本发明涉及一种油雾消烟润滑酯的合成方法及在冷镦油与扩径油中的应用。
背景技术：
：金属加工润滑剂的工作过程决定了其油雾产生形式包含了机械、物理和物理-化学方式同时存在。为了有效地润滑、抗油雾消烟，金属加工润滑剂在使用中要经历泵循环、喷雾、射流与高速旋转的刀具激烈撞击和高温蒸发等过程。烟是聚合物材料热分解或不完全燃烧时所产生的固体、液体小颗粒悬浮在空气中形成的一种溶胶。烟对人体危害很大，除了烟本身的化学成分对人造成毒害以外，其主要危害在于烟的产生和移动速度很快，通常比火焰传播速度快得多；而大量的烟雾使人的直视距离缩短，能见度降低，在火灾状况下使人迷失方向无法逃离和难以救援，严重威胁生命财产的安全。因此，减少金属加工润滑剂的发烟量十分必要。技术实现要素：本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种油雾消烟润滑酯的合成方法及其在冷镦油与扩径油中的应用。本发明解决技术问题，采用如下技术方案：本发明油雾消烟润滑酯的合成方法，是首先以硼酸和甘油为原料，合成硼酸二甘油酯；然后向硼酸二甘油酯中加入油酸或重烷基苯磺酸，同时加入离子液体催化剂D-96进行反应，即获得油雾消烟润滑酯。具体包括如下步骤：首先将硼酸和甘油按摩尔比1：2加入反应器中，以120～140℃反应4h，获得淡黄色的硼酸二甘油酯；然后将硼酸二甘油酯和油酸或重烷基苯磺酸按摩尔比1:1加入反应器中，再加入离子液体催化剂D-96，抽真空至真空度在-0.04MPa～-0.06MPa，135℃反应3.5h，即获得油雾消烟润滑酯；所述D-96的加入量占硼酸二甘油酯和油酸或重烷基苯磺酸总质量的0.3％～0.7％。本发明所合成的油雾消烟润滑酯，可以起到抗油雾消烟、抗氧化、抗磨的作用，可用于作为添加剂加入冷镦油或扩径油中，以提高其润滑抗磨性能，并减少其发烟量。与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：1、本发明选用的离子液体催化剂D-96来自合肥绿酯金属保护材料有限公司，可市场购买，其对油雾消烟润滑酯的转化率影响很大，油酯转化率达到97.9％，且能显著的降低反应温度和反应时间，工艺简单，无需后处理，所得产品酸值小。2、本发明选用的离子液体催化剂D-96具有较宽的稳定温度范围，通常在300℃范围内为液体，有利于动力学控制；在高于200℃时具有良好的热稳定性和化学稳定性；不易燃、可传热、可流动；具有较弱的配位趋势；通过对阴、阳离子的合理设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸；易于与其它物质分离，可以循环利用。3、将本发明的油雾消烟润滑酯和含S、P、Cl等元素的添加剂分别加入到基础油中，能很好的改善其润滑抗磨效果，其中以本发明的油雾消烟润滑酯抗磨效果最为明显；且本发明的油雾消烟润滑酯为油溶性添加剂，将其添加到润滑油中，可以起到抗油雾、消烟、抗磨的作用。具体实施方式实施例1为考察不同催化剂对甲苯磺酸和离子液体催化剂D-96对反应转化率的影响，在原料质量、反应温度、反应时间、摩尔比相同的条件下，对比反应转化率，具体如下：首先将硼酸和甘油按摩尔比1：2加入反应器中，以130℃反应4h，获得淡黄色的硼酸二甘油酯；然后将硼酸二甘油酯和油酸按摩尔比1:1加入反应器中，再加入催化剂，抽真空，升至设定温度反应3.5h，即获得油雾消烟润滑酯。同时按上述相同反应条件，对比不同离子液体催化剂D-96加入量对反应转化率的影响。实验结果分别见表1和表2。表1、催化剂的影响序号催化剂及添加量反应温度反应时间转化率1无135℃3.5h59.5％2对甲苯磺酸0.5％135℃3.5h88.2％3对甲苯磺酸0.5％220℃3.5h98.0％4D-960.5％135℃3.5h97.9％表2、D-96添加量的影响其中转化率是通过测定酸值的变化来计算的。由表1可以看出，在同样的温度和反应时间条件下，有催化剂的反应转化率明显提高。同时在同样的条件下，D-96的催化效率明显比对甲苯磺酸高。而且两种催化剂反应后产物颜色不同，对甲苯磺酸催化后的产物颜色较深显褐色，主要是高温使油酸氧化颜色加深；而D-96在低温135℃下反应，温度较低，反应产物颜色较浅，呈棕红色透明状。由表2可以看出，随着催化剂的量的提高转化率也会相应的提高，在0.5％左右时催化效率达到最高。实施例2本实施例按如下步骤合成油雾消烟润滑酯：称取62g硼酸与184g甘油加到平底三口烧瓶中，升温至130℃，反应4h，冷凝去除副产物水36g，获得硼酸二甘油酯210g；向硼酸二甘油酯中加入282g油酸和2.46g催化剂D-96，抽真空至P＝-0.06MP，升温到135℃，反应3.5h，即获得油雾消烟润滑酯，酸值为0.8mgKOH/g。对本实施例所得油雾消烟润滑酯进行如下润滑性实验，同时与其他几种酯类(氯化石蜡s-52、磷酸三异丙基苯酯IPPP、硫化猪油)进行对比：磨损试验：所用四球机型号为MS-10J(厦门产)，转速为1200r/min，钢球直径Φ12.7，材质为GCr15轴承钢，温度为75℃，压力40kg，试验时间为1h；分别将几种酯类按5％的添加量加入基础油5#白油中(同时以不加酯类的基础油做对比)进行磨损试验，用读数显微镜测定三个底球的磨痕直径。长时间磨损D值按SH/T0204-94标准测定。抗磨性的评定在相同的条件下进行，以便考察在相同的基础油润滑状态下油雾消烟润滑酯的抗磨性能。几种酯类的长时间磨损D值见表3。表3、四球磨损实验由表3可以看出，在向基础油中加入酯类后，其润滑抗磨性都比之前的有所提高，其中以本实施例的油雾消烟润滑酯的润滑抗磨效果最好。含Cl极压剂在长时间磨损时对材质产生腐蚀而导致摩擦力加大、润滑性变差；而含硫极压剂没有达到起作用的适宜温度，因此没有明显改善基础油的润滑性。润滑剂承载能力试验：所用四球机型号为MS-10J(厦门产)，转速为1450r/min，钢球直径Φ12.7，材质为GCr15轴承钢，温度为27±8℃，锁紧力为70N，试验时间为10s；分别将几种酯类按5％的添加量加入基础油5#白油中(同时以不加酯类的基础性做对比)进行润滑剂承载能力试验，用标准测定GB/T3142-82润滑剂承载能力测定法(四球法)测定。结果见表4。表4、四球润滑剂承载能力实验由表4可以看出，在向基础油中加入酯类后，其润滑抗磨性都比之前的有所提高，其中以本实施例的油雾消烟润滑酯的最大无卡咬负荷PB值效果最好。含Cl极压剂、含硫极压剂在短时间摩擦时对材质没有达到起作用的适宜温度，因此没有明显改善基础油的润滑性。含Cl极压剂、含硫极压剂在重负荷摩擦时开始起作用，因而烧结负荷PD值较高。对本实施例所得油雾消烟润滑酯进行抗烟雾实验，具体是将其按5％的添加量加入基础油5#白油中，以150℃加热2小时，测重、测发烟量，具体结果见表5。表5、油雾消烟润滑酯抗烟雾实验实施例3本实施例按如下步骤合成油雾消烟润滑酯：称取62g硼酸与184g甘油加到平底三口烧瓶中，升温至130℃，反应4h，冷凝去除副产物水36g，获得硼酸二甘油酯210g；向硼酸二甘油酯加入450g重烷基苯磺酸和3.30g催化剂D-96，抽真空至P＝-0.04MP，升温到135℃，反应3.5h，即获得油雾消烟润滑酯，酸值为0.6mgKOH/g。对本实施例所得油雾消烟润滑酯进行如下润滑性实验，同时与其他几种酯类(氯化石蜡s-52、磷酸三异丙基苯酯IPPP、硫化猪油)进行对比：磨损试验：所用四球机型号为MS-10J(厦门产)，转速为1200r/min，钢球直径Φ12.7，材质为GCr15轴承钢，温度为75℃,压力40kg，试验时间为1h；分别将几种酯类按5％的添加量加入基础油5#白油中(同时以不加酯类的基础性做对比)进行磨损试验，用读数显微镜测定三个底球的磨痕直径。长时间磨损D值按SH/T0204-94标准测定。抗磨性的评定在相同的条件下进行，以便考察在相同的基础油润滑状态下油雾消烟润滑酯的抗磨性能。几种酯类的长时间磨损D值见表6。表6、四球磨损实验由表6可以看出，在向基础油中加入酯类后，其润滑抗磨性都比之前的有所提高，其中以本实施例的油雾消烟润滑酯的润滑抗磨效果最好。润滑剂承载能力试验：所用四球机型号为MS-10J(厦门产)，转速为1450r/min，钢球直径Φ12.7，材质为GCr15轴承钢，温度为27±8℃，锁紧力为70N，试验时间为10s；分别将几种酯类按5％的添加量加入基础油5#白油中(同时以不加酯类的基础性做对比)进行润滑剂承载能力试验，用标准测定GB/T3142-82润滑剂承载能力测定法(四球法)测定。结果见表7。表7、四球润滑剂承载能力实验由表7可以看出，在向基础油中加入酯类后，其润滑抗磨性都比之前的有所提高，其中以本实施例的油雾消烟润滑酯的最大无卡咬负荷PB值效果最好。对本实施例所得油雾消烟润滑酯进行抗烟雾实验，具体是将其按5％的添加量加入基础油5#白油中，以150℃加热2小时，测重、测发烟量，具体结果见表8表8、油雾消烟润滑酯抗烟雾实验对比实施例2和实施例3可知，以重烷基苯磺酸为原料合成的油雾消烟润滑酯，比以油酸为原料效果更优。实施例4本实施例按如下步骤制备扩径油：称取40g矿物油(运动粘度(40℃)为32mm2/s)加入到调和釜中，再加入15g油酸丁酯、8g硫化猪油、5gRC2540、6g蓖麻油聚氧乙烯醚EL40、5g聚乙二醇油酸酯PEG600MO、3g失水山梨醇酯肪酸酯S80，升温到60℃，搅拌30分钟；再加入10g石油磺酸钡T701、3g苯并三氮唑、5g实施例2的油雾消烟润滑酯，继续搅拌40分钟，即获得扩径油。本实施例的扩径油产品外观呈棕红透明液体，原液运动粘度(40℃)60mm2/s，最大无卡咬负荷PB值可以达到1568N，烧结负荷PD值3920N，磨斑直径D60min为0.375mm，摩擦系数μ为0.065。实施例5本实施例按如下步骤制备扩径油：称取40g矿物油(运动粘度(40℃)为32mm2/s)加入到调和釜中，再加入15g油酸丁酯、8g硫化猪油、5gRC2540、6g蓖麻油聚氧乙烯醚EL40、5g聚乙二醇油酸酯PEG600MO、3g失水山梨醇酯肪酸酯S80，升温到60℃，搅拌30分钟；再加入10g石油磺酸钡T701、3g苯并三氮唑、5g实施例3的油雾消烟润滑酯，继续搅拌40分钟，即获得扩径油。本实施例的扩径油产品外观呈棕红透明液体，原液运动粘度(40℃)62mm2/s，最大无卡咬负荷PB值可以达到1667N，烧结负荷PD值4570N，磨斑直径D60min为0.475mm，摩擦系数μ为0.095。实施例6本实施例按如下步骤制备冷墩油：首先，称取43g矿物油(运动粘度(40℃)为32mm2/s)加入到调和釜中，加入10g氯化石蜡S52、6gRC2540，10g硫化猪油、5gIPPP；再加入5g蓖麻油聚氧乙烯醚EL40、3g聚乙二醇油酸酯G600MO、2g失水山梨醇酯肪酸酯S80，升温到60℃，搅拌30分钟；再加入8g石油磺酸钠、2g苯并三氮唑、6g实施例2的油雾消烟润滑剂，继续搅拌40分钟，即获得冷墩油。本实施例的冷墩油产品外观呈棕红透明液体，原液运动粘度(40℃)80mm2/s，最大无卡咬负荷PB值可以达到1760N，烧结负荷PD值4900N,磨斑直径D60min为0.355mm，摩擦系数μ为0.060。实施例7本实施例按如下步骤制备冷墩油：首先，称取43g矿物油(运动粘度(40℃)为32mm2/s)加入到调和釜中，加入10g氯化石蜡S52、6gRC2540，10g硫化猪油、5gIPPP；再加入5g蓖麻油聚氧乙烯醚EL40、3g聚乙二醇油酸酯G600MO、2g失水山梨醇酯肪酸酯S80，升温到60℃，搅拌30分钟；再加入8g石油磺酸钠、2g苯并三氮唑、6g实施例3的油雾消烟润滑剂，继续搅拌40分钟，即获得冷墩油。本实施例的冷墩油产品外观呈棕红透明液体，原液运动粘度(40℃)82mm2/s，最大无卡咬负荷PB值可以达到1764N，烧结负荷PD值5011N,磨斑直径D60min为0.455mm，摩擦系数μ为0.090。本发明的油雾消烟润滑酯作为油性表面活性剂，其分子分散于润滑油中时可使机械运动中因高温氧化产生的胶质及积炭溶解或分散于润滑油中，从而保证机械更好的运转，起到清洗分散作用。同时其含有油酸或重烷基苯磺酸酯基团，能改进摩擦作用。因其所含硼元素和有机物化合是一个很好的挤压抗磨剂，能够很好的促进润滑抗磨效果。本发明的油雾消烟润滑酯具有无毒、低腐蚀性、杀菌、阻燃等特性，而且沸点高、不易挥发、在高温下具有相当的稳定性。作为新型润滑剂可以发挥硼元素的极压性、酯基的油性，在金属加工过程中发挥绝佳的协同作用，同时在冷镦油、扩径油油等难加工工艺应用上大放光彩。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3