一种金属切削液及其应用的制作方法

1.本发明属于金属切削液技术领域，具体涉及一种金属切削液及其应用。


背景技术：

2.金属切削液在金属加工过程中必不可少，广泛应用于3c、汽车、航天、机械加工等行业。金属加工过程按处理方式可分为切削、成型、防护和热处理四大类。金属切削液被广泛应用于各种金属切削加工工艺中，例如车削、磨削、铣削等，在加工过程中金属切削液具有润滑、冷却、防锈、清洗等作用。
3.目前，金属切削液主要分为油基切削液和水基切削液。油基切削液在使用过程中，对环境污染较大、易燃、冷却较慢，且清洗过程中需用到有机物，对人体危害严重；水基切削液相比油基切削液，具有优良的冷却、清洗性能、且成本低，无污染，但水基切削液润滑性能、防锈性能还不能让人满意。


技术实现要素：

4.鉴于以上缺陷，本发明提供一种具有高润滑性、防锈性能好的金属切削液。
5.本发明的目的采用如下技术方案实现：
6.一种金属切削液，包括如下组分：磷酸酯10-15质量份、碳酸钾5-7质量份、乙二胺四乙酸0.02-0.07质量份、c14醇聚氧乙烯(3)醚2-4质量份、苯骈三氮唑0.2-0.7质量份、乙二醇二羟甲醚0.3-0.8质量份、0.2-0.7质量份和水60-80份；
7.所述磷酸酯包括油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯、花生醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯和十八醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯中的一种或两种以上。
8.在本发明中，所述磷酸酯采用如下方法制备：将油醇或花生醇或十八醇与环氧乙烷在氢氧化钾催化下进行聚合反应，得到聚氧乙烯醚；所述聚氧乙烯醚与五氧化二磷在催化剂存在的情况下，发生酯化反应，然后加入水，进行水解，得到所述磷酸酯。
9.在本发明中，所述催化剂是负载有硅钨酸的mcm22/zsm-35复合分子筛。
10.在本发明中，所述催化剂采用如下方法制备：将质量比为9-11：28-32：52-58：390-410：490-510的偏铝酸钠、氢氧化钠、六亚甲基亚胺、硅酸钠和去离子水，依次在不断搅拌下加入合成釜，在130-150℃反应45-55h；反应结束后，冷却，离心，取沉淀于烘干，焙烧，得到mcm22/zsm-35复合分子筛；将质量比为10：3.8-5.8的mcm22/zsm-35复合分子筛与硅钨酸在80-100℃下混合，搅拌后烘干。
11.在本发明中，所述磷酸酯是质量比为2-4:9的油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯和花生醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯的混合物。
12.本发明还提供所述金属切削液的制备方法，其特征在于，在磷酸酯中加入水，搅拌，得到磷酸酯水溶液；将碳酸钾、乙二胺四乙酸、c14醇聚氧乙烯(3)醚、苯骈三氮唑和乙二醇二羟甲醚，依次加入到所述磷酸酯水溶液中，搅拌均匀，得到金属切削液。
13.有益效果：本发明水基金属切削液，具有优异的润滑性、耐磨性、防锈性、抗硬水
性、抗静电性、润湿性和冷却效果，对多种切削方式及工件材料具有广泛的通用性，同时对人体无毒、无害、不伤害皮肤，对环境无污染，适用于各种金属的机械加工。该水基金属切削液的生产工艺简单，成本低。
附图说明
14.图1油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯b的红外谱图，横坐标为波数，单位是cm
－1，
纵坐标为透光率，单位是％。
15.图2油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯b的核磁共振图谱，横坐标为化学位移，单位是ppm。
具体实施方式
16.实施例1
17.1.制备油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯a
18.步骤一：将268.49g的油醇和0.5g氢氧化钾加入反应釜内，充入氮气置换出反应釜内空气，在搅拌状态下升温至110℃并保温，通入132.15g环氧乙烷进行反应，通入环氧乙烷的时间为1h；当停止通入环氧乙烷时，在110℃保温1h进行老化，然后抽真空除去杂质，加入1g磷酸中和，即得油醇聚氧乙烯(3)醚。
19.步骤二：在400g油醇聚氧乙烯(3)醚中，分批加入70.8g五氧化二磷(每次加入35.4g，两次间隔半小时)，然后升温至70℃并在70℃反应4h；加入油醇聚氧乙烯(3)醚质量2％的去离子水，在75℃水解3h，得到油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯a。按照qb/t 2949-2008进行检测，发现该油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯a中单酯的质量百分含量为50.8％、双酯的质量百分含量为48.6％。
20.实施例2
21.1.制备催化剂x
22.制备催化剂x的方法，包括如下步骤：
23.步骤一：将10g偏铝酸钠、30g氢氧化钠、55g六亚甲基亚胺、400g硅酸钠和500g去离子水，依次在不断搅拌下加入合成釜中。把釜密封后放入烘箱中，采取旋转釜体的方式进行动态合成，设定反应温度140℃，反应时间50h。反应结束后，把反应釜卸下，浸入10℃的水中急速冷却，然后离心，取沉淀。将所得沉淀于110℃烘干10h，然后在540℃焙烧4h，得到mcm22/zsm-35复合分子筛。
24.步骤二：将10g的mcm22/zsm-35复合分子筛与4.8g硅钨酸在90℃下混合，搅拌3h，取出，置于150℃烘箱中烘干4h，即得到催化剂x。
25.2.制备油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯b
26.步骤一：将268.49g的油醇和0.5g氢氧化钾加入反应釜内，充入氮气置换出反应釜内空气，在搅拌状态下升温至110℃并保温，通入132.15g环氧乙烷，通入环氧乙烷的时间为1h；当停止通入环氧乙烷时，在110℃保温1h进行老化，然后抽真空除去杂质，加入1克磷酸中和，即得油醇聚氧乙烯(3)醚；
27.步骤二：在400克油醇聚氧乙烯(3)醚中，加入0.471g催化剂x，分批加入70.8g五氧化二磷(每次加入35.4g，两次间隔半小时)，然后升温至75℃并在75℃反应4h；加入油醇聚氧乙烯(3)醚质量2％的去离子水，在75℃水解3h，得到油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯b。按照
qb/t 2949-2008进行检测，发现其中单酯的质量百分含量为95.6％，双酯的质量百分含量为3.9％；
28.油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯b的红外谱图见图1。波数3672.76cm
－1
处的宽峰是o-h的伸缩振动特征峰，2922.35cm-1
处为-ch3反对称伸缩振动吸收峰，1063.26cm-1
和875.12cm-1
处分别是p-o-c的伸缩振动吸收峰和变形伸缩振动吸收峰，1457.62cm-1
处的吸收峰是长碳链-ch2的特征吸收峰，因此，证明油醇聚氧乙烯(3)醚和p2o5发生了酯化反应，生成了油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯b。
29.油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯b的核磁共振图谱见图2。3.9942ppm是油醇聚氧乙烯(3)醚单酯的吸收峰、0.8656ppm是油醇聚氧乙烯(3)醚双酯的吸收峰、7.3696ppm是溶剂峰，可以证明：油醇聚氧乙烯(3)醚与p2o5发生了酯化反应，生成了油醇聚氧乙烯(3)醚单酯和双酯。
30.实施例3
31.1.制备花生醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯
32.步骤一：将298.55g的花生醇和0.5g氢氧化钾加入反应釜内，充入氮气置换出反应釜内空气，在搅拌状态下升温至110℃并保温，通入132.15g环氧乙烷，通入环氧乙烷的时间为1h；当停止通入环氧乙烷时，在110℃保温1h进行老化，然后抽真空除去杂质，加入1g磷酸中和，得到花生醇聚氧乙烯(4)醚；
33.步骤二：在430克花生醇聚氧乙烯(4)醚中，加入0.478g催化剂x(采用实施例2中方法制备)，分批加入48g五氧化二磷(每次加入24g，两次间隔半小时)，升温至70℃在70℃反应4h；加入花生醇聚氧乙烯(4)醚质量3％的去离子水，在75℃水解3h，得到花生醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯。按照qb/t 2949-2008进行检测，发现其中单酯质量百分含量为96.2％、双酯质量百分含量为3.22％。
34.实施例4
35.1.制备十八醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯
36.步骤一：将270.50g的十八醇和0.6g氢氧化钾加入反应釜内，充入氮气置换出反应釜内空气，在搅拌状态下升温至110℃并保温，通入176.2g环氧乙烷，通入环氧乙烷的时间为1h；当停止通入环氧乙烷时，在110℃保温1h进行老化，然后抽真空除去杂质，加入1.2g磷酸中和，得到十八醇聚氧乙烯(4)醚；
37.步骤二：在446克十八醇聚氧乙烯(4)醚中，加入0.480g催化剂x，分批加入48g五氧化二磷(每次加入24g，两次间隔半小时)，然后升温至70℃，在70℃反应4h；加入十八醇聚氧乙烯(4)醚质量2％的去离子水，在75℃水解1h，得到十八醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯。按照qb/t 2949-2008进行检测，发现其中单酯质量百分含量为96.2％、双酯质量百分含量为3.19％。
38.实施例5制备金属切削液
39.分别制备六种磷酸酯水溶液：取实施例1中制备得到的油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯a12质量份，加入70质量份去离子水，搅拌半小时，得到磷酸酯水溶液a；取实施例2制备得到的油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯b12质量份，加入70质量份去离子水，搅拌半小时，得到磷酸酯水溶液b；取实施例3制备得到的花生醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯12质量份，加入70质量份去离子水，搅拌半小时，得到磷酸酯水溶液c；取实施例2制备得到的油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯
b3质量份和实施例3制备得到的花生醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯9质量份混合，加入70质量份去离子水，搅拌半小时，得到磷酸酯水溶液d；取实施例3制备得到的花生醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯3质量份和实施例4制备得到的十八醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯9质量份混合，加入70质量份去离子水，搅拌半小时，得到磷酸酯水溶液e；取磷酸三甲酚酯12份，加入70质量份去离子水，搅拌半小时，得到磷酸酯水溶液f。
40.分别采用磷酸酯水溶液a-f制备金属切削液，具体方法如下：将碳酸钾6质量份、乙二胺四乙酸0.05质量份、c14醇聚氧乙烯(3)醚(牌号aeo3、数均分子量312-352，购自江苏钟山新材料)3质量份、苯骈三氮唑0.5质量份和乙二醇二羟甲醚0.5质量份，依次加入到磷酸酯水溶液中，搅拌均匀，得到金属切削液a、b、c、d、e、f。
41.按照如下方法检测金属切削液a-f的性能：按照gb/t 3142-2019《润滑剂承载能力的测定四球法》测定，得切削液的最大无卡咬负荷(pb/n)；参照gb/t 6144-2010进行防锈性试验；按照sh/t 0365-92进行稳定性测试；按照sh/t 0365-92进行降解性测试。
42.表1检测结果
[0043][0044]
由表1可知本发明制备的特种磷酸酯，将高单酯含量的油醇聚氧乙烯(3)醚磷酸酯和花生醇聚氧乙烯(4)醚磷酸酯复配制备的切削液d，其润滑性能、防锈性能、生物降解性能、稳定性有较大的提升，其在金属切削液方向好具有极好的应用前景。
[0045]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。