本發(fā)明屬于潤滑油技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高含油量、高抗摩性能的環(huán)保水性半合成切削液及其制備方法。
背景技術(shù)：
水性半合成切削液是目前金屬切削加工行業(yè)使用量較大的一種水基切削液，由于兼有良好的潤滑性、冷卻性、清洗性和防銹性，在各種切削加工工藝中得到了廣泛應用。由于目前的水基潤滑液摩擦學性能差，因此研究性能優(yōu)良的水溶性潤滑添加劑是提高水基潤滑液摩擦性能的關(guān)鍵。在日益嚴峻的環(huán)境污染下，開發(fā)環(huán)境友好的半合成切削液具有重要的意義。
大多耐磨半合成切削液主要以s、p、cl系列極壓抗磨劑進行研究，但近年來，在歐盟，很多國家均為金屬加工液環(huán)保標簽制定了標準，包括德國的“藍天使”標記、瑞士的ss155434標準、荷蘭的vamil條例，英國也在制定更加嚴格的限制工作場所金屬加工油霧的健康和安全規(guī)范，以引導金屬加工液產(chǎn)品的供應和需求對環(huán)境的影響能夠逐漸減小。因此，開發(fā)穩(wěn)定性能水溶性潤滑添加劑的半合成切削液具有特別重要的意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高含油量、高抗摩性能的環(huán)保水性半合成切削液，該切削液具有高含油量、高抗磨性。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種高含油量、高抗摩性能的環(huán)保水性半合成切削液的制備方法，以制得含油量和抗磨性能優(yōu)異的切削液。
為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
提供一種高含油量、高抗摩性能的環(huán)保水性半合成切削液，包括環(huán)烷基基礎(chǔ)油以及分散于所述環(huán)烷基基礎(chǔ)油中的抗磨劑，所述抗磨劑為配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o。本發(fā)明的配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o屬于多核磷酸鉬的2d配合物，將其用作極壓潤滑劑、抗磨劑，分散于環(huán)烷基基礎(chǔ)油中制得高含油量的環(huán)保水性半合成切削液，極大地提高了該切削液的極壓性和潤滑性，有效降低金屬切削加工過程中的摩擦系數(shù)、減少刀具的磨損。
所述配合物的原子結(jié)構(gòu)如式(i)：
本發(fā)明的切削液采用上述結(jié)構(gòu)的配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3]-[cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o作為抗磨劑，可以進一步提高該切削液的抗磨性能，降低金屬切削加工過程中的摩擦系數(shù)。
作為本發(fā)明的切削液的優(yōu)選方案，所述配合物由過渡金屬cd2+、氧化鉬、磷酸、1,3-二三氮唑丙烷、α-丙氨酸和水配位合成，具體地，是通過水熱法配位合成。
優(yōu)選地，所述過渡金屬cd2+源自二水合醋酸鎘；
優(yōu)選地，所述二水合醋酸鎘、所述氧化鉬、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爾比為10:5:9:5:6:50。
按摩爾比將所述二水合醋酸鎘、所述氧化鉬、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應釜中，在40～50℃(例如41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃或49℃)攪拌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℃)的烘箱內(nèi)恒溫反應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)的速率降溫至28～35℃(例如29℃、30℃、31℃、32℃、33℃或34℃)，制得所述配合物。
按重量份計，本發(fā)明的切削液包括以下組分：
環(huán)烷基基礎(chǔ)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；
環(huán)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；
抗磨劑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；
乳化劑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；
乳化穩(wěn)定劑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穩(wěn)定劑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；
二環(huán)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；
防銹劑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；
消泡劑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；
耦合劑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；
銅緩蝕劑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；
鋁緩蝕劑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。
與現(xiàn)有技術(shù)中的采用聚合脂為抗磨劑的切削液相比，本發(fā)明采用配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o作為抗磨劑，在配合物與聚合脂等添加量的情況下，本發(fā)明的切削液的潤滑性明顯高于現(xiàn)有的切削液，且具有現(xiàn)有技術(shù)的切削液無法比擬的抗摩擦性能。
本發(fā)明通過對切削液中各原料組分的含量進行優(yōu)化，可制得含油量高、抗磨性能優(yōu)良的環(huán)保水性半合成切削液。
作為本發(fā)明的切削液的優(yōu)選方案，所述乳化劑為妥爾油酸酯和span80的混合物，所述妥爾油酸酯和所述span80的質(zhì)量比為1:1～1:2，例如1:1、1:1.2、1:1.5或1:2；其中，妥爾油酸酯與span80復配之后作為切削液的乳化劑，可產(chǎn)生協(xié)同作用，進一步提高切削液的穩(wěn)定性。
或者，所述乳化劑為span80和tween60的混合物，所述span80和所述tween60的質(zhì)量比為1:1～1:2，例如1:1或1:2；同樣地，span80與tween60復配之后作為切削液的乳化劑，也可產(chǎn)生協(xié)同作用，進一步提高切削液的穩(wěn)定性。
作為本發(fā)明的切削液的優(yōu)選方案，所述乳化穩(wěn)定劑選自peg-2000、烷氧基化脂肪醇和脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一種或者至少兩種的混合物；本發(fā)明的乳化穩(wěn)定劑相當于乳化助劑，可進一步提高切削液的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的乳化劑和乳化穩(wěn)定劑均為對人體和環(huán)境無毒、無害的環(huán)保化合物，使用過程中不會出現(xiàn)過敏等人體不適的狀況。
作為本發(fā)明的切削液的優(yōu)選方案，所述ph穩(wěn)定劑選自三乙醇胺、單異丙醇胺、n-甲基二乙醇胺中的任意一種或者至少兩種的混合物；ph穩(wěn)定劑用以使切削液的ph值保持穩(wěn)定，避免切削液的工作性能因ph值的變化而受到影響。
優(yōu)選地，所述銅緩蝕劑為甲基苯駢三氮唑和/或苯駢三氮唑，優(yōu)選為甲基苯駢三氮唑；其中，甲基苯駢三氮唑簡稱tta，分子式為c7h7n3，加入切削液中用于金屬切削加工，可對有色金屬銅、銅合金以及黑色金屬其緩蝕作用，其緩蝕機理為：銅緩蝕劑tta吸附在金屬表面形成一層很薄的膜，保護銅及其它金屬免受大氣及水中有害介質(zhì)的腐蝕；
優(yōu)選地，所述鋁緩蝕劑包括含硅酸鹽含磷的鋁緩蝕劑，以及非硅酸鹽非磷型的鋁緩蝕劑；其中，含硅酸鹽含磷的鋁緩蝕劑簡稱含硅含磷型鋁緩蝕劑，例如硅酸鹽、偏硅酸鹽、磷酸酯，會對環(huán)境產(chǎn)生危害，而非硅酸鹽非磷型鋁緩蝕劑簡稱非硅非磷型鋁緩蝕劑(以下統(tǒng)稱非硅非磷型鋁緩蝕劑)，由于其不含硅酸鹽、磷等物質(zhì)，對環(huán)境友好，因此，本發(fā)明的鋁緩蝕劑優(yōu)選為非硅非磷型鋁緩蝕劑，進一步優(yōu)選為陶氏化學的非硅非磷型鋁緩蝕劑corrguardsi，corrguardsi是一種多功能銹蝕抑制劑，加入本發(fā)明的切削液中，可以使切削液即使處在硬水中也具有良好的穩(wěn)定性。
優(yōu)選地，所述防銹劑為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質(zhì)量比優(yōu)選為1～3:1～2，例如1:1、1:2、2:1、3:1或3:2，進一步優(yōu)選為2:1；將質(zhì)量比為2:1的三元聚羧酸和月桂二酸用作防銹劑，可以在金屬表面吸附一層穩(wěn)定而緊密的緩蝕劑分子膜層，有效抑制腐蝕介質(zhì)的滲透，從而使切削液具有良好的防銹效果。
優(yōu)選地，所述消泡劑為非硅型消泡劑，優(yōu)選為聚醚類消泡劑；聚醚類消泡劑無毒、無氣味、無刺激，而且在水中易分散，消泡效果好。本發(fā)明的消泡劑優(yōu)選為basf的聚醚l61，為聚氧乙烯和聚氧丙烯的嵌段聚合物，是一種環(huán)保型的非離子型表面活性劑。
本發(fā)明所使用的鋁緩蝕劑、銅緩蝕劑和消泡劑均為不含硅酸鹽、不含磷的物質(zhì)，不含殺菌防腐劑，導致環(huán)烷基基礎(chǔ)油發(fā)生腐敗，具有良好的環(huán)保性能。
優(yōu)選地，所述耦合劑選自二甘醇、異己二醇和異構(gòu)十三醇中的任意一種或者至少兩種的混合物。
本發(fā)明的切削液抗菌性極強，乳化穩(wěn)定性高，顆粒小，無泡沫傾向，軟硬水均適用，而且切削液的使用壽命長。
本發(fā)明所述的“包括”，意指其除所述組分外，還可以包括其它組分，這些其它組分所賦予切削液不同的特性。除此之外，本發(fā)明所述的“包括”，還可以替換為封閉式的“為”或“由……組成”。
另外，本發(fā)明還提供一種高含油量、高抗摩性能的環(huán)保水性半合成切削液的制備方法，該制備方法中，至少提供所述環(huán)烷基基礎(chǔ)油，將所述配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o分散于所述環(huán)烷基基礎(chǔ)油中，制得高含油量、抗摩性能的環(huán)保水性半合成切削液。
所述高含油量、抗摩性能的環(huán)保水性半合成切削液的制備方法包括以下步驟：
(1)、將環(huán)烷基基礎(chǔ)油、環(huán)氧脂肪酸甲酯和二環(huán)己胺的混合物在常溫常壓下攪拌均勻，制得混合物a；
(2)、將ph穩(wěn)定劑、防銹劑、配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)-(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o和水混合均勻，在30～50℃(例如31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、40℃、42℃、45℃或48℃)下攪拌混合10～60min(例如12min、15min、18min、20min、25min、30min、35min、40min或45min)，制得混合物b；
(3)、將乳化劑、乳化穩(wěn)定劑和消泡劑在常溫常壓下攪拌均勻，制得混合物c；
(4)、將所述混合物a、所述混合物b、所述混合物c加入反應釜中，然后加入銅緩蝕劑和鋁緩蝕劑，混合均勻后再加入耦合劑，在30～60℃(例如31℃、33℃、35℃、38℃、40℃、42℃、45℃、48℃、50℃、55℃或58℃)攪拌25～60min(28min、30min、32min、35min、38min、40min、45min、50min或55min)，即可制得高含油量、抗摩性能的環(huán)保水性半合成切削液。
本發(fā)明通過上述方法可以制得含油量高、高抗磨性能良好的環(huán)保水性半合成切削液。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過采用配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o用作切削液的抗磨劑，該配合物分散于環(huán)烷基基礎(chǔ)油中，使制得的環(huán)保水性半合成切削液具有高含油量和高抗磨性能，極大地提高了該切削液的極壓性和潤滑性，有效降低金屬切削加工過程中的摩擦系數(shù)、減少刀具的磨損。
具體實施方式
下面通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可市售購得，或根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法制備得到。
實施例1
配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o的制備：
將1mol二水合醋酸鎘、0.5mol氧化鉬、0.9molα-丙氨酸、0.5mol1,3-二三氮唑丙烷、0.6mol磷酸和5mol水加入反應釜中混合，在40℃下攪拌反應45min后，放入烘箱內(nèi)恒溫125℃反應65h，以6℃/h的速率降溫至35℃，得到該配合物。
切削液的制備方法如下：
其中，切削液的各組分及重量份為：
按上述重量份將環(huán)烷基基礎(chǔ)油、環(huán)氧脂肪酸甲酯與二環(huán)己胺的混合物在常溫常壓下攪拌混合均勻得混合物a；將三乙醇胺與單異丙醇胺、三元聚羧酸與月桂二酸、抗磨劑[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o混合物與水在30℃下攪拌混合20min得混合物b；將質(zhì)量比為1:1的span80和tween60、脂肪醇聚氧乙烯醚、非硅消泡劑l61在常溫常壓下攪拌均勻得混合物c；將a、b、c三混合物加入反應釜中，并加入苯并三氮唑、非硅非磷鋁緩蝕劑和異己二醇，在30℃下攪拌混合25min得呈黃色透明澄清液體，即產(chǎn)品。
實施例2
配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o的制備：
將1mol二水合醋酸鎘、0.5mol氧化鉬、0.9molα-丙氨酸、0.5mol1,3-二三氮唑丙烷、0.6mol磷酸和5mol水加入反應釜中混合，在50℃下攪拌反應25min后，放入烘箱內(nèi)恒溫115℃反應80h，以3.5℃/h的速率降溫至28℃，得到該配合物。
切削液的制備方法如下：
其中，切削液的各組分及重量份為：
按上述重量份將環(huán)烷基基礎(chǔ)油、環(huán)氧脂肪酸甲酯與二環(huán)己胺的混合物在常溫常壓下攪拌混合均勻得混合物a；將三乙醇胺與n-甲基二乙醇胺、三元聚羧酸與月桂二酸、抗磨劑[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o混合物與水在40℃下攪拌混合15min得混合物b；將質(zhì)量比為1:1.5的妥爾油酸酯和span80、烷氧基化脂肪醇、非硅消泡劑l61常溫常壓下攪拌均勻得混合物c；將a、b、c三混合物加入反應釜中，并加入苯并三氮唑、非硅非磷鋁緩蝕劑和異己二醇，在60℃下攪拌混合30min得呈黃色透明澄清液體，即產(chǎn)品。
實施例3
配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o的制備：
將1mol二水合醋酸鎘、0.5mol氧化鉬、0.9molα-丙氨酸、0.5mol1,3-二三氮唑丙烷、0.6mol磷酸和5mol水加入反應釜中混合，在45℃下攪拌反應30min后，放入烘箱內(nèi)恒溫120℃反應72h，以5℃/h的速率降溫至30℃，得到該配合物。
切削液的制備方法如下：
其中，切削液的各組分及重量份為：
按上述重量份將環(huán)烷基基礎(chǔ)油、環(huán)氧脂肪酸甲酯與二環(huán)己胺的混合物在常溫常壓下攪拌混合均勻得混合物a；將單異丙醇胺與n-甲基二乙醇、三元聚羧酸與月桂二酸、抗磨劑[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o混合物與水在50℃下攪拌混合10min得混合物b；將質(zhì)量比為1:2的妥爾油酸酯和span80、peg-2000、非硅消泡劑l61常溫常壓下攪拌均勻得混合物c；將a、b、c三混合物加入反應釜中，并加入苯并三氮唑、非硅非磷鋁緩蝕劑和異己二醇，在40℃溫度下攪拌混合25min得呈黃色透明澄清液體，即產(chǎn)品。
對比例1
本實施例中，將實施例3中的抗磨劑[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6(oh)3]·2h2o替換為聚合酯gy-25潤滑添加劑，其他均與實施例3一致，制得切削液樣品。
對比例2
本實施例除了不加抗磨劑外，其他均與實施例3一致，制得切削液樣品。
性能測試：
按相應的測試方法對實施例1～3及對比例1～2的切削液樣品的性能進行測試，測試結(jié)果見表1。
表1
由上述檢測結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明的制備方法制得的切削液樣品的理化性能均良好。其中，實施例1～3的切削液樣品的抗磨極壓性能均大于62n，為采用聚合酯gy-25潤滑添加劑所制得的切削液樣品的抗磨極壓性能的1.3倍以上，是切削液中不添加任何抗磨劑時的抗磨性能的2.7倍以上；實施例1～3的切削液樣品的最大無卡咬負荷均高于對比例2的不加抗磨劑或者對比例1的添加聚合酯抗磨劑時的切削液的最大無卡咬負荷均；實施例1～3的切削液樣品的表面張力低至0.023n/m，低于對比例1～2的切削液樣品。
綜上所述，采用配合物[cd2.5(btp)2(h2o)3][cd0.5(po4)(hpo4)3(moo2)6-(oh)3]·2h2o用作抗磨劑可以極大地提高切削液的抗磨性能和潤滑性能，此外本發(fā)明的環(huán)保水性半合成切削液具有高含油量，不需添加其他殺菌防腐劑、不含硅酸鹽、磷等物質(zhì)，具有良好的環(huán)保性能。
本發(fā)明的高含油量、高抗磨性能的環(huán)保水性半合成切削液適用于所有金屬材料的加工領(lǐng)域，而且該產(chǎn)品清洗性能良好，可再生、對人體無害，符合國家環(huán)保條例中相關(guān)要求并已通過sgs和msds認證。
以上實施例僅用來說明本發(fā)明的詳細方法，本發(fā)明并不局限于上述詳細方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細方法才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。