专利名称：：一种水系蜡基润滑剂及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种水系蜡基润滑剂及其制备方法，特别是金属加工用水系蜡基润滑剂及其制备方法，适用于不锈钢等高硬度合金钢、黑色金属、有色金属材料的压延、拉拔、深拉、弯曲、冲裁、切削、磨削等加工工艺润滑。金属加工工艺中，润滑剂能在模具与工件之间形成牢固、坚韧的润滑膜，达到减轻摩擦的目的。从而改善金属制品的表面质量，减少模具的磨损，防止咬死、热胶着的现象发生。随着金属加工工艺向高速化、连续化、自动化发展，水系润滑剂以其良好的冷却性、脱脂性而被广泛应用。水系润滑剂一般由基础矿物油、油性剂、极压剂、无机固体填料、表面活性剂与水组成。由于能源和环保问题，矿物油、无机填料增加脱脂工序的负荷，矿物油、无机填料尽量避免使用，极压剂中的传统元素磷、硫、氯要求不用或少用。近年来，含氮、硼元素的润滑添加剂受到重视，US5130036提出一种亚磷酸、硼酸与烷基醇胺的反应物，可作为金属加工用乳化油添加剂，代替氯化石蜡添加剂应用于极压操作的金属加工润滑。US5132046提出一种羧酸、有机磷酸酯、醇胺、硼酸或有机硼化物的组合物，应用于金属加工功能液的防腐抗氧、抗微生物剂。但此两篇专利中的润滑剂均含有元素磷，使用中污染环境，不利于环保。金属加工工艺中，金属坯料在模具作用下，产生塑性变形，要求润滑剂有良好的塑性润滑性，蜡类材料兼具固体添加剂的作用，其长链非极性基团可以提供塑性润滑膜，适合金属加工工艺润滑。JP6-299180提出一种塑性加工水系固体润滑剂，由α-烯烃高分子合成蜡、马来酸单酯、马来酸单酯盐的三元共聚物为润滑基础材料，辅以防锈剂，用非离子表面活性剂乳化在水中制得。应用于金属薄板压延工艺润滑。CN1065288提出一种不含矿物油的水系润滑剂，组成中含水、氧化聚乙烯蜡和HLB值＞8的乳化剂，配有烷基磷酸酯和／或亚磷酸酯极压剂及其它助剂。应用于镀黄铜钢丝的高速拉拔工艺润滑。上述二种润滑剂共同的特点是组成中不含矿物油和无机填料、以蜡类材料为润滑基础材料的水系润滑剂。前者工艺复杂，为确保润滑性、防锈性、脱脂性、焊接性，在常温～60℃干燥后，进行金属加工。后者的极压剂采用磷系添加剂，不利于环保。本发明的目的是提出一种以合成脂肪酰胺蜡为润滑基础材料，有机硼酸酯为减摩、抗磨剂的水系润滑剂及其制备方法。组成中不含矿物油、无机填料和磷系、硫系、氯系极压添加剂，以液体形式直接使用，有机硼酸酯兼具水溶性和与合成脂肪酰胺蜡互溶性，使润滑膜均匀，提高减摩、抗磨效果，并且减少污染。以下是本发明的详细说明本发明的水系蜡基润滑剂的组成是(重量百分比)(A)合成脂肪酰胺蜡3～55(B)有机硼酸酯1～30(C)表面活性剂0．5～15(D)水余量其最佳组成为(重量百分比)(A)合成脂肪酰胺蜡5～40(B)有机硼酸酯3～15(C)表面活性剂3～10(D)水余量其中组分(A)合成脂肪酰胺蜡，是本发明的水系蜡基润滑剂的润滑基础材料，兼具固体添加剂的作用，其长链非极性基团可以提供塑性润滑性，增加润滑膜的坚韧性，酰胺基团与金属有良好的附着性，提高润滑膜强度。合成脂肪酰胺蜡是由合成或天然脂肪酸、含氧蜡中的一种或一种以上的混合物与有机胺酰胺化制得。所用的脂肪酸及含氧蜡常温下呈固体状态，它们包括月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、氢化蓖麻酸、氧化石蜡、氧化微晶蜡、氧化聚乙烯蜡、酸化蒙旦蜡。最好是硬脂酸、氧化石蜡、氧化微晶蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或一种以上的混合物。氧化石蜡酸值最好≥25mgKOH／g。氧化微晶蜡酸值最好≥20mgKOH／g。氧化聚乙烯蜡酸值最好≥10mgKOH／g。所用的有机胺是一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、十二胺、十四胺、十六胺、十八胺等。最好是一乙醇胺、二乙醇胺、十二胺、十四胺、十六胺、十八胺等有机胺中的一种或一种以上的混合物。脂肪酸和／或含氧蜡与有机胺的重量比，可以根据以脂肪酸和／或含氧蜡的酸值计算，以完全酰胺化为准。组分(B)有机硼酸酯，起减摩、抗磨剂作用，兼具水溶性和与合成脂肪酰胺蜡互溶性，使润滑膜均匀，是由硼酸与多元醇酯化制得。所用的多元醇可以是乙二醇、丙三醇、二乙二醇、三乙二醇、季戊四醇、木糖醇、山梨糖醇。最好是二乙二醇、三乙二醇中的一种或一种以上的混合物硼酸与多元醇的摩尔比最好为1．0∶1．0～1．25。组分(C)表面活性剂，是非离子表面活性剂，起乳化、润湿作用，最好是C11～C18脂肪醇聚氧乙烯醚类(平平加系列)表面活性剂。组分(D)水，可以是硬水、软水。另外在润滑剂组成中还可以加入水溶性缓蚀剂，它们是常用的缓蚀剂，例如苯甲酸钠、苯甲酸三乙醇胺、1-羟基苯骈三氮唑、巯基三氮唑等，添加量一般为0～4％，最好为1～3％，但不是必需的。本发明的水系蜡基润滑剂的制备方法是将脂肪酸和／或含氧蜡与有机胺在加热条件下，与120～220℃温度下，反应0．5～6hr，得合成脂肪酰胺蜡(A)，将硼酸与多元醇在加热条件下，与120～180℃温度下，反应0．5～4hr，得有机硼酸酯(B)，将(A)和(B)于120～150℃温度下，充分搅拌混合0．5～1．5hr，然后加入表面活性剂及80～95℃热水，于70～90℃温度下，乳化反应0．5～3hr后，降至室温，得细腻乳状液即可。本发明的水系蜡基润滑剂以合成脂肪酰胺蜡为润滑基础材料，辅以有机硼酸酯、表面活性剂与水乳化制备的。优点在于组成中不含无机固体填料和矿物油，有机硼酸酯水溶性、与合成脂肪酰胺蜡互溶性好，使润滑吸附层均匀，提高减摩、抗磨效果，润滑剂以液体形式直接使用。适用于不锈钢等高硬度合金钢、黑色金属、有色金属材料的压延、拉拔、深拉、弯曲、冲裁、切削、磨削等加工工艺润滑。具有良好的润滑性、防锈性、脱脂性、冷却性。可提高金属制品表面质量、降低模具消耗、减轻脱脂工序负荷、提高生产效率、减少污染。以下的实施例进一步说明本发明(组成均为重量百分比)实施例1氧化石蜡∶二乙醇胺∶十二胺为1∶0．5∶0．25(重量比)的合成酰胺蜡20％硼酸∶二乙二醇为1∶1(摩尔比)的有机硼酸酯8％平平加A205％水余量实施例2氧化石蜡∶一乙醇胺∶十八胺为1∶0．75∶0．20(重量比)的合成酰胺蜡3．5％硼酸∶乙二醇为1∶1(摩尔比)的有机硼酸酯1．5％平平加A101．0％苯甲酸钠1．5％水余量实施例3氧化微晶蜡二乙醇胺为1∶0．65(重量比)的合成酰胺蜡45％硼酸∶二乙二醇∶丙三醇为1∶0．65∶0．35(摩尔比)的有机硼酸酯25％平平加A2012％水余量实施例4硬脂酸∶氧化聚乙烯蜡∶一乙醇胺为1∶0．25∶0．75(重量比)的合成酰胺蜡12％硼酸∶三乙二醇为1∶1．20(摩尔比)的有机硼酸酯10％平平加A2010％水余量实施例5氧化聚乙烯蜡∶二乙醇胺为1∶0．75(重量比)的合成酰胺蜡7％硼酸∶三乙二醇为1∶1(摩尔比)的有机硼酸酯3％平平加A203％水余量实施例6硬脂酸∶二乙醇胺为1∶0．45(重量比)的合成酰胺蜡30％硼酸∶三乙二醇为1∶1(摩尔比)的有机硼酸酯15％平平加A207％巯基三氮唑2．0％水余量以上实施例中所用氧化石蜡是以58#石蜡为原料制备的，滴点54℃，酸值35mgKOH／g；氧化微晶蜡是以75#微晶蜡为原料制备的，滴点70℃，酸值28mgKOH／g；氧化聚乙烯蜡是北京化工学院精细化工厂生产的LOPE-4型，酸值25mgKOH／g；硬脂酸为工业一级品；硼酸为工业一级品；表面活性剂、乙二醇、丙三醇、一乙醇胺、二乙醇胺为旅顺化工厂生产的工业品；三乙二醇、二乙二醇为抚顺乙烯化工厂生产的工业一级品。比较例1按JP6-299180提出的实施例6制备的润滑剂组成如下(重量百分比)C30～46α-烯烃高分子合成蜡马来酸正丁酯马来酸正丁酯钠盐为10∶7∶3(摩尔比)的三元共聚物30平平加A107去离子水余量其中C30～46α-烯烃高分子合成蜡为抚顺石油一厂生产的工业品；表面活性剂为旅顺化工厂生产的工业品；其它原料为试剂级。比较例2按CN1065288提出的实施例10制备的润滑剂组成如下(重量百分比)氧化聚乙烯蜡10复合乳化剂13．5三乙醇胺磷酸盐2．5磺化油4苯骈三唑0．5水余量注复合乳化剂为松香钠皂∶油酸钠皂∶尼纳尔∶OP-10为1∶2∶0．5∶1．5(重量比)所用氧化聚乙烯蜡是北京化工学院精细化工厂生产的LOPE-4型，酸值25mgKOH／g；磺化油为兰州石化公司生产的工业品；松香为工业一级品；乳化剂为旅顺化工厂生产的工业品；其它为试剂级。实施例1～6与比较例1～2的润滑剂按GB6144标准方法进行腐蚀试验、防锈试验，按GB3142标准方法测试最大无卡咬负荷P(B)值。评价结果列于表1。表1<tablesid="table1"num="001"><table>项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6比较例1比较例2腐蚀试验合格合格合格合格合格合格-合格防锈试验合格合格合格合格合格合格-合格最大无卡咬负荷P(B)值，N98098098010501185860800980</table></tables>比较例3是市售长春一汽集团生产的一种含机油、滑石粉的水基3#润滑脂。比较例4是常用的氯化石蜡基油性润滑剂，组成为氯化石蜡∶32N机油∶大豆油∶胶体二硫化钼20∶62∶15∶3。比较例5是市售江苏常熟市润滑剂厂生产的CZ-101高速拉丝液体润滑剂。比较例6是市售天津红岩化工厂生产的HY-3型多效乳化油。以下是按实施例制备的润滑剂实际使用效果。按实施例1制备的润滑剂应用于汽车覆盖件压延成型工艺润滑，结果列于表2。按实施例4制备的润滑剂应用于不锈钢制品的深拉成型工艺润滑，结果列于表3。按实施例5制备的润滑剂应用于不锈钢丝拉拔工艺润滑，结果列于表4。按实施例6制备的润滑剂应用于金属薄板制品压延成型工艺润滑，结果列于表5。表2<tablesid="table2"num="002"><table>项目实施例1比较例3材料08AL08AL原料厚度0．8mm0．8mm成品率，％9898防锈效果库存两个月，无锈斑库存三天，产生锈斑脱脂效果库存两个月后，脱脂性好，对磷化工艺无影响。库存三天，脱脂性差，影响磷化工艺。</table></tables>表3<tablesid="table3"num="003"><table>项目实施例4比较例4制品名称不锈钢压力锅不锈钢压力锅材料SUS3042BSUS3042B拉伸比0．520．57原料厚度1．5mm1．5mm模具修复周期，hr≮30001800脱脂条件40℃温水清洗40℃的3％洗涤剂水溶液清洗制品质量表面光滑，无划伤表面光滑，无划伤</table></tables>表4<tablesid="table4"num="004"><table>项目实施例5比较例5材料不锈钢丝不锈钢丝加工速度，m／nim900600拉拔工艺Φ2．5mm～1．3mm～0．5mmΦ2．5mm～1．3mm～0．5mm模耗，吨／块106表面质量表面光滑，无划痕表面光滑，无划痕</table></tables>表5<tablesid="table5"num="005"><table>项目实施例6比较例6制品名称汽车大灯罩汽车大灯罩材料R3钢板08AL原料厚度0．8mm0．8mm拉伸高度180mm180mm成品率，％9890防锈效果库存两个月，无锈斑库存一周，产生锈斑脱脂效果酸洗完全酸洗完全</table></tables>通过实施例与比较例的对比可以看出本发明的水系润滑剂，不仅组成中不含矿物油、无机填料和磷系、硫系、氯系极压添加剂有利于环保要求，而且具有良好的润滑性、防锈性、脱脂性和冷却性。可提高金属制品表面质量、降低模具消耗、减轻脱脂工序负荷、提高生产效率、减少污染。权利要求1．一种水系蜡基润滑剂，其组成以重量百分比计为(A)合成脂肪酰胺蜡3～55(b)有机硼酸酯1～30(C)表面活性剂0．5～15(D)水余量2．按照权利要求1所述的润滑剂，其组成以重量百分比计为(A)合成脂肪酰胺蜡5～40(B)有机硼酸酯3～15(C)表面活性剂3～10(D)水余量3．按照权利要求1或2所述的润滑剂，其中所说的合成脂肪酰胺蜡是由合成或天然脂肪酸、含氧蜡中的一种或一种以上的混合物与有机胺酰胺化制得。4．按照权利要求3所述的润滑剂，其中所说的脂肪酸及含氧蜡为月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、氢化蓖麻酸、氧化石蜡、氧化微晶蜡、氧化聚乙烯蜡、酸化蒙旦蜡。5．按照权利要求4所述的润滑剂，其中所说的脂肪酸及含氧蜡为硬脂酸、氧化石蜡、氧化微晶蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或一种以上的混合物。6．按照权利要求3所述的润滑剂，其中所说的有机胺是一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、十二胺、十四胺、十六胺、十八胺中的一种或一种以上的混合物。7．按照权利要求6所述的润滑剂，其中所说的有机胺是一乙醇胺、二乙醇胺、十二胺、十四胺、十六胺、十八胺中的一种或一种以上的混合物。8．按照权利要求1或2所述的润滑剂，其中有机硼酸酯是由硼酸与多元醇酯化制得。9．按照权利要求8所述的润滑剂，其中所说的多元醇是乙二醇、丙三醇、二乙二醇、三乙二醇、季戊四醇、木糖醇、山梨糖醇。10．按照权利要求9所述的润滑剂，其中所说的多元醇是二乙二醇、三乙二醇中的一种或一种以上的混合物。11．按照权利要求1或2所述的润滑剂，其中润滑剂组成中还可以加入水溶性缓蚀剂，其添加量为0～4％。12．按照权利要求11所述的润滑剂，其中所说的缓蚀剂为苯甲酸钠、苯甲酸三乙醇胺、1-羟基苯骈三氮唑、巯基三氮唑等，添加量为1～3％。13．按照权利要求1或2所述润滑剂的制备方法将脂肪酸和／或含氧蜡与有机胺在加热条件下，与120～220℃温度下，反应0．5～6hr，得合成脂肪酰胺蜡(A)，将硼酸与多元醇在加热条件下，与120～180℃温度下，反应0．5～4hr，得有机硼酸酯(B)，将(A)和(B)于120～150℃温度下，充分搅拌混合0．5～1．5hr，然后加入表面活性剂及80～95℃热水，于70～90℃温度下，乳化反应0．5～3hr后，降至室温，得细腻乳状液即可。全文摘要一种金属加工用水系蜡基润滑剂及其制备方法。主要以合成脂肪酰胺蜡为润滑基础材料,辅以有机硼酸酯、表面活性剂与水乳化制备的。组成中不含无机固体填料和矿物油。有机硼酸酯的水溶性、与合成脂肪酰胺蜡的互溶性好,使润滑吸附层均匀,提高减摩、抗磨效果。润滑剂具有良好的润滑性、防锈性、脱脂性、冷却性。可提高金属制品表面质量、降低模具消耗、减少污染。文档编号C10M173/00GK1289834SQ9911329公开日2001年4月4日申请日期1999年9月29日优先权日1999年9月29日发明者赵起超,时伯军,郑庆华,金惠淑,熊科伟申请人:中国石油化工集团公司,中国石油化工集团公司抚顺石油化工研究院