一种环保型阻燃冷却剂的制备方法及应用与流程

本发明涉及阻燃切削剂，具体是一种环保型阻燃冷却剂的制备方法及应用。

背景技术：

1、随着21世纪金属切削加工向高速、强力和高精度的方向发展，现代苛刻的加工条件对切削剂的质量提出了越来越高的要求。数控机床、机械加工中心和柔性制造系统等先进制造技术已逐渐推广应用，而先进制造技术和难加工材料的切削加工均离不开冷却润滑技术。因而，切削剂显得越来越重要。传统的油基切削剂润滑性能良好，但是由于其冷却性能较差，使得在高速切削时，不能及时使切削区温度降低，从而导致切削剂产生烟雾、起火等现象。这不仅威胁工作人员的安全，还由于工作温度不能及时降低，导致其产生热变形，严重影响工件加工精度。这无疑表明传统切削剂难以适应如今苛刻的加工条件。

2、此外，随着人们对环境保护意识的不断提高以及国际社会对于生态环境的日益重视，传统切削剂普遍对环境有着较大污染问题便被提出，这类传统切削剂就更不被人们所接受。因此，在不影响切削剂使用性能的前提下，开发一种环保型阻燃切削剂是十分有意义的。

3、综上所述，本发明针对传统切削剂冷却性能差以及不环保的缺陷，提出一种水基环保型阻燃冷却剂，在使其更能够适应如今金属切削加工的需求的同时，还可以作为阻燃剂在消防灭火中得到应用，具有重要实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种环保型阻燃冷却剂的制备方法及应用，以解决现有技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种环保型阻燃冷却剂，包括以下组分：按质量百分数计，三嗪聚羧酸-dopo 2~5%、超支化亲水氟硅油2~5%、三嗪聚羧酸3~5%、尿素5~10%、硫酸铵2~4%、磷酸二氢铵5~8%、聚乙二醇4~6%、三乙醇胺5~10%、表面活性剂2~5%、苯丙三氮唑0.2~0.5%、抗菌剂1~2%、消泡剂0.5~1%，余量为纯净水。

4、进一步地，所述环保型阻燃冷却剂的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤一：（1）2,2,2-三氯乙醇与2,4,6-三（氨基己酸基）-1,3,5-三嗪发生酯化反应，得到三嗪聚羧酸酯化物；

6、三嗪聚羧酸酯化物与dopo接枝，得到三嗪聚羧酸酯化物-dopo；

7、碱性条件下，三嗪聚羧酸酯化物-dopo发生水解反应，再经酸化处理，得到三嗪聚羧酸-dopo；

8、步骤二：（1）端羟基氟硅油与环氧氯丙烷反应后，并于碱性条件下，使其环氧化，得到端环氧基氟硅油；

9、（2）端环氧基氟硅油与二乙烯三胺反应，得到超支化亲水氟硅油；

10、步骤三：将三嗪聚羧酸-dopo、超支化亲水氟硅油、三嗪聚羧酸、尿素、硫酸铵、磷酸二氢铵、聚乙二醇、表面活性剂、三乙醇胺、苯丙三氮唑、抗菌剂、消泡剂、纯净水混合均匀，经过滤，收集滤液，得到环保型阻燃冷却剂。

11、进一步地，所述三嗪聚羧酸-dopo的制备方法为：

12、将2,4,6-三（氨基己酸基）-1,3,5-三嗪、2,2,2-三氯乙醇、80~85wt%的磷酸依次加入到反应釜中搅拌混合，待混合均匀后，接着搅拌升温至回流温度反应3~20小时，结束反应，最后经蒸馏、冷却、结晶、压滤、洗涤、干燥，得到三嗪聚羧酸酯化物；

13、将dopo、异丙醇、三乙胺加入到反应釜中搅拌混合，待混合均匀后，调节反应体系的温度至-5~10℃，并于搅拌下，在0.5~1小时内，向反应体系内滴加氯化剂，滴加完毕后，继续搅拌反应1~5小时，得到反应液i；

14、调节反应液i的温度至30~60℃后，向反应液i中加入三嗪聚羧酸酯化物，反应24~48小时，结束反应，最后经减压蒸馏、过滤、洗涤、干燥，得到三嗪聚羧酸酯化物-dopo；

15、将三嗪聚羧酸酯化物-dopo加入到25~30wt%的氢氧化钠溶液中，搅拌升温至60~80℃回流反应1~10小时，结束反应，待自然冷却至室温后，向反应体系中加入稀盐酸溶液调节ph值至2~3，最后经蒸馏、冷却、结晶、压滤、洗涤、干燥，得到三嗪聚羧酸-dopo。

16、进一步地，所述2,4,6-三（氨基己酸基）-1,3,5-三嗪、2,2,2-三氯乙醇两者摩尔比为1:(5~10)；酯化反应为可逆反应，为使三嗪聚羧酸中的羧基被尽可能完全保护，反应中2,2,2-三氯乙醇应完全过量。

17、进一步地，所述磷酸的加入量为2,2,2,-三氯乙醇加入量的0.5~5%。

18、进一步地，所述三嗪聚羧酸酯化物-dopo制备所需原料包括以下组分：按重量份数计，dopo 7.5~10份、三嗪聚羧酸酯化物5~7.5份、氯化剂12~18份、三乙胺25份、异丙醇100份。

19、进一步地，所述氯化剂包括但不限于四氯化碳、硫酰氯、三氯异氰尿酸中的任一种。

20、进一步地，所述三嗪聚羧酸酯化物-dopo、氢氧化钠溶液两者质量比为(1~10):(1~10)。

21、进一步地，所述超支化亲水氟硅油的制备方法为：

22、将端羟基氟硅油、环氧氯丙烷加入到反应釜中搅拌混合，待混合均匀后，向其中加入氢化钠，并搅拌升温至55~65℃反应1~3小时，然后减压去除多余的环氧氯丙烷，接着向反应体系中加入25~30wt%的氢氧化钠溶液，再调节反应体系温度至30~40℃反应1~3小时，结束反应，经减压蒸馏、过滤、洗涤、干燥，得到端环氧基氟硅油；

23、于氮气保护下，将端环氧基氟硅油、二乙烯三胺、异丙醇加入到反应釜中搅拌混合，待混合均匀后，接着搅拌升温至80~85℃反应1~10小时，结束反应，经减压蒸馏，得到超支化亲水氟硅油。

24、进一步地，所述端羟基氟硅油、环氧氯丙烷、氢化钠、氢氧化钠四者质量比为1:(0.2~0.5):(0.1~0.2):(0.1~0.2)。

25、进一步地，所述端环氧基氟硅油、二乙烯三胺两者质量比为1:(0.15~0.3)。

26、进一步地，所述异丙醇加入量为反应物加入总量的25~35%。

27、进一步地，所述表面活性剂为阳离子性表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子型表面活性剂中的一种或多种的组合。

28、优选地，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，具体包括但不限于脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚中的任一种。

29、进一步地，所述抗菌剂为苯并异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮中的一种或两种的组合。

30、进一步地，所述消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂。

31、进一步地，所述步骤三的具体过程为：

32、（1）向搅拌釜内加入部分纯净水，并将其加热至70~80℃；

33、（2）向（1）中溶液中依次加入尿素、磷酸二氢铵、硫酸铵、苯丙三氮唑、抗菌剂、消泡剂，并搅拌分别混合均匀；

34、（3）将剩余纯净水加热至45±2℃，并将其加入到（2）中溶液中，搅拌混合5~10分钟；起到清洗高位槽、投料管道、颗粒粉碎装置等作用；

35、（4）将三嗪聚羧酸-dopo、三嗪聚羧酸加入到三乙醇胺中，搅拌混合均匀后，加入到（3）中的溶液中，再搅拌混合15~30分钟；其中三嗪聚羧酸-dopo和三嗪聚羧酸的总用量与三乙醇胺用量关系为1:1；

36、（5）将超支化亲水氟硅油加入到聚乙二醇中，搅拌混合均匀后，将其加入到（4）中的溶液中，再搅拌混合15~30分钟后，停止搅拌，待溶液自然冷却至40±2℃，经过滤，收集滤液，得到环保型阻燃冷却剂。

37、进一步地，所述环保型阻燃冷却剂的应用：在金属切削中作为切削剂以及在消防灭火中作为阻燃剂。

38、三嗪聚羧酸（2,4,6-三（氨基己酸基）-1,3,5-三嗪）是一种化学性能稳定，环境友好的多功能化合物，常被应用到金属防锈、水处理等领域中。因其防锈性能优异，因而也常被添加到切削剂中。为了增强切削冷却液的阻燃性能，方案中，设计使三嗪聚羧酸上的亚氨基与dopo上的活性氢反应，从而使dopo接枝到三嗪聚羧酸上，但反应过程中会引入三乙胺，其会与三嗪聚羧酸上的羧基发生副反应，影响三嗪聚羧酸的性能。因此，本发明中对三嗪聚羧酸进行了保护处理，通过使其与2,2,2-三氯乙醇发生酯化反应，得到三嗪聚羧酸酯化物，实现对羧基的保护；再使三嗪聚羧酸酯化物与dopo反应，得到三嗪聚羧酸酯化物-dopo；最后使三嗪聚羧酸酯化物-dopo发生酯基水解，得到三嗪聚羧酸-dopo，实现dopo对三嗪聚羧酸的接枝改性。所得到的三嗪聚羧酸-dopo，在保证三嗪聚羧酸原防锈性能不受较大影响的基础上，引入dopo结构，赋予其阻燃性能，并将其添加到切削冷却液中，达到增强切削冷却液的阻燃性能的目的。

39、氟硅油具有优异化学稳定性，其润滑性能、传热性能优异，同时由于氟元素的存在，其还具有一定阻燃性能，将其加入到切削剂中可以起到润滑、冷却、阻燃作用，但氟硅油具有疏水性，直接添加到本发明中制备的阻燃冷却剂中，会出现分层现象，并不能有效起到相关作用。因此，本发明中对氟硅油进行了亲水处理，增强其亲水性，使其更好地分散到阻燃冷却剂中，从而起到润滑、冷却、阻燃作用。本发明中先使端羟基氟硅油与环氧氯丙烷反应后，并于碱性条件下，使其环氧化，得到端环氧基氟硅油；再使其二乙烯三胺反应，得到超支化亲水氟硅油；通过在氟硅油上引入大量亲水亚氨基，从而有效地增强了氟硅油的亲水性。

40、组分中，为节约成本，选择将三嗪聚羧酸-dopo与三嗪聚羧酸复配使用，三嗪聚羧酸-dopo除了与三嗪聚羧酸、三乙醇胺协同起到防锈、润滑作用外，还可以进一步起到阻燃作用；

41、超支化亲水氟硅油：可进一步提高阻燃冷却剂的润滑性以及阻燃性能，此外，其还具有优异导热性能，可以很好地在金属切削中起到冷却作用；

42、尿素：一方面可以降低冷却液的冰点，增强阻燃冷却液的储存能力以及应用性，另一方面还可以起到防锈作用；此外，尿素在一定程度上也可以起到增强阻燃性能的作用；

43、硫酸铵：可以协同苯丙三氮唑以及抗菌剂起到杀菌作用，增强阻燃冷却剂的储存能力，避免快速变质失效；

44、磷酸二氢铵：可以协同三嗪聚羧酸-dopo以及超支化亲水氟硅油起到增强阻燃性能的作用；

45、聚乙二醇：可以提高阻燃冷却剂的冷却效率；可以进一步提高防锈能力；可以防止切削残留的微粒粘附在工件上，影响工件的切削质量；最后其还可以协同表面活性剂起到乳化作用，提高切削过程中的冷却、润滑以及清洁效果。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

47、1、本发明中在保证三嗪聚羧酸原作用不受较大影响的情况下，在三嗪聚羧酸上接枝dopo，增强其阻燃性能，从而赋予阻燃冷却剂优异的阻燃性能；

48、2、本发明中为了进一步增强阻燃冷却剂的阻燃性能，引入了氟硅油，并对其进行了亲水改性处理；协同三嗪聚羧酸-dopo赋予阻燃冷却剂优异的阻燃性能以及冷却性能；

49、3、本发明中综合考量了阻燃冷却剂中所用原料，制备得到了一种环境友好型阻燃冷却剂，其能够很好地满足现今金属切削的需求，对环境的污染性小，具有重要实用价值；

50、4、本发明制备的阻燃冷却剂除了能在金属切削中应用，还可作为阻燃剂，在消防灭火中使用，具有更多的应用价值。