本发明涉及切削液技术领域，更具体地说，它涉及一种水基合成切削液及其制备方法。
背景技术：
削液是一种在金属切、削、磨加工过程中用于冷却和润滑刀具及加工件的工业用液体，同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能以及易稀释等特点，属于一种新型的冷却液。通常把切削液分为非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液两大类。油基切削液的润滑性能较好，冷却效果较差。水基切削液与油基切削液相比润滑性能相对较差，冷却效果较好。但是由于油基切削液成本高并且污染相对比较严重，因而有着绿色环保型性能的水基切削液产品是切削液的发展方向，水的来源丰富，且无毒无味，是理想的绿色基础液。
目前，国内外使用的水溶性切削液主要分为乳化型切削液和水基合成切削液。前者主要由水、矿物油和乳化剂组成，其特点是润滑性能好，但在冷却性、渗透性、稳定性上较差，使用周期短，排放时存在环保问题，不可生物降解，易产生发霉、发臭等现象；后者主要由各种水溶性添加剂(如润滑、抗磨、抗压、防锈、表面活性剂等)和水组成，其特点是不含油，在性能上具有良好的冷却性、清洗性、稳定性，从环保、节约油料资源等方面具有积极的意义，润滑性较油基切削液差。
现有技术中，申请号为cn200910068210.3的中国发明专利文件中公开了一种水基反应型多功能金属切削液及其制备方法，其组成成分及其重量分数分别为：表面活性剂4.5-11份，溶剂9-18份，植物油酸7-11份，三乙醇胺12-18份，缓蚀功能的钠盐6-15份，缓蚀剂7-13份，二聚酸3-6份，消泡剂00.02-0.05份，防腐剂0.2-1.2份，去离子水30-40份。
现有的这样水基合成切削液在工厂循环使用过程中，为防止切削液中滋生微生物，导致水基切削液的腐败、发臭，因此会向切削液中大量添加防腐剂，而切削液中的防腐剂、表面活性剂的加入则又阻碍了微生物对切削液的降解，增大了水基切削液的处理难度，使得水基合成切削液不易降解，因此合成一种润滑性、防腐性较好，且容易生物降解的水基切削液是需要解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种水基合成切削液，其具有润滑性、防腐性好，容易生物降解，使用寿命长的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种水基合成切削液的制备方法，其具有制备工艺简单的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种水基合成切削液，包含以下重量份的组分：1-10份乙二醇、1-15份三乙醇胺、0.1-0.8份苯并三氮唑、100-120份蒸馏水、1-2份酒精、0.1-0.5份香精、0.01-0.05份消泡剂、1-20份硼化物、1-10份防锈剂、1-3份新型杀菌液、4-10份聚丙烯酰胺、3-6份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；
所述新型杀菌液包括以下重量份的组分：1.5-2.5份丙烯酸树脂乳液、2-3份钙基膨润土、1-3份竹纤维、2-4份羟乙基纤维素、1-3份含磷硼酸酯、2-3份蓖麻油、1-2份硫代磷酸酯、30-45份蒸馏水。
通过采用上述技术方案，由于采用聚丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，聚丙烯酰胺能够与乙二醇、三乙醇胺相互配合，在金属表面形成定向吸附膜，从而减少工件、切屑、刀具之间的摩擦，降低工件的表面粗糙度，提高工件精度延长刀具的使用寿命，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与聚丙烯酰胺二者产生协同作用，能进一步减摩抗磨，提高切削液的耐磨性能、防锈性能和防腐性能，硼化物和三乙醇胺反应得到硼酸盐，在摩擦表面形成硼的间隙化合物，溶解游离态的硼形成固溶体，从而在摩擦表面形成渗透层，且硼酸盐不仅具有良好的减摩抗磨性，还无臭无毒，对金属无腐蚀，对环境无污染，同时三乙醇胺起到稳定作用，可有效防腐、防变质、抗细菌。
使用竹纤维、钙基膨润土和羟乙基纤维素等组分制备新型杀菌液，竹纤维具有较强的耐磨性，可增强切削液的抗磨耐磨性，竹纤维还具有天然的抗菌、抑菌、防臭功能，竹纤维内部特殊的超细微孔结构使其具有强劲的吸附力，混合在切削液中，可吸附切削液中的异味，提高切削液的防臭、防变质能力，延长使用寿命，竹纤维在土壤中自然降解，分解后对环境无任何污染，天然、绿色、环保，能够提高切削液的降解率，钙基膨润土润滑性较好，可提高切削液的耐磨性，且钙基膨润土具有较大的有效孔容，因而具有很强的吸附能力和吸附容量，混合于切削液中，可吸附切削液中的异味，防止切削液发臭变质，使用寿命增长，且钙基膨润土对环境无污染，使得切削液相对于添加表面活性剂和防腐剂的切削液更加容易降解，且不易发臭变质，使得切削液的使用寿命较长，羟乙基纤维素的润滑性能好，且具有良好的生物降解性和生物安全性，对环境无污染。
含磷硼酸酯在摩擦金属表面发生化学反应生成边界润滑膜起到润滑作用，其极压抗磨性、反应活性、防锈性提高，蓖麻油为天然提取物，易降解，蓖麻油中蓖麻油分子作为载体，含磷硼酸酯与蓖麻油相互协同，可在摩擦金属表面形成一层高强度的吸附膜，使切削液具有明显的减摩、抗磨性能；含磷硼酸酯中的硼原子具有杀菌作用，含磷硼酸酯的杀菌作用可使水基切削液中的微生物繁殖能力降低，与硫代磷酸酯相互协同，可明显提高切削液的抗菌性，使切削液不易发臭变质，使用寿命较长。
进一步地，所述防腐抗菌剂由以下方法制成：将钙基膨润土、竹纤维和羟乙基纤维素混合后，加入1/2的蒸馏水，研磨至平均粒径＜1μm；向剩余的蒸馏水中依次加入丙烯酸树脂乳液、含磷硼酸酯、蓖麻油和硫代磷酸酯，缓慢加热至70-80℃，混合均匀，加入研磨后的钙基膨润土等，在400-500r/min的转速下搅拌30-40min，冷却至室温。
通过采用上述技术方案，由于首先将钙基膨润土、竹纤维和羟乙基纤维素进行研磨，使钙基膨润土等颗粒较小，减少相互之间的摩擦，提高切削液的润滑性能，将丙烯酸脂乳液、含磷硼酸酯等组分与水混合均匀后，再加入钙基膨润土、竹纤维和羟乙基纤维素，可提高各原料分散均匀度。
进一步地，将质量比为1:(0.6-0.9):(0.4-0.7)的白千层叶树皮、茶叶和桉叶放入蒸馏水中常压蒸馏，向蒸馏所得物中加入与蒸馏所得物质量比为1:0.3-0.5的异构十六烷，混合搅拌均匀，蒸馏水与白千层叶树皮、茶叶和桉叶三者总重的质量比为(5-8):1。
通过采用上述技术方案，白千层树皮能够蒸馏出茶树油，茶树油是一种天然植物性芳香油，具有抵抗切削液细菌、防止腐烂发霉的效果，使切削液使用寿命较长，茶叶的提取物中含有茶单宁，又称茶多酚，具有抗菌抑菌的效果，桉叶含有桉叶油，对多种病菌均具有抑制作用，且茶树油、茶单宁和桉叶油均为天然提取物，不仅能够起到防菌、防臭的效果，提高切削液的使用寿命，还易于降解，对环境无污染，较为环保。
进一步地，所述防锈剂为磺酸钡、磺酸钠、羧酸盐防锈剂的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，切削液中的防锈剂能定向吸附在金属表面上,形成一层吸附膜,使金属表面与水、氧等介质隔绝，从而防止金属锈蚀。
进一步地，所述消泡剂为切削液用消泡剂df-681、切削液专用消泡剂319或切削液专用消泡剂8345中的一种。
进一步地，所述硼化物为硼酸或硼砂中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，硼酸和硼砂能够与酒精或乙二醇反应生成硼酸酯，其作为极压润滑添加剂，其摩擦表面形成物理吸附膜，且由于硼酸酯水解作用或与钙基膨润土或竹纤维等发生摩擦化学反应，构成非牺牲性沉积，几种膜的共同作用，有效提高水基切削液的摩擦性能。
进一步地，所述聚丙烯酰胺为非离子型聚丙烯酰胺。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种水基合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
s1、将硼化物和三乙醇胺混合，加入乙二醇和酒精，在90-110℃下搅拌3-4h，得到混合物1；
s2、将苯丙三氮唑、聚丙烯酰胺、香精和防锈剂加入蒸馏水中，在70-90℃下搅拌2-4h，冷却至室温，得到混合物2；
s3、将混合物1加入到混合物2中，升温至50-70℃后搅拌1-3h，冷却至室温，得到混合物3；
s4、将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、新型杀菌液和消泡剂依次加入混合物3中，升温至30-50℃，搅拌1-2h，冷却至室温，即得水基合成切削液。
通过采用上述技术方案，制备工艺简单，且制备出的切削液较为环保，不含亚硝酸钠、氯、磷、硫等，对人体无毒害、无刺激性气味、不腐蚀机床，防腐性和防锈性能良好，具有优异的润滑性和生物降解性，使用寿命长。
进一步地，所述步骤s3和步骤s4中，升温时每半小时升温10℃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明采用竹纤维、钙基膨润土和羟乙基纤维素等制备新型杀菌液，由于竹纤维具有较强的吸附力，钙基膨润土具有较强的吸附能力和吸附量，竹纤维和钙基膨润土的吸附力，可吸附切削液中的异味，竹纤维和钙基膨润土聚杀菌抑菌性，可防止切削液发臭和变质，使用寿命延长；竹纤维具有优异的耐磨性，羟乙基纤维素具有优异的润滑性，可使切削液具有良好的润滑性、耐磨性，且竹纤维、钙基膨润土和羟乙基纤维素具有良好的生物降解性，在抑制切削液腐败、发臭和变质的基础上，使得切削液的生物降解性能提高。
第二、本发明中优选采用白千层树皮、茶叶和桉叶蒸馏制得香精，白千层树皮中的提取物茶树油、茶叶中的提取物茶单宁和桉叶中的提取物桉叶油均具有优异的抗菌性能，使得切削液不易滋生细菌，使用寿命增长，且茶树油、茶单宁和桉叶油均为天然植物提取物，易降解，对人体无害，对环境无影响，较为环保。
第三、本发明的方法，通过使用含磷硼酸酯、蓖麻油和硫代磷酸酯三者相互配合，含磷硼酸酯与蓖麻油相互协同，可在摩擦金属表面形成一层高强度的吸附膜，使切削液具有明显的减摩、抗磨性能，显著提高切削液的润滑性、防锈性；含磷硼酸酯与硫代磷酸酯相互协同，可明显提高切削液的抗菌性，使切削液的使用寿命较长。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
防腐抗菌剂的制备例1-3
制备例1-3中钙基膨润土选自灵寿县恒石矿产品加工厂出售的货号为025的钙基膨润土，竹纤维选自东莞市华金塑胶科技有限公司出售的牌号为350的竹纤维，羟乙基纤维素选自廣州瑞巧贸易有限公司出售的型号为rq-113的羟乙基纤维素，丙烯酸树脂乳液选自广州贤人汇国际贸易有限公司出售的牌号为r-20的丙烯酸树脂乳液，蓖麻油选自苏州博远化工有限公司出售的型号为bmy的蓖麻油，硫代磷酸三甲酯选自广州翁江化学试剂有限公司出售的pc45321的硫代磷酸三甲酯。
制备例1：将2kg钙基膨润土、1kg竹纤维和2kg羟乙基纤维素混合后，加入15kg蒸馏水，研磨至平均粒径＜1μm；向剩余15kg蒸馏水中依次加入1.5kg丙烯酸树脂乳液、1kg含磷硼酸酯、2kg蓖麻油和1kg硫代磷酸酯，缓慢加热至70℃，混合均匀，加入研磨后的钙基膨润土等，在400r/min的转速下搅拌30min，冷却至室温，硫代磷酸酯为硫代磷酸三甲酯；其中含磷硼酸酯由以下方法制成：将24.2kg月桂醇加热至月桂醇完全融化后，加入2kg硼酸和2.3kg五氧化二磷，滴加0.1kg浓硫酸，加热至180℃，反应5h，即制得含磷硼酸酯。
制备例2：将2.5kg钙基膨润土、2kg竹纤维和3kg羟乙基纤维素混合后，加入20kg蒸馏水，研磨至平均粒径＜1μm；向剩余20kg蒸馏水中依次加入2kg丙烯酸树脂乳液、2kg含磷硼酸酯、2.5kg蓖麻油和1.5kg硫代磷酸酯，缓慢加热至75℃，混合均匀，加入研磨后的钙基膨润土等，在450r/min的转速下搅拌35min，冷却至室温，硫代磷酸酯为硫代磷酸三甲酯；
其中含磷硼酸酯由以下方法制成：将24.2kg月桂醇加热至月桂醇完全融化后，加入2kg硼酸和2.3kg五氧化二磷，滴加0.1kg浓硫酸，加热至180℃，反应5h，即制得含磷硼酸酯。
制备例3：将3kg钙基膨润土、3kg竹纤维和4kg羟乙基纤维素混合后，加入22.5kg蒸馏水，研磨至平均粒径＜1μm；向剩余22.5kg蒸馏水中依次加入2.5kg丙烯酸树脂乳液、3kg含磷硼酸酯、3kg蓖麻油和2kg硫代磷酸酯，缓慢加热至80℃，混合均匀，加入研磨后的钙基膨润土等，在500r/min的转速下搅拌40min，冷却至室温，硫代磷酸酯为硫代磷酸三甲酯；
其中含磷硼酸酯由以下方法制成：将24.2kg月桂醇加热至月桂醇完全融化后，加入2kg硼酸和2.3kg五氧化二磷，滴加0.1kg浓硫酸，加热至180℃，反应5h，即制得含磷硼酸酯。
香精的制备例4-6
制备例4：将质量比为1:0.6:0.4的白千层叶树皮、茶叶、桉叶放入蒸馏水中常压蒸馏，将蒸馏所得物中加入与蒸馏所得物质量比为1:0.3的异构十六烷，混合搅拌均匀，蒸馏水与三者总重的质量比为5:1。
制备例5：将质量比为1:0.7:0.6的白千层叶树皮、茶叶、桉叶放入蒸馏水中常压蒸馏，将蒸馏所得物中加入与蒸馏所得物质量比为1:0.4的异构十六烷，混合搅拌均匀，蒸馏水与三者总重的质量比为6:1。
制备例6：将质量比为1:0.9:0.7的白千层叶树皮、茶叶、桉叶放入蒸馏水中常压蒸馏，将蒸馏所得物中加入与蒸馏所得物质量比为1:0.5的异构十六烷，混合搅拌均匀，蒸馏水与三者总重的质量比为8:1。
实施例
实施例1-3中切削液专用洗泡剂319和切削液专用消泡剂8345选自东莞市中美精细化工有限公司，切削液用消泡剂df-681选自东莞市德丰化工有限公司，羧酸盐防锈剂选自广东美商工业材料有限公司出售的rp8型羧酸盐防锈剂，非离子型聚丙烯酰胺选自苏州昊诺工贸有限公司出售的货号为npam的非离子型聚丙烯酰胺，硼砂选自揭阳市东山区东阳瀚宏贸易商行出售的货号为25的硼砂，硼酸选自广州市葵邦化工有限公司出售的货号为21的硼酸。
实施例1：一种水基合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
s1、按照表1中的原料配比，将1kg硼化物和1kg三乙醇胺混合，加入1kg乙二醇和1kg酒精，在90℃下搅拌3h，得到混合物1，硼化物为硼酸；
s2、将0.1kg苯丙三氮唑、4kg聚丙烯酰胺、0.1kg香精和1kg防锈剂加入100kg蒸馏水中，在70℃下搅拌2h，冷却至室温，得到混合物2，香精由制备例4制备而成，防锈剂为磺酸钠，聚丙烯酰胺为非离子型聚丙烯酰胺；
s3、将混合物1加入到混合物2中，升温至50℃后搅拌1h，冷却至室温，得到混合物3；
s4、将3kg2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、1kg新型杀菌液和0.01kg消泡剂依次加入混合物3中，升温至30℃，搅拌1h，冷却至室温，即得水基合成切削液，其中新型杀菌液由制备例1制备而成，消泡剂为切削液用消泡剂df-681。
表1实施例1-3中水基合成切削液的原料配比
实施例2：一种水基合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
s1、按照表1中的原料配比，将10kg硼化物和7kg三乙醇胺混合，加入5kg乙二醇和1.5kg酒精，在100℃下搅拌3.5h，得到混合物1，硼化物为硼酸；
s2、将0.4kg苯丙三氮唑、7kg聚丙烯酰胺、0.3kg香精和5kg防锈剂加入110kg蒸馏水中，在80℃下搅拌3h，冷却至室温，得到混合物2，香精由制备例5制备而成，防锈剂为磺酸钡，聚丙烯酰胺为非离子型聚丙烯酰胺；
s3、将混合物1加入到混合物2中，升温至60℃后搅拌2h，冷却至室温，得到混合物3；
s4、将4kg2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2kg新型杀菌液和0.03kg消泡剂依次加入混合物3中，升温至40℃，搅拌1.5h，冷却至室温，即得水基合成切削液，其中新型杀菌液由制备例2制备而成，消泡剂为切削液专用消泡剂319。
实施例3：一种水基合成切削液的制备方法，包括以下步骤：
s1、按照表1中的原料配比，将20kg硼化物和15kg三乙醇胺混合，加入10kg乙二醇和2kg酒精，在110℃下搅拌4h，得到混合物1，硼化物为硼砂；
s2、将0.8kg苯丙三氮唑、10kg聚丙烯酰胺、0.5kg香精和10kg防锈剂加入120kg蒸馏水中，在90℃下搅拌4h，冷却至室温，得到混合物2，香精由制备例6制备而成，防锈剂为羧酸盐防锈剂，聚丙烯酰胺为非离子型聚丙烯酰胺；
s3、将混合物1加入到混合物2中，升温至70℃后搅拌3h，冷却至室温，得到混合物3；
s4、将6kg2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3kg新型杀菌液和0.05kg消泡剂依次加入混合物3中，升温至50℃，搅拌2h，冷却至室温，即得水基合成切削液，其中新型杀菌液由制备例3制备而成，消泡剂为切削液专用消泡剂8345。
对比例
对比例1：一种水基合成切削液的制备方法，与实施例1的区别在于，水基合成切削液的原料中未添加香精。
对比例2：一种水基合成切削液的制备方法，与实施例1的区别在于，新型杀菌液中未添加竹纤维和钙基膨润土。
对比例3：一种水基合成切削液的制备方法，与实施例1的区别在于，新型杀菌液中未添加聚丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。
对比例4：一种水基合成切削液的制备方法，与实施例1的区别在于，新型杀菌液中未添加含磷硼酸酯、蓖麻油和硫代磷酸三甲酯。
对比例5：一种水基合成切削液的制备方法，与实施例1的区别在于，新型杀菌液中未添加羟乙基纤维素。
对比例6：以申请号为201310247558.5的中国发明专利文件中的实施例2作为对照，一种水溶性防锈切削液，按重量份含有以下组分：对特丁基苯甲酸5，苯甲酸8，癸二酸10，单乙醇胺1，三乙醇胺10，苯并三氮唑1.0，二甘醇5，一异丙醇胺3，聚乙二醇15，水30。按上述重量份数将对特丁基苯甲酸，苯甲酸，癸二酸，单乙醇胺，三乙醇胺和占总水量50％的水一起混合在温度50℃下反应1小时，得到混合物a；同时将规定重量份数的苯并三氮唑，一异丙醇胺和占总水量50％的水一起混合在温度70℃下反应2小时得到混合物b；再将混合物a、混合物b与二甘醇和聚乙二醇600搅拌混合在温度60℃下反应70分钟，得到成品。
性能检测试验
按照实施例1-3和对比例1-6中的方法制备水基合成切削液，并按照gb/t6144-2010《合成切削液》进行防腐性、ph值、润滑性、贮存稳定性和防锈性等性能的测试，按照cec-l-33-a-93《上海欧标润滑油生物降解检测》检测水基合成切削液的生物降解率，按照astmd3946-92《评定细菌的水稀释金属加工液性的试验防腐》检测水基合成切削液的抗菌性能，各项检测结果如表2所示。
表2各实施例和各对比例制得的水基合成切削液的性能测试结果
由表2中数据可以看出，按照实施例1-3中方法制备的水基合成切削液，具有良好的贮存安定性、防锈性、防腐性和润滑性，生物降解率达到82.6％以上，具优异的生物降解性能，对环境无污染，且抗菌性能好，使用寿命长。
对比例1因未添加香精，水基合成切削液的防锈性和润滑性与实施例1-3相差不大，但是生物降解率明显降低，防腐性能也明显下降，细菌数增多，说明香精的加入能够防止水基合成切削液出现发臭腐败，并且提高水基合成切削液的生物降解率和抗菌性能。
对比例2因未添加竹纤维和钙基膨润土，水基合成切削液的防腐性、防锈性和润滑性与实施例1-3相比均下降明显，生物降解率和抗菌性能降低，说明竹纤维和钙基膨润土的加入能够提高水基合成切削液的防腐性、润滑性和防锈性，提高水基合成切削液的生物降解率和抗菌性能，使水基合成切削液的使用寿命长，对环境无污染，较为环保。
对比例3因未添加聚丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，水基合成切削液的防腐性、防锈性和润滑性以及贮存稳定性有所下降，因为聚丙烯酰胺与切削液中其他组分发生摩擦化学反应而产生沉积膜，通过膜层之间的作用，提高切削液的摩擦性能，而2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸能够有效促进防腐剂分子吸附在金属表面，形成致密的保护膜，起到防锈作用，所以聚丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的加入能够提高水基合成切削液的防腐性、防锈性和润滑性。
对比例4因未添加含磷硼酸酯、蓖麻油和硫代磷酸三甲酯，水基合成切削液的各项性能与实施例1-3相比均变差，含有较多细菌，生物降解率变小，说明含磷硼酸酯、蓖麻油和硫代磷酸三甲酯相互协同，能够提高切削液的防腐性、防锈性和润滑性，使切削液的易降解，不易发臭腐败，使用时间较长。
对比例5因未添加羟乙基纤维素，水基合成切削液的防腐性、防锈性和润滑性下降，生物降解率和抗菌性能明显降低，说明羟乙基纤维素的加入，能够提高切削液的防腐性、防锈性、生物降解率和抗菌性。
对比例6为现有技术制备的切削液，与实施例1-3制备的切削液相比，防腐性、防锈性和润滑性相差不大，但生物降解率和抗菌性能相差较大，说明本发明制备的水基合成切削液具有良好的生物降解率和抗菌性能，对环境无污染，较为环保，且使用寿命较长。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。