微乳金属切削液的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种微乳金属切削液，含有：1～20重量％的脂肪油；1～40重量％的乳化剂；5～40重量％的助乳剂；5～30重量％的抗磨防锈剂；1～20重量％的渗透剂；5～30重量％的pH调节剂；0.5～5重量％的消泡剂；以及0.1～5重量％的防腐杀菌剂。该微乳金属切削液具有优异的润滑、抗磨、防锈、清洗和冷却性能，能广泛的应用于黑色金属与有色金属的精密切削加工中。
【专利说明】微乳金属切削液
【技术领域】
[0001]本发明属于金属加工【技术领域】，具体而言，本发明涉及一种微乳金属切削液。
【背景技术】
[0002]金属切削液是在金属切削加工过程中用于润滑和冷却加工工具、加工部件的一种混合润滑剂。除了润滑和冷却功能以外，还要求切削液具备以下功能:1)抗腐蚀性(防锈/缓蚀)；2)清洗性；3)抗腐败性；4)稳定性；5)消泡性；6)水质适应性；7)油漆适应性；8)安全性(无毒/低毒)；9)排放简单、废液易处理(环保)。金属切削液包括油基切削液和水基切削液。20世纪80年代以前，使用的金属切削液大多是低粘度的机油或是经过乳化的油性乳液，成本高，对环境污染严重。
[0003]近年来，环境保护和人类健康日益成为全社会关注的焦点，因此切削液的使用和废液的排放处理受到环保法规日益严格的制约，金属切削液也从传统的油基切削液向无公害或低公害的水基切削液发展。水基切削液包括乳化切削液、微乳切削液和合成切削液三种。其中，微乳切削液润滑防锈性优于合成切削液，清洗冷却性优于乳化切削液，它综合了乳化液和合成液的优点，弥补了两者的不足，通用性强，稳定性好，使用寿命长，在发达国家已经普遍使用，是大力研究与推广的环保型切削液种类，它对确保高精度、高效率加工及延长刀具的耐用度，降低生产成本，提高产品质量起着重要作用。
[0004]微乳切削液在国内的研究刚刚起步，因此研制一种在技术、质量、性能等各方面达到或接近国外微乳型切削液水平，而在价格上具有优势的自主品牌的产品是必然的选择。目前研究开发微乳金属切削液的重点包括:用生物降解性好的脂肪油或合成酯代替矿物油；开发或使用性能优良、对人体无害、对环境无污染的功能添加剂；开发与改进体系协同匹配、稳定性好、使用寿命长的通用型微乳金属切削液配方。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有优异的润滑性、抗磨性、防锈性、清洗性和冷却性的环保型微乳金属切削液。
[0006]在本发明的一个方面，本发明提出了一种微乳金属切削液，含有:
[0007]I~20重量％的脂肪油；
[0008]I~40重量％的乳化剂；
[0009]5~40重量％的助乳剂；
[0010]5~30重量％的抗磨防锈剂；
[0011]I~20重量％的渗透剂；
[0012]5~30重量％的p H调节剂；
[0013]0.5~5重量％的消泡剂；以及
[0014]0.1~5重量％的防腐杀菌剂。
[0015]根据本发明实施例的微乳金属切削液通过使用脂肪油作为油性添加剂，使得脂肪油分子能在金属表面形成分子吸附膜，进而显著提高减摩性能，从而降低切削时的摩擦阻力，并且脂肪油为天然动植物油，易于降解，对环境友好；同时，通过利用乳化剂和助乳剂，可以显著提高切削液的热力学稳定性能，消除了“黄袍”现象，从而有利于切削过程中工件的清洗与冷却；另外，本发明的切削液复配抗磨防锈剂、渗透剂、消泡剂和防腐杀菌剂，使其在加工过程中具有良好的润滑、抗磨、防锈和清洗功能，并且不起泡、切屑移除性好、不腐不臭、工作寿命长，因此加工后的工件表面粗糙度低、无有机物残留，并且放置长时间不返锈，从而可以很好满足高精密机床对金属的切削加工要求。
[0016]另外，根据本发明上述实施例的微乳金属切削液还可以具有如下附加的技术特征:
[0017]在本发明的一些实施例中，所述切削液含有:5~15重量％的所述脂肪油；10~30重量％的所述乳化剂；25~40重量％的所述助乳剂；10~20重量％的所述抗磨防锈剂；5~15重量％的所述渗透剂；10~20重量％的所述pH调节剂；1~4重量％的所述消泡剂；以及0.5~2重量％的所述防腐杀菌剂。由此，可以满足高精密机床对金属的切削加工要求。
[0018]在本发明的一些实施例中，所述脂肪油选自花生油、菜籽油、橄榄油、葵花籽油、蓖麻油、红花油、棉籽油、亚麻油、大豆油、苏紫油、椰子油、棕榈油、猪油、鱼油、鲸油和羊毛脂中的至少一种，优选橄榄油、蓖麻油和鱼油中的至少一种。由此，可以在金属表面形成分子吸附膜，进而显著提高减摩性能，从而降低切削时的摩擦阻力，并且脂肪油为天然动植物油，易于降解，对环境友好。
[0019]在本发明的一些实施例中，所述乳化剂选自脂肪酸皂、环烷酸皂、长链醇硫酸酯、硫酸化脂肪油、松香钠皂、高碳酸钠皂、三乙醇胺油酸皂、磺化蓖麻油、失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇醚单油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚、十二烷基苯磺酸、脂肪酸聚氧乙烯酯磷酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、木质素磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵和烷基甜菜碱中至少一种，优选失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇醚单油酸酯、十二烷基苯磺酸和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯中的至少一种。由此，可以显著提高微乳金属切削液的热力学稳定性能，从而有利于切削过程中工件的清洗与冷却。
[0020]在本发明的一些实施例中，所述助乳剂选自脂肪醇、脂肪酸、脂肪胺、乙醇、异丙醇、正辛醇、异辛醇、乙二醇、丙二醇、甘油、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、乙二醇醚、丙二醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯和甘油聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚脂肪酸酯中的至少一种，优选脂肪酸、乙醇、乙二醇和脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。由此，可以进一步提高微乳金属切削液的热力学稳定性能。
[0021]在本发明的一些实施例中，所述抗磨防锈剂选自石油磺酸盐、脂肪酸烷醇酯、脂肪酸酰胺、脂肪酸烷醇胺酯、硼酸、硼酸铵、偏硼酸钠、三硼酸钾、硼酸烷醇胺酯、烷醇硼酸酯、脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯、油酰氨基酸三乙醇胺、硫代酰基氨基酸三乙醇胺、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、苯并三氮唑钠、苯并三氮唑烷醇酰胺、苯并三氮唑烷醇酰胺硼酸烷酯、苯并三氮唑硼酸酯、巯基苯并噻唑和巯基苯并噻唑硼酸酯中的至少一种，优选硼酸、脂肪酸烷醇胺酯、脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯、苯并三氮唑和苯并三氮唑烷醇酰胺硼酸烷酯中的至少一种。由此，在具备优良的防锈性能的同时对润滑作用也具有积极的协同增强作用。
[0022]在本发明的一些实施例中，所述渗透剂选自硫酸化蓖麻油、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸酯钠、仲烷基磺酸钠、仲烷基硫酸酯钠、α -烯基磺酸钠、烷基萘磺酸钠、琥珀酸烷基酯磺酸钠、N-甲基油酰氨基乙基磺酸钠、氨基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚、磷酸酯、小分子醇、小分子酮和小分子醚中的至少一种，优选磷酸酯、小分子醇和聚醚中的至少一种。由此，可以显著提高切削液体系的渗透铺展性，使切削液能快速的渗入切削区，起润滑、冷却和带走切屑的清净作用。
[0023]在本发明的一些实施例中，所述pH调节剂选自硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氯乙酸、丙二酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、氨甲基丙醇、二异丙醇胺、乙二胺、氢氧化四甲基胺、氢氧化四乙基胺、氢氧化四丙基胺、胆碱、哌啶、哌嗪、多亚乙基亚胺、碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠和磷酸氢铵中的至少一种，优选二乙醇胺、三乙醇胺、氨甲基丙醇和乙二胺的至少一种。由此，可以显著提高切削液体系的碱度稳定性和润滑防锈性。
[0024]在本发明的一些实施例中，所述消泡剂选自乳化硅油、二甲基硅油、油酸铬、脂肪酸、植物油、聚硅氧烷、聚醚、聚醚-硅氧烷共聚物、乙醇、高碳醇、高碳醇脂肪酸酯复合物、苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯、磷酸三丁酯、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯中的至少一种，优选乳化硅油、聚醚-硅氧烷共聚物和高碳醇脂肪酸酯复合物中的至少一种。由此，可以提高切削液体系的抑泡性和消泡性，以满足高精密机床对金属切削加工的表面精度要求。
[0025]在本发明的一些实施例中，所述防腐杀菌剂选自异噻唑啉酮、碘代丙炔基氨基甲酸丁脂、二羟甲醚、苯并异噻唑啉酮、三嗪、硝基吗啉、亚甲基双吗啉、尼泊金酯、噁唑烷、戊二醛、溴硝醇、吡啶钠、吡啶硫酮钠和硼酸酯酰胺中的至少一种，优选亚甲基双吗啉、吡啶硫酮钠和硼酸酯酰胺中的至少一种。由此，可以有效抑制切削液腐败，从而显著提高切削液的使用寿命。
[0026] 在本发明的一些实施例中，所述切削液的pH为7~10，优选8~9。发明人发现，切削液的PH值对生产操作安全性能、切削液抗腐败性能与防锈性能均有较大影响，pH值偏高时，切削液具有一定的刺激性，容易造成操作工人皮肤过敏等现象，而PH值偏低时易造成细菌等微生物在切削液中的大量繁殖，导致切削液的腐败变质，同时也会造成加工工件以及机床床身、零件的锈蚀。由此，控制切削液的pH值在一定的范围以内，可以进一步提高切削液体系的工作稳定性、使用寿命和环境友好性。
[0027]如上所述，本发明所述的微乳金属切削液可以具有选自下列的优点的至少之一:
[0028]根据本发明实施例的微乳金属切削液使用长链含氮杂环硼酸酯(脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯或苯并三氮唑烷醇酰胺硼酸烷酯)作为抗磨防锈剂，具备优良防锈性的同时，长链烷基端在金属表面形成流体润滑膜实现润滑性能；含氮杂环硼化端在金属表面形成牢固吸附实现抗磨与缓蚀性能，并对长链烷基端形成的流体润滑膜的润滑作用有积极的协同增强作用；
[0029]根据本发明实施例的微乳金属切削液使用脂肪油作为油性添加剂，脂肪油分子能在金属表面形成分子吸附膜，减磨性能良好，可降低切削时的摩擦阻力，不腐蚀有色金属，并且利用乳化剂和助乳剂使其形成热力学稳定的微乳液后，很好的消除了 “黄袍”现象，有利于切削过程中工件的清洗与冷却；
[0030]根据本发明实施例的微乳金属切削液使用的脂肪油是天然动植物油，易于降解，对环境友好，脂肪油微乳化金属切削液的研究与开发对于可持续循环利用地沟油、发展绿色环保型金属加工液意义重大；
[0031]根据本发明实施例的微乳金属切削液复配了多种油性剂、抗磨防锈剂、渗透剂、消泡剂和防腐抗菌剂，加工过程中具有优良的润滑、抗磨、防锈和清洗功能，不起泡，切屑移除性好，不腐不臭，工作寿命长，加工后的工件表面粗糙度低、无有机物残留，放置长时间不返锈，可以很好的满足高精密机床对黑色金属和有色金属的切削加工要求；
[0032]根据本发明实施例的微乳金属切削液其浓缩液体系相容性好，放置稳定性佳，工作液采用去离子水或自来水稀释，工艺简单、价格低廉，不腐不臭，使用寿命长。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0034]图1是根据本发明实施例1所得到的切削液的20倍稀释工作液的微乳液形貌示意图；
[0035]图2是根据本发明实施例2~4与对比例I所得到的切削液的20倍稀释工作液的润滑性能比较图；
[0036]图3是根据本发明实施例5~7与对比例2所得到的切削液的20倍稀释工作液的润滑性能比较图。
【具体实施方式】
[0037]下面详细描述本发明的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0038]根据本发明的实施例，脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯可以采用下列方法制备:
[0039](I)在带有搅拌器、冷凝管、温度计的四颈瓶中加入1:1摩尔比的脂肪酸和二乙醇胺，控制反应温度为120~170°C、搅拌2~4h进行酰胺化反应；用苯做带水剂进行减压蒸馏除水，得到脂肪酸二乙醇酰胺；
[0040](2)在带有回流冷凝管、油水分离器、恒压滴液漏斗和温度计的四颈瓶中，按1:1的摩尔比分别加入脂肪酸二乙醇酰胺和硼酸(硼酸研磨后过100目筛，分散在苯溶剂中加入滴液漏斗中分批滴入)，加热回流脱水，搅拌条件下反应3~4h ;反应结束后，减压蒸出溶剂苯，得到粗制品；
[0041](3)将粗制品加入30~60mL苯、10~20mL水的混合溶液中溶解，倒入分液漏斗，洗涤数次，取上层清液进行减压蒸馏除苯，得到脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯精制品。
[0042]其中，脂肪酸选自癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕榈酸、硬脂酸、软脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸中至少一种，优选月桂酸和/或油酸。
[0043]所得产品结构如下:
[0044]
【权利要求】
1.一种微乳金属切削液，其特征在于，含有: I~20重量％的脂肪油； I~40重量％的乳化剂； 5~40重量％的助乳剂； 5~30重量％的抗磨防锈剂； I~20重量％的渗透剂； 5~30重量％的pH调节剂； 0.5~5重量％的消泡剂；以及 0.1~5重量％的防腐杀菌剂 。
2.根据权利要求1所述的微乳金属切削液，其特征在于，含有: 5~15重量％的所述脂肪油； 10~30重量％的所述乳化剂； 25~40重量％的所述助乳剂； 10~20重量％的所述抗磨防锈剂； 5~15重量％的所述渗透剂； 10~20重量％的所述pH调节剂； I~4重量％的所述消泡剂；以及 0.5~2重量％的所述防腐杀菌剂。
3.根据权利要求2所述的微乳金属切削液，其特征在于，所述脂肪油选自花生油、菜籽油、橄榄油、葵花籽油、蓖麻油、红花油、棉籽油、亚麻油、大豆油、苏紫油、椰子油、棕榈油、猪油、鱼油、鲸油和羊毛脂中的至少一种，优选橄榄油、蓖麻油和鱼油中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的微乳金属切削液，其特征在于，所述乳化剂选自脂肪酸皂、环烷酸皂、长链醇硫酸酯、硫酸化脂肪油、松香钠皂、高碳酸钠皂、三乙醇胺油酸皂、磺化蓖麻油、失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇醚单油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚、十二烷基苯磺酸、脂肪酸聚氧乙烯酯磷酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、木质素磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵和烷基甜菜碱中至少一种，优选失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇醚单油酸酯、十二烷基苯磺酸和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的微乳金属切削液，其特征在于，所述助乳剂选自脂肪醇、脂肪酸、脂肪胺、乙醇、异丙醇、正辛醇、异辛醇、乙二醇、丙二醇、甘油、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、乙二醇醚、丙二醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯和甘油聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚脂肪酸酯中的至少一种，优选脂肪酸、乙醇、乙二醇和脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的微乳金属切削液，其特征在于，所述抗磨防锈剂选自石油磺酸盐、脂肪酸烷醇酯、脂肪酸酰胺、脂肪酸烷醇胺酯、硼酸、硼酸铵、偏硼酸钠、三硼酸钾、硼酸烷醇胺酯、烷醇硼酸酯、脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯、油酰氨基酸三乙醇胺、硫代酰基氨基酸三乙醇胺、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、苯并三氮唑钠、苯并三氮唑烷醇酰胺、苯并三氮唑烷醇酰胺硼酸烷酯、苯并三氮唑硼酸酯、巯基苯并噻唑和巯基苯并噻唑硼酸酯中的至少一种，优选硼酸、脂肪酸烷醇胺酯、脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯、苯并三氮唑和苯并三氮唑烷醇酰胺硼酸烷酯中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的微乳金属切削液，其特征在于，所述渗透剂选自硫酸化蓖麻油、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸酯钠、仲烷基磺酸钠、仲烷基硫酸酯钠、α -烯基磺酸钠、烷基萘磺酸钠、琥珀酸烷基酯磺酸钠、N-甲基油酰氨基乙基磺酸钠、氨基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚、磷酸酯、小分子醇、小分子酮和小分子醚中的至少一种，优选磷酸酯、小分子醇和聚醚中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的微乳金属切削液，其特征在于，所述pH调节剂选自硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氯乙酸、丙二酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、氨甲基丙醇、二异丙醇胺、乙二胺、氢氧化四甲基胺、氢氧化四乙基胺、氢氧化四丙基胺、胆碱、哌啶、哌嗪、多亚乙基亚胺、碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠和磷酸氢铵中的至少一种，优选二乙醇胺、三乙醇胺、氨甲基丙醇和乙二胺的至少一种。
9.根据权利要求2所述的微乳金属切削液，其特征在于，所述消泡剂选自乳化硅油、二甲基硅油、油酸铬、脂肪酸、植物油、聚硅氧烷、聚醚、聚醚-硅氧烷共聚物、乙醇、高碳醇、高碳醇脂肪酸酯复合物、苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯、磷酸三丁酯、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯中的至少一种，优选乳化硅油、聚醚-硅氧烷共聚物和高碳醇脂肪酸酯复合物中的至少一种。
10.根据权利要求2所述的微乳金属切削液，其特征在于，所述防腐杀菌剂选自异噻唑啉酮、碘代丙炔基氨基甲酸丁脂、二羟甲醚、苯并异噻唑啉酮、三嗪、硝基吗啉、亚甲基双吗啉、尼泊金酯、噁唑烷、戊二醛、溴硝醇、吡啶钠、吡啶硫酮钠和硼酸酯酰胺中的至少一种，优选亚甲基双吗啉、吡啶硫酮钠和硼酸酯酰胺中的至少一种。
11.根据权利要求2所述的微乳金属切削液，其特征在于，所述切削液的pH为7~10，优选8~9。
【文档编号】C10N30/12GK104164283SQ201410409520
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】戴媛静, 张晨辉, 雒建斌, 吴璞 申请人:清华大学