一種高分子潤滑切削液及其製備方法與流程

2023-06-02 10:04:51

本發明涉及切削液技術領域，尤其涉及一種高分子潤滑切削液及其製備方法。

背景技術：

納米二氧化矽因具有呈三維網狀結構，穩定性、補強性及增稠性優越，價格便宜，易製取等特點，廣泛運用於切削液中，以提高切削液的承載與防腐能力，納米二氧化矽的比表面積大，比表面能高，在切削液中容易發生團聚而形成二次粒子，導致增強增韌的性能降低，同時其表面的羥基還強化了此種現象。因此，改善納米二氧化矽在切削液中的分散性是亟待解決的問題；

增強納米二氧化矽在有機塗層中的分散性可以採用物理共混、化學接枝等方法。有的藉助原位自由基聚合在納米二氧化矽表面接枝PS和PSMA，製得了雙親性納米二氧化矽，有的利用二甲基二氯矽烷幹法工藝製備了分散性較好的納米二氧化矽，有的通過聚乙二醇和癸二酸在納米二氧化矽表面進行縮聚反應，改善了納米二氧化矽的分散性，有的利用「點擊」化學與RAFT及ATRP聚合相結合的方法在粒子表面接枝聚丙烯醯胺和聚苯乙烯，改善了粒子的分散性，目前的研究發現，表面接枝聚合物是改善納米二氧化矽分散性最有效的方法，但研究中多見發生接枝反應的功能基只位於分子鏈的一端，對於分子鏈上含有多個功能基的報導很少；

本發明中首先製備分子鏈上含有多個炔基的苯乙烯-馬來酸酐共聚物，然後改性納米二氧化矽使其表面引入多個疊氮基，最後利用簡單、高效的「點擊」化學法在粒子表面接枝聚合物。聚合物分子鏈有多個點接枝到粒子表面，使得分子鏈「趴伏」在粒子表面，從而在不需要引入大量聚合物鏈的條件下實現對粒子的包覆，得到接枝密度高、分散性好的納米二氧化矽，增強其在切削液中的分散性；

研究表明，納米微粒作為切削液中的潤滑添加劑使用時，可以起到特殊的減摩、抗磨和極壓作用，有的合成了油酸修飾二氧化鈦納米微粒，也具有很好的摩擦性能，而單分散納米二氧化矽粒度可控性好、分布範圍窄、分散性好、無毒無味，因此將其運用於切削液中來提高其抗磨性能，是目前研究的一個重點。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種高分子潤滑切削液及其製備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種高分子潤滑切削液，它是由下述重量份的原料組成的：

氟硼酸鈉1-2、硫酸銅0.2-0.3、苯乙烯10-17、馬來酸酐3-4、過氧化苯甲醯0.1-0.2、納米二氧化矽5-7、丙炔醇1-2、氮化鈉0.4-1、氯化鋁0.6-1、矽烷偶聯劑kh5600.7-1、抗壞血酸鈉0.1-0.2、聚丙烯醯胺2-3、三梨醇酐單油酸脂1-2、脂肪酸二乙醇醯胺3-4、聚四氟乙烯蠟2-3、二丙酮醇1-2、辛基酚聚氧乙烯醚0.4-1、三聚氰胺0.2-1、氟化鎂2-3。

一種所述的高分子潤滑切削液的製備方法，包括以下步驟：

(1)將上述聚丙烯醯胺加入到其重量10-16倍的去離子水中，攪拌均勻，升高溫度為50-60℃，加入上述馬來酸酐，保溫攪拌20-30分鐘，得高分子酸酐溶液；

(2)將上述苯乙烯、過氧化苯甲醯混合，加入到混合料重量17-20倍的二甲基甲醯胺中，加入上述高分子酸酐溶液，攪拌均勻，通入氮氣，在70-80℃下保溫攪拌4-5小時，出料，將產物加入到無水乙醇中，攪拌均勻，過濾，真空乾燥，得酸酐共聚物；

(3)將上述氟硼酸鈉加入到其重量20-30倍的去離子水中，加入辛基酚聚氧乙烯醚，升高溫度為67-70℃，保溫攪拌10-14分鐘，加入上述氟化鎂，攪拌至常溫，過濾，將沉澱水洗3-4次，常溫乾燥，得氟化填料；

(4)將上述酸酐共聚物、丙炔醇、氟化填料混合，加入到混合料重量10-12倍的四氫呋喃中，攪拌均勻，升高溫度為76-80℃，保溫攪拌30-40分鐘，減壓蒸餾除去液體，真空乾燥，得預處理共聚物；

(5)將上述脂肪酸二乙醇醯胺加入到其重量16-20倍的去離子水中，攪拌均勻，加入上述納米二氧化矽，超聲3-5分鐘，過濾，將沉澱水洗2-3次，真空50-60℃下乾燥1-2小時，得預處理納米二氧化矽；

(6)將上述預處理納米二氧化矽加入到其重量50-60倍的無水乙醇中，超聲100-120分鐘，加入上述矽烷偶聯劑kh560，在87-90℃下保溫攪拌20-24小時，抽濾，將沉澱真空乾燥，得矽烷改性二氧化矽；

(7)取上述矽烷改性二氧化矽，加入到其重量30-40倍的二甲基甲醯胺中，加入上述三聚氰胺，超聲100-110分鐘，加入上述氮化鈉、氯化鋁，在30-35℃下保溫攪拌20-25小時，抽濾，將沉澱水洗3-4次，真空乾燥，得疊氮化二氧化矽；

(8)將上述抗壞血酸鈉、硫酸銅混合，加入到混合料重量18-20倍的去離子水中，攪拌均勻；

(9)將上述疊氮化二氧化矽、預處理共聚物混合，加入到混合料重量30-40倍的二甲基甲醯胺中，通入氮氣，加入上述抗壞血酸鈉、硫酸銅的混合水溶液，在80-85℃下保溫攪拌20-25小時，加入上述聚四氟乙烯蠟，攪拌均勻，抽濾，將沉澱用去離子水、二甲基甲醯胺各洗滌4-5次，真空乾燥，得疊氮化二氧化矽接枝共聚物；

(10)將上述疊氮化二氧化矽接枝共聚物與剩餘各原料混合，加入到混合料重量10-14倍的去離子水中，500-1000轉/分攪拌分散30-40分鐘，即得所述切削液。

本發明的優點是：本發明首先利用普通自由基聚合的方式製備苯乙烯及馬來酸酐共聚物，再與丙炔醇反應，在分子鏈上引入多個炔基，然後利用矽烷偶聯劑改性納米二氧化矽，之後與疊氮化鈉反應，在納米二氧化矽粒子表面引入多個疊氮基團，最後將帶有多個炔基的分子鏈通過「點擊」化學接枝到納米二氧化矽表面，可以較迅速地與粒子表面周圍的疊氮基反應，從而起到反應自加速的作用，使得分子鏈「趴伏」在粒子表面，從而在不需要引入大量聚合物鏈的條件下實現對粒子的包覆，阻礙了納米粒子的團聚，得到接枝密度高、分散性好的納米二氧化矽，增強其在切削液中的分散性，本發明的納米二氧化矽分子狀態呈三維鏈狀結構，表面存在的不飽和殘鍵和不同鍵合狀態的羥基，使得其表面具有很高的表面活性，容易沉積到金屬摩擦表面上，在摩擦接觸面形成均勻的二氧化矽納米沉積膜，提高了切削液的潤滑性；本發明加入的聚丙烯醯胺等高分子原料，可以有效的改善各原料在切削液中的分散性，提高成品的穩定性。

具體實施方式

一種高分子潤滑切削液，它是由下述重量份的原料組成的：

氟硼酸鈉1、硫酸銅0.2、苯乙烯10、馬來酸酐3、過氧化苯甲醯0.1、納米二氧化矽5、丙炔醇1、氮化鈉0.4、氯化鋁0.6、矽烷偶聯劑kh5600.7、抗壞血酸鈉0.1、聚丙烯醯胺2、三梨醇酐單油酸脂1、脂肪酸二乙醇醯胺3、聚四氟乙烯蠟2、二丙酮醇1、辛基酚聚氧乙烯醚0.4、三聚氰胺0.2、氟化鎂2。

一種所述的高分子潤滑切削液的製備方法，包括以下步驟：

(1)將上述聚丙烯醯胺加入到其重量10倍的去離子水中，攪拌均勻，升高溫度為50℃，加入上述馬來酸酐，保溫攪拌20分鐘，得高分子酸酐溶液；

(2)將上述苯乙烯、過氧化苯甲醯混合，加入到混合料重量17倍的二甲基甲醯胺中，加入上述高分子酸酐溶液，攪拌均勻，通入氮氣，在70℃下保溫攪拌4小時，出料，將產物加入到無水乙醇中，攪拌均勻，過濾，真空乾燥，得酸酐共聚物；

(3)將上述氟硼酸鈉加入到其重量20倍的去離子水中，加入辛基酚聚氧乙烯醚，升高溫度為67℃，保溫攪拌10分鐘，加入上述氟化鎂，攪拌至常溫，過濾，將沉澱水洗3次，常溫乾燥，得氟化填料；

(4)將上述酸酐共聚物、丙炔醇、氟化填料混合，加入到混合料重量10倍的四氫呋喃中，攪拌均勻，升高溫度為76℃，保溫攪拌30分鐘，減壓蒸餾除去液體，真空乾燥，得預處理共聚物；

(5)將上述脂肪酸二乙醇醯胺加入到其重量16倍的去離子水中，攪拌均勻，加入上述納米二氧化矽，超聲3分鐘，過濾，將沉澱水洗2次，真空50℃下乾燥1小時，得預處理納米二氧化矽；

(6)將上述預處理納米二氧化矽加入到其重量50倍的無水乙醇中，超聲100分鐘，加入上述矽烷偶聯劑kh560，在87℃下保溫攪拌20小時，抽濾，將沉澱真空乾燥，得矽烷改性二氧化矽；

(7)取上述矽烷改性二氧化矽，加入到其重量30倍的二甲基甲醯胺中，加入上述三聚氰胺，超聲100分鐘，加入上述氮化鈉、氯化鋁，在30℃下保溫攪拌20小時，抽濾，將沉澱水洗3次，真空乾燥，得疊氮化二氧化矽；

(8)將上述抗壞血酸鈉、硫酸銅混合，加入到混合料重量18倍的去離子水中，攪拌均勻；

(9)將上述疊氮化二氧化矽、預處理共聚物混合，加入到混合料重量30倍的二甲基甲醯胺中，通入氮氣，加入上述抗壞血酸鈉、硫酸銅的混合水溶液，在80℃下保溫攪拌20小時，加入上述聚四氟乙烯蠟，攪拌均勻，抽濾，將沉澱用去離子水、二甲基甲醯胺各洗滌4次，真空乾燥，得疊氮化二氧化矽接枝共聚物；

(10)將上述疊氮化二氧化矽接枝共聚物與剩餘各原料混合，加入到混合料重量10倍的去離子水中，500轉/分攪拌分散30分鐘，即得所述切削液。

性能測試：