一种高抗磨性水基切削液及其制备方法与流程

1.本发明涉及切削液技术领域，具体为一种高抗磨性水基切削液及其制备方法。


背景技术：

2.切削液是一种用在金属切削、磨加工过程中，用来冷却润滑刀具和加工件的工业用液体，其由多种功能助剂经科学复合配伍而成。作为一种金属切削加工的重要辅助性配套材料，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，其主要作用包括冷却、润滑、防锈和清洗四个方面。
3.参考中国专利cn104327929a中提出了一种高抗磨性水基切削液及其制备方法，该方案中的切削液采用全新的润滑剂、乳化剂及添加剂配伍的方法进行制备，其中主要利用二硫化钼的摩擦性能来提高切削液的减摩抗磨性能，虽然二硫化钼能够和金属表面发生反应，形成保护膜，但是在潮湿环境下使用的时候，二硫化钼会引起金属的电化腐蚀，加剧金属表面的腐蚀程度，对刀具和磨具的使用寿命也会大大降低，为此，提出一种高抗磨性水基切削液是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高抗磨性水基切削液及其制备方法，解决了现有的切削液会加剧金属表面腐蚀程度，降低刀具和磨具使用寿命的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高抗磨性水基切削液，包括以下重量份原料：5
‑
10份缓蚀剂、6
‑
10份抗磨润滑剂、10
‑
16份防锈剂、1
‑
2份螯合剂、2
‑
5份分散剂、10
‑
13份乳化助剂和30
‑
35份去离子水；
8.该高抗磨性水基切削液由以下方法制备：
9.将缓蚀剂、抗磨润滑剂、防锈剂、螯合剂和去离子水一起投入反应釜中，在75
‑
80℃温度条件下搅拌2h，冷却至30℃后加入分散剂和乳化助剂，继续搅拌1h，冷却至室温，得到高抗磨性水基切削液。
10.优选的，缓蚀剂为巯基苯并噻唑、苯并三氮唑和三聚磷酸钠按照质量比1:2:2混合组成。
11.优选的，防锈剂为磷酸盐和硼酸盐按照质量比1:1
‑
2混合组成。
12.优选的，螯合剂为乙二胺四乙酸，分散剂为偏磷酸钠。
13.优选的，乳化助剂为硫化甘油三酸酯和十二烷基硫酸三乙醇胺按照质量比1:1混合组成。
14.优选的，抗磨润滑剂由以下方法制备：
15.步骤1、将三聚氯氰和硫化钠加入反应釜中，向反应釜中加入盐酸溶液，控制反应釜温度60℃，加热反应10
‑
12h，冷却，旋转蒸除溶剂，向产物中加水溶解，抽滤，保留滤液旋
除水分，置于真空干燥箱中，在室温条件下放置10
‑
12h，得到中间体1；
16.反应过程如下：
[0017][0018]
步骤2、将二甲胺溶解在水中，得到二甲胺水溶液，将二甲胺水溶液置于冰水浴中搅拌，控制二甲胺水溶液的温度为5℃，向二甲胺水溶液中先后滴加氯丙烯和氢氧化钠溶液，滴加完成后，在转速为300
‑
500r/min的条件下，搅拌反应1
‑
2h，得到中间体2；
[0019]
反应过程如下：
[0020][0021]
步骤3、将中间体2和去离子水加入反应釜中，在温度为110
‑
120℃的条件下加入高锰酸钾，回流反应4
‑
5h，制得中间体3；
[0022]
反应过程如下：
[0023][0024]
步骤4、将中间体1和中间体3加入反应釜中，在转速为300
‑
500r/min的条件下，进行搅拌并加入浓硫酸，在温度为80
‑
90℃的条件下，进行反应1
‑
2h，制得中间体4；
[0025]
反应过程如下：
[0026][0027]
步骤5、将中间体4、乙醇加入反应釜中，在温度为40
‑
60℃的条件下，搅拌溶解，将甲醛、二乙醇胺搅拌混合均匀，得到混合溶液，向反应釜中滴加混合溶液，在温度为80
‑
90℃条件下，加热回流4
‑
6h，冷却，旋转蒸除溶剂，加入去离子水，抽滤，保留滤液旋除水分，置于真空干燥箱中，在室温条件下放置10
‑
12h，得到抗磨润滑剂。
[0028]
反应过程如下：
[0029][0030]
优选的，步骤1中，三聚氯氰、硫化钠、盐酸溶液的用量比为10ml：45
‑
50ml：30ml，盐酸溶液的质量浓度为25％。
[0031]
优选的，步骤2中，二甲胺水溶液、氯丙烯、氢氧化钠溶液的用量比为13.5ml：10ml：10ml，氯丙烯和氢氧化钠溶液的滴加间隔时间为10min，氢氧化钠溶液的浓度为5mol/l。
[0032]
优选的，步骤3中，中间体2、去离子水、高锰酸钾的用量比为6.5g:80ml:10.8g。
[0033]
优选的，步骤4中，中间体1和中间体2的用量比为1.6g：3.5g，浓硫酸的用量为中间体3质量的20％，浓硫酸的质量分数为95％。
[0034]
优选的，步骤5中，中间体4、乙醇的用量比为3.5g：20ml，乙醇的质量分数为46％，甲醛、二乙醇胺的用量比为1mol：1mol。
[0035]
一种高抗磨性水基切削液的制备方法，包括以下步骤：
[0036]
将缓蚀剂、抗磨润滑剂、防锈剂、螯合剂和去离子水一起投入反应釜中，在75
‑
80℃温度条件下搅拌2h，冷却至30℃后加入分散剂和乳化助剂，继续搅拌1h，冷却至室温，得到高抗磨性水基切削液。
[0037]
(三)有益效果
[0038]
一种高抗磨性水基切削液及其制备方法，与现有技术相比具备以下有益效果：
[0039]
通过以均三嗪杂环为母体，通过亲核反应，在均三嗪杂环上引入不同的官能团，得到抗磨润滑剂，抗磨润滑剂的分子中含有致密的氮杂环，由于氮杂环中的电子云密度较高，因此能够较好的吸附在摩擦副表面，形成较完整的保护膜；由于二乙醇胺中含有碳烷基的支链，利用这些支链起到油性基的作用，增加保护膜的厚度，隔开相互摩擦的两个表面，从而使切削液能够起到较好的润滑保护作用；另外由于二乙醇胺中含有多个羟乙基，在将抗磨润滑剂应用到切削液中后，羟乙基能够使保护膜更加牢固的吸附在切削件表面，对切削件起到保护作用；并且由于抗磨润滑剂中含有硫元素，硫元素与金属反应，生成硫化物等无机物，利用低剪切应力的硫化物具有良好的极压抗磨减摩特性，从而极大的提高了切削液的极压抗磨减摩能力，在含有硫元素的前提下，通过在均三嗪杂环中引入羟烷基也能够有效提高切削液的减摩性能；通过氯丙烯和二甲胺之间进行亲核取代反应，得到抗菌单体，将抗菌单体引入中间体1中，由于抗菌单体中含有季铵盐，因此在对抗磨润滑剂应用到切削液中后，季铵盐作用于微生物的生长过程，对微生物起到有效的杀菌作用，从而在一定程度上提高切削液的抗菌性能。
具体实施方式
[0040]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。
[0041]
实施例1：
[0042]
抗磨润滑剂由以下方法制备：
[0043]
步骤1、将10ml三聚氯氰和45ml硫化钠加入反应釜中，向反应釜中加入30ml盐酸溶液，控制反应釜温度60℃，加热反应10h，冷却，旋转蒸除溶剂，向产物中加100ml水溶解，抽滤，保留滤液旋除水分，置于真空干燥箱中，在室温条件下放置10h，得到中间体1；
[0044]
步骤2、将3.5g二甲胺溶解在10ml水中，得到二甲胺水溶液，将二甲胺水溶液置于冰水浴中搅拌，控制二甲胺水溶液的温度为5℃，向13.5ml二甲胺水溶液中间隔10min先后滴加10ml氯丙烯和10ml氢氧化钠溶液，滴加完成后，在转速为300r/min的条件下，搅拌反应1h，得到中间体2；
[0045]
步骤3、将6.5g中间体2和80ml去离子水加入反应釜中，在温度为110℃的条件下加入10.8g高锰酸钾，回流反应4h，制得中间体3；
[0046]
步骤4、将1.6g中间体1和3.5g中间体3加入反应釜中，在转速为300r/min的条件下，进行搅拌并加入1.6ml浓硫酸，在温度为80℃的条件下，进行反应1h，制得中间体4；
[0047]
步骤5、将3.5g中间体4、20ml乙醇加入反应釜中，在温度为40℃的条件下，加热溶解，将3.2g甲醛、1.15g二乙醇胺搅拌混合均匀，得到混合溶液，向反应釜中滴加混合溶液，在温度为80℃条件下，加热回流4h，冷却，旋转蒸除溶剂，加入去离子水，抽滤，保留滤液旋除水分，置于真空干燥箱中，在室温条件下放置10h，得到抗磨润滑剂。
[0048]
实施例2：
[0049]
抗磨润滑剂由以下方法制备：
[0050]
步骤1、将15ml三聚氯氰和60ml硫化钠加入反应釜中，向反应釜中加入30ml盐酸溶液，控制反应釜温度60℃，加热反应12h，冷却，旋转蒸除溶剂，向产物中加120ml水溶解，抽滤，保留滤液旋除水分，置于真空干燥箱中，在室温条件下放置12h，得到中间体1；
[0051]
步骤2、将5.6g二甲胺溶解在20ml水中，得到二甲胺水溶液，将二甲胺水溶液置于冰水浴中搅拌，控制二甲胺水溶液的温度为5℃，向15.6ml二甲胺水溶液中间隔10min先后滴加13ml氯丙烯和13ml氢氧化钠溶液，滴加完成后，在转速为500r/min的条件下，搅拌反应2h，得到中间体2；
[0052]
步骤3、将8.3g中间体2和100ml去离子水加入反应釜中，在温度为120℃的条件下加入12.8g高锰酸钾，回流反应5h，制得中间体3；
[0053]
步骤4、将2.6g中间体1和4.3g中间体3加入反应釜中，在转速为500r/min的条件下，进行搅拌并加入2.1ml浓硫酸，在温度为90℃的条件下，进行反应2h，制得中间体4；
[0054]
步骤5、将3.5g中间体4、20ml乙醇加入反应釜中，在温度为60℃的条件下，加热溶解，将3.2g甲醛、1.15g二乙醇胺搅拌混合均匀，得到混合溶液，向反应釜中滴加混合溶液，在温度为90℃条件下，加热回流6h，冷却，旋转蒸除溶剂，加入去离子水，抽滤，保留滤液旋除水分，置于真空干燥箱中，在室温条件下放置12h，得到抗磨润滑剂。
[0055]
实施例3：
[0056]
抗磨润滑剂由以下方法制备：
[0057]
步骤1、将10ml三聚氯氰和50ml硫化钠加入反应釜中，向反应釜中加入30ml盐酸溶液，控制反应釜温度60℃，加热反应12h，冷却，旋转蒸除溶剂，向产物中加100ml水溶解，抽
滤，保留滤液旋除水分，置于真空干燥箱中，在室温条件下放置12h，得到中间体1；
[0058]
步骤2、将3.5g二甲胺溶解在20ml水中，得到二甲胺水溶液，将二甲胺水溶液置于冰水浴中搅拌，控制二甲胺水溶液的温度为5℃，向14.5ml二甲胺水溶液中间隔10min先后滴加13ml氯丙烯和13ml氢氧化钠溶液，滴加完成后，在转速为500r/min的条件下，搅拌反应2h，得到中间体2；
[0059]
步骤3、将6.8g中间体2和90ml去离子水加入反应釜中，在温度为120℃的条件下加入12.8g高锰酸钾，回流反应5h，制得中间体3；
[0060]
步骤4、将3.5g中间体1和4.2g中间体3加入反应釜中，在转速为500r/min的条件下，进行搅拌并加入2.1ml浓硫酸，在温度为90℃的条件下，进行反应2h，制得中间体4；
[0061]
步骤5、将3.1g中间体4、15ml乙醇加入反应釜中，在温度为50℃的条件下，加热溶解，将4.3g甲醛、1.3g二乙醇胺搅拌混合均匀，得到混合溶液，向反应釜中滴加混合溶液，在温度为90℃条件下，加热回流5h，冷却，旋转蒸除溶剂，加入去离子水，抽滤，保留滤液旋除水分，置于真空干燥箱中，在室温条件下放置11h，得到抗磨润滑剂。
[0062]
对比例1：
[0063]
本对比例与实施例1的区别之处在于，在抗磨润滑剂中不引入中间体3，其余步骤不变，制得抗磨润滑剂。
[0064]
对比例2：
[0065]
本对比例采用上海宏力明化工有限公司生产的wd
‑
40防锈润滑剂。
[0066]
将实施例1
‑
3和对比例1
‑
2得到的润滑剂分别倒入烧杯中，接着取五个相同的铸铁片打磨清洗干净后，分别浸泡在五组烧杯的润滑剂中，设置烧杯的温度为50℃，3h后取出铸铁片，用石油醚清洗干净后，观察腐蚀情况，a级：无锈，光泽如新；b级：无锈但轻微失光；c级：轻锈和轻微失光；d级：重锈或严重失光，观察结果如表1：
[0067]
表1
[0068] 实施例1实施例2对比例3对比例1对比例212h腐蚀情况aaaab24h腐蚀情况aaabc48h腐蚀情况aaacd
[0069]
由表1可知，实施例1
‑
3的润滑剂在12
‑
48h的腐蚀情况上均优于对比例1
‑
2的润滑剂使用情况，这是因为在润滑剂中引入了抗菌单体，利用抗菌单体中的季铵盐对微生物起到有效的杀菌作用，在一定程度上提高切削液的抗菌性能，进而延缓了微生物对工件的腐蚀速率。
[0070]
实施例4：
[0071]
一种高抗磨性水基切削液，包括以下重量份原料：5份缓蚀剂、6份实施例1中的抗磨润滑剂、10份防锈剂、1份螯合剂、2份分散剂、10份乳化助剂和30份去离子水；
[0072]
该高抗磨性水基切削液的制备方法，包括以下步骤：
[0073]
将缓蚀剂、抗磨润滑剂、防锈剂、螯合剂和去离子水一起投入反应釜中，在75℃温度条件下搅拌2h，冷却至30℃后加入分散剂和乳化助剂，继续搅拌1h，冷却至室温，得到高抗磨性水基切削液。
[0074]
实施例5：
[0075]
一种高抗磨性水基切削液，包括以下重量份原料：5份缓蚀剂、6份实施例4中的抗磨润滑剂、10份防锈剂、1份螯合剂、2份分散剂、10份乳化助剂和30份去离子水；
[0076]
该高抗磨性水基切削液的制备方法，包括以下步骤：
[0077]
将缓蚀剂、抗磨润滑剂、防锈剂、螯合剂和去离子水一起投入反应釜中，在75℃温度条件下搅拌2h，冷却至30℃后加入分散剂和乳化助剂，继续搅拌1h，冷却至室温，得到高抗磨性水基切削液。
[0078]
对比例3：
[0079]
本对比例采用广州市方川润滑科技有限公司生产的水性磨削液。
[0080]
将实施例4
‑
5和对比例3中的切削液应用到工件的切削实验中，测试工件的磨削直径wsd，测试结果如表2：
[0081]
表2
[0082] 实施例4实施例5对比例3wsd/mm0.550.560.72
[0083]
由表2可知，实施例4
‑
5的切削液在应用后磨削直径明显低于对比例3的切削液在应用后磨削直径，这是由于实施例4
‑
5的切削液中应用了抗磨润滑剂，抗磨润滑剂的分子中含有致密的氮杂环，由于氮杂环中的电子云密度较高，因此能够较好的吸附在摩擦副表面，形成较完整的保护膜，并且切削液中含有硫元素，硫元素与金属反应，生成硫化物等无机物，利用低剪切应力的硫化物具有良好的极压抗磨减摩特性，从而极大的提高了切削液的极压抗磨减摩能力。
[0084]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0085]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。