一種含有離子液體的微乳化金屬切削液及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種含有離子液體的微乳化金屬切削液及制備方法和應用，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、防銹劑、離子液體、極壓添加劑、消泡劑、殺菌劑、pH調(diào)節(jié)劑和水。其制備方法即將防銹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(chǔ)油中形成油系；將水系和油系攪拌混合均勻后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，混合均勻后用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)pH7.5-9，即得具有優(yōu)良的高低溫穩(wěn)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，適用于高精度、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制備方法和應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含有離子液體的微乳化金屬切削液及其制備方法和應用。
【背景技術(shù)】
[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，如果在機床精度、工件材質(zhì)、刀具材質(zhì)、加工條件、工人技術(shù)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(qū)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(yè)經(jīng)濟效益具有十分重要的作用，切削液具有冷卻、潤滑、清洗和防銹這四大功能。為了滿足現(xiàn)在工業(yè)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(guān)系到加工效果的相關(guān)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(xiàn)液態(tài)的物質(zhì)，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(gòu)成，它不僅屬于離子型液態(tài)物質(zhì)；而且具有固態(tài)物質(zhì)所不具有的“液態(tài)”性質(zhì)。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(tài)”液體，或“液體”分子篩。因而，離子液體往往展現(xiàn)出獨特的性質(zhì)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(shè)性”。4、具有較好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。5、易于與其他物質(zhì)分離，可循環(huán)利用。6、制備簡單。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`的配制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(wěn)定性及化學穩(wěn)定性不好等這些性能。由于水基切削液需要加入防銹劑、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，加入離子液體后能很好地改善溶解不好的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一在于為了解決傳統(tǒng)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，可適用于高精度、高要求的金屬工件的切削加工。其使用后，減小了后處理的成本，同時對環(huán)境和人類健康無毒無害。
[0006]本發(fā)明的目的之二在于提供上述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液的制備方法。
[0007]本發(fā)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于金屬，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(yè)等金屬切削加工。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)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(chǔ)油20-25%
非離子表面活性劑16-24%
陰離子表面活性劑4-6%
防銹劑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%
余量為水； 其中所述的基礎(chǔ)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(yōu)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(yōu)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(zhì)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 ;
所述的防銹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制備:
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_ 二溴丁烷混合后控制溫度為85°C進行回流反應48h,得到反應液；
然后，用按質(zhì)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(jié)晶后，在55-65°C烘干，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制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、將防銹劑倒入水中，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(chǔ)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)所形成的油系混合并攪拌均勻后，
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，混合均勻后用PH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)劑為碳酸鈉，優(yōu)選為質(zhì)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于高精度、高要求的金屬工件的切削加工，特別是船舶、重工業(yè)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倍后使用。
[0011]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，由于離子液體的加入，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(huán)保，可適用于高精度、高要求的金屬工件的切削加工。
[0012]進一步，本發(fā)明的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，由于具有良好的潤滑性、抗磨性和生物降解性，其使用后，減小了后處理的成本，同時對環(huán)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(fā)明的技術(shù)方案做進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0014]本發(fā)明所用的陰離子表面活性劑均為化學純，生產(chǎn)廠家是國藥集團化學試劑有限公司。
[0015]本發(fā)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(chǎn)；
石油磺酸鈉、妥爾油為上海振威化工有限公司生產(chǎn)；
所用的聚α烯烴為綏芬河市萬豐源經(jīng)貿(mào)有限責任公司生產(chǎn)。
[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(fā)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(chǔ)油25g(25%)
非離子表面活性劑24g(24%)
陰離子表面活性劑6g(6%)
防銹劑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%)
余量為水23g(23%)；
其中所述的基礎(chǔ)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(zhì)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 ;
所述的防銹劑為三乙醇胺硼酸酯與妥爾油按質(zhì)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制備:
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；
然后，用按質(zhì)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(jié)晶,所得結(jié)晶物在真空烘箱內(nèi)于55-65°C干燥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制備方法，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(zhì)量比計算，即三乙醇胺硼酸酯:妥爾油為I:3組成的防銹劑倒入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)所形成的油系混合并攪拌均勻后，
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，混合均勻后所得的體系用質(zhì)量百分比濃度為10%的碳酸鈉水溶液調(diào)節(jié)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，其制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(zhì)量比計算，即三乙醇胺硼酸酯:妥爾油為I:3組成的防銹劑倒入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)所形成的油系混合并攪拌均勻后，
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，混合均勻后所得的體系用質(zhì)量百分比濃度為10%的碳酸鈉水溶液調(diào)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(chǔ)油20g(20%)
非離子表面活性劑16g(16%)
陰離子表面活性劑4g (4%)
防銹劑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%)
余量為水45.5g(45.5%);
其中所述的基礎(chǔ)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(zhì)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 ;
所述的防銹劑為三乙醇胺硼酸酯與妥爾油按質(zhì)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制備:
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；
然后，用按質(zhì)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(jié)晶,所得結(jié)晶物在真空烘箱內(nèi)于55-65°C干燥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制備方法，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)所形成的油系混合并攪拌均勻后，
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，混合均勻后所得的體系，用質(zhì)量百分比濃度為10%的碳酸鈉水溶液調(diào)節(jié)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(jié)果見表1:
【權(quán)利要求】
1.一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，其特征在于按重量百分比計算，其原料組成及含量如下: 基礎(chǔ)油20-25% 非離子表面活性劑16-24% 陰離子表面活性劑4-6% 防銹劑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% 余量為水； 其中所述的基礎(chǔ)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； 所述的防銹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制備: 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_ 二溴丁烷混合后控制溫度為85°C進行回流反應48h,得到反應液； 然后，按質(zhì)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(jié)晶后，在55-65°C烘干，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制備而得: (1)、將防銹劑倒入水中，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(chǔ)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)所形成的油系混合并攪拌均勻后， 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，混合均勻后用PH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)劑為碳酸鈉。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，其特征在于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(chǎn)的MOA-1O。
3.如權(quán)利要求2所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液，其特征在于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(quán)利要求3所述的一種以聚α烯烴為基礎(chǔ)油的微乳化金屬切削液，其特征在于所述的非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑按質(zhì)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(quán)利要求1、2、3或4任一權(quán)利要求所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液的制備方法，其特征在于具體包括如下步驟: (1)、將防銹劑倒入水中，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(chǔ)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)所形成的油系混合并攪拌均勻后， 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，混合均勻后用PH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)劑為碳酸鈉； 所述的離子液體通過包括如下步驟的方法制備: 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_ 二溴丁烷混合后控制溫度為85°C進行回流反應48h,得到反應液； 然后，用按質(zhì)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(jié)晶后，在55-65°C烘干，即得離子液體。
6.如權(quán)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制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的pH調(diào)節(jié)劑為質(zhì)量百分比濃度為10%的碳酸鈉水溶液。
7.如權(quán)利要求1、2、3或4任一權(quán)利要求所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液用于金屬切削加工，其使用時用去離子水或者蒸餾水將其稀釋20倍后使用。
8.如權(quán)利要求1、2、3或4任一權(quán)利要求所述的一種含有離子液體的微乳化金屬切削液用于船舶或重工業(yè)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倍后使用。
【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(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】韓生, 葉思景, 繆樹婷, 郁平, 孫揭陽, 高峰, 祝俊, 朱賢, 王愛民 申請人:上海應用技術(shù)學院