本发明属于润滑油技术领域，具体涉及一种高含油量、高抗摩性能的环保水性半合成切削液及其制备方法。
背景技术：
水性半合成切削液是目前金属切削加工行业使用量较大的一种水基切削液，由于兼有良好的润滑性、冷却性、清洗性和防锈性，在各种切削加工工艺中得到了广泛应用。由于目前的水基润滑液摩擦学性能差，因此研究性能优良的水溶性润滑添加剂是提高水基润滑液摩擦性能的关键。在日益严峻的环境污染下，开发环境友好的半合成切削液具有重要的意义。
大多耐磨半合成切削液主要以s、p、cl系列极压抗磨剂进行研究，但近年来，在欧盟，很多国家均为金属加工液环保标签制定了标准，包括德国的“蓝天使”标记、瑞士的ss155434标准、荷兰的vamil条例，英国也在制定更加严格的限制工作场所金属加工油雾的健康和安全规范，以引导金属加工液产品的供应和需求对环境的影响能够逐渐减小。因此，开发稳定性能水溶性润滑添加剂的半合成切削液具有特别重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高含油量、高抗摩性能的环保水性半合成切削液，该切削液具有高含油量、高抗磨性。
本发明的另一个目的在于提供一种高含油量、高抗摩性能的环保水性半合成切削液的制备方法，以制得含油量和抗磨性能优异的切削液。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种高含油量、高抗摩性能的环保水性半合成切削液，包括环烷基基础油以及分散于所述环烷基基础油中的抗磨剂，所述抗磨剂为配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o。本发明的配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o属于多核磷酸钼的2d配合物，将其用作极压润滑剂、抗磨剂，分散于环烷基基础油中制得高含油量的环保水性半合成切削液，极大地提高了该切削液的极压性和润滑性，有效降低金属切削加工过程中的摩擦系数、减少刀具的磨损。
所述配合物的原子结构如式(i)：
本发明的切削液采用上述结构的配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3]-[cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o作为抗磨剂，可以进一步提高该切削液的抗磨性能，降低金属切削加工过程中的摩擦系数。
作为本发明的切削液的优选方案，所述配合物由过渡金属cd2+、氧化钼、磷酸、1,3-二三氮唑丙烷、α-丙氨酸和水配位合成，具体地，是通过水热法配位合成。
优选地，所述过渡金属cd2+源自二水合醋酸镉；
优选地，所述二水合醋酸镉、所述氧化钼、所述α-丙氨酸、所述1,3-二三氮唑丙烷、所述磷酸和所述水的摩尔比为10:5:9:5:6:50。
按摩尔比将所述二水合醋酸镉、所述氧化钼、所述α-丙氨酸、所述1,3-二三氮唑丙烷、所述磷酸和所述水置于反应釜中，在40～50℃(例如41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃或49℃)搅拌20～45min(例如21min、22min、23min、24min、25min、26min、28min、30min、32min、35min、38min、40min或42min)后，放入115～125℃(例如116℃、118℃、120℃、121℃、122℃、123℃或124℃)的烘箱内恒温反应65～80h(例如66h、68h、70h、72h、75h或78h)，以3.5～6℃/h(例如3.6℃/h、3.7℃/h、3.8℃/h、3.9℃/h、4℃/h、4.1℃/h、4.2℃/h、4.5℃/h、4.8℃/h、5℃/h、5.2℃/h、5.5℃/h或5.8℃/h)的速率降温至28～35℃(例如29℃、30℃、31℃、32℃、33℃或34℃)，制得所述配合物。
按重量份计，本发明的切削液包括以下组分：
环烷基基础油30～45份，例如31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份、40份、41份、42份、43份或44份；
环氧脂肪酸甲酯5～15份，例如5.1份、5.2份、5.5份、6份、6.5份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份或14份；
抗磨剂0.5～5份，例如0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份或4.5份；
乳化剂10～20份，例如10.2份、10.5份、11份、11.5份、12份、12.5份、13份、14份、15份、16份、17份、18份或19份；
乳化稳定剂0～2份，例如0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.2份、1.5份、1.6份或1.8份；
ph稳定剂0～15份，例如0.1份、0.5份、0.8份、1份、1.5份、2份、3份、4份、5份、8份、10份、11份、12份、13份或14份；
二环己胺0～3份，例如0.1份、0.3份、0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份、2份、2.2份、2.5份或2.8份；
防锈剂0～3份，例如0.1份、0.3份、0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份、2份、2.2份、2.5份或2.8份；
消泡剂0～1份，例如0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份或0.9份；
耦合剂0～3份，0.1份、0.3份、0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份、2份、2.2份、2.5份或2.8份；
铜缓蚀剂0～2份，例如0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.2份、1.5份、1.6份或1.8份；
铝缓蚀剂0～2份，例如0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.2份、1.5份、1.6份或1.8份；
水5～15份，例如5.5份、5.8份、6份、6.2份、6.5份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份或14份。
与现有技术中的采用聚合脂为抗磨剂的切削液相比，本发明采用配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o作为抗磨剂，在配合物与聚合脂等添加量的情况下，本发明的切削液的润滑性明显高于现有的切削液，且具有现有技术的切削液无法比拟的抗摩擦性能。
本发明通过对切削液中各原料组分的含量进行优化，可制得含油量高、抗磨性能优良的环保水性半合成切削液。
作为本发明的切削液的优选方案，所述乳化剂为妥尔油酸酯和span80的混合物，所述妥尔油酸酯和所述span80的质量比为1:1～1:2，例如1:1、1:1.2、1:1.5或1:2；其中，妥尔油酸酯与span80复配之后作为切削液的乳化剂，可产生协同作用，进一步提高切削液的稳定性。
或者，所述乳化剂为span80和tween60的混合物，所述span80和所述tween60的质量比为1:1～1:2，例如1:1或1:2；同样地，span80与tween60复配之后作为切削液的乳化剂，也可产生协同作用，进一步提高切削液的稳定性。
作为本发明的切削液的优选方案，所述乳化稳定剂选自peg-2000、烷氧基化脂肪醇和脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种或者至少两种的混合物；本发明的乳化稳定剂相当于乳化助剂，可进一步提高切削液的稳定性。
本发明的乳化剂和乳化稳定剂均为对人体和环境无毒、无害的环保化合物，使用过程中不会出现过敏等人体不适的状况。
作为本发明的切削液的优选方案，所述ph稳定剂选自三乙醇胺、单异丙醇胺、n-甲基二乙醇胺中的任意一种或者至少两种的混合物；ph稳定剂用以使切削液的ph值保持稳定，避免切削液的工作性能因ph值的变化而受到影响。
优选地，所述铜缓蚀剂为甲基苯骈三氮唑和/或苯骈三氮唑，优选为甲基苯骈三氮唑；其中，甲基苯骈三氮唑简称tta，分子式为c7h7n3，加入切削液中用于金属切削加工，可对有色金属铜、铜合金以及黑色金属其缓蚀作用，其缓蚀机理为：铜缓蚀剂tta吸附在金属表面形成一层很薄的膜，保护铜及其它金属免受大气及水中有害介质的腐蚀；
优选地，所述铝缓蚀剂包括含硅酸盐含磷的铝缓蚀剂，以及非硅酸盐非磷型的铝缓蚀剂；其中，含硅酸盐含磷的铝缓蚀剂简称含硅含磷型铝缓蚀剂，例如硅酸盐、偏硅酸盐、磷酸酯，会对环境产生危害，而非硅酸盐非磷型铝缓蚀剂简称非硅非磷型铝缓蚀剂(以下统称非硅非磷型铝缓蚀剂)，由于其不含硅酸盐、磷等物质，对环境友好，因此，本发明的铝缓蚀剂优选为非硅非磷型铝缓蚀剂，进一步优选为陶氏化学的非硅非磷型铝缓蚀剂corrguardsi，corrguardsi是一种多功能锈蚀抑制剂，加入本发明的切削液中，可以使切削液即使处在硬水中也具有良好的稳定性。
优选地，所述防锈剂为三元聚羧酸和月桂二酸的混合物，所述三元聚羧酸和所述月桂二酸的质量比优选为1～3:1～2，例如1:1、1:2、2:1、3:1或3:2，进一步优选为2:1；将质量比为2:1的三元聚羧酸和月桂二酸用作防锈剂，可以在金属表面吸附一层稳定而紧密的缓蚀剂分子膜层，有效抑制腐蚀介质的渗透，从而使切削液具有良好的防锈效果。
优选地，所述消泡剂为非硅型消泡剂，优选为聚醚类消泡剂；聚醚类消泡剂无毒、无气味、无刺激，而且在水中易分散，消泡效果好。本发明的消泡剂优选为basf的聚醚l61，为聚氧乙烯和聚氧丙烯的嵌段聚合物，是一种环保型的非离子型表面活性剂。
本发明所使用的铝缓蚀剂、铜缓蚀剂和消泡剂均为不含硅酸盐、不含磷的物质，不含杀菌防腐剂，导致环烷基基础油发生腐败，具有良好的环保性能。
优选地，所述耦合剂选自二甘醇、异己二醇和异构十三醇中的任意一种或者至少两种的混合物。
本发明的切削液抗菌性极强，乳化稳定性高，颗粒小，无泡沫倾向，软硬水均适用，而且切削液的使用寿命长。
本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其它组分，这些其它组分所赋予切削液不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
另外，本发明还提供一种高含油量、高抗摩性能的环保水性半合成切削液的制备方法，该制备方法中，至少提供所述环烷基基础油，将所述配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o分散于所述环烷基基础油中，制得高含油量、抗摩性能的环保水性半合成切削液。
所述高含油量、抗摩性能的环保水性半合成切削液的制备方法包括以下步骤：
(1)、将环烷基基础油、环氧脂肪酸甲酯和二环己胺的混合物在常温常压下搅拌均匀，制得混合物a；
(2)、将ph稳定剂、防锈剂、配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)-(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o和水混合均匀，在30～50℃(例如31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、40℃、42℃、45℃或48℃)下搅拌混合10～60min(例如12min、15min、18min、20min、25min、30min、35min、40min或45min)，制得混合物b；
(3)、将乳化剂、乳化稳定剂和消泡剂在常温常压下搅拌均匀，制得混合物c；
(4)、将所述混合物a、所述混合物b、所述混合物c加入反应釜中，然后加入铜缓蚀剂和铝缓蚀剂，混合均匀后再加入耦合剂，在30～60℃(例如31℃、33℃、35℃、38℃、40℃、42℃、45℃、48℃、50℃、55℃或58℃)搅拌25～60min(28min、30min、32min、35min、38min、40min、45min、50min或55min)，即可制得高含油量、抗摩性能的环保水性半合成切削液。
本发明通过上述方法可以制得含油量高、高抗磨性能良好的环保水性半合成切削液。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过采用配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o用作切削液的抗磨剂，该配合物分散于环烷基基础油中，使制得的环保水性半合成切削液具有高含油量和高抗磨性能，极大地提高了该切削液的极压性和润滑性，有效降低金属切削加工过程中的摩擦系数、减少刀具的磨损。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
实施例1
配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o的制备：
将1mol二水合醋酸镉、0.5mol氧化钼、0.9molα-丙氨酸、0.5mol1,3-二三氮唑丙烷、0.6mol磷酸和5mol水加入反应釜中混合，在40℃下搅拌反应45min后，放入烘箱内恒温125℃反应65h，以6℃/h的速率降温至35℃，得到该配合物。
切削液的制备方法如下：
其中，切削液的各组分及重量份为：
按上述重量份将环烷基基础油、环氧脂肪酸甲酯与二环己胺的混合物在常温常压下搅拌混合均匀得混合物a；将三乙醇胺与单异丙醇胺、三元聚羧酸与月桂二酸、抗磨剂[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o混合物与水在30℃下搅拌混合20min得混合物b；将质量比为1:1的span80和tween60、脂肪醇聚氧乙烯醚、非硅消泡剂l61在常温常压下搅拌均匀得混合物c；将a、b、c三混合物加入反应釜中，并加入苯并三氮唑、非硅非磷铝缓蚀剂和异己二醇，在30℃下搅拌混合25min得呈黄色透明澄清液体，即产品。
实施例2
配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o的制备：
将1mol二水合醋酸镉、0.5mol氧化钼、0.9molα-丙氨酸、0.5mol1,3-二三氮唑丙烷、0.6mol磷酸和5mol水加入反应釜中混合，在50℃下搅拌反应25min后，放入烘箱内恒温115℃反应80h，以3.5℃/h的速率降温至28℃，得到该配合物。
切削液的制备方法如下：
其中，切削液的各组分及重量份为：
按上述重量份将环烷基基础油、环氧脂肪酸甲酯与二环己胺的混合物在常温常压下搅拌混合均匀得混合物a；将三乙醇胺与n-甲基二乙醇胺、三元聚羧酸与月桂二酸、抗磨剂[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o混合物与水在40℃下搅拌混合15min得混合物b；将质量比为1:1.5的妥尔油酸酯和span80、烷氧基化脂肪醇、非硅消泡剂l61常温常压下搅拌均匀得混合物c；将a、b、c三混合物加入反应釜中，并加入苯并三氮唑、非硅非磷铝缓蚀剂和异己二醇，在60℃下搅拌混合30min得呈黄色透明澄清液体，即产品。
实施例3
配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o的制备：
将1mol二水合醋酸镉、0.5mol氧化钼、0.9molα-丙氨酸、0.5mol1,3-二三氮唑丙烷、0.6mol磷酸和5mol水加入反应釜中混合，在45℃下搅拌反应30min后，放入烘箱内恒温120℃反应72h，以5℃/h的速率降温至30℃，得到该配合物。
切削液的制备方法如下：
其中，切削液的各组分及重量份为：
按上述重量份将环烷基基础油、环氧脂肪酸甲酯与二环己胺的混合物在常温常压下搅拌混合均匀得混合物a；将单异丙醇胺与n-甲基二乙醇、三元聚羧酸与月桂二酸、抗磨剂[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o混合物与水在50℃下搅拌混合10min得混合物b；将质量比为1:2的妥尔油酸酯和span80、peg-2000、非硅消泡剂l61常温常压下搅拌均匀得混合物c；将a、b、c三混合物加入反应釜中，并加入苯并三氮唑、非硅非磷铝缓蚀剂和异己二醇，在40℃温度下搅拌混合25min得呈黄色透明澄清液体，即产品。
对比例1
本实施例中，将实施例3中的抗磨剂[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o替换为聚合酯gy-25润滑添加剂，其他均与实施例3一致，制得切削液样品。
对比例2
本实施例除了不加抗磨剂外，其他均与实施例3一致，制得切削液样品。
性能测试：
按相应的测试方法对实施例1～3及对比例1～2的切削液样品的性能进行测试，测试结果见表1。
表1
由上述检测结果可以看出，采用本发明的制备方法制得的切削液样品的理化性能均良好。其中，实施例1～3的切削液样品的抗磨极压性能均大于62n，为采用聚合酯gy-25润滑添加剂所制得的切削液样品的抗磨极压性能的1.3倍以上，是切削液中不添加任何抗磨剂时的抗磨性能的2.7倍以上；实施例1～3的切削液样品的最大无卡咬负荷均高于对比例2的不加抗磨剂或者对比例1的添加聚合酯抗磨剂时的切削液的最大无卡咬负荷均；实施例1～3的切削液样品的表面张力低至0.023n/m，低于对比例1～2的切削液样品。
综上所述，采用配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6-(oh)3]·2h2o用作抗磨剂可以极大地提高切削液的抗磨性能和润滑性能，此外本发明的环保水性半合成切削液具有高含油量，不需添加其他杀菌防腐剂、不含硅酸盐、磷等物质，具有良好的环保性能。
本发明的高含油量、高抗磨性能的环保水性半合成切削液适用于所有金属材料的加工领域，而且该产品清洗性能良好，可再生、对人体无害，符合国家环保条例中相关要求并已通过sgs和msds认证。
以上实施例仅用来说明本发明的详细方法，本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。