸收剂量为2.5Mrad，产物离心洗涤后干燥，得到改性金属有机框架。
经摩擦试验，所得水基金属加工润滑剂抗磨性优异(D=0.21mm)，PB值为983N。
经湿热试验，所得水基金属加工润滑剂具有防锈性，防锈时间可达350h。
实施例二
一种具有良好润滑性和清洗性的水基金属加工润滑剂，按重量份，包括如下组分：改性植物油20份，改性金属有机框架10份，去离子水100份，杀菌剂2份，消泡剂3份，纳米二氧化硅 5份。
其中，改性植物油的制备方法包括：将花生油与马来酸酐混合，搅拌均匀，得到油性混合物，其中马来酸酐在油性混合物中的质量百分比为15%，将所得混合物加热到200℃反应5h，冷却，加入5%乙醇，搅拌均匀，再加入氨水进行皂化至pH为8，得到改性植物油。
其中，改性金属有机框架的制备方法包括：将四氟对苯二甲酸和连吡啶加入到乙酸钴溶液中，乙酸钴、四氟对苯二甲酸和连吡啶的摩尔比为1: 1.5: 1.5，超声分散均匀，将混合溶液转移到四氟聚乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100℃反应24h，自然冷却，固液分离，所得固体用去离子水和无水乙醇洗涤3次，干燥，得到金属有机框架；将金属有机框架加入到15%四氢呋喃水溶液中，超声分散均匀，在混合溶液中持续通入氮气10分钟后停止，在密闭条件下采用钴-60产生的射线辐照，吸收剂量为3.5Mrad，产物离心洗涤后干燥，得到改性金属有机框架。
经摩擦试验，所得水基金属加工润滑剂抗磨性优异(D=0.23mm)，PB值为982N。
经湿热试验，所得水基金属加工润滑剂具有防锈性，防锈时间可达343h。
对比例1
一种水基金属加工润滑剂，按重量份，包括如下组分：改性植物油10份，改性金属有机框架5份，去离子水100份，杀菌剂1份，消泡剂1份，纳米二氧化硅 3份。
其中，改性植物油的制备方法包括：将豆油与马来酸酐混合，搅拌均匀，得到油性混合物，其中马来酸酐在油性混合物中的质量百分比为20%，将所得混合物加热到200℃反应2h，冷却，加入10%乙醇，搅拌均匀，再加入氨水进行皂化至pH为8，得到改性植物油。
其中，改性金属有机框架的制备方法包括：将四氟对苯二甲酸和连吡啶加入到乙酸钴溶液中，乙酸钴、四氟对苯二甲酸和连吡啶的摩尔比为1:1:1。超声分散均匀，将混合溶液转移到四氟聚乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在120℃反应20h，自然冷却，固液分离，所得固体用去离子水和无水乙醇洗涤3次，干燥，得到金属有机框架；将金属有机框架加入到30%四氢呋喃水溶液中，超声分散均匀，在混合溶液中持续通入氮气20分钟后停止，在密闭条件下采用钴-60产生的射线辐照，吸收剂量为2.5Mrad，产物离心洗涤后干燥，得到改性金属有机框架。
经摩擦试验，所得水基金属加工润滑剂抗磨性优异(D=0.41mm)，PB值为953N。
经湿热试验，所得水基金属加工润滑剂具有防锈性，防锈时间为286h。
对比例2
一种水基金属加工润滑剂，按重量份，包括如下组分：改性植物油40份，改性金属有机框架5份，去离子水100份，杀菌剂1份，消泡剂1份，纳米二氧化硅 3份。
其中，改性植物油的制备方法包括：将豆油与马来酸酐混合，搅拌均匀，得到油性混合物，其中马来酸酐在油性混合物中的质量百分比为20%，将所得混合物加热到200℃反应2h，冷却，加入10%乙醇，搅拌均匀，再加入氨水进行皂化至pH为8，得到改性植物油。
其中，改性金属有机框架的制备方法包括：将四氟对苯二甲酸和连吡啶加入到乙酸钴溶液中，乙酸钴、四氟对苯二甲酸和连吡啶的摩尔比为1:1:1。超声分散均匀，将混合溶液转移到四氟聚乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在120℃反应20h，自然冷却，固液分离，所得固体用去离子水和无水乙醇洗涤3次，干燥，得到金属有机框架；将金属有机框架加入到30%四氢呋喃水溶液中，超声分散均匀，在混合溶液中持续通入氮气20分钟后停止，在密闭条件下采用钴-60产生的射线辐照，吸收剂量为2.5Mrad，产物离心洗涤后干燥，得到改性金属有机框架。
润滑剂粘度升高，导致流动性降低，形成有效保护润滑膜的能力下降，经摩擦试验，所得水基金属加工润滑剂抗磨性优异(D=0.47mm)，PB值为949N。
对比例3
一种水基金属加工润滑剂，按重量份，包括如下组分：改性植物油30份，金属有机框架5份，去离子水100份，杀菌剂1份，消泡剂1份，纳米二氧化硅 3份。
其中，改性植物油的制备方法包括：将豆油与马来酸酐混合，搅拌均匀，得到油性混合物，其中马来酸酐在油性混合物中的质量百分比为20%，将所得混合物加热到200℃反应2h，冷却，加入10%乙醇，搅拌均匀，再加入氨水进行皂化至pH为8，得到改性植物油。
其中，金属有机框架的制备方法包括：将四氟对苯二甲酸和连吡啶加入到乙酸钴溶液中，乙酸钴、四氟对苯二甲酸和连吡啶的摩尔比为1:1:1。超声分散均匀，将混合溶液转移到四氟聚乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在120℃反应20h，自然冷却，固液分离，所得固体用去离子水和无水乙醇洗涤3次，干燥，得到金属有机框架。
经摩擦试验，所得水基金属加工润滑剂抗磨性优异(D=0.55mm)，PB值为902N。
Claims (6)
1.一种具有良好润滑性和清洗性的水基金属加工润滑剂，其特征在于：按重量份，包括如下组分：改性植物油20-30份，改性金属有机框架5-10份，去离子水100份，杀菌剂1-2份，消泡剂1-3份，纳米二氧化硅 3-5份。
2.根据权利要求1所述的水基金属加工润滑剂，其特征在于：
其中，改性植物油的制备方法包括：将植物油与马来酸酐混合，搅拌均匀，得到油性混合物，其中马来酸酐在油性混合物中的质量百分比为15-20%，将所得混合物加热到200℃反应1-5h，冷却，加入5-10%乙醇，搅拌均匀，再加入氨水进行皂化至pH为8，得到改性植物油。
3.根据权利要求1所述的水基金属加工润滑剂，其特征在于：
其中，改性金属有机框架的制备方法包括：将四氟对苯二甲酸和连吡啶加入到乙酸钴溶液中，超声分散均匀，将混合溶液转移到四氟聚乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100-120℃反应20-24h，自然冷却，固液分离，所得固体用去离子水和无水乙醇洗涤3次，干燥，得到金属有机框架；将金属有机框架加入到四氢呋喃水溶液中，超声分散均匀，在混合溶液中持续通入氮气10-20分钟后停止，在密闭条件下采用钴-60产生的射线辐照，吸收剂量为2.5-3.5Mrad，产物离心洗涤后干燥，得到改性金属有机框架。
4.根据权利要求1所述的水基金属加工润滑剂，其特征在于：
其中，植物油包括花生油、豆油、玉米油中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的水基金属加工润滑剂，其特征在于：
其中，乙酸钴、四氟对苯二甲酸和连吡啶的摩尔比为1:1-1.5:1-1.5，四氢呋喃溶液的浓度为15%-30%。
6.根据权利要求1所述的水基金属加工润滑剂的制备方法，包括如下步骤：按重量份将20-30份改性植物油，5-10份改性金属有机框架，100份去离子水，1-2份杀菌剂，1-3份消泡剂，3-5份纳米二氧化硅混合，搅拌均匀。
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| CN105670758A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-06-15 | 武汉玻尔科技股份有限公司 | 一种高润滑性和生态安全的水基切削液及其制备方法 |
| CN106433885A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-02-22 | 铜陵日科电子有限责任公司 | 一种马来酸酐改性高分散变压器植物绝缘油及其制备方法 |
| CN114381315A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-22 | 西安建筑科技大学 | 一种双向复合黑磷量子点/铜基金属有机框架润滑添加剂及其制备方法 |
| CN114520419A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-20 | 广东腐蚀科学与技术创新研究院 | 一种具有纳米复合结构的钴基金属有机框架衍生物吸波剂的制备方法 |
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