一种润滑剂、包含其的全合成切削液及润滑剂的制备方法与流程

1.本发明涉及全合成切削液技术领域，特别是涉及一种润滑剂、包含其的全合成切削液及润滑剂的制备方法。


背景技术：

2.金属加工液是金属加工过程中重要的材料，可分为全合成切削液、乳化液和半合成液三种，传统全合成分为脂肪酸皂体系和聚醚体系，脂肪酸皂体系润滑性相对好，但抗硬水差、泡沫大、容易粘附，逐渐被市场淘汰，聚醚型全合成切削液主要通过聚醚的逆溶性提供润滑，冷却性能优异、使用寿命久、安全环保，但存在润滑性能不足，聚醚不可逆析出，粘附金属碎屑，通用性差等缺点。随着对高加工效率的追求，主轴转速和进给速度提高，对切削液润滑性提出了更高的要求，现有的全合成体系用润滑剂已难以满足加工精度及光洁度等方面的要求。
3.全合成体系加工铝等有色金属时，加磷酸酯会容易生菌，加硅氧烷类铝缓会影响后续阳极氧化，且不能和阳离子沉降剂共存，目前成熟体系主要通过低ph值来实现铝腐蚀的抑制，应用范围窄。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中的上述不足，本发明的目的之一在于提供一种全合成切削液用润滑剂，是一种具有良好润滑性能，良好的缓蚀性能，对铝等有色金属具有保护作用，在醇胺中和可溶于水形成透明液体，并能与阳离子共存，能满足高硬度高强度加工要求的润滑剂。
5.本发明的目的之二在于提供一种全合成切削液用润滑剂的制备方法。
6.本发明的目的之三在于提供一种全合成切削液。
7.为了实现上述目的之一，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
9.c21二元酸10～75份、
10.含羟基原料25～90份；
11.其中，所述含羟基原料包括分子量为200～1500的聚乙二醇，三羟甲基丙烷，蓖麻油酸，季戊四醇，分子量为800～5000的聚亚烷基二醇。
12.优选地，所述的润滑剂由包含以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
13.c21二元酸51份、
14.含羟基原料49份；
15.其中，所述含羟基原料包括分子量为200～1500的聚乙二醇，三羟甲基丙烷，蓖麻油酸，季戊四醇，分子量为800～5000的聚亚烷基二醇。
16.优选地，所述润滑剂的酸值为1～250mgkoh/g。
17.优选地，所述c21二元酸是环羧丙基油酸。
18.为了实现上述目的之二，本发明采用以下技术方案：
19.本发明还提供一种全合成切削液用润滑剂的制备方法，包括如下步骤：
20.s1、按照配方量将润滑剂的原料进行备料；
21.s2、混合原料后加入催化剂，进行酯化反应。
22.优选地，所述催化剂选自单丁基氧化锡、钛酸酯、对甲苯磺酸、氨基磺酸、甲基磺酸、硫酸、磷酸、次亚磷酸和硫酸氢钠中的至少一种。
23.优选地，所述催化剂的加入量为所述润滑脂的原料总量的0.01％～2％。
24.优选地，所述酯化反应的时间为2～14h。
25.优选地，所述酯化反应的温度为160～240℃。
26.为了实现上述目的之三，本发明采用以下技术方案：
27.本发明还提供一种全合成切削液，含有上述的全合成切削液用润滑剂。
28.与现有技术相比，本发明提供的润滑剂具有如下有益效果：
29.通过上述c21二元酸以及含羟基原料合成的润滑剂，结构上具有一个未反应的羧基和一个反应生成的酯基，羧基和酯基均具有极性，会吸附在金属表面形成边界油膜，这些油膜可以起到减少摩擦的作用，另一端疏水基团可以减少空气、水及酸等物质对金属的腐蚀，因此本发明的润滑剂具有良好的润滑性，良好的缓蚀性能，对有色金属有保护作用，因具有非离子性，不会和阳离子冲突，使用此润滑剂制备的全合成切削液可以和阳离子沉降剂共存，体系均匀稳定，弥补了传统脂肪酸皂体系粘附及沉降差的缺点，也比传统聚醚体系具有更高的润滑性。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为实施例12～16和对比例1～2的攻丝扭矩图。
具体实施方式
32.为了使本技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下将结合实施例对本技术的技术方案进行清楚、完整的描述。应当理解此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
33.本发明提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
34.c21二元酸30～80份、
35.含羟基原料20～70份；
36.其中，所述含羟基原料包括分子量为200～1500的聚乙二醇，三羟甲基丙烷，蓖麻油酸，季戊四醇，分子量为800～5000的聚亚烷基二醇。
37.本发明还提供一种全合成切削液用润滑剂的制备方法：
38.s1、按照配方量将润滑剂的原料进行备料；
39.s2、混合原料后加入催化剂，进行酯化反应。
40.在一个具体示例中，上述聚乙二醇分子量为200～1500，进一步地，聚乙二醇的分子量可以是300～1000。
41.可以理解地，上述聚乙二醇的分子量可以但不限于是300、400、600、800或1000。
42.在一个具体示例中，上述聚亚烷基二醇分子量为800～5000，进一步地，聚亚烷基二醇的分子量可以是1000～4000。
43.可以理解地，上述聚亚烷基二醇的分子量可以但不限于是1000、1100、1400、1600、2100、2600、2700、3000、3400或3900。
44.具体地，按照润滑剂的原料进行备料；混合原料后加入催化剂，进行酯化反应，在反应进行中通过测酸值监控反应程度。
45.在一个具体示例中，催化剂为酯类催化剂，具体地，上述催化剂可以但不限于选自单丁基氧化锡、钛酸酯、对甲苯磺酸、氨基磺酸、甲基磺酸、硫酸、磷酸、次亚磷酸和硫酸氢钠中的至少一种。
46.进一步地，催化剂的加入量为润滑剂的原料总量的0.01％～2％。
47.具体地，催化剂的加入量可以但不限于是0.01％、0.09％、0.17％、0.25％、0.33％、0.41％、0.49％、0.57％、0.65％、0.73％、0.81％、0.89％、0.97％、1.05％、1.13％、1.21％、1.29％、1.37％、1.45％、1.53％、1.61％、1.69％、1.77％、1.85％、1.93％或2％。
48.在一个具体示例中，酯化反应的时间为2～14h。
49.可以理解地，上述酯化反应时间可以但不限于是2小时、3小时、4小时、小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时或14小时。
50.在一个具体示例中，酯化反应的温度为160℃～240℃。进一步地，上述酯化反应的温度为180℃～210℃。
51.具体地，酯化反应的温度可以但不限于是182℃、184℃、186℃、188℃、190℃、192℃、194℃、196℃、198℃、200℃、202℃、204℃、206℃、208℃或210℃。
52.进一步地，本发明还提供一种全合成切削液，含有全合成切削液用润滑剂。
53.通过上述c21二元酸以及含羟基原料合成的润滑剂具有良好的润滑性，泡沫低，还可以和阳离子沉降剂共存，是全合成切削液中可选用优异的润滑剂。
54.以下结合具体实施例作详细说明，以下具体实施例和对比例中，若无特殊说明，所有原料均可来源于市售。
55.c21二元酸购于广东米奇新材料有限公司，型号为polyem c21；
56.聚乙二醇购自江苏省海安石油化工厂；
57.三羟甲基丙烷购自赤峰瑞阳化工有限公司；
58.蓖麻油酸购自济南晟瑞化工有限公司；
59.季戊四醇购自赤峰瑞阳化工有限公司；
60.聚亚烷基二醇购自巴斯夫，陶氏，科莱恩；
61.对比例1的自乳化酯购于禾大公司，型号为priolube 3955；
62.对比例2的反式嵌段聚醚购于巴斯夫，型号为rpe 1740；
63.水性防锈剂购于广州米奇化工有限公司，型号为anta-car210xr；
64.沉降剂购于广州米奇化工有限公司，型号为funtag cj118；
65.n-甲基二乙醇胺购于广州宽华化工有限公司，型号为mdea；
66.三乙醇胺购于陶氏化工，型号为tea；
67.mbm杀菌剂购于广州奇晟贸易有限公司；
68.新癸酸购于映泰贸易有限公司。
69.实施例1
70.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
71.c21二元酸51份、
72.聚乙二醇49份。
73.上述润滑剂的具体制备过程如下：将510gc21二元酸，490g分子量为400的聚乙二醇，3g对甲苯磺酸依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至200℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应7小时后，测得产品酸值为6.3，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值6.1。
74.实施例2
75.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
76.c21二元酸51份、
77.聚乙二醇49份。
78.上述润滑剂的具体制备过程如下：将510gc21二元酸，490g分子量为400的聚乙二醇，0.2g单丁基氧化锡依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至200℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应6小时后，测得产品酸值为5.7，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值5.3。
79.实施例3
80.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
81.c21二元酸51份、
82.聚乙二醇49份。
83.上述润滑剂的具体制备过程如下：将510gc21二元酸，490g分子量为400的聚乙二醇，20g对甲苯磺酸依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至160℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应14小时后，测得产品酸值为7.7，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值7.4。
84.实施例4
85.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
86.c21二元酸51份、
87.聚乙二醇49份。
88.上述润滑剂的具体制备过程如下：将510gc21二元酸，490g分子量为400的聚乙二醇，2g磷酸依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至240℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应2小时后，测得产品酸值为6.5，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值6.1。
89.实施例5
90.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
91.c21二元酸75份、
92.三羟甲基丙烷25份。
93.上述润滑剂的具体制备过程如下：将750gc21二元酸，250g三羟甲基丙烷，0.2g单丁基氧化锡依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至200℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应7小时后，测得产品酸值为15.8，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值15.6。
94.实施例6
95.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
96.c21二元酸34份、
97.聚乙二醇66份。
98.上述润滑剂的具体制备过程如下：将340gc21二元酸，660g分子量为800的聚乙二醇，0.2g单丁基氧化锡依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至200℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应7小时后，测得产品酸值为5.9，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值5.6。
99.实施例7
100.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
101.c21二元酸60份、
102.蓖麻油酸40份。
103.上述润滑剂的具体制备过程如下：将600gc21二元酸，400g蓖麻油酸，0.2g单丁基氧化锡依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至200℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应9小时后，测得产品酸值为210.8，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值210.5。
104.实施例8
105.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
106.c21二元酸75份、
107.季戊四醇25份。
108.上述润滑剂的具体制备过程如下：将750gc21二元酸，250g季戊四醇，0.2g单丁基氧化锡依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至200℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应5小时后，测得产品酸值为18.7，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值18.0。
109.实施例9
110.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
111.c21二元酸27份、
112.聚亚烷基二醇73份。
113.上述润滑剂的具体制备过程如下：将270gc21二元酸，730g分子量为1100的聚亚烷基二醇，0.2g单丁基氧化锡依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至200℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应7小时后，测得产品酸值为84.7，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值84.6。
114.实施例10
115.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
116.c21二元酸16.3份、
117.聚亚烷基二醇83.7份。
118.上述润滑剂的具体制备过程如下：将163gc21二元酸，837g分子量为2100的聚亚烷基二醇，0.2g单丁基氧化锡依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护，慢慢升温至200℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应7小时后，测得产品酸值为34.9，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值34.7。
119.实施例11
120.本实施提供一种润滑剂，由包括以下重量份数的原料经酯化反应制备而成：
121.c21二元酸10.7份、
122.聚亚烷基二醇89.3份。
123.上述润滑剂的具体制备过程如下：将107gc21二元酸，893g分子量为3400的聚亚烷基二醇，0.2g单丁基氧化锡依次投入2l圆底烧瓶，开动搅拌，通氮气保护。慢慢升温至200℃进行脱水反应。反应过程中通过测酸值监控反应程度，反应6小时后，测得产品酸值为22.6，反应完成，降温至常温得到黄色透明液体，测得成品酸值22.5。
124.实施例12
125.本实施例提供一种全合成切削液，其是由包括以下原料混合而成：
[0126][0127]
实施例13
[0128]
本对比例提供一种合成切削液，其是由包括以下原料混合而成：
[0129]
[0130][0131]
实施例14
[0132]
本对比例提供一种全合成切削液，其是由包括以下原料混合而成：
[0133][0134]
实施例15
[0135]
本对比例提供一种全合成切削液，其是由包括以下原料混合而成：
[0136]
[0137][0138]
实施例16
[0139]
本对比例提供一种全合成切削液，其是由包括以下原料混合而成：
[0140][0141]
对比例1
[0142]
本对比例提供一种全合成切削液，其是由包括以下原料混合而成：
[0143]
[0144][0145]
对比例2
[0146]
本对比例提供一种全合成切削液，其是由包括以下原料混合而成：
[0147][0148]
测试方法与结果分析
[0149]
(1)与阳离子共存性
[0150]
向以上7个配方中分别加入0.5％聚季铵盐阳离子沉降剂(牌号为funtag cj118，购于广州米奇化工有限公司)，与阳离子共存性测试结果如表1所示：
[0151]
表1实施例12～16与对比例1～2的全合成切削液加入阳离子沉降剂后状态
[0152][0153]
市面上常见的自乳化酯和油酸皂大多带有阴离子性，因此遇到阳离子时原液会变
浑浊且整个切削液体系不稳定，本发明制备得到的润滑剂可以与阳离子共存，体系均匀稳定。
[0154]
(2)润滑性测试
[0155]
将实施例12～16与对比例1～2的全合成切削液配方分别用自来水配成10％工作液，采用microtap ttt攻丝扭矩机在6082铝上进行攻牙加工，测试条件为m4丝锥，1500rpm，300ncm，攻牙深度8mm，取0mm～8mm的数据。上述实施例12～16与对比例1～2的全合成切削液的润滑性能测试结果如附图1以及表2所示。
[0156]
表2实施例12～16与对比例1～2的全合成切削液润滑性能
[0157][0158]
从以上数据综合评价可知，采用c21二元酸和不同含羟基原料制得的润滑剂，在使用8％时，在6082铝上表现出的润滑性比分别使用12％的priolube 3955自乳化酯和17％的rpe1740聚醚好，因此在全合成切削液体系中，本发明制得的润滑剂能提供良好的润滑保护，且不会对体系造成不利影响。
[0159]
本发明在进行上述测试中使用的是6082铝，可以理解的，本发明的润滑剂可以但不限适用于压铸铝、7系铝、铸铁、不锈钢以及铜等材质，本测试加工方式是攻牙，同样可以理解的，也可以适用但不限于锯削、铣削以及钻孔等加工工艺。
[0160]
(3)缓蚀性能
[0161]
以下缓蚀性能测试选用adc12、6061及7075等3种铝做缓蚀性能研究，测试条件为：将实施例12～16与对比例1～2的全合成切削液配方用自来水配成5％工作液，半浸泡，55℃，4h，测试完成后，观察铝合金状态如表3所示：
[0162]
表3各配方铝缓蚀性能
[0163][0164]
从上表可见，本发明制得的润滑剂在全合成体系不加磷酸酯的情况下能提供良好的铝保护，本发明进行缓蚀性能测试是针对铝的浸泡实验，可以理解地本发明的润滑剂也可以但不限于为铸铁以及碳钢等黑色金属提供额外的防锈保护。
[0165]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。