一種環保不鏽鋼水性切削液及其製備方法和應用與流程
2024-04-15 10:05:05
1.本發明涉及切削液技術領域，尤其涉及一種環保不鏽鋼水性切削液及其製備方法和應用。
背景技術：
2.目前用於不鏽鋼切削液常見為油性切削，但油性切削存在許多缺點，例如換液成本較高、冷卻性能差、碎屑衝洗能力較弱、使用不當較容易出現切削碎片黏附基臺等問題。此外，油性切削液混入水份之後，很容易產生基臺生鏽與刀具壽命降低的情況。總的來說，上述缺點將導致加工的產品清洗困難，若油性切削液被使用的過程中有油性物質揮發時，揮發的油性物質會在加工工具機、工廠牆壁及地面上產生油霧，不利於施工環境的衛生。
3.而水性切削液不同於油性切削液，其使用時需要添加大量的水。在水性切削液稀釋的過程中，會形成水性份子包覆油性分子的分子團，水性切削液的濃度較低，成本也因此相對低廉。此外，水性切削液相較於油性切削液，具有冷卻性能相對較好、加工產品容易清洗與衝洗碎片的能力較強的優點。然而，目前的不鏽鋼水性切削液除了上述優點之外，也具備如下的缺點，其潤滑能力較為差勁、在加工材料硬度高的工件時刀具容易出現磨損等問題。
技術實現要素：
4.本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種環保不鏽鋼水性切削液及其製備方法和應用，以廢變壓器油和白油為原料製備環保不鏽鋼切削液，在廢變壓器油再利用過程中除對嚴重汙染的廢棄變壓器油進行適當過濾外，無需進行複雜的化學處理、物理蒸餾、脫水脫酸等處理方式，再利用過程不會產生新的酸渣、含油廢水等新的汙染物，過程簡單環保。基於廢變壓器油和白油的混合比例能夠保證所生產產品的粘度；離子液體是在室溫或接近室溫下呈現液態的、完全由陰陽離子所組成的鹽；離子液體將其帶有的負電荷在摩擦過程中與摩擦副的正電荷點結合形成穩定的過渡態，這種過渡態的構型非常有序並能保持一定的厚度，在摩擦過程中起到減摩抗磨的作用，具備很好的摩擦學特性。將離子液體和廢變壓器油結合應用到本發明的不鏽鋼切削液，可使不鏽鋼切削液的潤滑性得到增強，還能夠為加工液體提供合適的粘性，有效地減少加工液使用過程中機具的摩擦並降低磨損，使加工過程更加節能並延長機具的使用壽命。
5.另外，緩蝕劑的使用能夠有效降低加工過程中對加工材質的腐蝕；優選地，所述緩蝕劑為苯並三氮唑、苯並三氮唑衍生物、烷基磷酸酯以及烷基磷酸酯類衍生物中的至少一種，該緩蝕劑能夠以顯著優於其它緩蝕劑提高該金屬切削液的抗氧化保護性能，從而降低生產成本；例如：該緩蝕劑為：
①
苯並三氮唑；
②
苯並三氮唑衍生物中的至少一種；
③
烷基磷酸酯；
④
烷基磷酸酯衍生物中的至少一種；
⑤
苯並三氮唑和烷基磷酸酯；
⑥
苯並三氮唑和苯並三氮唑衍生物中的至少一種；
⑦
苯並三氮唑和烷基磷酸酯衍生物中的至少一種；
⑧
苯苯並三氮唑衍生物中的至少一種和烷基磷酸酯；
⑨
苯並三氮唑衍生物中的至少一種和烷基磷
酸酯衍生物中的至少一種；
⑩
苯並三氮唑、烷基磷酸酯和苯並三氮唑衍生物中的至少一種。更進一步優選的，所述苯並三氮唑優選為苯並三氮唑 t706，所述苯並三氮唑衍生物優選為苯並三氮唑衍生物 l39，所述烷基磷酸酯類衍生物優選為烷基磷酸酯緩蝕劑 asi-80、ops-75e、mdit、cpnf-3 和 9218la 中至少一種。
6.本發明是通過以下技術方案實現的：提供一種環保不鏽鋼水性切削液，包括以下質量百分比的原料：混合油酯20%～60%、有機胺1%～20%、水性不鏽鋼極壓潤滑劑0%~40%、離子液體10%~40%、緩蝕劑1%～10%、乳化劑8%～30%、殺菌劑1%～20%，餘量為去離子水；其中所述混合油酯是由廢變壓器油和白油以3～1:1～5組成的混合物，其混合比例能夠保證最終產品所需的粘度。
7.進一步地，所述離子液體的合成過程如下：第一步：按丙酮：n-甲基咪唑：1,4-二溴丁烷按物質的量比為1ml:0.3g:0.85g混合,並將丙酮、n-甲基咪唑、1,4-二溴丁烷混合後控制溫度為40～80℃進行回流反應24h，得反應液；第二步：在所述反應液中加入由氯乙酸乙酯：丙酮為2.5:1比例混合而成的乙酸乙酯-丙酮混合液進行反應，減壓蒸出丙酮，乾燥，得所述離子液體。
8.通過上述技術方案，基於混合油酯和離子液體的組合，基於廢變壓器油和白油的混合比例能夠調節所生產產品的粘度，有效減少加工液使用過程中機具的摩擦並降低磨損，使加工過程更加節能並延長機具的使用壽命。
9.進一步地，所述有機胺為單乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺、二異丙醇胺、環己胺中的一種或多種的混合物。由此，能夠進一步提高該環保不鏽鋼切削液的防鏽性。
10.進一步地，所述極壓潤滑劑為聚醚f-6和硼酸鹽、羧酸鹽、羧酸酯任一的混合物。由此，能夠進一步提高該環保不鏽鋼切削液的抗磨性能和承載能力。
11.優選地，所述被加工金屬為不鏽鋼。
12.進一步地，所述廢變壓器油選用廢棄的10號變壓器油（gb2536-1990）、25號變壓器油（gb2536-1990）、45號變壓器油（gb2536-1990）、0℃變壓器油（gb2536-2011）、-10℃變壓器油（gb2536-2011）、-20℃變壓器油（gb2536-2011）、-30℃變壓器油（gb2536-2011）、-40℃變壓器油（gb2536-2011）中的至少一種或兩種以上的混合物。由此，本專利不限制廢變壓器油初始新油的種類和牌號，其新油既可以符合老的gb2536-1990《變壓器油》（已作廢）標準，也可以符合現行gb2536-2011《電工流體變壓器和開關用的未使用過的礦物絕緣油》標準其初始新油的牌號既可以是gb2536-1990所屬10號、25號、45號，可以是gb2536-2011所屬的0℃、-10℃、-20℃、-30℃和-40℃。即所述廢變壓器油可選用廢棄的10號變壓器油（gb2536-1990）、25號變壓器油（gb2536-1990）、45號變壓器油（gb2536-1990）、0℃變壓器油（gb2536-2011）、-10℃變壓器油（gb2536-2011）、-20℃變壓器油（gb2536-2011）、-30℃變壓器油（gb2536-2011）、-40℃變壓器油（gb2536-2011）中的一種，也可選擇上述變壓器油兩種以上的混合物。
13.另外，提供一種製備上述環保不鏽鋼水性切削液方法，包括以下製備方法：s1、按上述配比將有機胺、緩蝕劑分別倒入去離子水中攪拌混合，攪拌至完全澄清為止，得第一混合液；s2、將廢變壓器油、白油混合，攪拌均勻形成規定粘度的混合油酯；
s3、將水性不鏽鋼極壓潤滑劑、殺菌劑依次加入混合油酯中，攪拌均勻形成第二混合液；s4、將步驟s1所得第一混合液與所述步驟s3所得第二混合液混合併攪拌均勻後，再加入乳化劑、離子液體及剩餘的去離子水，混合均勻後調節ph值至8.0-10.2，即得所述環保不鏽鋼水性切削液。
14.現有的，在採用上述技術方案之前，切削液生產商通常會根據客戶的需求和原料的性能變化而不停的調整產品的配方，很容易造成由於單種添加劑調配量變化而導致的產品質量問題，生產效率低下。通過上述技術方案可以先預生產水溶性半成品和油溶性半成品，由此可以通過簡單的改變第一混合液和第二混合液配比的方法生產不同質量性能的不鏽鋼切削液成品，解決了隨著用油單位的需求和不同水溶性原料、油溶性原料的質量變化而頻繁更改各單種添加劑配方的問題，有效的提高了生產的效率，保證了產品質量的穩定性。
15.進一步地，在步驟s1中，所述有機胺與緩蝕劑的質量比為（1%～30%）：（1%~10%）。有機胺與緩蝕劑的質量配比應保證最終的產品具有合適的酸鹼度。
16.進一步地，在步驟s2中，本發明不需要複雜的廢變壓器油再生工藝。對於因油泥與沉澱物含量超標而導致報廢的廢變壓器油，需經過濾處理後作為不鏽鋼切削液的原料，以降低切削液產品的顆粒物濃度，防止產品對機具和材料造成磨損。對於因外觀、水溶性酸(ph 值)、水分、界面張力、介質損耗因數、擊穿電壓、體積電阻率、油中含氣量、顆粒汙染度、抗氧化添加劑含量等指標中至少一項不合格導致報廢的廢變壓器油，可不經再處理過程直接作為不鏽鋼切削液的原料使用。整個再生過程（如果需要的話）不涉及化學變化，所需能量少，再處理步驟簡單易行成本低。
17.進一步地，在步驟s4中，所述混合油脂：乳化劑：離子液體的質量比為（20%～60%）：（8%～30%）：（10%～40%）。乳化劑的加入量應保證上述水溶性半成品和油溶性半成品能形成足夠穩定的乳狀液或微乳液。廢變壓器油和離子液體的組合，既可以為加工液體提供合適的粘性和潤滑性，又可以有效的減少加工液使用過程中機具的摩擦並降低磨損，使加工過程更加節能並延長機具的使用壽命。
18.另外，上述環保不鏽鋼切削液在金屬切削加工中的應用，可將所述環保不鏽鋼切削液加入去離子水或者蒸餾水或硬度100ppm以下的天然水或自來水稀釋至15-20倍後使用。
19.本發明的有益效果在於：以廢變壓器油為原料製備不鏽鋼切削液，在廢變壓器油再利用過程中除對嚴重汙染的廢棄變壓器油進行適當過濾外，無需進行複雜的化學處理、物理蒸餾、脫水脫酸等處理方式，再利用過程不會產生新的酸渣、含油廢水等新的汙染物，過程簡單環保。通過廢變壓器油和離子液體的組合，既可以為加工液體提供合適的粘性和潤滑性，又可以有效的減少加工液使用過程中機具的摩擦並降低磨損，使加工過程更加節能並延長機具的使用壽命。通過調整緩蝕劑的配比可有效降低加工過程中對不鏽鋼的腐蝕。通過先預生產水溶性半成品和油溶性半成品的方法，可以通過簡單的改變第一混合液和第二混合液配比的方法生產不同質量性能的不鏽鋼切削液成品，解決了隨著用油單位的需求和不同水溶性原料、油溶性原料的質量變化而頻繁更改各單種添加劑配方的問題，有效的提高了生產的效率，保證了產品質量的穩定性，基於廢變壓器油和白油的混合比例，能
夠保證產品的不同粘度。
具體實施方式
20.除非本文另有定義，連同本發明使用的科學和技術術語應具有本領域普通技術人員通常理解的含義。術語的含義和範圍應當清晰，然而，在任何潛在不明確性的情況下，本文提供的定義優先於任何字典或外來定義。在本技術中，除非另有說明，「或」的使用意味著「和/或」，此外，術語「包括」及其他形式的使用是非限制性的。
21.下面將結合實施例對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
22.本發明對所有原料的來源沒有特殊的限制，均為市售即可。
23.實施例1本實施例提供了提供一種環保不鏽鋼切削液，包括以下質量百分比的原料：廢變壓器油（其初始新油為符合gb2536-1990的25號變壓器油，該廢變壓器油因介質損耗因數和擊穿電壓性能超標而報廢）15g、32#白油15g、有機胺（dga）25g、極壓潤滑劑（聚醚f-6）12g、離子液體30g、緩蝕劑5g、乳化劑7g、消泡劑0.5g、殺菌劑1g，水（井水，硬度為100ppm）40g。
24.其中，離子液體的合成過程如下：第一步：按丙酮：n-甲基咪唑：1,4-二溴丁烷按物質的量比為1ml:0.3g:0.85g混合,並將丙酮、n-甲基咪唑、1,4-二溴丁烷混合後控制溫度為40～80℃進行回流反應24h，得反應液；第二步：在所述反應液中加入由氯乙酸乙酯：丙酮為2.5:1比例混合而成的乙酸乙酯-丙酮混合液進行反應，減壓蒸出丙酮，乾燥，得所述離子液體。
25.製備上述環保不鏽鋼切削液的方法，包括以下製備方法：s1、按上述配比將有機胺、緩蝕劑分別倒入水中，攪拌均勻形成第一混合液；s2、按照上述配比將廢變壓器油、白油混合，攪拌均勻形成混合油酯；s3、將水性不鏽鋼極壓潤滑劑、殺菌劑依次加入混合油酯中，攪拌均勻形成第二混合液；s4、將步驟s1所得第一混合液與所述步驟s3所得第二混合液混合併攪拌均勻後，再加入乳化劑、離子液體及剩餘的去離子水，混合均勻後調節ph值至8.0-10.2，即得所述環保不鏽鋼水性切削液。
26.將所得環保不鏽鋼水性切削液加入去離子水或者蒸餾水稀釋至20倍後使用，其產品性能見表1。
27.實施例2本實施例提供了提供一種環保不鏽鋼切削液，包括以下質量百分比的原料：廢變壓器油（其初始新油為符合gb2536-1990的25號變壓器油，該廢變壓器油因界面張力超標而報廢）15g、32#白油15g、有機胺（dga）25g、極壓潤滑劑（聚醚f-6）12g、離子液體35g、緩蝕劑5g、乳化劑7g、消泡劑0.5g、殺菌劑1g，水（井水，硬度為100ppm）40g。
28.其中，離子液體的合成過程如下：
第一步：按丙酮：n-甲基咪唑：1,4-二溴丁烷按物質的量比為1ml:0.3g:0.85g混合,並將丙酮、n-甲基咪唑、1,4-二溴丁烷混合後控制溫度為40～80℃進行回流反應24h，得反應液；第二步：在所述反應液中加入由氯乙酸乙酯：丙酮為2.5:1比例混合而成的乙酸乙酯-丙酮混合液進行反應，減壓蒸出丙酮，乾燥，得所述離子液體。
29.製備上述環保不鏽鋼切削液的方法，包括以下製備方法：s1、按上述配比將有機胺、緩蝕劑分別倒入水中，攪拌均勻形成第一混合液；s2、按照上述配比將廢變壓器油、白油混合，攪拌均勻形成混合油酯；s3、將水性不鏽鋼極壓潤滑劑、殺菌劑依次加入混合油酯中，攪拌均勻形成第二混合液；s4、將步驟s1所得第一混合液與所述步驟s3所得第二混合液混合併攪拌均勻後，再加入乳化劑、離子液體及剩餘的去離子水，混合均勻後調節ph值至8.0-10.2，即得所述環保不鏽鋼水性切削液。
30.將所述切削液加入去離子水或者蒸餾水稀釋至20倍後使用，其產品性能見表1。
31.實施例2與實施例1的區別在於：廢變壓器油的不合格指標不一樣，實施例2中離子液體添加的比例大於實施例1。
32.實施例3本實施例提供了提供一種環保不鏽鋼切削液，包括以下質量百分比的原料：廢變壓器油（其初始新油為符合gb2536-1990的25號變壓器油，該廢變壓器油因油泥與沉澱物含量超標性能超標而報廢）15g、32#白油15g、有機胺（dga）25g、極壓潤滑劑（聚醚f-6）12g、離子液體30g、緩蝕劑5g、乳化劑7g、消泡劑0.5g、殺菌劑1g，水（井水，硬度為100ppm）40g。
33.其中，離子液體的合成過程如下：第一步：按丙酮：n-甲基咪唑：1,4-二溴丁烷按物質的量比為1ml:0.3g:0.85g混合,並將丙酮、n-甲基咪唑、1,4-二溴丁烷混合後控制溫度為40～80℃進行回流反應24h，得反應液；第二步：在所述反應液中加入由氯乙酸乙酯：丙酮為2.5:1比例混合而成的乙酸乙酯-丙酮混合液進行反應，減壓蒸出丙酮，乾燥，得所述離子液體。
34.製備上述環保不鏽鋼切削液的方法，包括以下製備方法：s1、按上述配比將有機胺、緩蝕劑分別倒入水中，攪拌均勻形成第一混合液；s2、按照上述配比將廢變壓器油、白油混合，攪拌均勻形成混合油酯；s3、將水性不鏽鋼極壓潤滑劑、殺菌劑依次加入經過400目綢布過濾的混合油酯中，攪拌均勻形成第二混合液；s4、將步驟s1所得第一混合液與所述步驟s3所得第二混合液混合併攪拌均勻後，再加入乳化劑、離子液體及剩餘的去離子水，混合均勻後調節ph值至8.0-10.2，即得所述環保不鏽鋼水性切削液。
35.將所述切削液加入去離子水或者蒸餾水稀釋至20倍後使用，其產品性能見表1。
36.實施例3與實施例1的區別在於：廢變壓器油的不合格指標不一樣，在步驟s3中混合油酯經過400目綢布的過濾。
37.對比例1
本實施例提供了提供一種環保不鏽鋼切削液，包括以下質量百分比的原料：廢變壓器油（其初始新油為符合gb2536-1990的25號變壓器油，該廢變壓器油因油泥與沉澱物含量超標性能超標而報廢）15g、32#白油15g、有機胺（dga）25g、極壓潤滑劑（聚醚f-6）12g、緩蝕劑5g、乳化劑7g、消泡劑0.5g、殺菌劑1g，水（井水，硬度為100ppm）40g。
38.製備上述環保不鏽鋼切削液的方法，包括以下製備方法：s1、按上述配比將有機胺、緩蝕劑分別倒入水中，攪拌均勻形成第一混合液；s2、按照上述配比將廢變壓器油、白油混合，攪拌均勻形成混合油脂；s3、將水性不鏽鋼極壓潤滑劑、殺菌劑依次加入混合油酯中，攪拌均勻形成第二混合液；s4、將步驟s1所得第一混合液與所述步驟s3所得第二混合液混合併攪拌均勻後，再加入乳化劑及剩餘的去離子水，混合均勻後調節ph值至8.0-10.2，即得所述環保不鏽鋼水性切削液。
39.將所述切削液加入去離子水或者蒸餾水稀釋至20倍後使用，其產品性能見表1。
40.對比例1與實施例1的區別在於：未使用離子液體。
41.對比例2本實施例提供了提供一種環保不鏽鋼切削液，包括以下質量百分比的原料：廢變壓器油（其初始新油為符合gb2536-1990的25號變壓器油，該廢變壓器油因油泥與沉澱物含量超標性能超標而報廢）15g、32#白油15g、有機胺（dga）25g、極壓潤滑劑（聚醚f-6）12g、離子液體30g、緩蝕劑5g、乳化劑7g、消泡劑0.5g、殺菌劑1g，水（井水，硬度為100ppm）40g。
42.其中，離子液體的合成過程如下：第一步：按丙酮：n-甲基咪唑：1,4-二溴丁烷按物質的量比為1ml:0.3g:0.85g混合,並將丙酮、n-甲基咪唑、1,4-二溴丁烷混合後控制溫度為40～80℃進行回流反應24h，得反應液；第二步：在所述反應液中加入由氯乙酸乙酯：丙酮為2.5:1比例混合而成的乙酸乙酯-丙酮混合液進行反應，減壓蒸出丙酮，乾燥，得所述離子液體。
43.製備上述環保不鏽鋼切削液的方法，包括以下製備方法：s1、按上述配比將有機胺、緩蝕劑分別倒入水中，攪拌均勻形成第一混合液；s2、按照上述配比將廢變壓器油、白油混合，攪拌均勻形成混合油酯；s3、將水性不鏽鋼極壓潤滑劑、殺菌劑依次加入混合油酯中，攪拌均勻形成第二混合液；s4、將步驟s1所得第一混合液與所述步驟s3所得第二混合液混合併攪拌均勻後，再加入乳化劑、離子液體及剩餘的去離子水，混合均勻後調節ph值至8.0-10.2，即得所述環保不鏽鋼水性切削液。
44.將所述切削液加入去離子水或者蒸餾水稀釋至20倍後使用，其產品性能見表1。
45.對比實施例2與實施例3的區別在於：混合油酯未經過濾。
46.對比例3本實施例提供了提供一種環保不鏽鋼切削液，包括以下質量百分比的原料：60n基礎油30g、有機胺（dga）25g、極壓潤滑劑（聚醚f-6）12g、緩蝕劑5g、乳化劑7g、消泡劑0.5g、殺菌劑1g，水（井水，硬度為100ppm）40g。
47.其中，離子液體的合成過程如下：第一步：按丙酮：n-甲基咪唑：1,4-二溴丁烷按物質的量比為1ml:0.3g:0.85g混合,並將丙酮、n-甲基咪唑、1,4-二溴丁烷混合後控制溫度為40～80℃進行回流反應24h，得反應液；第二步：在所述反應液中加入由氯乙酸乙酯：丙酮為2.5:1比例混合而成的乙酸乙酯-丙酮混合液進行反應，減壓蒸出丙酮，乾燥，得所述離子液體。
48.製備上述環保不鏽鋼切削液的方法，包括以下製備方法：s1、按上述配比將有機胺、緩蝕劑分別倒入水中，攪拌均勻形成第一混合液；s2、將水性不鏽鋼極壓潤滑劑、殺菌劑依次加入基礎油中，攪拌均勻形成第二混合液；s3、將步驟s1所得第一混合液與所述步驟s3所得第二混合液混合併攪拌均勻後，再加入乳化劑、離子液體及剩餘的去離子水，混合均勻後調節ph值至8.0-10.2，即得所述環保不鏽鋼水性切削液。
49.將所述切削液加入去離子水或者蒸餾水稀釋至20倍後使用，其產品性能見表1。
50.對比例3與實施例1的區別在於：基礎油不同，使用的是常用潤滑油礦物基礎油，未使用混合油酯。
51.對比例4市售某品牌切削液。
52.效果實施例表1 實施例1-3和對比例1-4的產品性能表1
通過上表1可知，由實施例1、實施例2、實施例3與對比例1的試驗結果可以看出，在使用了離子液體後，不鏽鋼切削液的摩擦係數明顯降低、磨損量減少，顯示了極好的抗磨減摩功能；由實施例1、實施例2、實施例3與對比例3的試驗結果可以看出，與使用礦物潤滑油基礎油相比，以廢變壓器油為基礎油生產的不鏽鋼切削液產品性能相當；由實施例1、實施例2、實施例3與對比例4的試驗結果可以看出，本發明所述環保不鏽鋼切削液對各種金屬合金均具有優良的抗腐蝕性，可適用於各種銅鋁鎂鐵金屬的切削加工；由實施例3與對比例2的試驗結果可以看出，對於因油泥與沉澱物含量超標性能超標而報廢的廢變壓器油，需且僅需油經過400目綢布的過濾；由實施例1、實施例2的結果可以看出，對於因其他原因導致報廢的廢變壓器油，可不經處理直接使用。增加離子液體的添加量，可進一步抗磨減摩。
53.表2 廢變壓器油與白油混合後的40℃運動粘度示例廢變壓器油質量份數011123132#白油質量份數1321110運動粘度，mm2/s32.8825.7323.7520.2717.3316.0512.75由表2數據可以看出：通過選擇不同廢變壓器油和白油的粘度及混合比例，能夠保證製備不同粘度的產品。
54.最後應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可
以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。