专利名称：石材切割用的冷却润滑剂的制作方法
技术领域：
本发明与石材切割加工过程有关。
采用装有金刚石锯片(含圆、带锯片)的设备切割花岗岩石，使其成为具有多种用途的板材或带材，是一种生产效率高的加工作业。目前由于普遍使用清水作为金刚石锯片的冷却液，在切割过程中仍产生大量的热量，使锯片上的金刚石刀头急剧发热，导致金刚石强度降低，因而存在着金刚石锯片切割寿命短，加工成本高等问题。日本特开昭56-88483公开了一种石材加工用的组成物。该组成物是由硫化动植物油的碱金属盐和水混合组成;或由硫化动植物油的碱金属盐配入适量的矿物油、氯化油、表面活性剂和水混合组成。当该组成物和水一起被用于金刚石工具切割岩石时，能减少金刚石工具的磨损。然而这种组成物的制备工艺较复杂，组成物中的动植物油与化学工业和食品工业争原料，成本较高，故难于广泛推广应用。
本发明任务是制备一种造价低、制备工艺简单的冷却润滑剂，既能减少锯片与岩石界面的摩擦阻力、降低摩擦热，又能减少石粉对金刚石胎体的磨损，从而提高金刚石锯片的切割寿命，同时能使冷却液循环使用，减少石粉对环境的污染，进一步提高石材加工的经济效益。
本发明所制备的冷却润滑剂，是按重量百分比(%)取20～50%的羧酸(或含羧酸混合物)熔化后，配入5～15%的柴油或煤油，经搅拌均匀，加入2～6%预配制(15～40%浓度)的强碱液进行中和(皂化)反应，使其形成乳状溶液，然后加入0.12～0.35%预配制(1.5～1%浓度)的沉淀剂，余量为水混合组成的冷却润滑剂。
该冷却润滑剂的配制，是在带有加热搅拌装置的容器中按上述配比，将羧酸(或含羧酸混合物)加热至60～100℃，当羧酸完全熔化时加入柴油或煤油，启动搅拌器控制转速为80～120r/min，搅拌5～10分钟，使两种物质混合均匀后，加入预配置的强碱液，保持在60～80℃温度范围内进行反应，其反应式为
羧酸与碱作用生成羧酸盐。该羧酸盐是一种亲水基团，由于有柴油或煤油存在，则形成亲水的乳状胶团。在继续搅拌中加入预配制的沉淀剂和余量水，经搅拌均匀即制得褐色油膏状的、易溶于水的冷却润滑剂。
该冷却润滑剂所使用的羧酸(RCOOH)，系指直链或带环链、饱和或不饱和的碳链长度为C9～C20的羧酸，其中以直链、碳链长度为C12～C18的脂肪酸、且其配比以25～35%为最佳。为节约成本、降低造价，通过各种方法制得的羧酸或含羧酸的混合物，均可作为本冷却润滑剂的原料，一般可采用某些工厂生产过程中所产的副产品、下脚料或废料作为羧酸的来源。例如碱法造纸厂的副产品达尔油;炼油厂的石油副产品环烷酸;毛纺织厂的副产品羊毛脂;油脂化工厂的副产品(含油酸和羧酸混合物);氧化石蜡所得的羧酸混合物;化工厂生产尼龙的副产品癸脂下脚料等副产品，均可作为冷却润滑剂的原料。所使用的柴油或煤油，又以煤油或低粘度、碳链在C15～C17的轻柴油、且其配比以6～9%为最佳。所使用的强碱液，系指正一价的碱金属(如钾、钠)氢氧化物，其配比又以3～5%为最佳;首先将其配制成15～40%浓度的水溶液，然后按比例加入反应的容器中进行中和反应。所使用的沉淀剂，系指分子量为70万～500万、水解度为0～30%的聚丙稀酰胺，其中以未水解的、分子量为150万～300万的聚丙烯酰胺，且其配比以0.15～0.25%为最佳;首先将其配制成0.5～1%浓度的水溶液，再按比例配入在组合物中。
羧酸是含有羧基(
)的化合物，其通式为R-COOH。羧酸中的羧基是由羰基和羟基直接相连而组成，R代表烃基。
羧酸与碱作用生成的羧酸碱金属纳盐(或钾盐)，在水中能电离成阴离子表面活性剂，而具有很强的亲水性。当溶液中羧酸盐的浓度超过临解胶束浓度时，羧酸盐阴离子表面活性剂就在水中形成球状胶束。由于羧酸中已事先混入油类(如煤油或柴油)，而与碱作用生成的羧酸钠盐(或钾盐)又具乳化性能。因此油珠被羧酸盐型阴离子表面活性剂所包围，形成一个个硕大的离子团。它的烃基与油相吸，而羧基与水分子相吸，仍具有很强的亲水性。当这种乳化液作用于金刚石和岩石的界面后，能减少切割过程中界面的摩擦阻力，能降低界面的摩擦热，从而改善了金刚石锯片刀头的工作条件，提高了金刚石锯片的切割寿命。在冷却润滑剂中，配入了聚丙烯酰胺沉淀剂，通过其吸附基(酰胺基)吸附切割过程中产生的石粉，被吸附的石粉随水流下凝聚成团，快速沉淀，因而减少石粉颗粒对金刚石锯片刀头胎体的磨损，有利于胎体对金刚石的包嵌作用，延长了金刚石刀头的使用寿命;同时由于石粉被凝聚成团，其比表面大大缩小，减少了石粉对冷却润滑剂的吸附，从而减少了冷却润滑剂的消耗。沉淀的石粉可集中处理，冷却液仍可循环使用，既避免了石粉对环境的污染，又大大的减少了清水的消耗。石材切割用的冷却润滑剂使用时，一般在清水中加入0.1～1.0%的冷却润滑剂，待其充分溶解后输送给石材切割作业，用于冷却润滑金刚石锯片的刀头。经实验测定，当有0.3%冷却润滑剂溶解在水中时，金刚石-岩石界面的摩擦系数，可比使用清水时降低60%以上;金刚石胎体与岩石的摩擦系数可降低50%以上。使用后的水溶液贮存起来将滤渣(石粉)排除后，该溶液可作循环使用，然而冷却润滑剂需定期补充，一般补充量为石粉量的2～5%左右。
采用本发明用于石材切割作业与清水比具有如下优点(1)能使金刚石锯片的切割寿命延长50～140%，大幅度节约锯片的成本;(2)能使石材切割效率提高40%以上;(3)由于降低了摩擦阻力，能减少电力消耗，节约能源;(4)该冷却润滑剂的主要原料-含羧酸的混合物，来源于工厂的副产品、下脚料或废料，故其来源广，价格低，变废为宝，充分利用了资源;(5)冷却液能循环使用，大大减少了清水的消耗;(6)石粉可集中处理，避免了对环境的污染。
按照前述配制冷却润滑剂的方法，结合实施例，进一步阐明本发明有关的实质问题。各例中配入的质量，仍按重量百分比(%)配制。
实例1以碱法造纸厂中所得的副产品达尔油为原料，按重量百分比取32%，配加轻柴油7.2%，氢氧化钠3%，聚丙烯酰胺0.16%，余量为水配制成石材切割用的冷却润滑剂(以下简称冷却润滑剂A)。
实例2以化工厂用蓖麻油生产尼龙的副产品癸脂下脚料为原料，按重量百分比取30.2%，配加轻柴油6%，氢氧化钠3%，聚丙烯酰胺0.21%，余量为水配制成石材切割用的冷却润滑剂(以下简称冷却润滑剂B)。
实例3以油酸为原料，按重量百分比取31.6%，配加氢氧化钾5.1%，聚丙烯酰胺0.22%，余量为水配制成石材切割用的冷却润滑剂(以下简称冷却润滑剂C);或者取油酸29.3%，柴油7.3%，氢氧化钾4.68%，聚丙烯酸胺0.2%，余量为水配制冷却润滑剂C。
实例4以炼油厂提炼柴油和变压器油后的石油副产品为原料，按重量百分比取31%，配加煤油9.4%，氢氧化钠3.4%，聚丙烯酰胺0.16%，余量为水配制成石材切割用的冷却润滑剂(以下简称冷却润滑剂D)。
实例5以毛纺厂羊毛清洗时所得副产品羊毛脂为原料，按重量百分比取30%，配加煤油5.4%，氢氧化钾4.2%，聚丙烯酰胺0.24%，余量为水配制成石材切割用的冷却润滑剂(以下简称冷却润滑剂E)。
实例6以油脂化工厂生产硬脂酸中所得副产品(含油酸和羧酸混合物)为原料，按重量百分比取35.3%，配加柴油8.8%，氢氧化钠2.8%，聚丙烯酰胺0.21%，余量为水配制成石材切割用的冷却润滑剂(以下简称冷却润滑剂F)。
实例7以氧化石蜡所得的羧酸混合物为原料，按重量百分比取27.8%，配加柴油8.3%，氢氧化钠2.5%，聚丙烯酰胺0.14%，余量为水配制成石材切割用的冷却润滑剂(以下简称冷却润滑剂G)。
实例8对上述石材切割用的冷却润滑剂(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)，分别将其溶解在清水中，并稀释成0.3%的水溶液，将其喷射在快速运转的钢与石英岩中，分别测定其摩擦系数为μ＝0.09～0.10，比使用清水(μ＝0.3)时摩擦系数(μ)降低0.21～0.20。根据实施例(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)冷却润滑剂的摩擦系数相近，均在0.09～0.10之间，故石材加工厂家可根据原料来源，因地制宜实施本发明。
实例9某花岗石加工厂，使用本发明在清水中加入0.5%的冷却润滑剂(A)，其作业条件如下切机NMH-30圆盘锯机(锯片直径Φ1800mm)1台(日本产);
LTH-208圆盘锯机(锯片直径Φ1600mm)1台(日本产);
LTH-2010圆盘锯机(锯片直径Φ1600mm)1台(日本产);
石材四川省产石棉红花岗石(莫氏7.8级);
锯切方式分段往返连续切割;
进刀深度0.5～0.75cm往返速度1.8～2.0m/min冷却水量200l/min(供三台锯机同时使用)锯切工作量1697.3m2;
为了证明该冷却润滑剂的优越性，单独使用清水作为循环冷却介质与之对比，发现仅使用清水时，进刀深度只能保持在0.2～0.3cm，往返速度为0.94m/min。按以下公式可计算出使用冷却润滑剂以后，切割效率提高的百分率
实验计算表明，使用了冷却润滑剂(A)以后，切割效率提高了40%以上。
同时由于冷却润滑剂加速了金刚石锯片的冷却和减少了对它的磨损，因而提高了锯片的切割寿命。按下式可计算出使用冷却润滑剂以后，锯片寿命提高的百分率
经实验和计算表明，Φ1800mm锯片寿命提高92.6%，Φ1600mm锯片寿命提高86%。该厂使用冷却润滑剂后，锯片成本从86.30元/m2降至46.40元/m2，仅锯片年节约费用达30多万元，若加上节约电能和清水，那就更可观了。
实例10某花岗石公司，使用本发明在清水中加入0.4%的冷却润滑剂(B)，其作业条件如下切机TCH01-1/YN型龙门大切机(锯片直径Φ2200mm)1台(贵州建新厂产);
龙门中切机(锯片直径Φ1600mm)2台(贵州建新厂产)。
石材广东省产黑白花岗石(莫氏6～6.5级)。
四川省产石棉红花岗石(莫氏8级)锯切方式分段往返连续切割进刀深度1.8～3.0cm往返速度1.4～1.8m/min冷却水量200l/min(供三台切机同时使用)锯切工作量802.39m2经与采用清水时对比表明锯片寿命提高112.65～143.16%，切割效率提高50%。该公司使用冷却润滑剂后，锯片成本从71.94元/m2降至33.60元/m2，仅锯片年节约费用达37万元。
权利要求
1.一种石材切割用的冷却润滑剂，是由硫化动植物油的碱金属盐和水混合组成，本发明的特征在于取重量百分比(%)为20～50%的羧酸或含羧酸混合物加热(60～100℃)熔化后配加5～15%的柴油(或煤油)，并进行搅拌混合均匀，然后在混合液中加入2～6%预配制(15～40%浓度)的强碱液，保持其温度60～80℃进行中和反应，在继续搅拌中加入0.12～0.35%预配制(0.5～1%浓度)的沉淀剂，余量为水混合组成的冷却润滑剂。
2.按照权利要求1所述的冷却润滑剂，其特征在于羧酸系指直链或带环链，饱和或不饱和的碳链长度为C9～C20的羧酸，其中以直链、碳链长度为C12～C18的脂肪酸，且其配比以25～35%为最佳。
3.按照权利要求1所述的冷却润滑剂，其特征在于所配加的柴油，以碳链在C15～C17的轻柴油、且其配比以6～9%为最佳。
4.按照权利要求1所述的冷却润滑剂，其特征在于所配加的强碱液，系指氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，且其配比以3～5%为最佳。
5.按照权利要求1所述的冷却润滑剂，其特征在于沉淀剂以分子量为70万～500万、水解度为0～30%的聚丙烯酰胺，其中以未水解、分子量为150万～300万的聚丙烯酰胺，且其配比以0.15～0.25%为最佳。
全文摘要
一种石材切割用的冷却润滑剂，是由羧酸或含羧酸混合物与强碱液作用生成羧酸盐，配加一定量的柴油(或煤油)、沉淀剂和水混合组成。当其稀释在水中用于石材切割作业时，能使金刚石锯片的切割寿命延长50-140％，可提高切割效率40％以上，同时还可节约电能。该冷却润滑液可循环使用，大大减少了清水的消耗；沉淀的石粉可集中处理，避免了石粉对环境的污染。该冷却润滑剂充分利用了一些工厂的副产品或废料，故其原料来源广，造价低，制备工艺简单。应用本发明可大幅度提高石材加工的经济效益。
文档编号C10M173/00GK1041611SQ89105790
公开日1990年4月25日 申请日期1989年11月15日 优先权日1989年11月15日
发明者葛仁雄, 汪健元 申请人:中南工业大学