一種含有離子液體的微乳化金屬切削液及其製備方法和應用的製作方法
2023-06-23 07:36:46 3
一種含有離子液體的微乳化金屬切削液及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種含有離子液體的微乳化金屬切削液及製備方法和應用，所述含有離子液體的微乳化金屬切削液包括聚α烯烴、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、防鏽劑、離子液體、極壓添加劑、消泡劑、殺菌劑、pH調節劑和水。其製備方法即將防鏽劑倒入水中形成水系；將極壓添加劑、消泡劑、殺菌劑依次加入基礎油中形成油系；將水系和油系攪拌混合均勻後依次加入非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和離子液體，混合均勻後用pH調節劑調pH7.5-9，即得具有優良的高低溫穩定性，氧化安定性、熱安定性良好、潤滑性和生物可降解性的含有離子液體的微乳化金屬切削液，其使用周期長，適用於高精度、高要求的金屬工件的切削加工。
【專利說明】一種含有離子液體的微乳化金屬切削液及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種含有離子液體的微乳化金屬切削液及其製備方法和應用。
【背景技術】
[0002]金屬切削是機械工程加工零部件的主要手段，特別是高精度金屬零件，在金屬加工過程中，如果在工具機精度、工件材質、刀具材質、加工條件、工人技術水平等條件相同的條件下合理選擇金屬切削液，對減少摩擦、改善散熱條件、降低加工區域溫度、延長刀具、砂輪的使用壽命、提高工件精度、降低工件表面粗糙度從而降低切削液使用成本和提高企業經濟效益具有十分重要的作用，切削液具有冷卻、潤滑、清洗和防鏽這四大功能。為了滿足現在工業對高精度工件的要求，金屬切削液的高性能也十分重要，特別是金屬切削液的潤滑性能、抗磨性能、極壓性能、氧化安定性能等這些關係到加工效果的相關性能，所以改進金屬切削液的綜合性能十分急迫。
[0003]離子液體是由有機陽離子和陰離子組成的一類液體鹽體系的總稱，離子液體是指全部由離子組成的，在室溫或相鄰溫度下呈現液態的物質，又稱室溫離子液體(RTILs)、室溫熔融鹽和室溫有機鹽等。它是由特定的體積相對較大的有機陽離子和體積相對較小的無機陰離子構成，它不僅屬於離子型液態物質；而且具有固態物質所不具有的「液態」性質。這使得離子液體兼具液體與固體功能特性，所以被稱為「固態」液體，或「液體」分子篩。因而，離子液體往往展現出獨特的性質及特有的功能。離子液體具有如下特點:1、沒有顯著的蒸汽壓。2、具有良好的溶解能力。3、具有「可設性」。4、具有較好的熱穩定性和化學穩定性。5、易於與其他物質分離，可循環利用。6、製備簡單。離子液體由陰、陽離子組成，種類繁多，通過改變陰離子、陽離子的不同組合可以獲得不同的離子液體。
[0004]在金屬切削液`的配製過程中加入離子液體可以改善水基切削液磨損大、潤滑效果不好、熱穩定性及化學穩定性不好等這些性能。由於水基切削液需要加入防鏽劑、極壓添加劑、消泡劑等添加劑，而離子液體有良好的溶解效果，加入離子液體後能很好地改善溶解不好的缺點。
【發明內容】
[0005]本發明的目的之一在於為了解決傳統金屬切削液的一些弊端，例如，水基切削液使用過程中刀具磨損過大、潤滑效果不佳和油水分離，而提供一種含有離子液體的微乳化金屬切削液。該含有離子液體的微乳化金屬切削液具有良好的潤滑、冷卻和減摩性能、生物降解性，可適用於高精度、高要求的金屬工件的切削加工。其使用後，減小了後處理的成本，同時對環境和人類健康無毒無害。
[0006]本發明的目的之二在於提供上述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液的製備方法。
[0007]本發明的目的之三是將上述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液用於金屬，特別是高精度、高要求的金屬工件的切削加工，特別是船舶、重工業等金屬切削加工。
[0008]本發明的技術方案
一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量如
下:
基礎油20-25%
非離子表面活性劑16-24%
陰離子表面活性劑4-6%
防鏽劑8-12%
尚子液體3-4%
極壓添加劑2-3%
消泡劑1-2%
殺菌劑0.5-1%
餘量為水； 其中所述的基礎油為聚α烯烴；
所述的非離子表面活性劑為直鏈脂肪醇聚氧乙烯醚，所述的直鏈脂肪醇聚氧乙烯醚優選為江蘇海安石油化工廠的Μ0Α-10 ；
所述的陰離子表面活性劑為石油磺酸鹽，所述的石油磺酸鹽優選為碳鏈長度平均為14~18的直鏈烷基磺酸鈉；
上述的非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑按質量比計算，其最佳比例即非離子表面活性劑:陰離子表面活性為3.2:1 ;
所述的防鏽劑為三乙醇胺硼酸酯與妥爾油組成的混合物；
所述的極壓添加劑為硫化異丁烯；
所述的消泡劑為油酸三乙醇胺；
所述的殺菌劑為異噻唑啉酮；
所述的離子液體通過包括如下步驟的方法製備:
按無水乙醇:N，N-二甲基十四烷基胺:1，4_ 二溴丁烷為Iml:0.4g:0.167g的比例，將無水乙醇、N，N- 二甲基十四烷基胺和1，4_ 二溴丁烷混合後控制溫度為85°C進行回流反應48h,得到反應液；
然後，用按質量比計算，即乙酸乙酯:乙醇為2-3:1比例的而組成的乙酸乙酯-乙醇混合液對上述所得的反應液進行3-4次重結晶後，在55-65°C烘乾，即得離子液體。
[0009]上述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液的製備方法，具體包括如下步驟:
(1)、將防鏽劑倒入水中，攪拌均勻形成水系；
(2)、將極壓添加劑、消泡劑、殺菌劑依次加入基礎油中，攪拌均勻形成油系；
(3)、將步驟(1)所形成的水系和步驟(2)所形成的油系混合併攪拌均勻後，
再一邊攪拌一邊依次加入非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和離子液體，混合均勻後用PH調節劑調節pH值至7.5-9，得到均一、澄清的微乳體系即為一種含有離子液體的微乳化金屬切削液；
所述的PH調節劑為碳酸鈉，優選為質量百分比濃度為10%的碳酸鈉水溶液。
[0010]上述所得的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液用於高精度、高要求的金屬工件的切削加工，特別是船舶、重工業等金屬切削加工，其使用時用去離子水或者蒸餾水將其稀釋20倍後使用。
[0011]本發明的有益效果
本發明的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，由於離子液體的加入，因此為微乳化金屬切削液提供良好的潤滑、冷卻和減摩性能且綠色環保，可適用於高精度、高要求的金屬工件的切削加工。
[0012]進一步，本發明的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，由於具有良好的潤滑性、抗磨性和生物降解性，其使用後，減小了後處理的成本，同時對環境和人類健康無毒無害。
【具體實施方式】
[0013]下面通過具體的實施例對本發明的技術方案做進一步闡述，但並不限制本發明。
[0014]本發明所用的陰離子表面活性劑均為化學純，生產廠家是國藥集團化學試劑有限公司。
[0015]本發明所用的非離子表面活性劑直鏈脂肪醇聚氧乙烯醚為江蘇海安石油化工廠生產；
石油磺酸鈉、妥爾油為上海振威化工有限公司生產；
所用的聚α烯烴為綏芬河市萬豐源經貿有限責任公司生產。
[0016]所述的N，N-二甲基十四烷基胺、1，4_ 二溴丁烷和乙酸乙酯均為分析純。
[0017]本發明中為特殊指明的原料均為市售。
[0018]實施例1
一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量如
下:
基礎油25g(25%)
非離子表面活性劑24g(24%)
陰離子表面活性劑6g(6%)
防鏽劑12g(12%)
離子液體4g(4%)
極壓添加劑3g(3%)
消泡劑2g(2%)
殺菌劑Ig (1%)
餘量為水23g(23%)；
其中所述的基礎油為聚α烯烴；
所述的非離子表面活性劑為江蘇海安石油化工廠的Μ0Α-10 ；
所述的陰離子表面活性劑為碳鏈長度平均為14~18的直鏈烷基磺酸鈉；
上述的非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑按質量比計算，其最佳比例即非離子表面活性劑:陰離子表面活性為3.2:1 ;
所述的防鏽劑為三乙醇胺硼酸酯與妥爾油按質量比計算，即三乙醇胺硼酸酯:妥爾油為1:3組成的混合物；所述的極壓添加劑為硫化異丁烯；
所述的消泡劑為油酸三乙醇胺；
所述的殺菌劑為異噻唑啉酮；
所述的離子液體通過包括如下步驟的方法製備:
按無水乙醇:N，N-二甲基十四烷基胺:1，4_ 二溴丁烷為IOml:4g:1.67g的比例，將30ml無水乙醇、12gN，N-二甲基十四烷基胺和5g的I，4-二溴丁烷加入四口蒸餾燒瓶，緩慢加熱升溫至85°C回流反應48h,得到反應液；
然後，用按質量比計算，即乙酸乙酯:乙醇為2-3:1的比例而組成的乙酸乙酯-乙醇混合液對上述所得的反應液進行3-4次重結晶,所得結晶物在真空烘箱內於55-65°C乾燥IOh即得離子液體。
[0019]上述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液的製備方法，具體包括如下步驟:
(1)、將12g由三乙醇胺硼酸酯與妥爾油按質量比計算，即三乙醇胺硼酸酯:妥爾油為I:3組成的防鏽劑倒入23g水中，攪拌均勻形成水系；
(2)、將3g硫化異丁烯、2g油酸三乙醇胺、Ig異噻唑啉酮依次加入25g聚α烯烴中，攪拌均勻形成油系；
(3)、將步驟(1)所形成的水系和步驟(2)所形成的油系混合併攪拌均勻後，
再一邊攪拌一邊依次加入24g表面活性劑M0A-10、6g石油磺酸鈉及4g上述所得的離子液體，混合均勻後所得的體系用質量百分比濃度為10%的碳酸鈉水溶液調節pH值至8.5，即得均一、澄清的100克含有離子液體的微乳化金屬切削液；
對照實施例1
一種不含離子液體的微乳化金屬切削液，其製備方法包括如下步驟:
(1)、將IOg由三乙醇胺硼酸酯與妥爾油按質量比計算，即三乙醇胺硼酸酯:妥爾油為I:3組成的防鏽劑倒入38.5g水中，攪拌均勻形成水系；
(2)、將2.5g硫化異丁烯、1.2g油酸三乙醇胺、0.8g異噻唑啉酮依次加入20g聚α烯烴中，攪拌均勻形成油系；
(3)、將步驟(1)所形成的水系和步驟(2)所形成的油系混合併攪拌均勻後，
再一邊攪拌一邊依次加入22g表面活性劑M0A-10、5g石油磺酸鈉，混合均勻後所得的體系用質量百分比濃度為10%的碳酸鈉水溶液調劑上述體系的pH值至8.5，最終得到均一、澄清的100g不含有離子液體的微乳化金屬切削液；
實施例2
一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，按重量百分比計算，其原料組成及含量如
下:
基礎油20g(20%)
非離子表面活性劑16g(16%)
陰離子表面活性劑4g (4%)
防鏽劑8g( 8%)
離子液體3g(3%)
極壓添加劑2g(2%)
消泡劑Ig (1%)殺菌劑0.5g(0.5%)
餘量為水45.5g(45.5%);
其中所述的基礎油為聚α烯烴；
所述的非離子表面活性劑為江蘇海安石油化工廠的MOA-1O ；
所述的陰離子表面活性劑為碳鏈長度平均為14~18的直鏈烷基磺酸鈉；
上述的非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑按質量比計算，其最佳比例即非離子表面活性劑:陰離子表面活性為3.2:1 ;
所述的防鏽劑為三乙醇胺硼酸酯與妥爾油按質量比計算，即三乙醇胺硼酸酯:妥爾油為1:3組成的混合物；
所述的極壓添加劑為硫化異丁烯；
所述的消泡劑為油酸三乙醇胺；
所述的殺菌劑為異噻唑啉酮；
所述的離子液體通過包括如下步驟的方法製備:
按無水乙醇:N，N-二甲基十四烷基胺:1，4_ 二溴丁烷為IOml:4g:1.67g的比例，將30ml無水乙醇、12gN，N-二甲基十四烷基胺和5g的1，4_ 二溴丁烷加入四口蒸餾燒瓶，緩慢加熱升溫至85°C回流反應48h,得到反應液；
然後，用按質量比計算，即乙酸乙酯:乙醇為2-3:1的比例而組成的乙酸乙酯-乙醇混合液對上述所得的反應液進行3-4次重結晶,所得結晶物在真空烘箱內於55-65°C乾燥IOh即得離子液體。
[0020]上述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液的製備方法，具體包括如下步驟:
(1)、將Sg三乙醇胺硼酸酯與妥爾油組成的混合物倒入45.5g水中，攪拌均勻形成水
系;
(2)、將2g硫化異丁烯、Ig油酸三乙醇胺、0.5g異噻唑啉酮依次加入20g聚α烯烴中，攪拌均勻形成油系；
(3)、將步驟(1)所形成的水系和步驟(2)所形成的油系混合併攪拌均勻後，
再一邊攪拌一邊依次加入16g表面活性劑M0A-10、4g石油磺酸鈉及3g上述所得的離子液體，混合均勻後所得的體系，用質量百分比濃度為10%的碳酸鈉水溶液調節pH值至
8.5，即得均一、澄清的100克含有離子液體的微乳化金屬切削液。
[0021 ] 對上述實施例1、實施例2及對照實施例1所得的微乳化金屬切削液的性能進行測試，結果見表1:
【權利要求】
1.一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，其特徵在於按重量百分比計算，其原料組成及含量如下: 基礎油20-25% 非離子表面活性劑16-24% 陰離子表面活性劑4-6% 防鏽劑8-12% 尚子液體3-4% 極壓添加劑2-3% 消泡劑1-2% 殺菌劑0.5-1% 餘量為水； 其中所述的基礎油為聚α烯烴； 所述的非離子表面活性劑為直鏈脂肪醇聚氧乙烯醚； 所述的陰離子表面活性劑為石油磺酸鹽； 所述的防鏽劑為三乙醇胺硼酸酯與妥爾油組成的混合物； 所述的極壓添加劑為硫化異丁`烯； 所述的消泡劑為油酸三乙醇胺； 所述的殺菌劑為異噻唑啉酮； 所述的離子液體通過包括如下步驟的方法製備: 按無水乙醇:N，N-二甲基十四烷基胺:1，4-二溴丁烷為Iml:0.4g:0.167g的比例，將無水乙醇、N，N- 二甲基十四烷基胺和1，4_ 二溴丁烷混合後控制溫度為85°C進行回流反應48h,得到反應液； 然後，按質量比計算，用乙酸乙酯:乙醇為2-3:1的比例而組成的乙酸乙酯-乙醇混合液對上述所得的反應液進行3-4次重結晶後，在55-65°C烘乾，即得離子液體； 上述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液通過包括如下步驟的方法製備而得: (1)、將防鏽劑倒入水中，攪拌均勻形成水系； (2)、將極壓添加劑、消泡劑、殺菌劑依次加入基礎油中，攪拌均勻形成油系； (3)、將步驟(1)所形成的水系和步驟(2)所形成的油系混合併攪拌均勻後， 再一邊攪拌一邊依次加入非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和離子液體，混合均勻後用PH調節劑調節pH值至7.5-9，即得含有離子液體的微乳化金屬切削液； 所述的PH調節劑為碳酸鈉。
2.如權利要求1所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，其特徵在於所述的直鏈脂肪醇聚氧乙烯醚為江蘇海安石油化工廠生產的MOA-1O。
3.如權利要求2所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，其特徵在於所述的石油磺酸鹽為碳鏈長度平均為14~18的直鏈烷基磺酸鈉。
4.如權利要求3所述的一種以聚α烯烴為基礎油的微乳化金屬切削液，其特徵在於所述的非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑按質量比計算，非離子表面活性劑:陰離子表面活性劑為3.2:1。
5.如權利要求1、2、3或4任一權利要求所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液的製備方法，其特徵在於具體包括如下步驟: (1)、將防鏽劑倒入水中，攪拌均勻形成水系； (2)、將極壓添加劑、消泡劑、殺菌劑依次加入基礎油中，攪拌均勻形成油系； (3)、將步驟(1)所形成的水系和步驟(2)所形成的油系混合併攪拌均勻後， 再一邊攪拌一邊依次加入非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和離子液體，混合均勻後用PH調節劑調節pH值至7.5-9，即得含有離子液體的微乳化金屬切削液； 所述的PH調節劑為碳酸鈉； 所述的離子液體通過包括如下步驟的方法製備: 按無水乙醇:N，N-二甲基十四烷基胺:1，4_ 二溴丁烷為Iml:0.4g:0.167g的比例，將無水乙醇、N，N- 二甲基十四烷基胺和1，4_ 二溴丁烷混合後控制溫度為85°C進行回流反應48h,得到反應液； 然後，用按質量比計算，即乙酸乙酯:乙醇為2-3:1的比例而組成的乙酸乙酯-乙醇混合液對上述所得的反應液進行3-4次重結晶後，在55-65°C烘乾，即得離子液體。
6.如權利要求5所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液的製備方法，其特徵在於步驟(3)中所述的pH調節劑為質量百分比濃度為10%的碳酸鈉水溶液。
7.如權利要求1、2、3或4任一權利要求所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液用於金屬切削加工，其使用時用去離子水或者蒸餾水將其稀釋20倍後使用。
8.如權利要求1、2、3或4任一權利要求所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液用於船舶或重工業的金屬切削加工，其使用時用去離子水或者蒸餾水將其稀釋20倍後使用。
【文檔編號】C10N30/12GK103555392SQ201310375426
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年8月26日 優先權日:2013年8月26日
【發明者】韓生, 葉思景, 繆樹婷, 鬱平, 孫揭陽, 高峰, 祝俊, 朱賢, 王愛民 申請人:上海應用技術學院