一种沉降性水基切削液及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种沉降性水基磨削液，包括按质量百分比计的如下各组：有机硫5-10％，絮凝剂5-10％，非离子表面活性剂H3-10％，含C1～4的脂肪酸1-5％，油酸三乙醇胺酯3-10％，OP-10 5-10％，妥尔油酸钠盐3-10％，聚乙二醇1-5％，石油酸钠盐3-10％，L-AN10机械油20-50％，消泡剂1-2％，水余量。该水基切削液不仅具有优异的沉降性能和清洗功能，其光滑和防锈功能亦到达或超越乳化液的规范要求，可用于金属加工的挤压、车、钻等工序。
【专利说明】一种沉降性水基切削液及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及切削液【技术领域】，具体地，涉及一种沉降性水基切削液及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 现代机械加工逐步向高速、强力、精细方向发展，而超硬、超强度等难加工材料的 使用也使切削加工的难度日益增加。由此导致切削加工中的摩擦力、摩擦热大幅度增加，这 就要求金属加工液具有更好的光滑、冷却、清洗、防锈功能，以便取得理想的工件加工表面。 其中，矿物油的光滑、防锈能力优异，但冷却、清洗功能差；乳化液和水基切削液的冷却、清 洗功能较好，但光滑、防锈功能差，因此使用局限遭到限制。
[0003] 然而机械加工过程中产生的铁粉和油石粉颗粒度小，容易悬浮在切削液中，重新 渗入到砂轮-工件的界面间，从而影响加工效率、破坏工件表面的加工质量，所以必须要求 切削液具有良好的清洗和沉降性。传统的切削工艺中，多采用柴油或煤油作为磨削液。然 而，由于柴油和煤油闪点低，容易燃烧而导致火灾。另外，柴油或煤油中含有大量的芳香烃， 易于挥发、分解成有害气体，危害工人健康。近年来，人们也研究开发了水基切削液。然而， 水基切削液对细小粉尘的沉降性能差，在使用中很快失去沉降和清洗的功能，导致切削产 生的细小粉尘与磨削液一起循环，损坏磨削表面。
[0004] 因此，研制一种具有沉降、光滑和防锈性能的水基切削液具有重大的现实意义。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种沉降性水基切削液及其制备方法， 该水基切削液不仅具有优异的沉降性能和清洗功能，其光滑和防锈功能亦到达或超越乳化 液的规范要求，可用于金属加工的挤压、车、钻等工序。
[0006] 本发明还提供了所述水基切削液的制备方法。
[0007] 本发明的技术方案如下：一种沉降性水基切削液，包括按质量百分比计的如下各 组：
[0008] 有机硫 5-10%, 絮凝剂 5-10% 非离子表面活性剂H 3-10%, 含Ct~4的脂肪酸 1-5% 油酸三乙醇胺酯 3-10%， OP-10 5-10%, 妥尔油酸钠盐 3-10%; 聚乙二醇 1-5% 石油酸钠盐 3-10% L-AN10 机械油 10-40% 水 余量，
[0009] 所述非离子表面活性剂H为松香、马来酸酐和多元胺聚合反应的产物；
[0010] 所述油酸三乙醇胺酯是油酸和三乙醇胺酯化反应的产物。
[0011] 所述非离子表面活性剂H的制备方法为：在催化剂下存在条件下，固体的天然松 香加热至160-200°C熔融为液体，加入马来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马 来松香再与多元胺发生中和反应，即得所述非离子表面活性剂H。
[0012] 所述多元胺为3,3' -二氯_4,4'-二苯基甲烷二胺（M0CA)和丙二醇双_(4,4' 一二氨基）苯甲酸酯中的一种或其混合物。
[0013] 所述油酸三乙醇胺酯的制备方法为：130-160°c的反应条件下，将摩尔比为1 :3的 油酸和三乙醇胺混合，油酸中的-C00H基团与三乙醇胺的-0H基团发生酯化反应，生成油酸 三乙醇胺酯。
[0014] 所述有机硫为硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物、多硫化物或环状硫化物中的一种或数 种的混合物。
[0015] 所述水基切削液还含有絮凝剂，所述絮凝剂选自聚合氯化铝（PAC)、聚合硫酸铝 (PAS)、聚合氯化铁（PFC)以及聚合硫酸铁（PFS)或其任意混合物。
[0016] 所述的沉降性水基切削液的制备方法，包括如下步骤：
[0017] 制备非离子表面活性剂H:在催化剂下存在条件下，固体的天然松香加热至 160-200°C熔融为液体，加入马来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马来松香再 与多元胺发生中和反应，即得所述非离子表面活性剂H ;
[0018] 制备油酸三乙醇胺酯：130-160°c的反应条件下，将摩尔比为1 :3的油酸和三乙醇 胺混合，油酸中的-C00H基团与三乙醇胺的-0H基团发生酯化反应，生成油酸三乙醇胺酯；
[0019] 按配方量取各组分；将0P-10,含C1-4的脂肪酸，聚乙二醇和水混合后，以 1000-2000rpm搅拌30min，再加入L-AN10机械油，以1000-2000rpm搅拌30min，室温下，力口 入所述非离子表面活性剂H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm搅拌30min,再加入所 述有机硫、所述絮凝剂、所述妥尔油酸钠盐和所述石油酸钠盐混合均匀，最后加入消泡剂混 合均匀，即得所述沉降性水基切削液。
[0020] 本发明所述沉降性水基切削液。使用时稀释3-5倍使用。
[0021] 在金属切削加工中，大多数摩擦属于边界润滑摩擦。在边界润滑摩擦中，由于不 存在完全的油膜，其承载能力已与油的粘度无关，而取决于润滑油的油性，即润滑成分是否 包含着对金属存在强烈吸附的原子团，能在切削界面构成物理吸附膜。非离子表面活性剂 H中的极性基团对金属有较大的亲合能力，很容易吸附在金属表面，形成吸附润滑膜。因其 疏水基团较大，并具有芳香环结构，具有油性剂的作用。同时非离子表面活性剂含有N非活 性极压元素，它兼有油性剂和极压剂的双重功效。再与加入的极压抗磨剂协同作用，形成高 强度物理和化学吸附膜，使之在高压、高温和激烈摩擦作用下不至于破坏。能防止或减小工 件、切削、刀具三者之间的直接接触，达到减小摩擦及粘结的目标，起到极好的润滑作用。油 酸三乙醇胺是一种阳离子外表活性剂，作为油性剂添加在切削液中，易在刃具与切削工件 之间形成物理吸附膜，然后起到润滑作用。
[0022] 切削液清洗功能的好坏，与切削液的浸透性和流动性严密相关，外表张力低、渗透 性和流动性好的切削液，清洗功能就好。本发明所述水基切削液中含有非离子外表活性剂H 和阳离子外表活性剂油酸三乙醇胺，二者协调作用，极大地降低了切削液的外表张力，增强 了切削液的渗透性和流动性，因而具有很好的清洗性能。
[0023] 本发明所述非离子外表活性剂H自身具有防锈和防腐效果，与防锈剂石油磺酸钠 发生复合增效效果，在金属外表构成吸附维护膜层，钝化膜层，然后阻滞了阴、阳极侵蚀进 程，因为有致密的履盖膜，能有用地抵抗介质中的水分子、氧及其他侵蚀性物质的浸入，具 有优秀的防腐、防锈功能。
[0024] 本发明还具有含Cp4的脂肪酸，含Cp4的脂肪酸不仅可以作为表面活性剂，还可 以增加切削液的润滑性。
[0025] 本发明所述切削液，乳化剂选用0P-10,即辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10,0P_10在无 水时，其疏水基和亲水基同时都在外侧，所以其疏水性强，亲水能力弱；有水时，0P-10的分 子空间构型在水的作用下形成曲折结构，亲水基把疏水基包围，亲水基与水分子以水氢键 的形式与醚基连接，并在0P-10分子周围聚集很多水分子，形成一个较大的亲水基团，使其 亲水能力大大提高。可溶性有机醇，如甲醇、乙醇、丙三醇等具有和水以及醚键形成氢键的 能力，因此，在0P-10中加适量的可溶性有机醇，同样可增加乳化油在水中的分散能力，得 到稳定的乳化液，其作用机理和水的作用机理相似，即由于-0H的作用，使得0P-10中亲水 基把疏水基包在里面而形成曲折的空间构型-0H与醚键以氢键的形式结合，而有机醇分子 又以氢键的形式与水分子结合，使0P-10周围形成一个较大的亲水基团，使其亲水能力大 大提1?。从而，提1? 〇P_l〇乳化剂基础油的效果，得到稳定的乳化液。
[0026] 本发明还选用妥尔油酸钠盐作为辅助乳化剂，以加快乳化速度、润滑性优越、清洗 效果好并且有一定的抗泡作用，对硬水的适应范围宽，有良好的抗酸败性。
[0027] 本发明所述切削液，还含有有机硫，有机硫与绗磨产生的金属粉末反应，形成稳定 的有机金属化合物，不易溶解，所述絮凝剂生产的有机金属化合物如凝，加速了其沉降过 程，从而在切削液中形成沉淀并被分离去除，从而保证了切削液的润滑性和清洗性能的长 期稳定性。
[0028] 本发明所述的水基切削液以松香、马来酸酐和多元胺等原料组成的非离子外表活 性剂H，和油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的水基切削液，具有优异的的光滑性、防锈性、冷 却性和清洗性。本发明所述沉降性水基切削液，采用0P-10、可溶性有机醇和水配置乳化剂、 乳化性能好，配置的切削液具有长期稳定性。
【具体实施方式】
[0029] 本申请所述沉降性水基切削液中，所用的非离子表面活性剂H为松香、马来酸酐 和多元胺聚合反应的产物，其制备方法为：在催化剂下存在条件下，固体的天然松香加热至 160-200°C熔融为液体，加入马来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马来松香再 与多元胺发生中和反应，即得所述非离子表面活性剂H。其中，所述多元胺为3,3'_二氯-4， 4'-二苯基甲烷二胺（M0CA)和丙二醇双_(4,4'一二氨基）苯甲酸酯中的一种或其混合物。
[0030] 所用的油酸三乙醇胺酯是油酸和三乙醇胺酯化反应的产物，所述油酸三乙醇胺酯 的制备方法为 ：130-160°c的反应条件下，将摩尔比为1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中 的-C00H基团与三乙醇胺的-0H基团发生酯化反应，生成油酸三乙醇胺酯。
[0031] 实施例1 :一种沉降性水基切削液，包括按质量百分比计的如下各组：
[0032] 有机硫 8%, 絮凝剂 5% 非离子表面活性剂H 8%, 含Cw的脂肪酸 2% 油酸三乙醇胺酯 8%, OP-10 6%, 妥尔油酸纳盐 4%, 聚乙二醇 5% 石油酸枘盐 5% L-AN10机械油 30% 水 19%,
[0033] 所述有机硫为硫醇。所述絮凝剂为聚合氯化铝（PAC)。所述可溶性有机醇为乙醇。 所述防腐剂为切削液防腐剂DL602。
[0034] 上述的沉降性水基切削液的制备方法，包括如下步骤：
[0035] 制备非离子表面活性剂H:在催化剂下存在条件下，固体的天然松香加热至 160-200°C熔融为液体，加入马来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马来松香再 与多元胺发生中和反应，即得所述非离子表面活性剂H ;
[0036] 制备油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反应条件下，将摩尔比为1 :3的油酸和三乙醇 胺混合，油酸中的-C00H基团与三乙醇胺的-0H基团发生酯化反应，生成油酸三乙醇胺酯；
[0037] 按配方量取各组分；将0P-10,可溶性有机醇和水混合后，以1000-2000rpm搅拌 30min,再加入L-AN10机械油，以1000-2000rpm搅拌30min,室温下，加入所述非离子表面 活性剂H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm搅拌30min，再加入所述有机硫、所述絮凝 齐U、所述石油磺酸钠和所述氯化白腊混合均匀，最后加入消泡剂混合均匀，即得所述沉降性 水基切削液。
[0038] 实施例2 :
[0039] -种沉降性水基切削液，包括按质量百分比计的如下各组：
[0040] 有机硫 5%, 絮凝剂 5% 非离子表面活性剂H 3% 含0卜4的脂肪酸 1% 油酸三乙醇胺酯 3%, OP-10 5%, 妥尔油酸枘盐 3%; 聚乙二醇 1% 石油酸钠盐 3%
[0041] L-AN10机械油 50% 水 21%,
[0042] 所述有机硫为硫酚或环状硫化物的混合物。所述絮凝剂为聚合硫酸铝（PAS)。所 述可溶性有机醇为己二醇。所述防腐剂为切削液防腐剂N-360。
[0043] 上述的沉降性水基切削液的制备方法，包括如下步骤：
[0044] 制备非离子表面活性剂H:在催化剂下存在条件下，固体的天然松香加热至 160-200°C熔融为液体，加入马来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马来松香再 与多元胺发生中和反应，即得所述非离子表面活性剂H ;
[0045] 制备油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反应条件下，将摩尔比为1 :3的油酸和三乙醇 胺混合，油酸中的-C00H基团与三乙醇胺的-0H基团发生酯化反应，生成油酸三乙醇胺酯；
[0046] 按配方量取各组分；将0P-10,可溶性有机醇和水混合后，以1000_2000rpm搅拌 30min,再加入L-AN10机械油，以1000-2000rpm搅拌30min,室温下，加入所述非离子表面 活性剂H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm搅拌30min，再加入所述有机硫、所述絮凝 齐U、所述石油磺酸钠和所述氯化白腊混合均匀，最后加入消泡剂混合均匀，即得所述沉降性 水基切削液。
[0047] 实施例3 :
[0048] 一种沉降性水基切削液，包括按质量百分比计的如下各组：
[0049] 有机硫 10%, 絮凝剂 10% 非离子表面活性剂H 10%, 含0卜4的脂肪酸 1%
[0050] 油酸三乙醇胺酯 10%， OP-10 10%, 妥尔油酸钠盐 10%; 聚乙二醇 5% 石油酸钠盐 10% L-AN10机械油 20% 水 4%。
[0051] 所述有机硫为硫醚和二硫化物的混合物。所述絮凝剂为聚合氯化铝聚合氯化铁 (PFC)。所述可溶性有机醇为甲醇和丙三醇。所述防腐剂为切削液防腐剂DL602。
[0052] 上述的沉降性水基切削液的制备方法，包括如下步骤：
[0053] 制备非离子表面活性剂H:在催化剂下存在条件下，固体的天然松香加热至 160-200°C熔融为液体，加入马来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马来松香再 与多元胺发生中和反应，即得所述非离子表面活性剂H ;
[0054] 制备油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反应条件下，将摩尔比为1 :3的油酸和三乙醇 胺混合，油酸中的-C00H基团与三乙醇胺的-0H基团发生酯化反应，生成油酸三乙醇胺酯；
[0055] 按配方量取各组分；将0P-10,可溶性有机醇和水混合后，以1000-2000rpm搅拌 30min,再加入L-AN10机械油，以1000-2000rpm搅拌30min,室温下，加入所述非离子表面 活性剂H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm搅拌30min，再加入所述有机硫、所述絮凝 齐U、所述石油磺酸钠和所述氯化白腊混合均匀，最后加入消泡剂混合均匀，即得所述沉降性 水基切削液。
[0056] 实施例4
[0057] -种沉降性水基切削液，包括按质量百分比计的如下各组：
[0058] 有机硫 9%, 絮凝剂 7% 非离子表面活性剂H 5%, 含的脂肪酸 3% 油酸三乙醇胺酯 8% OP-10 7%, 妥尔油酸纳盐 10%; 聚乙二醇 1% 石油酸钠盐 10% L-AN10机械油 35% 水 5%。
[0059] 所述有机硫为二硫化物。所述絮凝剂为聚合硫酸铁（PFS)。所述可溶性有机醇为 乙醇。所述防腐剂为切削液防腐剂DL602。
[0060] 上述的沉降性水基切削液的制备方法，包括如下步骤：
[0061] 制备非离子表面活性剂H:在催化剂下存在条件下，固体的天然松香加热至 160-200°C熔融为液体，加入马来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马来松香再 与多元胺发生中和反应，即得所述非离子表面活性剂H ;
[0062] 制备油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反应条件下，将摩尔比为1 :3的油酸和三乙醇 胺混合，油酸中的-C00H基团与三乙醇胺的-0H基团发生酯化反应，生成油酸三乙醇胺酯；
[0063] 按配方量取各组分；将0P-10,可溶性有机醇和水混合后，以1000_2000rpm搅拌 30min,再加入L-AN10机械油，以1000-2000rpm搅拌30min,室温下，加入所述非离子表面 活性剂H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm搅拌30min，再加入所述有机硫、所述絮凝 齐U、所述石油磺酸钠和所述氯化白腊混合均匀，最后加入消泡剂混合均匀，即得所述沉降性 水基切削液。
[0064] 实施例5 :
[0065] 一种沉降性水基切削液，包括按质量百分比计的如下各组：
[0066] 有机硫 6%, 絮凝剂 8% 非离子表面活性剂H 6%, 含的脂肪酸 5% 油酸三乙醇胺酯 9%， OP-10 7%, 妥尔油酸钠盐 7%, 聚乙二醇 2% 石油酸钠盐 7% L-AN10机械油 38% 水 5%。
[0067] 所述有机硫为多硫化物。所述絮凝剂为聚合氯化铝（PAC)和聚合硫酸铝（PAS)的 混合物。所述可溶性有机醇为乙醇和丙三醇。所述防腐剂为切削液防腐剂DL602。
[0068] 上述的沉降性水基切削液的制备方法，包括如下步骤：
[0069] 制备非离子表面活性剂H:在催化剂下存在条件下，固体的天然松香加热至 160-200°C熔融为液体，加入马来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马来松香再 与多元胺发生中和反应，即得所述非离子表面活性剂H ;
[0070] 制备油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反应条件下，将摩尔比为1 :3的油酸和三乙醇 胺混合，油酸中的-C00H基团与三乙醇胺的-0H基团发生酯化反应，生成油酸三乙醇胺酯；
[0071] 按配方量取各组分；将0P-10,可溶性有机醇和水混合后，以1000-2000rpm搅拌 30min,再加入L-AN10机械油，以1000-2000rpm搅拌30min,室温下，加入所述非离子表面 活性剂H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm搅拌30min，再加入所述有机硫、所述絮凝 齐U、所述石油磺酸钠和所述氯化白腊混合均匀，最后加入消泡剂混合均匀，即得所述沉降性 水基切削液。
[0072] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干 简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
【权利要求】
1. 一种沉降性水基切削液，其特征在于，包括按质量百分比计的如下各组： 有机硫 5-10%, 絮凝剂 5-10% 非离子表面活性剂H 3-10%, 含Cw的脂肪酸 1-5% 油酸三乙醇胺酯 3-10%， OP-10 5-10%, 妥尔油酸纳盐 3-10%, 聚乙二醇 1-5% 石油酸钠盐 3-10% L-AN10 机械油 10-40% 水 余量， 所述非离子表面活性剂H为松香、马来酸酐和多元胺聚合反应的产物； 所述油酸三乙醇胺酯是油酸和三乙醇胺酯化反应的产物。
2. 如权利要求1所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述非离子表面活性剂H的制 备方法为：在催化剂下存在条件下，固体的天然松香加热至160-200°C熔融为液体，加入马 来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马来松香再与多元胺发生中和反应，即得 所述非离子表面活性剂H。
3. 如权利要求1或2所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述多元胺为3, 3' -二 氯_4,4' -二苯基甲烷二胺（MOCA)和丙二醇双_(4,4' 一二氨基）苯甲酸酯中的一种或其 混合物。
4.如权利要求1或2所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述油酸三乙醇胺酯 的制备方法为：130-160°C的反应条件下，将摩尔比为1 :3的油酸和三乙醇胺混合，油酸中 的-COOH基团与三乙醇胺的-OH基团发生酯化反应，生成油酸三乙醇胺酯。
5. 如权利要求1所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述有机硫为硫醇、硫酚、硫 醚、二硫化物、多硫化物或环状硫化物中的一种或数种的混合物。
6. 如权利要求1、2或5所述的沉降性水基切削液，其特征在于，所述水基切削液还含有 絮凝剂，所述絮凝剂选自聚合氯化铝（PAC)、聚合硫酸铝（PAS)、聚合氯化铁（PFC)以及聚合 硫酸铁（PFS)或其任意混合物。
7. 如权利要求1-6任一项所述的沉降性水基切削液的制备方法，其特征在于，包括如 下步骤： 制备非离子表面活性剂H:在催化剂下存在条件下，固体的天然松香加热至160-200°C熔融为液体，加入马来酸酐发生聚合反应得到共聚物马来松香，而后马来松香再与多元胺 发生中和反应，即得所述非离子表面活性剂H; 制备油酸三乙醇胺酯：130-160°C的反应条件下，将摩尔比为1 :3的油酸和三乙醇胺混 合，油酸中的-COOH基团与三乙醇胺的-OH基团发生酯化反应，生成油酸三乙醇胺酯； 按配方量取各组分；将0P-10,含C1-4的脂肪酸，聚乙二醇和水混合后，以 1000-2000rpm搅拌30min，再加入L-ANlO机械油，以1000-2000rpm搅拌30min，室温下，力口 入所述非离子表面活性剂H，所述油酸三乙醇胺酯，以1000-2000rpm搅拌30min,再加入所 述有机硫、所述絮凝剂、所述妥尔油酸钠盐和所述石油酸钠盐混合均匀，最后加入消泡剂混 合均匀，即得所述沉降性水基切削液。
【文档编号】C10M169/04GK104450128SQ201410843689
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】张胜勇, 马艳荣 申请人:马艳荣