048、复配型高水溶性金属切削液的研制.doc

本文由北京图书店贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 36 卷第 4 期 2008 年 8 月 苏 化 工 江 J iangsu Chem ical Industry Aug 2008 . Vol 36 No. 4 . 研究与开发 复配型高水溶性金属切削液的研制 姬学亮 ,王 ,姬 芳 红 (开封大学化工学院 ,河南 开封 475004 ) 摘要 : 以硼酸 、 油酸酰胺和羟基化苯并三氮唑为原料合成了具有防锈功能的高水溶性耐磨润滑剂 ,在此基础上与表 面活性剂 、 防锈剂复配进行正交实验 ,制成了一种无毒 、 无污染 、 防锈润滑效果优良的新型环保型金属切削液 ,该金 属切削液按照 GB6144 - 85 进行性能检测 ,各项指标合格 ,具有良好的应用前景 。 关键词 : 复合极压润滑剂 ; 金属切削液 ; 合成 ; 复配 中图分类号 : TQ639. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1002 - 1116 ( 2008 ) 04 - 0021 - 033 在切削过程中 , 由于刀具与已加工表面之间的摩 ,甚至 1 000 。刀具在高温下硬度 、 强度大幅度降 低 ,会缩短使用寿命 。在切削过程中不断形成的新的 切削内表面和已加工表面与刀具表面摩擦 , 造成熔着 粘附 ,使刀具磨损增加 , 工件表面质量下降 1 600 ) , 37%甲醛溶液 。 擦产生大量的热 , 使切削区温度上升 , 有时可达 800 电子天平 ( 500 g) , 电炉 , 电热套 , 温度计 , 电动搅 拌器 , 干燥器 , 量筒 , 烧杯 , 玻棒 , 恒温箱以及各型金属 试片等 。 1. 2 复合极压润滑剂有机硼酸酯的合成 。因此 , 文献 3 研究表明 : 含氮硼酸酯具有优良的摩擦 切削加工时 ,为了减轻工具与工件之间磨擦 、 增加润滑 性和带走因磨擦而产生的热量 , 需要在工具与被切削 的金属材料之间注入润滑冷却液 , 简称切削液 。金属 切削液能延长刀具和磨具的使用寿命 , 提高工件的光 洁度 ,降低切削 、 磨削力等 2 学性能 , 水溶性好 ,更重要的是它还具有优良的水解稳 定性 , 很适合在水基型金属切削液中作极压润滑剂 。 其作用机理可归纳为 : ( 1 ) 硼酸酯在摩擦表面的强吸 附作用 (硼酸酯铁生成 ) ; ( 2 ) 在摩擦表面生成具有层 状结构的氮化硼化合物 。本实验采用对铁有较显著的 缓蚀能力和防锈效果的硼酸 , 对铜和铜合金以及铝有 特效缓蚀作用的苯并三氮唑 , 具有防锈功能的的表面 活性剂油酸二乙醇酰胺 , 进行复合反应 , 发挥各自优 势 ,制得功能全面的水溶性极压润滑添加剂 。合成方 法如下 : 称取等摩尔油酸二乙醇酰胺和硼酸在 100 120 。金属切削液的主要性能 可以归纳为 4 个方面 : 冷却 、 、 、 润滑 防锈 清洗 。 一般使用的切削液有油溶型 、 乳化液型 、 水溶液 型 。近年来 ,水基切削液在冷却性 、 清洗性 、 防锈性 、 加 工可视性和抗菌性方面具有显著的特点而得以越来越 广泛的应用 2 。水基切削液含有表面活性剂 、 极压润 滑剂 、 防锈剂 、 螯合剂和抗菌剂等组分 。极压润滑和防 锈是研究的重点 。针对当前含亚硝酸盐以及硫 、 磷的 水基切削液存在对人体和环境的不良影响将逐步受到 限制和淘汰的趋势 , 本文合成了一种复合型硼酸酯极 压润滑剂 ,并研究了其在水基切削液中的应用 。 下反应 3 4 h, 得淡黄色黏稠状液体油酸二乙醇酰 称取 60 g ( 0. 5 mol) 苯并三氮唑 , 40 mL ( 0. 5 mol) 胺硼酸酯 。 40%的甲醛水溶液 , 50 mL 的乙酸和 100 mL 水混合后 1 实验 在室温下放置 2. 5 h, 有白色固体析出 ,产物经过沉淀 、 过滤 、 干燥后 , 再用热水进行重结晶 , 得 66 g白色柱状 晶体羟基化苯并三氮唑 。 称取等摩尔油酸二乙醇酰胺硼酸酯和羟基化苯并 1. 1 原料与仪器 油酸二乙醇酰胺 , 硼酸 , 苯并三氮唑 , 脂肪醇聚氧 乙烯醚 ,三乙醇胺 , 低相对分子质量聚丙烯酰胺 ( 400 三氮唑 , 在 120 140 下反应 3 4 h, 得淡黄色黏稠 3收稿日期 : 2008 - 05 - 07 作者简介 : 姬学亮 ( 1964 ) ,男 ,河南开封人 ,副教授 ,主要从事精细化工方面的教学及研究 。电话 : 22 状液体 。 苏 化 工 2008 年 8 月 江 格较贵 , 不能优先选用 。有机硼酸酯水溶性好 , 无毒 , 兼具防锈 、 、 耐磨 抗极压以及良好的水解稳定性 , 被认 为是极具发展前景的金属切削液添加剂 3 上述各步反应式如下 : 。从已有的 防锈性实验结果来看 , 仅使用一种防锈剂的防锈效果 都不理想 。综合考虑价格 、 易得性和使用效果 , 实验中 选择了复合型防锈剂即硼酸盐 、 有机硼酸酯及具有防 锈功能的表面活性剂的复配体系 。 1. 5 切削液的配方设计 在上述制备的有机硼酸酯的基础上 ,添加表面活性 剂、 防锈剂等添加剂 ,通过正交实验法确定出最佳配方。 实验因素与水平的确定以有机硼酸酯为主要考察 对象 , 并配表面活性剂 1、 和硼酸盐 , 通过经验和初步 2 实验确定各因素的大致用量范围 , 然后根据经济性和 实用性的分析 ,制定因素水平表 , 见表 1。 表 1 实验因素与水平 水平 1 2 3 g 有机硼酸酯 4. 0 6. 0 8. 0 因素及用量 表面活性剂 1 表面活性剂 2 2. 0 0. 5 4. 0 1. 0 6. 0 1. 5 硼酸盐 4. 0 6. 0 8. 0 4 选用 L9 ( 3 ) 正交实验表 , 检测时的温度 : 20 5 1. 3 表面活性剂选择 ,切削液的配方设计和正交实验结果见表 2。 表 2 切削液配方正交实验表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 水基切削液配方常采用阴离子或非离子表面活性 剂 ,前者价廉 ,往往兼有防锈和润滑性质 , 但对阳离子 (如水中的钙 、 镁离子 ) 敏感 , 后者价较高但耐硬水 , 对 用量 / g 防锈天 有机硼酸酯 表面活性剂 1 表面活性剂 2 硼酸盐 数 / d 4. 0 4. 0 4. 0 6. 0 6. 0 6. 0 8. 0 8. 0 8. 0 28 35 34 7 2. 0 4. 0 6. 0 2. 0 4. 0 6. 0 2. 0 4. 0 6. 0 29 37 31 8 0. 5 1. 0 1. 5 1. 0 1. 5 0. 5 1. 5 0. 5 1. 0 31 29 37 8 4. 0 6. 0 8. 0 8. 0 4. 0 6. 0 6. 0 8. 0 4. 0 30 27 40 13 7 8 13 12 14 9 10 15 9 水质要求不甚严格 , 二者共用协同作用效果很好 。用 于配制切削液的阴离子表面活性剂多为羧酸盐类 , 如 石油磺酸盐 、 脂肪酸盐 、 脂肪酸的烷醇胺盐以及某些酰 胺 。非离子表面活性剂用于配制切削液者 , 多为环氧 乙烷反应产物 , 如聚氧乙烯脂肪醇醚类产品 ( AEO、 JFC、 平平加等 ) 和聚氧乙烯醚烷基酚类产品 ( OP、 TX 等 ) 。其主要优点在于 : 在金属氧化物 (金属切削时不 可避免产生氧化层 ) 的催化作用下 ,具有较好的化学稳 定性质 ,从而提高切削液的使用寿命 。这种优点特别 在有色金属切削 (如铝材 ) 时表现明显 。 1. 4 防锈剂的选择 各位 极数 极差 防锈性是评价金属切削液性能好坏的一项重要指 标 。防锈剂是一种极性很强的化合物 , 与金属表面有 很强的附着力 ,在金属表面上优先吸附形成保护膜 , 或 与金属表面化合形成钝化膜 , 保护金属表面不与腐蚀 介质接触 ,起到防锈作用 。在已使用的防锈剂中 , 由于 亚硝酸钠具有致癌作用 , 被明令禁止 ; 含磷 、 硫类化合 物会污染环境不符合环保要求 ,也被限用 ; 而钼酸钠价 注 : 防锈剂的配制是按以上各级数量称取后 ,加 2 mL 一缩二乙二醇 , 用蒸馏水配成 5%的溶液 。 正交实验结果中值越大因素越重要 , 由各级数和 值可分析各因素对防锈性能的影响 : 各因素的重要性 依次为 : 硼酸盐 表面活性剂 1、 有机硼酸酯 。从 2 防锈角度看 , 天数越多越好 , 故应选取 6. 0、 0、 5、 4. 1. 8. 0的配方 。经进一步实验验证此配方确实为最佳配 方 ,其防锈天数大于 15 d。 第 36 卷第 4 期 姬学亮 : 复配型高水溶性金属切削液的研制 23 2 切削液配方性能测试 以上述主要配方为依据再加入螯合剂和消泡剂 , 按照 GB6144 - 85 进行性能检测 ,结果如表 3 所示 。 表 3 切削液配方性能测试结果 项 目 外观 pH 值 ( 15 35 ) 3 结论 利用复合硼酸酯 、 表面活性剂 、 防锈剂复配的水基 金属切削液是一种对人体无害 , 对环境友好的环保产 品 ,各项指标均符合 GB6144 - 85, 且具有成本低 , 易配 测试方法 目测 pH 广泛试纸 GB6144 - 85 测试结果 淡黄透明 8 9,合格 制、 使用方便等特点 ,具有良好的应用前景 。 参考文献 : 1 陈国红 ,张焕斌 ,阎青山 , 等 . “ 四合一 ” 金属切削液的 防锈性 / h (35 ) 2 叠片 , 24,合格 单片 , 72,合格 一级灰口铸铁 , 24,合格 铜 , 8,合格 铝 , 8,合格 108,合格 2,合格 0. 04,合格 研制 J . 河北化工 , 2002 ( 1 ) : 38 - 39. GB6144 - 85 GB3142 - 82 GB6144 - 85 BZHR - 180 表面张力仪 2 姚俊兵 ,马平 . 含氮有机硼酸酯润滑添加剂与其他添 腐蚀性 / h ( 55 ) 2 四球法 PB 值 / kg -1 消泡性 / (mL ?10 min ) 表面张力 / (N? - 1 ) m 加剂协同作用考察 J . 润滑油 , 2006 (4) : 42 - 47. 3 王青华 ,欧阳小东 , 马和邦 , 等 . 有机硼酸酯水解稳定 性的考察方法 红外光谱法 J . 润滑与密封 , 2003 (1) : 82 - 83. 注 : 测试液质量分数为 5% 。 Abstract:W ith the boric acid, the oleic acid am ide and hydroxyl benzene and three nitrogen thiazole, the compound extreme p ressure lubricants is synthesized. The compound undergoes orthogonal experim ent w ith various additive to obtain the kind of non 2toxic liquid w ithout pollution, it has superior effect guards against rust lubrication, and is a 自去年太湖蓝藻暴发以来 ,在有关部门的大力配合下 , 科技部门投入 7 亿多元 ,先后实施了 88 个“ 科技治太 ” 项目 , 涉及蓝藻无害化处理及资源化利用 、 饮用水安全保障 、 工业 这些科技项目已取得成效 。 废水处理 、 农业面源污染防治 、 湖泊生态修复等方面 。目前 , 过去 ,太湖蓝藻以人工打捞为主 , 堆放后容易形成二次 污染 。南京大学宜兴环保科技研发中心与江苏鼎泽环境工 程公司联合攻关 ,仅用 30 多天就研发成功蓝藻脱水用带式 压滤机 。该压滤机吸入绿色的藻水后 ,采用复合絮凝法将藻 水初步分离 ,然后通过浓缩压滤将清水排出 , 同时形成干化 kind of new environm ental benign water2solubility metal cutting fluid w ith a good app lication p rospect . Key words: compound extrem e p ressure lubricants; metal cutting fluid; synthesis 综合信息 治理太湖蓝藻化工科技显威力 Syn thesis and Applica tion of Wa ter2soluble Com pound Extrem e Pressure L ubr ican ts in M eta l Cuttin g Flu id ( College of Chem ica l Eng ineering, Ka ifeng U n iversity, Ka ifeng 475004, Ch ina) J I Xue 2liang,WAN G Fang, J I Hong 定了基础 。 -1 的藻饼 。这一“ 特种武器 ” 的诞生为蓝藻打捞作业机械化奠 如何变废为宝是蓝藻治理的重大课题 。蓝藻无害化处 理与资源化综合利用技术及装备项目为此开辟了新路 。该 项目在应用蓝藻与猪粪混合厌氧发酵产沼气以及发酵后沼 肥的应用这两个方面 ,实现了蓝藻的无害化处理和资源化利 99%高分离率污