专利名称：极压抗磨复合剂浓缩物及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于金属切削加工的极压抗磨剂组合物。
背景技术：
在现代机械制造业中，切削加工占有很大的比重，近年来，金属加工液由过去的以油基为主，逐渐向水基发展。与切削油相比，乳化液有许多明显优点，如水冷却作用好，不像切削油那样易起油雾损害工人健康，不易着火，安全可靠，维护方便，价格便宜等。但是乳化液的基础组分是水而不是油，水的粘度很低，不利于弹性流体润滑膜的生成，而且水的渗透性强，腐蚀磨损大，因此水基乳化液的极压性一般不如油基切削液。不加润滑性添加剂的乳化油，加水配成5％乳液的油膜强度一般在40kg以下。
为了弥补这一不足，一般采用在乳化油配方中加入极压抗磨剂的方法，各国公司进行了大量的工作。
US 6,204,225B1公开了一种金工油浓缩物，用于金属成型和切削加工，采用脱胶质的粗菜籽油作为润滑性添加剂。
US 4,212,750公开了一种乳化液浓缩物，采用可乳化的极压抗磨剂氯化石蜡硫代或氯代脂肪酸脂来改善润滑性。
US 4,948,521公开了一种具有润滑性和冷却作用的金属加工乳化液，采用菜籽油，磷酯作抗磨剂。
US 6,204,225B1公开了用脱胶菜籽油制备乳化液的方法。
US 5,080,813公开了含二烷基二硫代磷酸的烷氧基伯胺型的润滑型添加剂组合物，由含有5～30碳的烷基二硫代磷酸与由胺、双胺和多胺和环氧乙烷和环氧丙烷反应生成的产物进一步反应而制得。
US 6,110,877公开了一种极压润滑剂组合物，其成份包括聚α烯烃，甲基酯，乙烯丙烯共聚物，脂肪酸季戊四醇酯，脂肪酸铋盐，锑盐和锌盐。用于发动机油，蜗轮蜗杆油，传动油，油泵用油，也声称可用于金属的切削，钻孔和拔拉，但未涉及用于乳化液。
US 4,847,457公开了用甲基膦酸伯胺盐 作为润滑性添加剂用于金工油。
EP 0922753A2公开了带乙氧基的膦酸酯 加入大量水作为金属加工润滑剂。
目前市场提供的产品均为乳化油，含有较大量的稀释油，用时加水稀释。如果能提供乳化油浓缩物，不但将节省运输成本，而且用户可根据需要，选择不同粘度的基础油调配成所需的乳化液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于金属切削加工的复合极压抗磨添加剂浓缩物。这种高度浓缩的组合物不含或仅含少量基础油，节省运输成本，而且具有易乳化，承载能力高，润滑性好，抗泡性好，无毒无臭，不污染环境的优点。
本发明的另一个目的在于提供上述浓缩物的使用方法。
本发明提供的复合剂浓缩物包括以下组分，以浓缩物总重为基准1.乳化剂，含量为20～80％，最好为30～55％。所说乳化剂选自烷基苯磺酸钠，石油磺酸钠，烷基苯磺酸胺，脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加)，烷基酚聚氧乙烯醚(OP)，山梨醇酐单油酸酯(司苯-80)，聚氧乙烯(20)失水山梨糖醇酐单油酸酯(吐温-80)和LZ5375(路博润公司乳化剂)等，上述乳化剂均已商品化。
2.至少一种含硫极压剂和一种含磷极压剂，含量为10～80％，优选20～55％。含硫极压剂可以是烷基多硫化物或硫代酯肪酸酯，或二者的混合物。含磷极压剂可以是烷基磷酸酯醇胺盐，聚氧乙烯烷基酚磷酸酯胺盐，聚氧乙烯烷基磷酸二乙醇胺盐，二烷基二硫代磷酸锌，磷酸咪唑啉盐等，也可以是其中的两种或多种的混合物。浓缩物中含硫极压剂和含磷极压剂的相对用量为S/P克原子比为1～5000，最好为10～1000，更优选20～200。
线状连接的烷基多硫化物可由相应的硫醇与硫磺在催化剂作用下反应制备，参见USP4564709，4933481，4876389，514600，EP0529388。
硫代酯肪酸脂极压剂由脂肪酸酯与硫磺在过氧化物存在下反应制备。这两种含硫极压剂已商品化。
烷基磷酸酯醇胺盐，聚氧乙烯烷基酚磷酸酯胺盐和聚氧乙烯烷基酚油酸二乙醇胺盐是由相应的长链醇(如十二醇或十八醇)，聚氧乙烯烷基酚与五氧化二磷按2～4∶1的克分子比，在70～140℃下反应2～5hr制备相应的磷酸酯，再加醇胺或油酸醇胺盐在60～110℃中和1～4hr得到最终产品。
3.浓缩物中还可以含有油性剂，含量为0～60％，优选5～25％，极压抗磨剂和油性剂的总含量大于20％，优选25～55％。所说油性剂如油酸季戊四醇酯，植物油酸季戊四醇酯，不饱和植物油聚合物，蓖麻油酸钾等，可以是一种油性剂，也可以是几种油性剂的组合物。季戊四醇酯可由相应的油酸或植物油脂肪酸(豆油脂肪酸，菜籽油脂肪酸，椰子油脂肪酸等)和季戊四醇酯化反应制备，而不饱和植物油(如豆油，菜籽油，棉籽油等)聚合物由加热聚合制备。油性剂与极压抗磨剂复合能有效提高所配乳化液的承载能力。
4.浓缩物中还可以含有稀释油，含量为0～30％，最好为5～20％。所说稀释油是40℃运动粘度为5～100mm2/s的润滑油，如7#机械油，150SN石蜡基础油，变压器油或相应的环烷基基础油等。
本发明提供的极压抗磨复合剂浓缩物在使用时可以加稀释油作进一步稀释，配成乳化油，再加水配成乳化液。其中稀释油占乳化油总重量的10～60％，最好为20～40％。乳化液浓度为1～20％，优选5～10％。
本发明提供的浓缩物配制的乳化液具有较高的承载能力，同时具有润滑性好，无毒，无臭，抗泡等优点，可用于金属切削加工，如车，铣，钻，刨，镗，铰拉，螺纹切削及磨削等，也可以用于变形加工。
具体实施例方式
实例1称取528克壬基酚聚氧乙烯醚，放入三颈瓶中，用水浴冷却，保持温度不高于40℃，在搅拌下分批加入28g五氧化二磷，然后升温到70℃，反应2hr，得到黄色均匀液体506g。取该液体100g与105g油酸二乙醇胺混合，在60℃下反应2小时，得到含磷量为0.0018的聚氧乙烯壬基酚磷酸酯油酸二乙醇胺盐A。
取10g A与含硫15wt％的硫代脂肪酸酯极压剂B 20g，菜籽油酸季戊四醇酯C 13g，热聚棉籽油D 13g，市售LZ5375乳化剂F 30g，稀释用7#机械油14g，共100g在60℃下搅拌1hr，得到红棕色透明的乳化油浓缩物G，其S/P克原子比为160∶1，油性剂和极压抗磨剂的总含量为56％，乳化剂占30wt％，稀释油占浓缩物总重量的14％。将乳化油浓缩物加水配成5wt％乳液，在四球机上按GB3142-82方法测得其油膜强度PB＝1029N(105kg)，表现出很高的承载能力。
实例2取实例1中的聚氧乙烯壬基酚磷酸酯油酸二乙醇胺盐A 10g，硫代脂肪酸酯极压剂B 20g，乳化剂LZ5375 F 30g，在50℃下搅拌混合1hr，得到60g乳化油浓缩物H。其S/P克原子比为80∶1，不含油性剂和稀释油，极压抗磨剂总量为50％，取浓缩物H 12g，用7#机械油8g稀释，稀释油占乳化油的40wt％，搅拌均匀后得到20g透明棕色的乳化油I。将I加水稀释，配成5wt％的乳化液，测得其PB点为735N(75kg)，满足SH0365-92标准对极压乳化液的承载能力的要求。
实例3108g十八醇和14g P2O5在100℃下反应3hr，得到十八烷基磷酸酯(单、双酯混合物)。过滤后与30g三乙醇胺中和，得到烷基磷酸酯三乙醇胺盐A。
取1.5g A与12.7g硫代脂肪酸酯B，2.2g菜籽油酸季戊四醇酯C，1.6g聚合棉籽油D，8g蓖麻油酸钾，65.8g乳化剂E(23.8g烷基苯磺酸钠+13g磺酸钡+17g油酸三乙醇胺+12g司苯-80)和8.2g 7#机械油混合，得到乳化油浓缩物J。其中S/P克原子比为30∶1，极压抗磨剂和油性剂的总剂量为23wt％。浓缩物中乳化剂占65.8wt％，稀释油占8.2wt％。取10g浓缩物J，加5g 150SN中性油稀释再加水配成5％乳液，测得PB值为405N(45kg)，仍能达到对普通乳化油承载能力的要求。
实例4取实例1中的聚氧乙烯壬基酚磷酸酯油酸二乙醇胺盐A15g，硫代脂肪酸酯B4g，季戊四醇酯3g，热聚棉籽油3g，复合乳化剂G 39g(8g烷基苯磺酸钠+6g磺酸钡+17g油酸三乙醇胺+8g司苯-80)，基础油16g，在80℃搅拌混合1hr，得到80g乳化油浓缩物K，极压抗磨剂的S/P克原子比为20∶1，油性剂和极压抗磨剂的总剂量为31.25％，浓缩物中乳化剂占48.75wt％，稀释油占20wt％。将K加20g 7#机械油稀释得到H，再将H加水配成5％乳液，测得PB值为1127N(115Kg)。
权利要求
1.一种极压抗磨复合剂浓缩物，包括以下组分，以浓缩物总重为基准1)含量为20～80％的乳化剂；2)含量为10～80％的至少一种含硫极压剂和一种含磷极压剂，其中含硫极压剂和含磷极压剂的相对用量为S/P克原子比1～5000；3)含量为0～60％的油性剂，极压抗磨剂和油性剂的总含量为20～80％；4)含量为0～30％的稀释油。
2.按照权利要求1所述的复合剂浓缩物，其特征在于，包括以下组分1)含量为30～55％的乳化剂；2)含量为20～55％的至少一种含硫极压剂和一种含磷极压剂，其中含硫极压剂和含磷极压剂的相对用量为S/P克原子比10～1000；3)含量为5～25％的油性剂，极压抗磨剂和油性剂的总含量为25～55％；4)含量为5～20％的稀释油。
3.按照权利要求1或2所述的复合剂浓缩物，其特征在于，所说乳化剂选自烷基苯磺酸钠，石油磺酸钠，烷基苯磺酸胺，脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，山梨醇酐单油酸酯和失水山梨糖醇酐单油酸酯。
4.按照权利要求1或2所述的复合剂浓缩物，其特征在于，所说含硫极压剂为烷基多硫化物或硫代酯肪酸酯或二者的混合物，含磷极压剂选自烷基磷酸酯醇胺盐，聚氧乙烯烷基酚磷酸酯胺盐，聚氧乙烯烷基磷酸二乙醇胺盐，二烷基二硫代磷酸锌和磷酸咪唑啉盐，或其中的两种或多种的混合物。
5.按照权利要求1或2所述的复合剂浓缩物，其特征在于，所说油性剂选自油酸季戊四醇酯，植物油酸季戊四醇酯，不饱和植物油聚合物和蓖麻油酸钾。
6.按照权利要求1或2所述的复合剂浓缩物，其特征在于，所说稀释油是40℃运动粘度为5～100mm2/s的润滑油。
7.权利要求1或2所述的复合剂浓缩物的使用方法，其特征在于，将极压抗磨复合剂浓缩物加稀释油稀释，配成乳化油，再加水配成乳化液，其中稀释油占乳化油总重量的10～60％，乳化液浓度为1～20％。
8.按照权利要求7所述的使用方法，其特征在于，稀释油占乳化油总重量的20～40％，乳化液浓度为5～10％。
全文摘要
一种极压抗磨复合剂浓缩物，包括以下组分，以浓缩物总重为基准1)含量为20～80％的乳化剂；2)含量为10～80％的至少一种含硫极压剂和一种含磷极压剂，其中含硫极压剂和含磷极压剂的相对用量为S/P克原子比1～5000；3)含量为0～60％的油性剂，极压抗磨剂和油性剂的总含量为20～80％；4)含量为0～30％的稀释油。本发明提供的浓缩物配制的乳化液具有较高的承载能力，同时具有润滑性好，无毒，无臭，抗泡等优点，可用于金属切削加工，如车，铣，钻，刨，镗，铰拉，螺纹切削及磨削等，也可以用于变形加工。
文档编号C10M137/04GK1448494SQ0211628
公开日2003年10月15日 申请日期2002年3月29日 优先权日2002年3月29日
发明者韦淡平, 范静芸 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院