一种新型水基金属加工液组分的制作方法
【专利说明】-种新型水基金属加工液组分 发明领域
[0001] 该发明与一种水基金属加工液的组分相关，通过上述水基金属加工液组分制备工 艺的改进，能够提供稳定的微乳液并拥有自乳化性。 阳00引发明背景
[0003] 当20世纪初，F?W?泰勒首次将水用于加工工艺的冷却并得出水可W延长工具寿 命的结论开始，各种各样的切削液被用于各种用途。但是，近十年来，鉴于切削液的成本、生 态问题和人类健康等原因，已经采取了大量措施，旨在控制切削液在生产中的使用。（海赛 尔等人，1998年）
[0004] 关于切削液的分类，存在不同方式，且尚未在行业内建立标准。最流行的产品分类 方法，如下所示- 阳0化]一、空气
[0006] 二、水基切削液：
[0007] 1.水 阳00引 2.乳剂（可溶性油）
[0009] 3.化学溶液（或合成液）
[0010] S、纯油性产品：
[0011] 1.矿物油 阳〇1引 2.脂肪油 阳〇1引 3.组成油
[0014] 4.极压油 阳〇1引 5.多用途油。
[0016] 金属切削液，金属切削工艺中不可或缺的添加剂，具有润滑、冷却、清洁和防诱等 功能。其可显著提高切割机的耐用性和生产效率、改善产品质量、延长切割机的使用寿命， 从而延长机器的使用寿命，保证机器工作状态的稳定性和可信赖性。因此，关于切削液的技 术和改善切削液质量的研究在当代机械加工行业中占有重要地位。但是，很多可W买到的 切削液含有对人体和环境有害的有机硫、氯、亚硝酸盐等，运对切削液的应用造成了严重负 面影响（冯菊芬等人，1995年，40-43页）。
[0017] 从传统意义上讲，为改善冷却和润滑性，从而延长工具的使用寿命、降低工艺偏差 等，切削液已被广泛应用于机器加工中。但是，在过去的十年里，很显然切削液相关的决策 过于频繁地决定于行业现状，而不是基于知识的量化证据。近期，该现象有所改变，一部分 受到加工液的成本所驱动，加工液通常占据总生产成本的7%至17%，而与之相比工具成 本仅占4% (金等人，2001年）。
[001引过去的十年里，为了找到切削液在加工工艺中的相对优点和缺点，已经进行了广 泛的研究。从传统意义上讲，生产者使用切削液的目的是为了获得如下效果：冷却、润滑、腐 蚀抑制和切屑冲洗，从而实现：延长工具使用寿命、改善工件质量、延长机床的使用寿命、切 屑的有效管理。（斯克罗斯等人，2000年；斯克罗斯等人，2001年）。
[0019] 作为乳剂，可溶性油被熟知为矿物油的双相组分，加入至水中的比例在 1 : 10-1 : 100范围内变化。其含有添加剂（乳化剂），可允许油品颗粒与水相混合。运 些添加剂在油-水界面形成了一层稳定的单分子层，降低了表面张力。因此，运些添加剂为 油品提供了细小颗粒，可形成透明乳剂。（己西机械科学与工程协会杂志，第23卷2号，里 约热内卢，2001年）。
[0020] 可溶性油是特殊类型的矿物油W5% -20%浓度范围乳化在水中形成的，较低浓 度（低于10% )最常用于机械加工的一般用途。可溶性油浓缩液含有高度精制的基础油 (30-85% )、乳化剂和性能添加剂，例如极压添加剂、稳定剂、腐蚀抑制剂、抗泡剂和杀菌剂。 100°F(100/100油品）油品粘度通常为100赛氏通用粘度秒（SUS);油品粘度越高，润滑 性越好，但是越难W乳化。
[0021] 添加乳化剂是为了使油品在水中稳定的分散开；乳化剂颗粒附着在油珠周围，为 其提供了负电荷，将油品与水分子结合在一起。乳化油珠尺寸对于加工液的性能来说非常 关键浪小的乳剂尺寸更容易渗透到切割区域表面。（大卫?A?斯蒂芬森、约翰?S?阿盖 瑞欧"金属切割理论和实践"第二版，769页）。
[0022] 可W参考美国专利US4778614, 一种用于制备一种由矿物油和有效量用作乳化剂 的C3-C5締控支链聚合物的横酸盐构成且用在切削液中的可溶性油的组分。该横酸盐的聚 締控链的平均分子量最好在275至560之间，并且该聚締控已经公开为聚异下締。
[0023] 可W参考英国专利2252103,该专利披露运种含油液体可能会在操作加工件位置 或喷洒加工液时形成一层薄雾，运层薄雾能够穿过机械和操作人员附近的空气。
[0024] 可W参考专利US6204225,该专利披露用于金属切削的传统金属加工液中的添加 剂常常包含大量硫。运些硫能够W硫化油品、横酸盐或硫酸盐形式存在。金属加工液中存 在的大量硫可为厌氧硫酸盐还原细菌提供养分，导致操作系统中形成硫化氨。少量硫化氨 就极易腐蚀，同时产生令人不愉快的气味。高浓度的硫化氨还可能导致健康问题。 阳0巧]可W参考专利EP20080015630,该专利披露了一种烷氧基化脂肪醇的应用，其中至 少含有水和一种与水不互溶的油性成分，还可能含有金属加工液常见组分。
[00%] 可W参考专利US7968504,该专利提供了一种组分，该组分包含一种由脂肪酸醋在 有一种酸存在的条件下与一种含有径基的化合物反应生成的转醋化脂肪酸醋。最终得到的 成分可用作润滑油、导热剂、流变改进剂和腐蚀/水分抑制剂等。
[0027] 可W参考专利US20120184475,该专利披露了一种水溶性金属加工油添加剂，该添 加剂是通过W下A、B、C和D四种单剂调和而成。运种水溶性金属加工油添加剂在改进工具 和材料之间的摩擦方面具有卓越的表现，因此运种水溶性金属加工油添加剂可W显著延长 工具的使用寿命，即使被用于所谓"难加工材料"如铁和铁合金时也是如此。
[0028] 发明的需求
[0029] 在可溶性油乳化剂中，稳定性是最重要的性质。乳化剂系统必须均衡，基于其碱 性、酸性和亲水亲油平衡确保一种液体表面无油脂或油水分离的稳定乳液。传统应用上的 乳化剂不能分散到水中，在水中的稳定性差，会随一种牛奶状混合物并随时间分离。
[0030] 另外，由于大多数金属加工液成分为人工合成品，因此缺乏生物降解性能，而运种 能力又是当前急需的，因此需要用更加环保的替代品。
[0031] 为了克服上述缺点，需要开发一种能够提供稳定的微乳液并具有自我乳化性质的 新型成分，代替用老技术生产的乳化剂，同时具有生物降解性能。
[0032] 发明目的
[0033] 本发明的主要目的在于提供水基金属加工液组分。
[0034] 本发明的另一个目的是提供一种新型组分，其具有自乳化性，而不受外乳化剂的 影响。
[0035] 本发明的另一个目的是提供一种新型组分，该组分能提供一种稳定的微乳液。
[0036] 本发明的另一目的是，介绍一种脂肪酸和环氧乙烧低聚物在催化剂和促进剂存在 条件下反应制得如上所述的水基金属加工液组分的工艺。
[0037] 本发明的另一目的是使用水基添加剂来提高液体或固体润滑油、润滑脂、有机聚 合物或共聚物、有机或无机材料的润滑性能。
[0038] 本发明的另一个目的是介绍一种通过一种在表面加入液体或固体润滑油来延长 抗磨寿命、改善摩擦系数和其它摩擦学性能的方法，运一方法是通过向润滑油中加入足够 的水基金属加工液组分来实现的。
[0039] 本发明的另一目的是提供一种易生物降解且环保的金属加工液组分。 发明摘要
[0040] 本发明设及的水基金属加工液是由具有重复链段环氧乙烧低聚物与脂肪酸（环 氧乙烧低聚物与脂肪酸的摩尔比为1 : 1-2)在酸性催化剂存在的情况下，通过两步工艺制 得的。同时脱除生成的醋化副产物水。所获得的醋为结构式I所示的光亮透明液体。
[0041 ]
[0042] 结构式I所示组分，总酸值灯AN)的范围是15-25m巧OH/g，100 °C粘度范围是 35-80cSt，与水混合后形成一种稳定的微乳液。该工艺包括如下步骤：
[0043] 向一个圆底烧瓶中加入环氧乙烧低聚物。
[0044] 加入环氧乙烧低聚物后，加入脂肪酸。 W45] 将溫度保持在150-180°C之间，揽拌1-2小时。
[0046] 向反应混合物中加入促进剂，将溫度升高至200-250°C之间，并揽拌4-5小时。
[0047] 表格简介
[0048] 图1-样品降解曲线 W例图2-样品降解曲线
[0050] 图3-毒性控制降解曲线
[0051] 图4-攻丝扭矩对比分析（侣制攻丝扭矩介质）
[0052] 图5-攻丝扭矩对比分析（钢制攻丝扭矩介质）
[0053] 本发明的详细说明
[0054] 本发明提供了一种新型组分，该组分是通过具有重复链段环氧乙烧低聚物与脂肪 酸在酸性催化剂存在的条件下经两步反应制得的。 阳化5] 步骤1 :向一个带有揽拌器、溫度计插口、瓶塞和蒸馈冷凝器的四颈圆底烧瓶中， 加入质量分数为50-60%的环氧乙烧、25-30%的脂肪酸和0. 12%浓度为50%的催化剂，将 溫度维持在150-180°C，将反应混合物揽拌1-2小时。上述反应所使用的催化剂为次憐酸。 阳056]步骤I的完成：反应一小时后测定酸值。当酸值小于25mg化OH)/g时，判定反应完 成。
[0057] 步骤II:向步骤I中获得的反应混合物中加入质量分数为13. 8% -15. 2%的促进 剂，在200-250°C的溫度下继续反应4-5小时，直到酸值在15-25mg(K0H)/g范围的。通常， 促进剂含有4-10个碳原子，含有4-8个碳原子更好，而不超过7个碳原子为最佳，例如含有 4-6个碳原子，形成与如下分子式相一致的一种醋。
[0058]
[0059]从下列酸类基团中选取Rl和R2基团，包括：草酸、丙二酸、下二酸、戊二酸、己二 酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、葵二酸、十一烧酸和月桂酸、2-径基下酸、2-径基戊酸、4-径基 己酸、12-径基十八碳締酸、15-径基十六烧酸、6-径基癸酸、亚油酸、亚麻酸、2-径基十八碳 締酸、2-径基二十四烧酸、2-径基-15-二十四締酸，他们是典型的脂肪酸，有15-24个碳原 子，较好的情况是15-22个碳原子，最好的情况碳原子不多于20个，比如15-18碳原子。与 脂肪酸反应的环氧乙烧可W是聚乙締或者聚丙締或者聚下締或者聚酷胺或者聚醋或者聚 讽或者聚丙締酸醋或者聚甲基丙締酸醋或者环氧树脂或者聚乙烘或者含氣高聚物及它们 的混合物。它们通常含有4-30个碳原子，较好的情况是10-25个碳原子，最好的情况是不 超过22个碳原子，例如10-19个碳原子。 W60] 上述过程中得到