专利名称：金属加工流体配制剂的制作方法
金属加工流体配制剂相关申请[不适用]联邦政府主办的研究或者开发[不适用][缩微胶片/版权授权范围]
[不适用]
背景技术：
本发明涉及不含油的金属加工(metalworking)流体，也称作合成的金属加工流体。金属加工被定义为将金属工件成形以使其符合期望的一组几何规格。金属加工包 含基本的两类切削和成型。切削操作包括磨削，车削，铣削，攻丝，拉削和滚铣。成型操作 包括热和冷轧，拉伸，锻造，冲压和冲切。金属加工流体是切削和成型操作二者中都必需的。它们必须在工件和工具之间提 供润滑，以及通过除去在金属加工操作过程中产生的热来提供冷却。润滑被定义为在两个移动表面之间的摩擦力的降低。金属加工操作中两个主要类 型的润滑是流体动力学润滑和边界或者极压(EP)润滑。流体动力学润滑涉及通过流体润 滑剂膜来隔开移动表面。当表面一起摩擦时，边界或者EP润滑使得所遭受的磨损最小化。 聚合物润滑剂可以提供这两种类型的润滑。金属加工流体被分为两种主要的种类，含油的和不含油的。含油的种类包含直链 油，可溶性油和半合成油，其全部都利用了矿物油作为主要的润滑剂。不合油的种类被称作 合成加工流体，其包括在含水传送体系或者稀释剂中产生润滑性的添加剂的组合物。可溶 性油和半合成产品占据了 80%的市场份额，非水的可还原直链油种类具有10%的份额，而 合成的加工流体占据了 10%的市场份额。现有类型的金属加工流体具有优缺点。含油产品的优点是优异的润滑性，宽范围 的应用性，和保护贮槽(sump)抗腐蚀的屏障作用。含油的金属加工流体的缺点是水硬度经 常影响该流体的稳定性，泡沫是一种经常性的问题，这归因于它们包含了更高级去垢性的 乳化剂，它们携带了更大的污垢负荷，它们的处置和将它们从槽中清洁掉的成本更高，并且 它们具有更大的微生物问题。因为从环境问题到微生物优点的诸多因素，使用合成加工流体受到鼓励。但是，大 部分消费者继续使用含油产品，这是因为它们在相对低的成本情况下具有良好的润滑性， 以及因为与合成加工流体有关的增加的维护腐蚀问题。合成加工流体的贮槽，缺乏由油提 供的保护性屏障膜，会腐蚀和“冷冻”机加工系统螺栓，使得维护变困难。此外，高润滑性合 成产品比类似润滑性的含油产品昂贵。半合成加工流体在成本基础上的物理润滑性的降低 限制了它们在重负荷操作中的用途
发明内容
本发明的一方面涉及一种全新种类的金属加工流体产品。这些新型化学品并入了羧酸盐、边界润滑剂脂肪酸和EO/PO聚合物的增效共混物，其反应以形成这样的部分 (moiety)，其在某些实施方案中可以任选地具有增加的粒度，优异的润滑性或者二者兼具。 另外，某些实施方案使用的稀释剂是不透明的，并且模拟了油基溶液的外观。在某些实施方案中，该金属加工流体组合物在稀释到0. 1-50体积％时的体积平 均粒度可以是125nm或者更大。该组合物包含(a) 一种或多种聚合物润滑剂；(b) —种或多种羧酸盐； (c) 一种或多种乳化剂或者分散剂；和(d)传送组分。某些实施方案可以是合成的金属加工流体，其展现出润滑性的工程化增加，同时 仍然提供了腐蚀保护和微生物控制。
[不适用]
具体实施例方式在一种实施方案中，本发明的金属加工润滑剂在稀释到0. 1-50体积％时的体积 平均粒度可以是125nm或者更大。在一种实施方案中，该组合物可以包含(a) 一种或多种聚合物润滑剂；(b) 一种或多种羧酸盐；(c) 一种或多种乳化剂或者分散剂；和(d)传送组分。更具体的，该组合物可以包含(a) 1-80体积％的一种或多种嵌段共聚物作为聚合物润滑剂；(b) 1-40体积％的一种或多种羧酸盐；(c) 1-20体积％的一种或多种乳化剂或者分散剂；和(d) 1-97体积％的传送组分。在另外一种实施方案中，该组合物可以包含(a) 5-40体积％的一种或多种嵌段共聚物作为聚合物润滑剂；(b) 3-30体积％的一种或多种羧酸盐；(c) 2-12体积％的一种或多种乳化剂；和(d) 18-90体积%的传送组分。在又一种实施方案中，该组合物可以包含(a) 15-25体积％的一种或多种嵌段共聚物作为聚合物润滑剂；(b) 5-15体积％的一种或多种羧酸盐；(c) 3-8体积％的一种或多种乳化剂或者分散剂；和(d) 52-77体积％的传送组分。每种组分及其实例在下面进一步描述。聚合物润滑剂
该聚合物润滑剂可以是例如Ε0/Ρ0共聚物。该Ε0/Ρ0聚合物可以包括例如下面的 一种或多种。该Ε0/Ρ0共聚物可以是具有在中心的聚氧丙烯嵌段和在任一端的聚氧乙烯链 的嵌段共聚物。该Ε0/Ρ0共聚物可以是包含在中心的聚氧乙烯嵌段和在任一端的聚氧丙烯 链的嵌段共聚物。该Ε0/Ρ0共聚物可以是衍生自环氧乙烷和环氧丙烷对1，2_乙二胺相继 加成的四嵌段共聚物。该Ε0/Ρ0共聚物可以是具有至少一个端羟基的环氧乙烷/环氧丙 烷共聚物。该Ε0/Ρ0共聚物可以是环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物的水溶性润滑剂基料 (base stock)。该Ε0/Ρ0共聚物可以是水溶性聚氧乙烯醇或者聚氧丙烯醇或者这样的醇的 水溶性羧酸酯。该Ε0/Ρ0共聚物可以是全部聚氧丙烯基团带有一个端羟基的醇起始基料。 该Ε0/Ρ0共聚物可以是一元或二元酸酯，多元醇酯，聚亚烷基二醇酯，用有机酸、磷酸酯、聚 异丁烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、以及丙烯酸或甲基丙烯酸和丙 烯酸酯的共聚物接枝的聚亚烷基二醇。明确可以设想的聚合物包括聚丙二醇嵌段共聚物，聚乙二醇嵌段共聚物，或者聚 乙二醇/聚丙二醇嵌段共聚物。羧酸盐 部分中和的羧酸盐打算用来将用于聚合物润滑剂的亲脂性部分提供给具有更大 粒度的网络和提供工程化的更大的粒度。该盐可以例如通过使用在本说明书中所述的任何 碱性试剂(alkaline agent)来部分中和游离羧酸，脂肪或者油而制造。明确设想的该盐的 阳离子包括碱金属或者链烷醇胺盐，例如钠盐(例如通过用氢氧化钠处理酸来制造)。该部 分中和的PH取决于所使用的碱性试剂。许多这些羧酸盐还另外提供了它们本身的边界润 滑。作为原料使用的羧酸可以是线型的或者支化的，饱和的或者不饱和的游离羧酸。 该酸可以是饱和的或者不饱和的，并且不饱和的部位可以是顺式或者反式构造的。该酸可 以是二羧酸，三羧酸，或者羧酸的酯，胺，酰胺或者乙氧基化的衍生物。可供选择的是，动物 或者植物来源的脂肪或者油可以直接中和来提供羧酸盐。下面的是一些设想的羧酸或者其来源的例子己酸(caproic acid)(也称为己酸 (hexanoic acid)),庚酸(enanthic acid)也称为庚酸(heptanoic acid)),辛酸(caprylic acid)也称为辛酸(octanoic acid)),壬酸(pelargonic acid)也称为壬酸(nonanoic acid))，异壬酸，癸酸(capric acid)也称为癸酸(decanoic acid))，新癸酸，月桂酸(也 称作十二烷酸)，硬脂酸(也称作十八烷酸)，花生酸(也称作二十烷酸)，棕榈酸(也称作 十六烷酸)，芥酸，油酸，花生四烯酸，亚油酸，亚麻酸，肉豆蔻酸(也称作十四烷酸)，山嵛酸 (也称作二十二烷酸)，α -亚麻酸，二十六烷酸，蓖麻油酸，丁酸，猪油，牛油，黄油，椰子油， 棕榈油，棉籽油，小麦胚芽油，大豆油，橄榄油，玉米油，葵花油和菜子油或者低芥酸菜子油。乳化剂或者分散剂用水稀释该金属加工流体组合物形成了不透明的乳液。在高于10%的浓度时，该 乳液会需要稳定化。乳化剂或者分散剂打算用来提供对于工程化大颗粒乳液的稳定。该乳化剂或者分散剂可以是下面的一种或多种链烷醇酰胺，烷基芳基磺酸盐， 烷基芳基磺酸，氧化胺，酰胺皂和胺皂，嵌段共聚物，羧基化的醇，羧酸或者脂肪酸，乙氧基 化的醇，乙氧基化的烷基酚，乙氧基化的胺或者酰胺，乙氧基化的脂肪酸，乙氧基化的脂肪 酯和油，乙氧基化的酚，脂肪胺和酯，甘油酯，二元醇酯，咪唑啉类和咪唑啉衍生物，木质素和木质素衍生物，马来酸酐或者琥珀酸酐，甲基酯，单酸甘油酯和衍生物，环烷酸，烯烃磺酸盐，磷酸酯，聚亚烷基二醇，聚乙二醇，多元醇，聚合的(多糖，丙烯酸，丙烯酰胺)，丙氧基 化的和乙氧基化的脂肪酸，醇或者烷基酚，季盐表面活性剂，肌氨酸衍生物，皂类，山梨聚糖 衍生物，蔗糖和葡萄糖的酯和衍生物，油和脂肪酸的硫酸盐和磺酸盐，乙氧基化的烷基酚的 硫酸盐和磺酸盐，醇的硫酸盐，乙氧基化的醇的硫酸盐，或者脂肪酯的硫酸盐，十二烷基和 十三烷基苯的磺酸盐，萘的磺酸盐，烷基萘的磺酸盐，石油的磺酸盐，磺基琥珀酰胺酸盐，磺 基琥珀酸盐和衍生物，或者十三烷基和十二烷基苯磺酸。腐蚀抑制性组分含油产品很大程度上依靠该油本身来形成腐蚀保护的屏障涂层。不含油的产品任 选地可以通过化学手段来获得这种腐蚀保护。腐蚀抑制剂是化学化合物，其在低浓度加入 时能够阻止或者延缓金属和合金的腐蚀。腐蚀抑制剂的某些机理是形成钝化层(在材料表面上的薄膜，其阻止腐蚀性物质 接近该金属)，抑制氧化还原腐蚀体系的氧化或者还原部分(阳极和阴极抑制剂)，或者清 除溶解的氧。这里有落入这个组中的许多不同的材料。一些例子是羧酸的碱金属盐和链烷醇 胺盐，十一烷酸或十二烷酸或者它们的盐，C4_22羧酸或者它们的盐，硼酸及其盐，甲苯基三 唑及其盐，苯并三唑类及其盐，咪唑啉类及其盐，链烷醇胺和酰胺，磺酸盐，环烷酸的碱金属 盐和链烷醇胺盐，磷酸酯胺盐，碱金属亚硝酸盐，碱金属碳酸盐，羧酸衍生物，烷基磺酰胺羧 酸，芳基磺酰胺羧酸，脂肪肌氨酸(fatty sarkoside)，苯氧基衍生物和钼酸钠。碱化剂(ALKALINITYAGENT)碱化剂为产品提供了期望的pH，并且在某些情况中保持了碱度和PH缓冲。碱化剂 的例子包括但不限于链烷醇伯胺、仲胺和叔胺，氨基甲基丙醇(AMP-95)，二甘醇胺(DGA)， 单乙醇胺(MBA)，单异丙醇胺(MIPA)，丁基乙醇胺(NBEA)，二环己基胺(DCHA)，二乙醇胺 (DEA)，丁基二乙醇胺(NBDEA)，三乙醇胺(TEA)，碱金属氢氧化物，氢氧化钾，氢氧化钠，氢 氧化镁，氢氧化锂，金属的碳酸盐和碳酸氢盐，碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸钾和碳酸氢钾。用于 某些实施方案的优选的碱化剂是碱金属氢氧化物。所述组合物设想的pH任选地是3或者更大，任选地是3-10，任选地是4-9，任选地 是 4-8。其它成分该组合物还可以包含消泡剂和/或杀生物剂或者杀真菌剂，以及任何其它常规的 或者新的添加剂。传送组分(TRANSPORTCOMPONENT)优选的传送组分(其也可以称作分散介质或者载体)大部分地、任选全部是水。但 是，任选地，该组合物可以包含一种或多种油，优选小于10体积％的油。这些组分可以是任 何常规的润滑油。如果设想的是复合的油和水传送组分，则乳化剂可以用来制造油和水的 稳定乳液。目前可以利用的非油产品的积极性能任选地保持在这种组合物中以及任选地包 括下面的一种，大于一种或者全部性能环境依从性(environmental compliance)，良好的 冷却，良好的排屑或者沉降特性，长贮槽寿命和良好的抗生物性。
在请求保护的本发明中，该金属加工流体组合物在稀释到0. 1-50体积％时能够 具有小于8000牛顿-cm—1的润滑性，该润滑性是用攻丝扭矩测定仪来测量的。该组合物在低油(即，不大于10体积％的油)或者基本上或者完全无油配制剂中 可以任选的具有下面的一种或多种有利的性能 含油产品的润滑性， ·接近于含油产品的润滑性/成本性能点，·减少对工人的刺激性(刺激性与高pH产品有关)，·含油产品的生锈或者其它腐蚀保护性，或者 无链烷醇胺的化学品。粒度如将在下面的实施例中所见的那样，所配置的本发明的组合物包含颗粒。较大的 颗粒被打算用来提供更大的润滑性，虽然本发明不局限于这种理论的正确性。任何实施 方案的设想颗粒任选地具有下面的体积平均直径120-100000纳米(nm)，可供选择的是 (alternatively) 120-100000nm,可供选择的是 120_10000nm，可供选择的是 120_5000nm， 可供选择的是125-10000nm，可供选择的是125_5000nm，可供选择的是125_2000nm，可供 选择的是140-10000nm，可供选择的是140_5000nm，可供选择的是140_2000nm，可供选择 的是200-10000nm，可供选择的是200_5000nm，可供选择的是200_2000nm，可供选择的 是220-10000nm，可供选择的是220_5000nm，可供选择的是220_2000nm，可供选择的是 350-10000nm，可供选择的是350_5000nm，可供选择的是350_2000nm。实施例通过参考下面的实施例能够更好的理解前述的内容，下面的实施例目的是说明实 施本发明用的方法，并且目的并非限制本发明的范围。实施例1表 权利要求
金属加工流体组合物，其在稀释到0.1 50体积％时具有125nm或者更大的体积平均粒度，该组合物包含(a)一种或多种聚合物润滑剂；(b)一种或多种羧酸盐；(c)一种或多种乳化剂或者分散剂；和(d)传送组分。
2.权利要求1的组合物，其包括小于10体积％的一种或多种油。
3.前述权利要求任一项的组合物，其中该传送组分包括水。
4.前述权利要求任一项的组合物，其包括腐蚀抑制性组分。
5.前述权利要求任一项的组合物，其中该腐蚀抑制性组分包含下面的一种或多种羧 酸的碱金属盐和链烷醇胺盐，十一烷酸或者十二烷酸和它们的盐，C4_22羧酸和它们的盐，硼 酸类、含硼化合物和它们的盐，甲苯基三唑及其盐，苯并三唑类及其盐，咪唑啉类及其盐，链 烷醇胺和酰胺，磺酸盐，环烷酸的碱金属盐和链烷醇胺盐，磷酸酯胺盐，碱金属亚硝酸盐，碱 金属碳酸盐，羧酸衍生物，烷基磺酰胺羧酸，芳基磺酰胺羧酸，脂肪肌氨酸，苯氧基衍生物和 钼酸钠。
6.前述权利要求任一项的组合物，其中pH是3-9。
7.前述权利要求任一项的组合物，其包括碱化剂。
8.权利要求7的组合物，其中该碱化剂是下面的一种或多种链烷醇伯胺、仲胺和叔 胺，氨基甲基丙醇(AMP-95)，二甘醇胺(DGA)，单乙醇胺(MBA)，单异丙醇胺(MIPA)，丁基乙 醇胺(NBEA)，二环己基胺(DCHA)，二乙醇胺(DEA)，丁基二乙醇胺(NBDEA)，三乙醇胺(TEA)， 碱金属氢氧化物，氢氧化钾，氢氧化钠，氢氧化镁，氢氧化锂，金属的碳酸盐和碳酸氢盐，碳 酸钠，碳酸氢钠，碳酸钾和碳酸氢钾。
9.权利要求7或者8的组合物，其中该碱化剂是碱金属氢氧化物。
10.前述权利要求任一项的组合物，其包括消泡剂。
11.前述权利要求任一项的组合物，其包括杀生物剂和/或杀真菌剂。
12.前述权利要求任一项的组合物，其中该聚合物润滑剂是嵌段共聚物。
13.前述权利要求任一项的组合物，其中该聚合物润滑剂是下面的一种或多种包含 在中心的聚氧丙烯嵌段和在任一端的聚氧乙烯链的嵌段共聚物，包含在中心的聚氧乙烯嵌 段和在任一端的聚氧丙烯链的嵌段共聚物，衍生自环氧乙烷和环氧丙烷对1，2_乙二胺相 继加成的四嵌段共聚物，具有至少一个端羟基的环氧乙烷/环氧丙烷共聚物，环氧乙烷和 环氧丙烷无规共聚物的水溶性润滑剂基料，水溶性聚氧乙烯醇或者聚氧丙烯醇或者这样的 醇的水溶性羧酸酯，全部聚氧乙烯基团带有一个端羟基的醇起始基料，一元和二元酸酯，多 元醇酯，聚亚烷基二醇酯，用有机酸、磷酸酯、聚异丁烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯 烷酮、聚乙烯醇、以及丙烯酸或甲基丙烯酸和丙烯酸酯的共聚物接枝的聚亚烷基二醇。
14.前述权利要求任一项的组合物，其中该聚合物润滑剂是聚丙二醇嵌段共聚物。
15.前述权利要求任一项的组合物，其中该聚合物润滑剂是聚乙二醇嵌段共聚物。
16.前述权利要求任一项的组合物，其中该聚合物润滑剂是聚乙二醇/聚丙二醇嵌段 共聚物。
17.前述权利要求任一项的组合物，其中该羧酸盐包括C4-C22羧酸或者脂肪酸和酯的碱金属盐和/或链烷醇胺盐。
18.前述权利要求任一项的组合物，其中该羧酸盐包括下面的一种或多种丁酸，己 酸，庚酸，辛酸，壬酸，异壬酸，癸酸，新癸酸，十二烷酸，十四烷酸，十六烷酸，十八烷酸，油 酸，亚油酸，亚麻酸，α -亚麻酸，蓖麻油酸，二十烷酸，二十二烷酸，二十六烷酸，芥酸，花生 四烯酸，猪油，牛油，黄油，椰子油，棕榈油，棉籽油，小麦胚芽油，大豆油，橄榄油，玉米油，葵 花油和菜子油或者低芥酸菜子油。
19.前述权利要求任一项的组合物，其中该乳化剂或者分散剂是下面的一种或多种 链烷醇酰胺，烷基芳基磺酸盐，烷基芳基磺酸，氧化胺，酰胺和胺的皂，嵌段共聚物，羧基化 的醇，羧酸或者脂肪酸，乙氧基化的醇，乙氧基化的烷基酚，乙氧基化的胺或者酰胺，乙氧基 化的脂肪酸，乙氧基化的脂肪酯和油，乙氧基化的酚，脂肪胺和酯，甘油酯，二元醇酯，咪唑 啉类和咪唑啉衍生物，木质素和木质素衍生物，马来酸酐或者琥珀酸酐，甲基酯，单酸甘油 酯和衍生物，环烷酸，烯烃磺酸盐，磷酸酯，聚乙二醇，多元醇，聚合的(多糖，丙烯酸，丙烯 酰胺)，丙氧基化的和乙氧基化的脂肪酸，醇或者烷基酚，季盐表面活性剂，肌氨酸衍生物， 皂类，山梨聚糖衍生物，蔗糖和葡萄糖的酯和衍生物，油和脂肪酸的硫酸盐和磺酸盐，乙氧 基化的烷基酚的硫酸盐和磺酸盐，醇的硫酸盐，乙氧基化的醇的硫酸盐，脂肪酯的硫酸盐， 十二烷基和十三烷基苯的磺酸盐，萘和烷基萘的磺酸盐，石油的磺酸盐，磺基琥珀酰胺酸 盐，磺基琥珀酸盐和衍生物，十三烷基和十二烷基苯磺酸。
20.前述权利要求任一项的组合物，其中该金属加工流体组合物在稀释到0.1-50体 积％时具有小于8000牛顿-cm—1的润滑性，该润滑性是用攻丝扭矩测定仪来测量的。
21.前述权利要求任一项的金属加工流体组合物，其包含(a)1-80体积％的一种或多种嵌段共聚物；(b)1-40体积％的一种或多种羧酸盐；(c)1-20体积％的一种或多种乳化剂；和(d)传送组分。
22.前述权利要求任一项的金属加工流体组合物，其包含(a)5-40体积％的一种或多种嵌段共聚物；(b)3-30体积％的一种或多种羧酸盐；(c)2-12体积％的一种或多种乳化剂；和(d)传送组分。
23.前述权利要求任一项的金属加工流体组合物，其包含(a)15-25体积％的一种或多种嵌段共聚物；(b)5-15体积％的一种或多种羧酸盐；(c)3-8体积％的一种或多种乳化剂；(d)传送组分。
24.前述权利要求任一项的金属加工流体组合物，其具有下面的体积平均直径: 120-100000 纳米(nm)，可供选择的 125-10000nm，140_10000nm，可供选择的 220_10000nm， 可供选择的350-5000nm，可供选择的350_2000nm。
全文摘要
不含油的金属加工流体，也称作合成的金属加工流体，其在稀释时具有大于120纳米的工程化粒度。该膨胀性粒度导致了润滑性的大幅增加，这适于重负荷操作，该重负荷操作以前仅能用含油产品来获得。此外，该不含油的金属加工润滑剂任选的带有含油产品的积极性能，包括优异的腐蚀抑制性和适于重负荷操作的润滑性。
文档编号C10M103/00GK101970621SQ200880126488
公开日2011年2月9日 申请日期2008年12月4日 优先权日2007年12月10日
发明者J·崔, L·E·孔德利 申请人:凯密特尔有限公司