硕士学位论文-冷轧乳化油的解析与合成.pdf

分类号丁 单位代码 学号 辽 宁科技大学 硕 士 学 位 论 文 论文题 目冷轧乳化油的解析与合成 者李 庆 生 指导教师姓名姜 效 军 专 业 名 称应 用 化 学 二七 年三月十日 论文题 目冷轧乳化油的解析与合成 研究生姓名李庆生 指导教师姓名单位 论文提交日期答辩 日期 学位授予日期授予单位 论文评阅人单位 单位 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果 。 尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方 外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为 获得辽宁科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料,与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示了谢意 。 签 名李 庄 生 日 期 卜 了弓 “ 关于论文使用授权的说明 本人完全了解辽宁科技大学有关保留、使用学位论文的规定, 即学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅学校 可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、 缩印或其他复制手 段保存论文 。 保密的论文在解密后应遵守此规定 签 名李 庄生导 师 签 名 日期漏、石 、,。 辽宁科技大学硕士论文摘要 摘要 本文解析 了几种进 口冷轧乳化 油,调 配 了一种 新 型 的轧制 乳化 油,找 出了孚化剂 的用量与乳化液 的稳 定性及 防锈性等性 能之 间的关系,并合成 出了季戊 四醇双 月桂酸酷 。 对荷兰奎 克和 日本 出光 的冷轧乳化油的酸值 、皂化值 、粘度 、凝 点 、 乳化性等性 能指标进行测试,并对 现场 生产进行 了观 测 。利用 红外光 谱对 几种进 口乳化油 的主要成分进行 了解析 。研究得 出皂化值低 时,润滑性不 好,轧制 时增加 了轧机 负荷,浪费能源乳化油粘度过 高时,板面清净性 不好,影 响板 面 质 量凝 点 高,不 适 合 在 北 方 冬 天 使 用 。通 过 对 测试 结果 及对现场 监测,考 虑 空气 、湿度 、温度 的多种 因素,找 出 了一种更 接近 现 场 、更合 理 的测 试 防锈 性 的方 法 。 本 实验利用 高倍显微镜测 量 了冷 轧乳化 液 的粒 径 尺 寸,考 察 了乳化 剂 的用量与乳 化液 的稳定性 、防锈性之 间的关系 。提 出了除设备和搅拌 因素 外,利用乳化剂 的用量来控制乳化液粒径 的尺寸大小,进 而控制乳化液 的 稳定性和防锈性 。 利用氯化 亚锡制备 出了氧化 亚锡催化剂,用季戊 四醇 与油酸在氧化亚 锡做催化剂 的条件下合成 出了季戊四醇 四油酸醋 。 并用该催化剂,在 条件下合成 出了季戊 四醇双 月桂酸酷,用 红外光谱对其进行 了分析 。 关键词冷轧乳化油解析,乳化液粒子,乳化液稳定性,季戊四 醇双 月桂酸 酉 旨 辽宁科技大学硕士论文 即 , , , , , , 弓 厂, , , , , 一 , , 协 辽宁科技大学硕士论文 , , 辽宁科技大学硕士论文目录 目录 摘要 工 ,工 工 第一章 前言 冷 轧乳化 油 的组成及 性 能 冷轧 乳化油 的组成 冷轧乳化液 的性能及作用 , 国 内的进展 , , , , , , , , 国外 的进 展 ,二 本研 究 的意义及解 决 的 问题 第二章 理论部分 胶 团理论 , 乳化 剂 的作用 油水界面上 的吸 附层 结构 乳化液 的形成 乳化液 的稳 定因素, , 轧制润滑 理论 轧制润滑 的 目的 , 轧制润滑状态, , ,二, ,二,二 油膜 的吸 附形式 ,二 第三章实验部分 , 试剂 与药 品 , 仪 器 装 置, 操作 轧制 乳化 油 的物 理性 能测试, , 轧 制 乳 化 油 的化 学性 能测 试 轧制乳化油 的配制 乳化液 的稳 定性 实验 , 乳化液 的防锈性实验 ,酷化 反应条件 的选 择 , , , 季戊 四醇双月桂酸酷的合成 红外 光谱仪 的测 定 , 乡 辽宁科技大学硕士论文 自口口白自乙自 乳粒 显微镜观测 第 四章 实验 结果与讨论 荷兰奎克轧制乳化油 的解析 荷兰奎克轧制乳化油性能指标测试 荷兰奎克轧制乳化油的红外 图谱 日本 出光型和一型乳化轧制油的解析 比较 性 能测试 比较 红 外 图谱 的 比较 酷化条件 的选择 季戊 四醇 四油酸酷 的合成及影响因素 考察指标 正交实验优化条件 正交实验 结果分析 季戊 四醇双 月桂 酸酷 的合成及影 响 因素 月桂 酸酸值 的测 定 季戊 四醇双 月桂酸醋 的合成 季戊 四醇双 月桂酸酷的红外谱 图分析 乳化油 的配制及性 能测试 乳化 油 的配 制 , 乳化 油性 能测试 乳化剂对乳化液稳定性的影响 乳化剂对乳粒大小及均匀度 的影响 乳化剂量对乳化液粒径大小的影响 乳化 剂 的比例对乳化液粒径 大小的影响 第五章结论 , , 参考文献 致谢 附录 , , , 白口 口 三连 上 辽宁科技大学硕士论文 前言 第一章 前言 冷轧乳化油的组成及性能 冷轧乳化油 的组 成 近几年我 国各大钢铁企业纷纷 引进或改造扩 建轧制生产 线,使轧制油 的需求量急剧增加 。国内传统 的乳化型轧制油 由精制矿 物油与乳化剂 、极 压抗磨剂 、抗氧剂 、防锈 防腐蚀 剂 、杀菌剂等添 加 剂 调和 而成,。国际上 的发展新趋势是用合成 油代替石油的基础 油 。从高性能 、长寿命 的角度来 看,用合 成 油代 替 石 油 很 有 前 景 。 无乳化剂 的轧制油与水在 高速搅 拌下 能形成 乳状 液,但 这种 乳状 液很 不稳定,极 易分层,必须在油水混合体系 中加入乳化剂,形成 油水乳状液 。 乳化剂是轧制油 中 比较关键 的因素,乳化剂 的多少直接 影响乳化液 的稳定 性和润滑性 能 。乳化 剂少,稳定性 差,影 响乳化 液 的正 常工 作乳化 剂 多, 油水分离性差,影 响其冷却性 能 。 钢板轧制 油 中的极压添加剂是含硫 、磷 、氯等 元 素 的极 性化 合物, 极压抗 磨添 加 剂在 高温 、高压 下 能分 解 出活 性 元 素 与 金 属 表 面 起 化 学 反 应,生成低熔 点 、 高塑性 的金属化合物薄膜,如氯化 亚铁膜 的熔 点为、 硫化铁膜 的熔 点为、磷化铁膜 的熔 点为。它 能增加边界膜 的润滑 能力,形成具有层状 结 晶结构 的薄膜 而起 到抗 磨 、极压 作用,防止 润滑膜 的破 裂 。 油性剂是 由极性很 强 的分子 组成 。在 常温 下,吸 附在 金 属表 面上形 成边界润滑层,防止金属表面直接 接触,保 持摩擦 面 的 良好 润滑 状态 。 在轧制 油 中加入抗氧剂是用来抑制油 的氧化作用,降低 油 的氧化速 度,并防止酸性氧化物 的腐蚀作用 。油 的氧化 反应使油变稀,粘度 降低, 油膜变薄 。聚合反应造成油脂 固化容易使板带产生斑迹 。对抗氧剂 的要求 是没有腐蚀作用与油 品的组分 不发 生任 何 不 良反应不 引起 润滑 油 的 变 质油 溶 性 好稳 定 性 好,长 期 使 用 不 发 生 变 化,不 易 蒸 发 。 乳化液在长期运行情况下,有 时会生成厌氧菌等菌类 。这些细菌落到 钢板上,容易形成斑迹,也容易使乳化液酸败 。在轧制油 中或乳化液运行 过程中,加入适量 的杀菌剂,可 以有效防止细菌的产生,延长乳化液的使 用寿命 。 辽宁科技大学硕士论文 前言 冷轧乳化液 的性 能及作 用 现代化冷轧机 的轧制力 己达到数千吨,而且轧制速度越来越快 。金属 在这样高速的变形过程 中,一方面 由于金属 内部分子间的摩擦必然产生大 量 的热 能另一方面,冷轧钢板的减薄使轧辊与轧材表面发生相对运动 。 要求轧制乳化液应具有优 良的润滑性 、冷却性 、吸附性 、离水展着性 、退 火清净性 、耐腐蚀性和抗热摩擦 能力,能最大程度地发挥乳化液的润滑 和冷却作用,显著 降低轧材表面铁粉含 量,乳化 液使用 寿命 长 。 乳化液的性能 较好 的润滑性 能,可 降低 辊缝 间的摩擦 系数,从 而 降低 了轧制 力和轧 制能耗,有利于发挥轧机的最大轧制能力,从而轧制更薄的产品,获得板 形更好 、尺寸偏差更精确的带材 。冷轧一般生产带材,轧速较高,压下率 较大,形成并保持一定厚度 的润滑膜是进行有效润滑 的必要条件,要求冷 轧油膜有一定的厚度和强度 。轧制的过程是一种混合摩擦状态,即存在 着边界摩摔 、 液体摩擦和干摩擦。 在冷轧过程中上述三种摩擦形式的存在, 液体摩擦和干摩擦大部分情况只 出现在轧制开始和收尾阶段,只有边界摩 擦 出现在整个轧制过程 中 。 适当的冷却性能,可降低滚缝中带钢与轧辊的温度,有利于提高轧制 速度,发挥轧机 的最大生产能力,获得更高的经济效益 。轧制过程 中,由 于带钢 的变形和摩擦,会产生很高的热量,轧辊表面会产生温差,引起轧 辊变形 。乳化液要求 良好的冷却性 能,以保证轧辊正常工作 。冷却性与 乳化液 中颗粒大小有关,选择适合 的乳化液粒度非常必要 。 吸附性与湿润性紧密相关,而湿润性取决于表面张力的大小 。向冷轧 油中添加表面活性剂可提高湿润性 。 轧制油在使用时与水配成一的水包油乳化液,当乳化液喷射到 轧辊上时,受到温度压力 的影响,当温度超过 时,乳化液 中的水分 蒸发,带走 大量 的热 。在 这种情 况下,乳化液变 成 了油包 水 型,水分继续 蒸发,剩余 的油展着在钢板表面起 到润滑作用,即离水展着性 。它是 由油 相组分在金属表面 的吸附行为所 决定的,受到范德华 引力 、 静 电吸附力 对 离子型活性剂 、 化学吸附力 、 氢键等因素的影响,并与固体表面油对水的 置换能直接相 关,。乳化液使游 离的油能均匀地分布在轧辊和带钢表面 上,形成油膜,它通过 降低表面热传导系数起到绝热作用,从冷却的角度 辽宁科技大学硕士论文 前言 来看,希望这种效果应尽可能小,以保证轧辊和带钢得到足够的冷却从 润滑角度来看,则希望游离油多,形成较 厚的油膜来满足润滑性 的要求 。 二者应兼顾,必须控制适度 的离水 展着 性,以满 足 冷 轧 条件 下 的润 滑冷 却 性能 。轧制润滑性 的润滑效 果受离水展着性 的影响,是乳化液 中颗粒大小 的一种宏观表现 。组成 一定 时,较稳 定 的乳化 液 其 离 水展着 性 要 比不稳 定 的乳化液差,乳化液 的颗粒度越小,则越稳定 。 好 的轧制乳化液可使 带钢在 轧制后可贮存较长 时间而无需涂防锈油, 并可防止轧制设备受腐蚀而 降低 使用寿命 。 孚化液 的分类 乳化 液 的稳 定性 是 一个 极 其 重 要 的指 标,其 测 定 方 法 是 将 油 品配 成 一 定浓度 的乳化液,用 离心分离法测定两部分 的浓度,然后 以最底 下部分的 油含量对最上面部分 的油含 量 比例作为乳化液 的稳定指数 川,用表示 。 乳化液可根据乳化后 的稳定性分为稳态乳化液 、半稳态乳化液和非稳态乳 化液三类 。 稳态乳化液可在 室温 下将浓 缩 油直接加入水 中形成 稳 定 的乳化液 。稳 态乳化液具有 良好 的退火清净性,可 以不经清洗而直接 退火 。 半稳态乳化液 的润滑 性 能较稳态乳化液好,但其清 净性稍 差 。 非稳态乳化 液对钢 板和轧辊 的附着性好,可大幅度 降低摩擦系数,润 滑性特 别好,但残碳 多,退火前必须经过脱脂 。 国内的进展 国内钢板轧制 向高速化 、连续化方 向不断发展,对各种轧制油的要求 也越来越 高 。 钢板轧制早使用的冷轧润滑剂是水 。 由于水 的润滑 能力有限, 存在着严重 的锈蚀 问题,后来冷轧厂把棕搁 ,油作为轧制润滑剂 。由于 棕桐油来源匾乏,后来又用动植物 的油脂作润滑剂,油脂类具有很好的润 滑性 能 。但随着 轧机 的设计速度越来越 高,其在冷却方面存在着缺 陷,这 又促进 了乳化技术 的发展 。 在上世纪年代 的末期,武钢 从德 国引进五机 架 连轧机, 当时国内轧制油 的研制 主要是在解剖 国外轧制油 的基础上进行模仿,国内 由洛阳石化工程公司炼制研究所 、武汉钢铁公司 、石油化工科学研究院 、 武汉油脂化学厂等 单位 联合进行 轧制油 的研 制 攻 关 工作,研 制 出 了一 轧 制油 。但当轧制厚度为以下的薄板时,其润滑能力就达不到要求, 粘辊断带事故较 多 】 。目前,国 内还有 使用水基 加 工液,它 的主要成 分是 辽宁科技大学硕士论文前言 水 、表面活性剂 、防锈剂,有的加入水性极压剂和油性剂 。它的特点是冷 却性能好,减磨防锈性能差,对表面质量要求高的薄板带钢 的轧制不适合 【, 轧制油乳化液是 由水和轧制油通过搅拌后形成型乳化液 。 如果在 此体系 中加入易于吸 附在 两相界面上 的物质,特 别是表面 活性 剂,则 能形 成稳定 的乳化液 。使用不稳 定乳化液还 是稳 定性乳化液要根据 轧机 的产 品 规格,乳化液供给系统 的形式 以及后工序而定 。 赵秀琴在研 究乳化液 时提出在组份相 同的水质 中,硬度对乳化液稳定性 的影响,随水 中硬度 的 增加,稳定性下降,并且钙离子比镁离子对乳化液稳定性影响更大 。 在冷轧过程中,对金属表面具有较强吸附能力的极性化合物作为添加 剂,在一定条件下,可 以增 大 油膜 强度,改善润滑状 态,保 证边 界润滑条 件和满足轧制工艺要求 的变形区油膜承载能力 。常用 的油性添加剂多为脂 肪酸醋 。 谭建平【 ,】等通过实验提出脂肪酸的用量及分子结构,包括极性 基种类 、烃链长度 、主链和次链的大小是影响油膜粘度的主要参数 。孙建 林价 等通过实验得 出了油膜 的厚度 随运动粘度 的增大而增大 。 由于冷轧不 锈钢时轧制力大、轧制速度快 、 温度较高,因此要求轧制油具有良好的润 滑 性 、冷却性 、抗腐蚀性 、抗磨性 以及脱脂性 、无异味等一系列性能 。轧 制油的优劣直接影响到轧辊寿命 、轧机产量 、钢板板形和表面质量。 乳化液使用 的好坏还与其泡沫有关,因泡沫 内空气 的导热性 比水 的导 热性差,所 以泡沫不能过 多 。乳化液经净化可循环使用很长 时间,宝钢在 乳化液的使用过程 中,半年更换一次乳化液 。在长期使用 中,不仅要求浓 度,而且还要检测碱度,碱度不合适会 导致退火后 的带钢表 面 出现锈斑和 乳化液 的稳定性 降低 。王锦荣等提 出乳化液 的值在以上的乳化 液才有较好 的防锈性和清洗性 。张霄英等通过实验证 实 了油滴越小,液 膜越牢固,乳化液 的稳定性就越好 。但是稳定性过好 的乳化液,油水分离 性差,起不到冷却 、 润滑 的作用 。 轧制油的润滑性与清净性是对立的, 天然酷的轧制润滑性好,表面清净性稍差而合成 醋的润滑性不如天然酷, 但其表面清净性好。 合成酷的生物降解性比天然醋要好,在较短的时间 内降解 为二氧化碳和水 。 合成酷作为高性 能润滑油的基础油 己开始应用,其热稳定性及低温性 能好、粘度指数 高 、粘温性 能好 、挥发性低 。大多数合成醋 的生物 降解 性能好 、毒性小,并具有 良好 的润滑性能 。与矿物 油的混溶性较好,合成 酷表现 出的一些物理性能与其分了结构是密切相关。 酉 旨 类化合物中的醋 辽宁科技大学硕士论文前言 基是亲水基 团,易受微 生物 的侵袭,容易水解成有机酸和醇,这 是醋类油 生物 降解 性 较 好,但 其 水 解 安 定性 不如矿 物 油 的主 要 原 因 。酉 旨 类 分 了中 的 拨基具有较 强 的偶 极距,导致其 分子 间作用 力较 强,因而酷类 油 具有较低 的挥发性和较 高的闪点 。此外,随着酷分 了链长 的增加 。其粘度指数将增 大,倾点升高 。 加入侧链粘度指数提高,倾点下降 。 侧链位置离醋基越远, 对粘度指数 的影响就越 小,但其价格 高于矿物油 。为 了调和轧制 油的皂化 值,基础油脂 中可 以加入一定 比例 的矿物 油,同时矿物 油也是基础油脂 的载体 。 从乳化液 的性 能及对 轧制过程和轧制板材 的质量来看,用合成酷代 替矿物油是一个必 然 的趋势 。 国外 的进 展 冷轧工艺技术 的发展 日新月异 。从年代美 国成功地轧出宽带钢至 今 己有多年 的历史,乳液 喷洒 到轧制表面,除润 滑 外还 有 冷 却作用 。 ,等研 究水包油型乳化液 中提 出低稳 定性 的乳化 液 、高 的皂化 值可 以提 高润滑效果和减小摩擦 。但 当乳化液 的稳 定性过低,油水分离太 快,在轧制过程 中,油层可 能间断会擦伤钢板 。另外,油 品的皂化值对轧 后带钢 的清洁性有很大 的影响 。 当皂化值 小于时,具有 良好 的清净性,但润滑性差当皂化值 大于时,润滑 性特 别好, 可用于轧制以下 的薄板,但 轧后 带钢 表 面清 净 性 不好,通 常在退 火前,钢板需要进行清洗当油品的皂化值在一之 间时, 轧制油具有较好 的润滑性和清 净性 。,。等 在研 究乳 化液 的性 能时,通过 实验得 出 了乳化液 的润滑 性好,表 面清 净 性 差 的结论 。 ,一等重 点研 究 了乳化 型 的轧制 油 的清 净性,但 忽略 了它 的润化 性 。乳化 剂 多,洗 净 性 好,油膜 太 薄,出现 局 部 粘 结 。,孔 等在 实验 中为 了得 到较 大 强度 的油膜,使 用 的基 础 油 的粘 度 达 到 。乳化液洗 净 性差,表面 光 洁度 低,退 火清 净 差,会 影 响产 品 的外 观 。 ,“,等在研 究 乳化 液 时提 出不 使 乳 化 液 的浓 度 过 高,通 过控制 油膜 的厚度,可 以保 持钢 板 的表 面质 量 。,提 出不 同性质 乳化液可轧制不 同硬度 的钢板,亚稳态的乳化液适合轧制非常硬 的板材, 如铁心硅钢片 。乳化剂 的用量直接影响着乳化性 、润滑性 、清净性 、冷却 性及成材表面质量 。因此,乳化油调配过程 中,要考虑 到其润滑性 、冷却 性和清净性之 间的关系,把 它们控制在一个适 当的范 围 。 辽宁科技大学硕士论文 前言 本研究的意义及解决的问题 随着 国民经济 的发展,对 冷轧薄板 的需求量越来越大,使乳化 油 国 产化减少对 国外 的依赖是急迫解决的课题 。在整个冷轧过程 中,乳化液 的作用非 常重 要,它不 仅 要 具备优 异 的润滑 和 冷 却性 能,还 要 具备 良好 的防锈性能 、抗泡性能 、抗腐蚀性能等,这关系到冷轧薄板的产品性能 和质量 。本实验通过对几种 国外乳化油的物理性能和使用性能进行解析, 乳化油的粘度和酸值应该在一定的范围之 内,凝点应在 一 左右,否 则将会对其使用 性 能带来 极大 影 响 。用 高倍 生物 显微镜 观 察 到乳化 液粒 子的大小及均匀度,得到混合乳化剂的加入量与粒径和均匀度关系密切, 进 一步得 出混合乳化 剂 的使用 量是影 响乳 化液稳 定 性 的关键 因素 。当加 入混合乳化剂 的量 为乳化油总量的时,乳化液 的乳化性能 、防锈 性能等性能适 当,这为今后轧制润滑油的研究提供 了一条新的思路 。近 年来,用 合成 醋代替矿物 油做基础油是一种趋 势,本 实验 合成 出季戊 四 醇双 月桂酸酷,并找 出了适合此类酷化实验 的催化剂的生产方法 。 辽宁科技大学硕士论文理论部分 第二章 理论部分 胶 团理论 乳化剂 的选择 乳化液是指至少一种不混溶 的液体 以微滴状分散在另一液体 中 。为了 保证乳化液具备足够的稳定性,必须如入表面活性剂 乳化剂 表面活性剂都是两亲性分子,具材亲水性和亲油性两部分,这两部分 性质 的相对大 小决定 了该物质 的性质和用途 。表面 活性剂物质加入水 中会 发生界面吸 附 、分子 定 向排列 以形成胶 束 。表 面活性物 质 的亲水和亲油趋 势 的大 小,可用来表 示 。是亲 水 亲 油平 衡一 的缩写 。每个表面活性剂有亲水基团的数 目,此数 目越大,亲水 性越 强,此数 目越 小疏水性越 强 。 值 的计算方法 是将表 面活性剂分解 为若干种 基 团,每种 基 团均对 值有贡献正贡献 或负贡献。计算某表面 活性剂 的值,首先 确 定这个 表 面 活 性 剂 亲水 基 团和 亲 油 基 团,查 出各 基 团相 应 的基 团常数, 按下式计算, 二 十 艺亲 水基 团数一 艺亲 油基 团数一 或基 团值越大,则在表面活性剂分子 中它对亲水或亲油强度 的贡 献也越大 。值 在一 的乳化 剂生成型 的乳化液,在一的乳 化剂生成型乳化液 。表 面活性剂就具有加和性 艺,一 式 中、为表 面活性 剂成 分对 全 部 表 面 活性 剂成 分 的质 量 分 数及其值 。 油水界面上的吸附层结构 在冷轧过程 中用 的是水包 油型乳化液,它与油包水型 的 比较 如 图。 在油一 水界面上吸 附分子的疏水基始终处于碳氢环境之 中 。在油一 水界面上 吸附的表面活性剂 分子疏 水链采取伸展 的构象,近 于直立 地存在 于界面 上,吸附层 由疏水基在 油相 、亲水基在水相,直立 定 向的表 面活性剂分子 和油分子 、水分 子 组成 。吸 附的表面 活 性 剂分 子 疏 水 基插 入 油分 子,它 的 辽宁科技大学硕士论文 理论部分 。一 回。 麟型型 图和型胶 团示意 图 亲水基则存在于水环境 中 。表面活性剂在溶液 中的加入量有一合适 的范 围,过 多和过少乳化 效果 都不好 。 乳化液的形成 在乳化液 的形成过程 中,表面活性剂主要起着 降低界面张力 丫和减少 乳化过程 中的聚并等作用 。 乳化过程所需 的能量大大超 过热力学能 ,其 中 为界面增加 的 面积丫 为界面 张力 。需要很大 的能量来克服 因小液珠具有较 高的表 面 曲 于于 率而产 生的压力 劫,即幼厂艺 。式 中,和分别液珠两表 石 品 丽 人 而 奄 牢 认业 播 址 峨 业 认品 计 什 时,。 如比 左 泣, 四 日,阴四 月昌州 一 工 。 习 们 又占 卞刀寸工口 叼、 一 伴 明,乙 琴少。 寸七 比,门 工 巾幼 泊 守于 产 化液 中的主要作用之 一是 降低 界面张力。界面 张力 丫越 低,液珠 的直径 越小 。液珠 的直径与界面张力成正比关系 。 乳化剂在 乳化 液液 面上形成 的单分子层膜具有 自修补 功 能,即当膜受 到扰动膜局部变薄产生一个表面压梯度时,表面活性剂有 自动移 向薄处修 补膜的作用 。 这种稳定机制一般称为, 效应 。 界面膜的 稳定性好坏 与膜 的弹性和 粘 度 有 关 。乳化 液 的形成 过程 如 图。 辽宁科技大学硕士论文理论部分 孤拣琢执、 诊 矛 移 李 诊 比 亲油基端 处 贷 灸 砂 三 二已已东 亲水基端 共共认 牛 拼拼 班班搜苏苏 葫葫 级瘫瘫 书书二子于万王王 一 一 一 一 引引鹭 奎 图乳 化液 形成 示 意 图 乳化液 的稳 定 因素 在实际应用 中乳化液 的稳定性是指分散相液滴对聚结的抑制能力 。冷 轧乳化液 中的液滴聚 结成大液滴,最终 发生破 乳,这 一过程 主要与下列 因 素有关界面膜 的物理性质,液滴 间的静 电排斥作用,高聚物膜 的空 间阻 碍作用,连续相 的粘度,液滴 的大小与分布,温度 等 。在这 些 因素 中界面 膜的物理性质 、液滴 间的静 电排斥作用和液滴大小的分布最为重要 。 界面膜 的物理性质 冷轧乳化液 分 散相 液滴相互碰撞 是发生聚 结 的前提 。聚 结不 断 的进 行,小液滴变成大液滴,直至破乳 。在液滴碰撞而聚结的过程 中液滴界面 膜是凝聚膜,构成 界面膜 的表 面活性剂分子 间有 强烈 的侧 向作用力 。界面 膜有 良好 的膜 弹性,以使 因液滴碰撞而局部损坏 时能 自动修 复 。为得到凝 聚性界面膜,要求表面活性剂分子在界面上有最紧密排列 。常用两种或两 种 以上 的表面活性 剂混 合使用 以达到相互作用 强烈 、排 列更紧 密 、机械 强 度更高的界面膜 。 液滴 间的静 电排 斥作用 冷轧乳化液液滴表面可 因多种原因而带有某种 电荷离子型表面活性 剂的电离,某些离子在 液滴表面 的吸 附,液滴与介质 的摩擦 等 。对于 型乳化液液滴 的带 电对 防止液滴 的聚集 、聚 结 以至破 乳起重 要作用 。根据 胶体稳定理论,当液滴接近至表面双 电层发生重叠时静 电排斥作用阻碍液 辽宁科技大学硕士论文 理论部分 滴的进一步接近 。若排斥作用大于吸引作用液滴不易碰撞和凝结,乳化液 稳 定反之,将发 生凝 结核破 乳 。 液滴大小 的分布 相 同体 积 的分 散相 分 散成 大 小不 同的液 滴 时大液 滴 体系 比小液 滴体 系 的界面面积 小,界面 能低 。因而具有较 大 的热 力 学稳 定性 。当乳化 液体 系中大小液滴 同时存在,小液滴具有 自动减小,大液滴具有增大的趋势 。 若此过程不断的发展,最终将会破乳 。因此,液滴大小分布均一的乳化液 比平均大 小相等但 液滴大小分布不均匀 的乳化液稳 定性好 。 温度也会对乳化液 的稳 定性产生影响 。温度 的变化可 引起界面张力 、 界面膜 的性质 等 的变化 。提高温度是使某些乳化液分层和破 乳 的物理方法 之 一 。在 轧制过程 中,乳化 液 喷洒到 轧辊和 带钢 表 面之 间,那 里 的温度 高 达,此 时,乳化液将 破 乳,这 也恰恰 达 到乳化 液 的冷 却 与润滑 的效 果 。 轧制润滑 理论 一轧制润滑 的 目的 在金属成形过程 中,为 了减少摩擦 的不利影 响,保证成 形过程 的顺利 进行,在 轧制模具和轧制金属之 间施加润滑剂进行 工艺润滑,其 目的有 保证成形过程顺利进行,防止模具与金属发生粘结降低成形 过程力能的消耗,使用工艺润滑可 以极大地减少变形金属与模具的直接接 触,减小变形过程 中的摩擦力和变形力,从而达到节约能源消耗减 少模具损耗,延长其使用寿命,提高生产效率改善轧制金属 的成形 质量,在 冷轧润滑 过程 中可控制板形,降低 轧后表面粗 糙度 。 轧制润滑 状 态 流体润滑 流体润滑 的表面形式是两接触表面完全被润滑 油膜 隔开,即油膜 厚度 远远大于接触表面的粗糙度,系统的摩擦力来源于润滑剂分子运动的内摩 擦 。流体润滑 的摩擦 学特 征决定于润滑剂 的流变 学,由于两表面不发生实 际接触,因此流体润滑过程不产生磨损,流体润滑 时的摩擦力可根据牛顿 流体定律计算,即 辽宁科技大学硕士论文理论部分 一 式 中 斤 一 润滑 油粘 度 一 一 一 、一 一,一 一一 代一 至 且 了 还 动 力 回 上 俐 男 切 迷 及 饰 及 办 一 剪切面积 。 流体润滑 的主要优 点是摩擦 力小,而且只取 决于润滑 剂 自身 的特 征 。 但是 由于两表面完全 被润滑 油膜 隔开,在 轧制过程 中工件则处于类似 自由 变形状态,导致 轧后 金属表 面粗 糙度 较 高 。因此,金 属 成 形 过程 中流体润 滑并不是最好 的润滑 方式 。 混合润滑 混合润滑又称部分流体润滑,在混合润滑状体中,载荷一部分 由润滑 剂油膜承担,另一部分则 由接触 中的表面微 凸体承担 。因此,其摩擦 学特 征 由润滑剂 的流变学和微 凸体的相互作用共 同决定 。 边 界 润 滑 边界润滑具有以下特征两金属表面靠的很近以至在微凸体之间 发生明显 的接触流体 动压作用和润滑 剂 的整 体流变 性 能对此 几乎无 影响摩擦学特 征决定于薄层边界润滑 剂与金 属表面之 间相互作用 。 就边界润滑机制,主要是通过润滑剂 中的表面活性物质 在金属表 面之 间形 成,即易于剪切又能减 小金属直接接触 的边界润滑膜 。这种润滑状态下轧 制的金属具有较高的加工表面质量 。 油膜的吸附形式 在轧制 过程 中,起 到润滑 作用 的是吸附在带钢表 面地油膜,油膜 的吸 附形式主要有三种,一种是物理吸附膜 包括非极性吸附和极性吸 附 、化 学吸附膜和化学 反应膜。 物理吸 附膜 当润 滑 剂 与 金 属 材 料 表 面 仅 依靠 分 子 或 原 子 的相 互 吸 引产 生地 吸 附 膜称 为物 理吸 附膜 。而 物 理 吸 附膜 有 分 为非极 性 吸 附和 极性 吸 附两种 非极性吸附膜当润滑剂与金属表面接触时,由于本身没有永久偶 极,只是依靠 分子 内部 电子 与原子核发生地不对称运 动 而产 生 的瞬 时偶性 与金属想吸引,粘 附在金属表面上形成润滑剂薄膜 。一般矿物油等非极性 烃类有机化合物属 于非极性 吸 附 。 辽宁科技大学硕士论文理论部分 极性吸附膜润滑剂 中含有氧 、硫 、磷等元素 的极性化合物,一端 为非极性,另一端 为极性 或 弱 极性 。即这种 分子 具有 永 久偶 极,当与金属 表面接触 时,永久偶极 带负 电一端 与金属原子核相 吸 引,而排斥其 电子, 从而形成诱 导偶极 。永 久偶极 与诱导偶极相互 吸引,形成极性吸 附膜 。如 图所 示 图极性吸 附膜原理 图 化学 反应膜 极压剂在高温和高压下能在金属表面上形成一层薄地化合物保护膜, 此膜 的作用 一方面可 以起 到保 护金属表 面,产 生 降低 摩擦 系 数 的作用,还 能多吸附一些润滑剂,促进化 学吸附膜 的生成 。 一 小 介鞠托 姿 凡氏 一一 介 、二邺 、介凡 妇 七 巴灸 化学反应膜金属表面 图化 学反应膜原理 图 化学吸 附膜 化学吸附的本质是化学键, 的属合,即属 于化学约束 或短程 力 是脂肪酸中梭基 的氢原子被金 是由于机性分子与金属表面产生化学结 作用,其 吸 附能力较 稳 定 。金 属 皂 可认 为 原子取代而形成 。化学吸附膜和物理吸附 辽宁科技大学硕士论文理论部分 膜相 比较,化学吸 附膜要稳定的多,且形成 的吸附膜是不可逆 的 。 如 图 所示 图化 学吸 附膜 原理 图 辽宁科技大学硕士论文 实验部分 第三章 实验部分 试剂 与药 品 实验所用试 剂及溶 剂见表。 表实验所 用试剂及 溶剂 名称规格 化 学 纯 工业 品 化学纯 工业 品 工 业 品 工 业 品 生产 厂 家 季戊 四醇 油酸 月桂酸 季戊 四醇 四油 酸 酷 三经 甲基 丙烷 三 油酸 醋 色 拉 油 石 油磺 酸 钠 国药集 团化 学试剂 有 限公 司 四 川 西 普 油 脂 化 工 有 限 公 司 国药集团化 学试剂有限公司 浙江皇 马化 工集 团公 司 浙江皇 马化 工集 团公 司 大 连食 品有 限公 司 锦 州康 泰 润滑 油添加 剂 公 司 一 硅 油 石 油醚 无水 乙醇 乙醇 氢氧化 钾 浓盐酸 抗氧剂 极压 抗 磨 剂 氯化 亚 锡 氢 氧 化 钠 丙三醇 ,一 二 甲基 甲酞胺 工 业 品 工 业 品 工 业 品 分析纯 优 级纯 分析纯 优 级 纯 分析纯 工 业 品 工 业 品 分析 纯 分 析 纯 分析纯 分析纯 辽 阳奥克化 学有 限公 司 吉林化 学 工业 公 司 北京化 工厂 北京化 工厂 沈 阳市新 东试 剂 厂 北京化工厂 沈阳市试剂二厂 锦 州康 泰润 滑 油添 加剂 公 司 锦州康 泰 润 滑 油添 加剂 公 司 沈 阳试剂厂 天津 汇 英化 学试 剂 有 限公 司 国药集 团化学试剂有 限公司 上海南翔试剂有限公司 辽宁科技大学硕士论文实验部分 仪器装 表实验 仪器 名称 石油产 品运动粘 度测 定仪 石油产 品凝 点测定仪 石 油 产 品残 碳 测 定 器 石油产 品密度 测 定仪 石 油产 品硫 含量 测 定仪 石油产 品灰 分测 定 仪 红外光谱 仪 精密 生物 显微 镜 精密 电子天 平 离心机 马弗炉 型 号 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 产 地 大连分 析仪器厂 大连分析仪器 厂 武汉松 涛分析 仪器有 限公司 大连 分 析 仪 器 厂 大连 分 析仪 器 厂 大连 分 析 仪 器 厂 日本 日立 公 司 南 京 江 南 光 电股 份 有 限 公 司 上海精密科学仪器有限公司 上海 市浦 东物 理光 学仪 器 厂 沈 阳通 用 电炉制 造 有 限公 司 操作 轧制乳化油 的物 理性 能测试 外观 在室温 下 目测 乳化 油 的颜色 、状态 、透 明度 、均 一性 、有 无 沉 淀 。 凝 点 仪器石 油产 品凝 点测 定仪 。 方法在干燥 、清洁 的试管中注入油样,使液面满到环形标线处,用 橡胶塞将温度计固定在试管中央,使水银球距管底一将试管装入 试管套中,试管外壁与套管内壁要处处距离相等,然后将试管套放入凝点 测定仪 的试瓶套 中,浴槽 的温度 要 比试样 的预期凝 点低一当试样温 度冷却到预期 的凝 点 时,按住试管套 向下转动可倾斜 到度,计 时值到 时发 出警报 声音,迅速地取 出试管,垂直放置仪器 并观 察液 面是否有 移动现象,如果液面有 移动 时,用 比上次实验温度低的温度 重新进行 测定,直至某实验温度 能使液面位置停止移动为止,即为油样 的凝 点 。 辽宁科技大学硕士论文 实验部分 密度 仪器石油产 品密度 测 定仪 。 方法均匀 的油样沿量筒壁倾入清洁 的密度计量筒 中,防止溅泼和避 免生成气泡,在转移过程 中,尽可能使易挥发试样中低沸点组分的蒸发减 少到最低程度盛有油样 的密度计量筒插入恒温水浴 中温度计插入试样 中,小心搅拌试样,温度计 的水银线要全部浸没,将选好 的清洁 、干燥石 油密度计轻轻 的放 在试样 中静置一段 时间后,使石油密度 计静止,达到 平衡,读取试样 的弯 月面上缘与石 油密度计刻度 相切 的点即为乳化油油密 度值 。 运动粘度 仪器石油产 品运动粘度测定仪 。 方法的运动粘度 的测定把 油样吸入粘度计 中,在水恒温浴 中 恒温,利用橡皮管将试样吸到粘度计 管身的扩 张部分,记 下两个标线 间油样 的流动时间,反复三次,取其 平均值的运动粘 度 的测 定将 丙三醇加入到恒温浴 中,以此提 高浴温温度,测 定方法与 的运动粘度测定方法相同。 在温度时,试样 的运动粘度按下式计算 ,又公, 一 式 中一粘度 计常数, 从一试 样 的平均 流动 时 间, ,粘度指数 的计算 确定油样 的粘度 指数 时,先测定其在 和的粘度,然后找 出时与试样粘度 相 同的标准组标准油 的运动粘度 数据 见 附表 一。 当试样 的粘度指数时,可按下式计算 刃 二 二 旦又一 竺 竺、 一 一 式中一试样 的粘度指数 一与试样在 时的运动粘度相同 时的运动粘度, 一 与试样在时的运动粘度相 同 在时的运 动粘度, 、粘度指数为的标准油在 、粘度指数为的标准油 辽宁科技大学硕士论文实验部分 一试样在时的运动粘度,。 当试样 的运 动粘 度指数习时,可按下式计算 二 一 一 玺 丝二 玺旦 一 式 中一试样在时的运动粘度, 一 与试 样在时的运 动粘度 相 同 、 在时 的运动粘度, 一 粘度 指数 为的标准 油 , ,一试 样在时的运 动粘 度,。 灰份 油样装入用 盐酸处理过 的柑锅 中,用 定量滤纸 做 一个 引火芯,引火芯 浸透试样后 点火燃烧,燃烧 至无火焰盛有残渣 的柑 祸放 到马弗炉 中缎烧,取 出,在 干燥 器 中冷 却至 室温进 行 称 量,准 确 至。再 移入马弗炉中锻烧,重复进行冷却及称量,直至连续两次称量间的 一 差数不大于为止 。 试样 的灰份按下 式计算 三 、 一 式中一灰分重量, 一 轧制 油重 量,。 残炭 轧制油在惰 性气 体气 氛 中,按的升温 速 率 将 其加 热 到,恒温 巧,将其 易挥发物质 由氮气 带走,剩余碳质残渣 。 计算公式 二竺二竺 、 一一 式 中一残碳 百分含量 一 空样 品管 的质量, 一 空样 品管 的质量加 轧制 油的质 量, 札一空样 品管 的质量加残碳量,。 辽宁科技大学硕士论文 实验部分 轧制乳化油 的化学性 能测试 乳化性 用 去离子水配制浓度 为的乳化液,轻微震 荡,在的搅 拌条件下搅拌,观察乳化液 的均一性 、起泡性 。 酸值 称取轧制乳化 油油样于的 圆底烧瓶 中,加入 中性 乙醇 ,加 热 回流,不 断震 荡 。取下趁 热加 两 滴 酚酞 指示 剂 。用 标准溶 液进行 滴 定至微 红色 半分钟 不退 即为 终 点 。 酸值计算 公式 脚 沙刃万二 一 式中一的摩尔浓度, 一的毫升数, 下试样重, 一皂化值 称取轧制 油样于的圆底烧 瓶 中,加 入一 乙 醇溶液,皂化 回流,用少量的中性 乙醇冲洗冷凝管,加酚酞指示 剂滴,次 甲基蓝指示剂滴,用标准溶液进行滴定到绿色为 终点 。 皂化值计算公式 一一 式中一一 乙醇摩 尔浓度, 一试样 消耗标准盐酸 的毫升数, 一盐酸的摩尔浓度, 一试样重,。 值 计的标定 配制值分别为和的标准缓冲液,把用蒸馏 水清洗 过的 电极插 入的标准缓冲溶液 中,待读数稳 定后按“ 定位 ” 键,使读数为该溶液 当时温度下的值然后用蒸馏水清洗 电极,再将 用蒸馏水清洗过 的电极插入二的标准缓冲溶液 中,待读数稳定后按 “ 斜率 ” 键,使读数为该溶液当时温度下的值,反复三次,标定完成 。 辽宁科技大学硕士论文实验部分 值 的测量 把 电极浸入被测溶液 中,用玻璃棒搅拌溶液,使溶液均 匀,静置 巧 秒,在 显示 屏上读 出溶液 的值 。 轧制乳 化油 的配制 季戊 四醉 四油酸酷,三轻 甲基丙烷三油酸酷,色拉油 、,油酸,抗氧剂,极压抗磨剂,杀菌剂,消泡剂 按一定的顺序调配混合表面活性剂一石油磺酸钠 分别配制乳化 即浓度 为、,。 和再 改变一 与石油磺 酸钠 的 比例 为和,配 制 乳 化 剂 量 都 为的轧制 乳化 油 。 乳化液的稳定性实验 分别配制的乳化液,轻微震荡 。用搅 拌器在的 条件下搅拌,盛放 在的量筒 中观察其乳化 的效果,并记录其 表层泡沫 的高度及 消 失分层速 度用 离 心机 在的转速 下 离 心 ,静置,观察它们 的稳定性 。 乳化液 的防锈性 实验 实验方法 一 将片状铁屑用刮 勺均匀地放 置于中间划有直 径圆周 的 滤纸上,用移液管吸取试液,均匀地洒在铁屑上,盖上培养皿,在 地室温下放置,然后用水冲掉滤纸上地铁屑,再用丙酮洗一下,在室 温下干燥 。实验 结果根据滤纸上锈斑 的多少按 一 级评 定 。 实验 图示如 图卜 辽宁科技大学硕士论文 实验部分 图防锈 实验 图示 实验 方法 二 将钢 片在 乳化 液 中浸湿,用厚 的绝缘 塑料 垫在钢片边上,使用滤纸包裹, 夹子夹紧,放入恒温恒箱 内温度, 恒温箱 内放 一小烧 杯水保持一定湿度,静置天,观 察锈蚀效果 。 、 方 法 如 图 钢板乳化液 中浸湿滤纸包裹夹紧,放入恒温箱 中 图防锈 实验 图示 二 实验方法三 配成浓度 的乳化液摇匀,待用 。 观察各乳化液乳化状况,进行对 比,并拍照 。 取厚冷轧板低碳钢切成的小条,用浓度 的乙醇擦净,凉干 、待用 。 取 日常用滤纸,剪成双层小块待用 。 将 各乳化 液吸取滴 于铺在 钢 板 上 的小块 滤 纸 上,使 纸饱含 孚化 液,然 后 将 另 一 钢 片 覆 盖 其 上,并用 夹 子 夹 住,贴 好 标 签 。 将各 夹好 乳化 液 的钢 片放在保温箱 内,在条件 下保温, 辽宁科技大学硕士论文实验部分 从保温箱中取 出后静置于空气中,将钢片打开 。 观察 并记 录各乳化液对应 的钢 片 生锈情 况 。 注以上方法乳化 液 的搅 拌条件均 为 浓度, 搅 拌条件,。 醋化反应 条件 的选 择 将季戊 四醇 与 油酸按摩 尔 比分 别 为、和投 入到干燥 的圆底烧 瓶 中,加入酸性催化剂的量 为,再将烧瓶 固定在油浴锅 中,将油浴锅放在磁 力搅 拌器 的不锈钢盘 中部,在 油浴 中升 温至,反应后取 下 圆底烧 瓶,冷 却至 室温,测 定 酸 值,用 酸值 的大小来确定醋化率 。 取,一 二 甲基 甲酞胺加 入到 圆底烧 瓶 中,将季戊 四醇与油 酸按摩尔 比分 别为、和投入到干燥 的圆底烧 瓶 中 先将 季 戊 四醇 加 入 到 烧 瓶 中,加 热 至 其 溶 解 后 再 加 油 酸,催 化 剂 一 为,连接 上冷凝装 置,将烧 瓶 固定,在 油浴 中升温 至, 反应小时后取下 圆底烧 瓶,冷 却至室温,测定酸值,用 酸值 的大 小来确 定酉 旨 化率 。 ,将季戊 四醇 与油酸摩 尔 比为投入 到干燥 的圆底烧瓶 中, 加入催化剂的量 为,再将烧瓶 固定,连接 上冷凝 装置,在油浴 中升温至,反应后 取 下 圆底烧 瓶,冷 却至 室温,测 定酸值,用 酸值 的大 小来确 定醋化 率 。 季戊四醉双 月桂酸醋的合成 将季戊 四醇与月桂酸以投人干燥 的圆底烧瓶 中,加入催 化剂,再将烧瓶 固定,连接上水冷凝管,在 油浴 中升温 至反应,制 得季 戊 四醇 双 月桂 酸 酷 。 红外光谱 仪 的测 定 红外光谱仪开机后先预热,设定扫描参数,将待测油样用玻璃 辽宁科技大学硕士论文实验部分 棒蘸少许涂在聚 乙烯膜夹层 间,以聚 乙烯膜做参 比,在一 进行 红外扫描,点击打 印谱 图 。 乳粒显微镜观 测 玻璃棒蘸一滴刚搅拌完 的乳化液,在载玻片上,用盖玻片盖上,中间 尽量不要有气泡,在 高倍生物显微镜 下观 察其粒径 的大 小及均匀 度,选取没有气泡 的部分拍摄记录,选取 同样大 小的一部分,用游标卡尺进 行测量,并计算其平均大 小和均匀度 。 辽宁科技大学硕士论文实验结果与讨论 第四章 实验结果与讨论 荷兰奎克轧制乳化油的解析 荷 兰奎克 轧制 乳化油性 能指标 测试 根据 实验与 实验对荷兰奎 克轧制乳化 油各项性 能指标进行 测试,测试 结果如 表所示 表奎 克轧制 乳化 油性 能指 标 测试项 目单位测试 结果 外观黄色 、透 明 、均 一 运动粘度 运动粘度一, 粘度系数 乳化性乳化均 匀 、呈 乳黄 色 值浓 度 酸值 皂化值 密度 凝 点一 残 碳 灰分 从奎克乳化型轧制 油 的皂化值来看,它 的测 试值是,这 说明它 的基础 油大 部分 为合成酷,合成醋 多,轧制乳化液对 轧制带钢 的吸 附性能好,形成均匀 的油膜,使带钢在轧制后贮存较长时间无需涂防锈油, 并可防止轧制设备受腐蚀而 降低使用寿命皂化值 高,润滑性能好,较好 的润滑性能,可降低辊缝 间的摩擦系数,从而降低 了轧制力和轧制能耗, 有利于发挥轧机 的最大 轧制 能力,从 而轧制 更薄 的产 品,获得板形更好 、 尺寸偏差更精确 的带材 。 奎克轧制 油 的酸值 为,是 因为其 有 少 量 的有 机 酸 。有 辽宁科技大学硕士论文 实验结果与讨论 机酸一般有很强的极性,能使乳化液均匀的附着在钢板表面 。它的灰分和 残碳都非常小,没有对钢板 的表面产生影响 。但 是它 的凝 点是一 ,这在 北方冬天容 易 出现凝 固现 象,使轧制油很