聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯及其制备方法和用该酯制备的长寿命切削液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及润滑技术领域，具体地说是一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯及其制备方 法和用该酯制备的长寿命切削液。
【背景技术】
[0002] 金属加工润滑和冷却用的切削油、冷却剂、乳化液等润滑剂使用量大，且传统的切 削油都是采用矿物油为基础油，在自然环境中不易分解，同时切削液中往往还添加有对环 境有害的氯化物、硫化物、磷化物、醇胺、亚硝酸盐等添加剂来解决微量切削中的润滑、冷却 和防镑等等问题。
[0003] 这些添加剂大多对人体和环境有害，不仅浪费资源，还会造成加工场所和环境的 巨大污染。
[0004] 同时切削液还容易滋生细菌和真菌，使用速效型的杀菌剂如吗啉衍生物（MBM)、三 嗪衍生物（BK)等，加入量大（一般为浓缩液的2-3%)，其中的甲醛快速释放，可以在短时 间内杀灭细菌和真菌，但是由于甲醛释放过快，对操作工人的健康和环境影响巨大，同时使 用一段时间后，当甲醛释放后溶液甲醛有效浓度低于一定值后，细菌或真菌还是会滋生，致 使切削液工作液发臭，严重威胁工人的健康和工作环境，只能更换新切削液，废液的处置是 一个严竣的问题。
[0005] 随着环境污染事件的不断发生，国内外对污染环境的处罚力度的加大，废弃切削 液的处置成本已经高于切削液的使用成本，而且还在继续攀升。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在克服上述缺陷，提供了一种可以保持长时间使用而不变质，只需定期 过滤杂质，按需补充自然消耗的新液，零污染的，可大幅度的减少废液的处理成本和废液处 理设施投入的切削液及用于制造该切削液的底物。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯，其特征在于，由如 下重量百分比的物质制备而成：
[0008] 脂肪酸 40-45% ;
[0009] 聚乙二醇 40-45% ;
[0010] 聚甲醛 10-15%。
[0011] 其中，脂肪酸优选自C10-C20饱和或不饱和脂肪酸中的一种或几种的混合物。
[0012] 聚乙二醇优选自平均分子量为200-600的聚乙二醇中的一种或几种的混合物。最 优选自PEG200、PEG300、PEG400中的一种或几种的混合物。
[0013] 聚甲醛为聚合度大于100的粉末状聚甲醛。
[0014] 另外，本发明还提供了一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯的制备方法，其特征在于，由 聚乙二醇和聚甲醛加热混溶后，再加入脂肪酸进行酯化反应制备而成的。
[0015] 具体工艺步骤如下所示：
[0016] 步骤一、将聚乙二醇和聚甲醛加入反应釜中，用保护气置换出釜中空气，加热到 180-185 °C 搅拌 10-30 分钟；
[0017] 保护气为惰性气体，多选为氮气保护。
[0018] 步骤二、加入脂肪酸和催化剂的同时，搅拌升温至180-190°C，反应8-12小时；
[0019] 步骤三、减压除去部分水分即为聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯。
[0020] 其中，催化剂选自质子酸、相转移催化剂、阴/阳离子交换树脂等可用于酯化反应 的催化剂。
[0021] 最优选为质量浓度为5-10 %的稀硫酸。
[0022] 催化剂用量为催化量，优选用量占反应物总反应物重量的0. 1-0. 5%，最优选为占 总反应物重量的〇. 1-0. 3%。
[0023] 另外，本发明还提供了一种长寿命切削液母液，采用如上方法制造的聚甲醛聚乙 二醇脂肪酸酯，由以下重量百分比的组分组成：
[0024] 聚曱醛聚乙二醇脂肪酸酯 60-70%; 磷酸盐 0-1%; 硼酸盐 0-1%; 苯并三氮唑 0-0. 1%; 消泡剂 0-0.5%; 去离子水 余量。
[0025] 由于使用上述方法制备的聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯由于原料、催化剂（如：硫酸 等）的使用量，酯化程度均有差别，每批次制备的产物聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯酸值有比 较大的差异，所以在制备长寿命切削液母液时需要先用氢氧化钠或氢氧化钾水溶液滴定观 测PH值，并通过计算确定氢氧化钠或氢氧化钾的添加量。一般来说，通过氢氧化钠或氢氧 化钾调节溶液pH值至9. 5-10。
[0026] 上述磷酸盐选自三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、三聚磷酸钾、 六偏磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中一种或几种的混合物；在本发明中主要是用于铝及 其合金加工时作为铝缓蚀剂使用，同时磷酸盐还有一定的极压抗磨性。
[0027] 上述硼酸盐选自四硼酸钾、四硼酸钠、过硼酸钾、过硼酸钠中一种或几种的混合 物；主要作用为极压抗磨剂，同时还有一定的防锈功能。
[0028] 上述苯并三氮唑在本发明中主要应用于铜及其合金加工时作为铜缓蚀剂使用。
[0029] 上述消泡剂选自聚醚类消泡剂、二甲基硅油、聚醚改性聚硅氧烷、高碳醇类消泡 齐IJ、聚硅氧烷消泡剂、高碳醇脂肪酸酯复合物、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一种或几种的混合物。
[0030] 将上述母液加10-50倍的水稀释后使用，即为一种长寿命切削液工作液。
[0031] 本发明的作用与效果
[0032] 本发明提供的聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯本身具有良好的润滑性和极压抗磨性，同 时又是一种非离子表面活性剂，比较容易和水混溶，可以全部或部分取代对环境有害的硫、 磷、氯化合物。
[0033] 在金属加工过程中，在碱性条件下聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯中的甲醛可以少量的 释放于溶液中，使细菌、真菌不能在切削液中存活，使得切削液保持长时间使用保持不变 质。
[0034] 此外，当选用聚甲醛、聚乙二醇、脂肪酸作为原料时，生成的聚甲醛聚乙二醇脂肪 酸酯本身的结构特点及其适当的物理化学特性，如、黏度、分子间力等因素，当体系内的甲 醛被少量释放时，能使甲醛均匀的分散于整个体系中，从而更好的发挥其作用。
[0035] 此外，在制备切削液的过程中，添加的磷酸盐还有一定的极压抗磨性，同时又是铝 及其合金加工的缓蚀剂。
[0036] 硼酸盐主要作用为极压抗磨剂，同时还有一定的防锈功能。
[0037] 苯并三氮唑在本发明中主要应用于铜及其合金加工时作为铜缓蚀剂使用。
[0038] 消泡剂主要是在高速加工中防止泡沫过多影响加工而添加，在一般加工过程中不 需添加。
[0039] 当添加上述组分时，配合主成分聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯的结构特点能够获得更 为均匀、互补的效果。
[0040] 此外，本发明的切削液可以保持长时间使用而不变质，只需定期过滤杂质，按需补 充自然消耗的新液就可长期使用。基本上没有排放产生，可大幅度的减少废液的处理成本 和废液处理的环保设施投入。
【具体实施方式】
[0041] 实施例1 :
[0042] 称取45kg聚乙二醇PEG300和15kg聚甲醛加入反应釜中，用氮气置换出釜中空 气，加热到185°C搅拌10分钟后；将40kg的油酸和0. 5kg稀硫酸（5% ) -起加到同时搅拌 升温保持温度185°C，反应10小时以后，减压除去部分水分即为聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯。
[0043] 将0· 5kg磷酸氢二钾、0· 5kg四硼酸钾、0· Ikg苯并三氮唑、2. 2kg氢氧化钾（90% ) 加入31. 7kg的去离子水中搅拌至完全溶解，将此水溶液加入到65kg聚甲醛聚乙二醇脂肪 酸酯的搅拌容器中搅拌至透明，即为一种长寿命切削液母液。上述切削液母液PH值为9. 8。
[0044] 将上述制备的长寿命切削液母液加20倍的水使用于CW-510CII加工中心，加工铝 合金零部件。对比乳化切削液为国外某品牌乳化切削液，初始浓度为5%，工作液pH值为 9. 5〇
[0045] 初始使用理化和感观指标对比表1 :
[0046]
【主权项】
1. 一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯，其特征在于，由如下重量百分比的物质制备而成： 脂肪酸 40-45% ; 聚乙二醇40-45% ; 聚甲醛 10-15%。
2. 如权利要求1所述的一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯，其特征在于： 所述脂肪酸为C10-C20饱和或不饱和脂肪酸中的一种或几种的混合物。
3. 如权利要求1所述的一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯，其特征在于： 所述的聚乙二醇为平均分子量为200-600的聚乙二醇中的一种或几种的混合物。
4. 如权利要求1所述的一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯，其特征在于： 所述聚甲醛为聚合度大于100的粉末状聚甲醛。
5. 如权利要求1-4任一所述的一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯的制造方法，其特征在 于： 由聚乙二醇和聚甲醛加热混溶后，再加入脂肪酸进行酯化反应制备而成的。
6. 如权利要求5所述一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤： 步骤一、将聚乙二醇和聚甲醛加入反应釜中，用保护气置换出釜中空气，加热到 180-185°C搅拌 10-30 分钟； 步骤二、加入脂肪酸和催化剂的同时，搅拌升温至180-190°C，反应8-12小时； 步骤三、减压除去部分水分即为聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯。
7. 如权利要求6所述一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯的制备方法，其特征在于： 所述催化剂选自质子酸、相转移催化剂、阴/阳离子交换树脂； 所述催化剂优选质量浓度为5-10%稀硫酸； 所述稀硫酸使用量优选占总反应物重量的0. 1-0. 3%。
8. 用如权利要求1-4任一所述的聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯制备的长寿命切削液母液， 其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：
所述磷酸盐优选自三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、三聚磷酸钾、六 偏磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中一种或几种的混合物； 所述硼酸盐优选自四硼酸钾、四硼酸钠、过硼酸钾、过硼酸钠中一种或几种的混合物； 所述消泡剂优选自聚醚类消泡剂、二甲基硅油、聚醚改性聚硅氧烷、高碳醇类消泡剂、 聚硅氧烷消泡剂、高碳醇脂肪酸酯复合物、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一种或几种的混合物。
9. 如权利要求8所述长寿命切削液母液，其特征在于：将所述组分混合搅拌均匀后，用 氢氧化钠或氢氧化钾调节溶液pH值至9. 5-10。
10. 用如权利要求8或9所述长寿命切削液母液配制的长寿命切削液，其特征在于，用 所述的长寿命切削液母液加10-50倍的水稀释使用。
【专利摘要】本发明提供了一种聚甲醛聚乙二醇脂肪酸酯，其特征在于，由如下重量百分比的物质制备而成：脂肪酸40-45％；聚乙二醇40-45％；聚甲醛10-15％。该酯应用于切削液后可以使其保持长时间使用而不变质，只需定期过滤杂质，按需补充自然消耗的新液，零污染的，可大幅度的减少废液的处理成本和废液处理设施投入。
【IPC分类】C08L59-00, C08K5-103, C08L71-02, C10M145-20, C10M145-38, C10N40-22
【公开号】CN104559124
【申请号】CN201410853794
【发明人】张乃庆, 吴启东
【申请人】上海金兆节能科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月26日