一种具有防锈效果的金属加工冷却液及其制备方法与流程

1.本发明涉及金属加工冷却液技术领域，具体为一种具有防锈效果的金属加工冷却液及其制备方法。


背景技术：

2.在机械行业金属切削加工中能正确选用金属加工切削液对降低切削温度和提高切削力，减少刀具磨损，提高刀具耐用度,改善加工表面产品质量，保证加工精度和提高生产效率都有非常重要的作用。金属加工冷却液正在快速发展，而且越来越引起大家的高度重视,在提高切削速度和工件表面质量方面取得了一定的成效，它具有优良的润滑、冷却、清洗、防锈、抗极压性能，对人体无毒、无害、无刺激，使加工产品表面光滑、光亮无锈蚀，深受广大机械行业操作者的欢迎。
3.金属加工冷却液的选用比较复杂，涉及到许多因素。比较重要的有工件材料、加工方式、刀具材料、应用方法，工艺要求及工艺上的某些特点和特殊情况也常常影响到冷却液的选用。因此切削液的选用正确与否，对刀具麽损及使用寿命有着直接的影响。高速切削时，切削温度较高，要求冷却性能，一般选用水溶性金属加工冷却液；低速中重负荷加工,要求润滑性能，一般选用切削油，以降低刀具磨损，延长刀具使用寿命，而且对整个生产成本有着重要影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有防锈效果的金属加工冷却液及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
5.一种具有防锈效果的金属加工冷却液，其特征在于，按重量份数计，主要包括：10～12份将植物油，4～5份失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，1～2份聚乙二醇，1～2份聚甘油，4～5份防锈剂，5～7份改性复合纳米颗粒和8～10份纯水。
6.作为优化，所述改性复合纳米颗粒是由端羧基超支化聚醚和复合纳米颗粒反应制得。
7.作为优化，所述端羧基超支化聚醚是由3,5-二羟基苯甲酸和辛基缩水甘油醚进行反应，再和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚进行聚合，最后和乙二酸反应制得。
8.作为优化，所述复合纳米颗粒是由钛酸四丁酯和正硅酸乙酯水解聚合反应制得。
9.作为优化，一种具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法包括以下制备步骤：
10.(1)将三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比10：1：12～20：1：25混合均匀，再加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.26～0.3倍的聚醚单体，在氮气氛围中，80～90℃，800～1000r/min搅拌反应2～3h，再加入质量分数三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.2～0.3倍的乙二酸，继续搅拌反应40～60min，在用70～80℃的纯水和0～10℃的乙醚各洗涤3～5次，并在40～50℃，1～2kpa静置8～10h，得到端羧基超支化聚醚；
11.(2)将端羧基超支化聚醚和水按质量比1：3～1：4混合均匀，再加入端羧基超支化聚醚质量0.5～0.8倍的复合纳米颗粒，在50～60℃，800～1000r/min搅拌反应3～4h，过滤并依次用纯水和无水乙醇各洗涤3～5次，在-10～-1℃，5～10pa干燥8～10h，制得改性复合纳米颗粒；
12.(3)将植物油、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚甘油、防锈剂、改性复合纳米颗粒和水按质量比10：4：1：1：4：5：8～12：5：2：2：5：7：10混合均匀，制得具有防锈效果的金属加工冷却液。
13.作为优化，步骤(1)所述聚醚单体的制备方法为：将3,5-二羟基苯甲酸、辛基缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比9：10：1：24～10：11：1：28混合均匀，在氮气氛围中，80～90℃，800～1000r/min搅拌5～6h，在40～50℃，1～2kpa静置8～10h，再加入3,5-二羟基苯甲酸质量3～5倍的乙酸乙酯，依次用质量分数5～6％的碳酸氢钠溶液、质量分数15～20％氯化钠溶液溶液和去离子水各洗涤3～5次，将洗涤后溶液用无水硫酸镁干燥并过滤取滤液，在40～50℃，1～2kpa静置8～10h，制备而成。
14.作为优化，步骤(2)所述复合纳米颗粒的制备方法为：将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、无水乙醇按质量比1：6～1：10混合均匀后，在10～30℃，200～300r/min搅拌条件下，以0.1～0.2ml/s滴定到钛酸四丁酯质量30～40倍的去离子水中，滴定结束后继续搅拌30～40min，放入以聚四氟乙烯为内衬反应釜中，在50～60℃反应6～8h，冷却后过滤，并用纯水和无水乙醇各洗涤3～5次，在60～70℃干燥8～10h，制备而成。
15.作为优化，步骤(3)所述植物油为花生油、豆油、亚麻油、蓖麻油、菜子油、橄榄油和棕榈油中的一种或几种混合。
16.作为优化，步骤(3)所述失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚的型号为tween-80。
17.作为优化，步骤(3)所述防锈剂为三乙醇胺硼酸酯。
18.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
19.本发明在制备的具有防锈效果的金属加工冷却液时，将3,5-二羟基苯甲酸和辛基缩水甘油醚进行反应，再和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚进行聚合，最后和乙二酸反应制得端羧基超支化聚醚，将钛酸四丁酯和正硅酸乙酯水解聚合反应制得复合纳米颗粒，将端羧基超支化聚醚和复合纳米颗粒反应制得改性复合纳米颗粒，将植物油、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚甘油、防锈剂、改性复合纳米颗粒和水混合均匀制得具有防锈效果的金属加工冷却液。
20.首先，本发明所用原料植物油、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚甘油、防锈剂、改性复合纳米颗粒和水，使用时天然绿色环保无毒害，较安全，制备过程简单，易于规模化生产。
21.其次，将端羧基超支化聚醚和复合纳米颗粒反应制得改性复合纳米颗粒，端羧基超支化聚醚可以使复合纳米颗粒均匀分散在体系中不易团聚，并能结合在金属工件上，在使用时，复合纳米颗粒受力与端羧基超支化聚醚脱落，在金属界面之间滑动摩擦力转化为复合纳米颗粒与金属界面之间的滚动摩擦力，从而提高了具有防锈效果的金属加工冷却液的润滑性能，并且端羧基超支化聚醚连接在金属表面，端羧基超支化聚醚的支化间隙易负载保护防锈剂，从而提高了具有防锈效果的金属加工冷却液的防锈性能。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制备的具有防锈效果的金属加工冷却液的各指标测试方法如下：
24.润滑性能：将各实施例所得的具有防锈效果的金属加工冷却液与对比例材料取相同质量，将相同型号的高温金属浸没表面冷却至常温，进行相同的摩擦试验测试摩擦力。
25.防锈性能：将各实施例所得的具有防锈效果的金属加工冷却液与对比例材料取相同质量，将相同型号的高温金属浸没表面冷却至常温，取出后真空干燥称重，再置于相同湿度的潮湿空气中相同时间，取出后再次真空干燥称重，记录增重量。
26.实施例1
27.一种具有防锈效果的金属加工冷却液，按重量份数计，主要包括：10份将植物油，4份失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，1份聚乙二醇，1份聚甘油，4份防锈剂，5份改性复合纳米颗粒和8份纯水。
28.一种具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法，所述具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法主要包括以下制备步骤：
29.(1)将3,5-二羟基苯甲酸、辛基缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比9：10：1：24混合均匀，在氮气氛围中，80℃，800r/min搅拌6h，在40℃，1kpa静置10h，再加入3,5-二羟基苯甲酸质量3倍的乙酸乙酯，依次用质量分数5％的碳酸氢钠溶液、质量分数15％氯化钠溶液溶液和去离子水各洗涤3次，将洗涤后溶液用无水硫酸镁干燥并过滤取滤液，在40℃，1kpa静置10h，制得聚醚单体，将三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比10：1：12混合均匀，再加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.26倍的聚醚单体，在氮气氛围中，80℃，800r/min搅拌反应3h，再加入质量分数三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.2倍的乙二酸，继续搅拌反应60min，在用70℃的纯水和0℃的乙醚各洗涤5次，并在40℃，1kpa静置10h，得到端羧基超支化聚醚；
30.(2)将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、无水乙醇按质量比1：6混合均匀后，在10℃，200r/min搅拌条件下，以0.1ml/s滴定到钛酸四丁酯质量30倍的去离子水中，滴定结束后继续搅拌30min，放入以聚四氟乙烯为内衬反应釜中，在50℃反应8h，冷却后过滤，并用纯水和无水乙醇各洗涤3次，在60℃干燥10h，制得复合纳米颗粒；将端羧基超支化聚醚和水按质量比1：3混合均匀，再加入端羧基超支化聚醚质量0.5倍的复合纳米颗粒，在50℃，800r/min搅拌反应4h，过滤并依次用纯水和无水乙醇各洗涤3次，在-10℃，5pa干燥10h，制得改性复合纳米颗粒；
31.(3)将植物油、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚甘油、防锈剂、改性复合纳米颗粒和水按质量比10：4：1：1：4：5：8混合均匀，制得具有防锈效果的金属加工冷却液。
32.实施例2
33.一种具有防锈效果的金属加工冷却液，按重量份数计，主要包括：11份将植物油，
4.5份失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，1.5份聚乙二醇，1.5份聚甘油，4.5份防锈剂，6份改性复合纳米颗粒和9份纯水。
34.一种具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法，所述具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法主要包括以下制备步骤：
35.(1)将3,5-二羟基苯甲酸、辛基缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比9.5：10.5：1：26混合均匀，在氮气氛围中，85℃，900r/min搅拌5.5h，在45℃，1.5kpa静置9h，再加入3,5-二羟基苯甲酸质量4倍的乙酸乙酯，依次用质量分数5.5％的碳酸氢钠溶液、质量分数18％氯化钠溶液溶液和去离子水各洗涤4次，将洗涤后溶液用无水硫酸镁干燥并过滤取滤液，在45℃，1.5kpa静置9h，制得聚醚单体，将三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比15：1：18混合均匀，再加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.28倍的聚醚单体，在氮气氛围中，85℃，900r/min搅拌反应2.5h，再加入质量分数三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.25倍的乙二酸，继续搅拌反应50min，在用75℃的纯水和5℃的乙醚各洗涤4次，并在45℃，1.5kpa静置9h，得到端羧基超支化聚醚；
36.(2)将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、无水乙醇按质量比1：8混合均匀后，在20℃，250r/min搅拌条件下，以0.15ml/s滴定到钛酸四丁酯质量35倍的去离子水中，滴定结束后继续搅拌35min，放入以聚四氟乙烯为内衬反应釜中，在55℃反应7h，冷却后过滤，并用纯水和无水乙醇各洗涤4次，在65℃干燥9h，制得复合纳米颗粒；将端羧基超支化聚醚和水按质量比1：3.5混合均匀，再加入端羧基超支化聚醚质量0.65倍的复合纳米颗粒，在55℃，900r/min搅拌反应3.5h，过滤并依次用纯水和无水乙醇各洗涤4次，在-5℃，6pa干燥9h，制得改性复合纳米颗粒；
37.(3)将植物油、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚甘油、防锈剂、改性复合纳米颗粒和水按质量比11：4.5：1.5：1.5：4.5：6：9混合均匀，制得具有防锈效果的金属加工冷却液。
38.实施例3
39.一种具有防锈效果的金属加工冷却液，按重量份数计，主要包括：12份将植物油，5份失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，2份聚乙二醇，2份聚甘油，5份防锈剂，7份改性复合纳米颗粒和10份纯水。
40.一种具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法，所述具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法主要包括以下制备步骤：
41.(1)将3,5-二羟基苯甲酸、辛基缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比10：11：1：28混合均匀，在氮气氛围中，90℃，1000r/min搅拌5h，在50℃，2kpa静置8h，再加入3,5-二羟基苯甲酸质量5倍的乙酸乙酯，依次用质量分数6％的碳酸氢钠溶液、质量分数20％氯化钠溶液溶液和去离子水各洗涤3次，将洗涤后溶液用无水硫酸镁干燥并过滤取滤液，在50℃，2kpa静置8h，制得聚醚单体，将三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比20：1：25混合均匀，再加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.3倍的聚醚单体，在氮气氛围中，90℃，1000r/min搅拌反应2h，再加入质量分数三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.3倍的乙二酸，继续搅拌反应60min，在用80℃的纯水和10℃的乙醚各洗涤5次，并在50℃，2kpa静置8h，得到端羧基超支化聚醚；
42.(2)将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、无水乙醇按质量比1：10混合均匀后，在30℃，
300r/min搅拌条件下，以0.2ml/s滴定到钛酸四丁酯质量40倍的去离子水中，滴定结束后继续搅拌30min，放入以聚四氟乙烯为内衬反应釜中，在60℃反应6h，冷却后过滤，并用纯水和无水乙醇各洗涤5次，在70℃干燥8h，制得复合纳米颗粒；将端羧基超支化聚醚和水按质量比1：4混合均匀，再加入端羧基超支化聚醚质量0.8倍的复合纳米颗粒，在60℃，1000r/min搅拌反应3h，过滤并依次用纯水和无水乙醇各洗涤5次，在-1℃，10pa干燥8h，制得改性复合纳米颗粒；
43.(3)将植物油、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚甘油、防锈剂、改性复合纳米颗粒和水按质量比12：5：2：2：5：7：10混合均匀，制得具有防锈效果的金属加工冷却液。
44.对比例1
45.一种具有防锈效果的金属加工冷却液，按重量份数计，主要包括：11份将植物油，4.5份失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，1.5份聚乙二醇，1.5份聚甘油，4.5份防锈剂，6份复合纳米颗粒和9份纯水。
46.一种具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法，所述具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法主要包括以下制备步骤：
47.(1)将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、无水乙醇按质量比1：8混合均匀后，在20℃，250r/min搅拌条件下，以0.15ml/s滴定到钛酸四丁酯质量35倍的去离子水中，滴定结束后继续搅拌35min，放入以聚四氟乙烯为内衬反应釜中，在55℃反应7h，冷却后过滤，并用纯水和无水乙醇各洗涤4次，在65℃干燥9h，制得复合纳米颗粒；
48.(2)将植物油、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚甘油、防锈剂、复合纳米颗粒和水按质量比11：4.5：1.5：1.5：4.5：6：9混合均匀，制得具有防锈效果的金属加工冷却液。
49.对比例2
50.一种具有防锈效果的金属加工冷却液，按重量份数计，主要包括：11份将植物油，4.5份失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，1.5份聚乙二醇，1.5份聚甘油，4.5份防锈剂，6份端羧基超支化聚醚和9份纯水。
51.一种具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法，所述具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法主要包括以下制备步骤：
52.(1)将3,5-二羟基苯甲酸、辛基缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比9.5：10.5：1：26混合均匀，在氮气氛围中，85℃，900r/min搅拌5.5h，在45℃，1.5kpa静置9h，再加入3,5-二羟基苯甲酸质量4倍的乙酸乙酯，依次用质量分数5.5％的碳酸氢钠溶液、质量分数18％氯化钠溶液溶液和去离子水各洗涤4次，将洗涤后溶液用无水硫酸镁干燥并过滤取滤液，在45℃，1.5kpa静置9h，制得聚醚单体，将三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四丁基溴化铵和n,n-二甲基甲酰胺按质量比15：1：18混合均匀，再加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.28倍的聚醚单体，在氮气氛围中，85℃，900r/min搅拌反应2.5h，再加入质量分数三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量0.25倍的乙二酸，继续搅拌反应50min，在用75℃的纯水和5℃的乙醚各洗涤4次，并在45℃，1.5kpa静置9h，得到端羧基超支化聚醚；
53.(3)将植物油、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚甘油、防锈剂、端羧基超支化聚醚和水按质量比11：4.5：1.5：1.5：4.5：6：9混合均匀，制得具有防锈效果的金属
加工冷却液。
54.对比例3
55.一种具有防锈效果的金属加工冷却液，按重量份数计，主要包括：11份将植物油，4.5份失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，1.5份聚乙二醇，1.5份聚甘油，4.5份防锈剂和9份纯水。
56.一种具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法，所述具有防锈效果的金属加工冷却液的制备方法主要包括以下制备步骤：
57.(1)将植物油、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚甘油、防锈剂和水按质量比11：4.5：1.5：1.5：4.5：9混合均匀，制得具有防锈效果的金属加工冷却液。
58.效果例
59.下表1给出了采用本发明实施例1～3与对比例1～3的具有防锈效果的金属加工冷却液的润滑性能和防锈性能的性能分析结果。
60.表1
[0061][0062]
从表1中实施例1～3和对比列1～3的实验数据可发现，本发明制得的具有防锈效果的金属加工冷却液具有良好的润滑性能和防锈性能。
[0063]
从实施例1、2、3和对比列1的实验数据比较可发现，实施例1、2、3对比对比例1的摩擦力低，说明了将端羧基超支化聚醚和复合纳米颗粒反应制得改性复合纳米颗粒，改性复合，可以使改性复合纳米颗粒分散在体系中，并随金属加工过程中受力脱落，在界面间产生滚动作用，从而提高了具有防锈效果的金属加工冷却液的润滑性能；从实施例1、2、3和对比列1的实验数据比较可发现，实施例1、2、3对比对比例1的摩擦力和增重量低，说明了端羧基超支化聚醚能和复合纳米颗粒结合并使复合纳米颗粒分散不团聚，并结合在金属部件上，从而提高了具有防锈效果的金属加工冷却液的润滑性能，同时端羧基超支化聚醚链接在金属部件上，支化间隙对防锈剂具有良好的保护，负载小伙，从而提高了具有防锈效果的金属加工冷却液的防锈性能。
[0064]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。