CN116904246A

CN116904246A - 一种乳液稳定复配剂及其在微乳切削液中的应用

Info

Publication number: CN116904246A
Application number: CN202310915920.5A
Authority: CN
Inventors: 李英朋; 占稳; 张于涛; 刘文志
Original assignee: Cam Casting Material Technology Fujian Co ltd; China National Machinery Institute Group Haixi Fujian Branch Co ltd
Current assignee: Cam Casting Material Technology Fujian Co ltd; China National Machinery Institute Group Haixi Fujian Branch Co ltd
Priority date: 2023-07-25
Filing date: 2023-07-25
Publication date: 2023-10-20

Abstract

本发明提供了一种乳液稳定复配剂及其在微乳切削液中的应用，旨在解决现有技术中微乳切削液自身稳定性不理想和对金属皂团聚物分散性不佳而出现絮凝和沉淀问题。所述乳液稳定复配剂，包括以下重量百分比的组分：乳液稳定剂1：26.32%~78.95%；乳液稳定剂2：13.16%~52.63%；乳液稳定剂3：2.6%~15.8%；其中所述乳液稳定剂1为：菜油酰单乙醇胺聚氧乙烯醚，所述乳液稳定剂2为：乙醇酸乙氧基油醚，所述乳液稳定剂3为：高分子聚合型表面活性剂。

Description

一种乳液稳定复配剂及其在微乳切削液中的应用

技术领域

本发明涉及微乳化切削液领域。更具体地说，本发明涉及一种乳液稳定复配剂、制备方法及微乳切削液。

背景技术

金属成型加工过程中，切削液的引入能有效降低加工区域摩擦热、延长刀具使用寿命、提高工件表面质量和防止工件腐蚀。切削液分为油基和水基切削液，而除极少数低速重加工和难加工材料外，大都应用水基切削液。水基切削液按含油量可分为全合成、微乳化和乳化切削液，其中，全合成切削液不含油，导致其润滑效果不佳，乳化切削液含油量约为50~80%，但由于含油量较高，使其存在工作稳定性差，使用周期短的短板。微乳化切削液含油量为5~30%，兼具全合成切削液和乳化液优点，又弥补了两者的不足，具有十分广阔的应用前景。

微乳化切削液经水稀释后的工作液为水包油型乳化液，通常，稀释液的稳定性直接关系到切削液替换周期和使役性能，例如，稳定的稀释液通常可以在工件切削表面形成一层均匀的润滑层，或在高速切削和极压环境下形成单分子润滑层，从而在切削区域发挥边界润滑效应。切削液稳定性下降主要表现为出现分层、絮凝和沉淀等现象，具体是由于稀释液自身发生水包油液滴聚结、融合和破乳。造成切削液稳定性下降的原因主要有切削液自身稳定性不佳，导致稀释液液滴间的静电斥力降低，发生聚合现象，使粒径增大，进而发生絮凝或沉淀。另一方面，切削过程中，随着外界金属离子（水中Ca²⁺，Mg²⁺、Mg/Al合金中的Mg²⁺）的引入，切削液中的乳化剂（脂肪酸，硫酸盐）会与金属离子相互作用，形成不溶于水的金属皂团聚物，进而发生团聚分层现象，使切削液使用寿命变短。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种乳液稳定复配剂、制备方法和微乳切削液，旨在解决现有技术中微乳切削液自身稳定性不理想和对金属皂团聚物分散性不佳而出现絮凝和沉淀问题。

为此，本发明提供了一种乳液稳定复配剂、制备方法及微乳切削液，其中，乳液稳定复配剂，包括以下重量百分比的组分：

乳液稳定剂1：26.32%~78.95%；

乳液稳定剂2：13.16%~52.63%；

乳液稳定剂3：2.6%~15.8%；

上述三者组分重量百分比之和为100%；

其中，所述乳液稳定剂1为：菜油酰单乙醇胺聚氧乙烯醚，所述乳液稳定剂2为：乙醇酸乙氧基油醚，所述乳液稳定剂3为：高分子聚合型表面活性剂。

其中，菜油酰单乙醇胺聚氧乙烯醚：CAS号85536-23-8，具体使用的是：日本花王公司生产的Amidet TEC N，具体的结构式为图13所示。乙醇酸乙氧基油醚：CAS号57635-48-0，具体使用的是：日本花王生产的Akypo RO 90 VG，具体的结构式为图14所示。高分子聚合型表面活性剂具体为：英国禾大生产的Hypermer A70表面活性剂，它是一种高分子聚合型表面活性剂。

进一步地，上述的一种微乳切削液的乳液稳定复配剂包括以下重量百分比的组分：

乳液稳定剂1：52.63%

乳液稳定剂2：39.47%；

乳液稳定剂3：7.90%。

一种乳液稳定复配剂的制备方法，其包括以下步骤：

（1）根据上述的配比，准备乳液稳定复配剂的材料；

（2）在40℃条件下，将乳液稳定剂1、2、3按顺序加入到容器中，搅拌均匀。

一种微乳切削液，组成包括组分A：乳液稳定复配剂，组分B：切削液基础组成，其中组分B包括：三乙醇胺、一乙醇胺、乙二胺四乙酸、基础油、辛基膦酸、甲基苯骈三氮唑、硅氧烷酮、均三嗪、1,2苯并异噻唑啉-3-酮、聚醚改性硅消泡剂、水。

一种微乳切削液，包括以下重量百分比的组分：

组分A：1%~2%

组分B：98%~99%；

组分A和组分B的重量百分比之和为100%。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明通过将几种分子结构中含醚键及不同HLB值的乳液稳定剂定量复配，组成了一种乳液稳定复配剂，该乳液稳定复配剂结构组成中的亲水和疏水部分可以同时与水相和油相微粒发生相互作用，使乳液粒径降低，并分布集中和稳定，从而防止液滴的聚集和沉降。另外，该乳液稳定复配剂对金属皂团聚物具有良好的分散性能，可以避免切削液产生团聚分层现象。

2、本发明中的微乳切削液具备优异的乳液稳定性和对金属皂团聚物的分散性，与常规微乳切削液相比，本发明的微乳切削液不易出现团聚分层现象，因此具有更持久的润滑效果和使用周期。

附图说明

图1是本发明中实施例1的5%稀释液粒径分布图；

图2是本发明中实施例2的5%稀释液粒径分布图；

图3是本发明中实施例3的5%稀释液粒径分布图；

图4是本发明中实施例4的5%稀释液粒径分布图；

图5是本发明中实施例5的5%稀释液粒径分布图；

图6是本发明中实施例6的5%稀释液粒径分布图；

图7是本发明中实施例7的5%稀释液粒径分布图；

图8是本发明中实施例8的5%稀释液粒径分布图；

图9是本发明中对比例1的5%稀释液粒径分布图；

图10是本发明中对比例2的5%稀释液粒径分布图；

图11是本发明中对比例3的5%稀释液粒径分布图；

图12是本发明中实施例9的5%稀释液粒径分布图；

图13是本发明中乳液稳定剂1的分子结构示意图；

图14是本发明中乳液稳定剂2的分子结构示意图。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员根据该实施例对本发明所做出的一些非本质的改进或调整仍属于本发明的保护范围。

所涉及的乳液稳定复配剂中添加剂的基本信息如下：

乳液稳定剂1为菜油酰单乙醇胺聚氧乙烯醚，外观为淡黄色透明液体、pH（1%水溶液）9.2~10.2、HLB值为9。

乳液稳定剂2为乙醇酸乙氧基油醚，外观为淡黄色透明液体、pH（10%水溶液）1.6~2.8、HLB值为10~12。

乳液稳定剂3为高分子聚合型表面活性剂，具体外观为深棕色液体、密度为0.97g/mL、HLB值为6，闪点为268℃。

通过实验得出三种添加剂复配之后效果最佳，复配比例如下：

乳液稳定剂1 52.63%；

乳液稳定剂2 39.47%；

乳液稳定剂3 7.90%；

还可以为以下范围内的其他配比：

乳液稳定剂1：26.32%~78.95%；

乳液稳定剂2：13.16%~52.63%；

乳液稳定剂3：2.6%~15.8%；

上述三者组分重量百分比之和为100%；

所涉及的微乳切削液中添加剂的基本信息如下：

基础油型号：T282；硅氧烷酮型号：AC-3S；聚醚改性硅消泡剂型号：DF-603。

微乳切削液组分B按重量百分比计包括：三乙醇胺：17.1%、一乙醇胺：1.6%、

乙二胺四乙酸：1.6%、基础油：27%、辛基膦酸：0.3%、甲基苯骈三氮唑：0.1%、

硅氧烷酮：0.2%、均三嗪：1.5%、1,2苯并异噻唑啉-3-酮：1.5%、聚醚改性硅消泡剂：0.3%、水：48.8%。

所有实施例和对比例的组分B均由以上重量百分比物质组成，只是在配切削液时，添加组分B的剂量不同。可以理解为以上重量百分比物质组成为组分B的原液。

实施例1：

在99wt%的组分B中添加1 wt%的乳液稳定剂1，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

实施例2：

在99wt%的组分B中添加1 wt%的乳液稳定剂2，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

实施例3：

在99wt%的组分B中添加1 wt%的乳液稳定剂3，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

实施例4：

在99wt%的组分B中添加0.5wt%的乳液稳定剂1和0.5wt%的乳液稳定剂2，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

实施例5：

在99wt%的组分B中添加0.5wt%的乳液稳定剂1和0.5wt%的乳液稳定剂3，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

实施例6：

在99wt%的组分B中添加0.5wt%的乳液稳定剂2和0.5wt%的乳液稳定剂3，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

实施例7：

取2重量份的乳液稳定剂1、1.5重量份的乳液稳定剂2和0.3重量份的乳液稳定剂3，在40℃条件下，按顺序加入到反应容器中搅拌均匀，组合成一个乳液稳定剂复配包一（组分A）。

在99wt%的组分B中添加1wt%的组分A，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

实施例8：

在98wt%的组分B中添加2wt%的组分A，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

对比例1：

配置100wt%的组分B，并对其稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

对比例2：

取0.8重量份的乳液稳定剂1、2.2重量份的乳液稳定剂2和0.8重量份的乳液稳定剂3，在40℃条件下，按顺序加入到反应容器中搅拌均匀，组合成一个乳液稳定剂复配包二。

在98.5wt%的组分B中添加1.5wt%的乳液稳定剂复配包二，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

对比例3

取一款市售微乳化切削液，并稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500 mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

实施例9：

在98.5wt%的组分B中添加1.5wt%的组分A，将得到的微乳切削液稀释20倍，获得该微乳切削液稀释液。室温下，取25 mL微乳切削液稀释液倒入具塞量筒中，再加入浓度为500mg/L的Ca²⁺溶液25 mL，上下摇动1分钟，静置2小时，观察悬浮团聚物体积；使用激光粒度分析仪对新鲜稀释液和常温静置5天后的稀释液进行粒径分布测试。

对比结果：

为了考察各实施例和对比例切削液对外界金属离子的分散性能，通过稀释液与500 mg/L的Ca²⁺溶液混合（模拟切削液引入外界金属离子），观察液面悬浮团聚物体积情况，结果如表1所示。从中可以得出以下结论：

1、在添加量为1%的情况下，与单一的乳液稳定剂1、乳液稳定剂2、乳液稳定剂3相比，乳液稳定复配包一的悬浮团聚物体积最小，说明其对金属离子的分散性最优。

2、在添加量为1%的情况下，与两两组合的乳液稳定剂1、乳液稳定剂2、乳液稳定剂3相比，乳液稳定复配包一的悬浮团聚物体积最小，说明其对金属离子的分散性最优。

3、添加量为2.0%的乳液稳定复配包一的悬浮团聚物体积为0，对金属离子的分散性最优。

4、不添加稳定剂、添加1.5%的乳液稳定复配包二、市售微乳化切削液、添加1.5%的乳液稳定复配包一相比，添加稳定剂复配包切削液的悬浮物体积有所降低，并且乳液稳定复配包一的悬浮团聚物体积比乳液稳定复配包二的悬浮团聚物体积大大降低。

可以说明，在对杂质金属离子分散性能上，添加本发明中的乳液稳定复配剂的切削液具有更优的分散效果，进而使得切削液不会发生团聚分层现象，使切削液具有更优的乳液稳定性和使用周期。

表1 实施例1~9，对比例1~3的悬浮团聚物体积

为了考察各实施例和对比例切削液自身的稳定性，通过对新鲜切削液稀释液和静置120 h后的稀释液进行粒径分布测试和均粒径测试，结果如图1~11所示。从中可以得到以下结论：

1、在添加量为1%的情况下，与单一的乳液稳定剂1、乳液稳定剂2、乳液稳定剂3相比，添加乳液稳定复配包一的切削液稀释剂均粒径最低，并且粒径分布均匀，静置120 h后，均粒径无明显变化，无大粒径团聚物出现，说明其切削液自身稳定性最佳。

2、在添加量为1%的情况下，两两组合的乳液稳定剂1、乳液稳定剂2、乳液稳定剂3均粒径稍有降低，但稳定效果没有乳液稳定复配包一的效果好。

3、添加量为2.0%的乳液稳定复配包一的新鲜稀释液均粒径为33.52 nm，静置120h后，均粒径为33.37 nm，前后变化不超过1 nm，并且静置前后的稀释液粒集中，无大颗粒团聚液滴。

4、不添加稳定剂、添加1.5%的乳液稳定复配包二、市售微乳化切削液、添加1.5%的乳液稳定复配包一相比，添加稳定剂复配包切削液的稀释液的粒径有所降低，并且乳液稳定复配包一的均粒径更低、粒径分布更均匀，静置120 h后，无大粒径团聚液滴，说明此时切削液的乳液稳定性更优。

通过图13和图14的分子结构可以说明：由于乳液稳定剂1和乳液稳定剂2中醚键的存在，使分子结构具有一定的极性，并且因醚键中存在氧原子，使具有一定的亲水性。另外，醚键周围的碳链具有较强的疏水性，这种极性和非极性的组合可以使稳定剂分子同时与水和油滴微粒发生相互作用，进而防止水包油液滴的聚集和沉降，有助于维持乳液的稳定性。

另一方面，因分子结构中的亲水性和疏水性，在切削液引入杂质金属离子时，亲水性部分可与水分子发生作用，疏水性部分与金属离子相互作用，进而存在一定的界面活性，界面活性作用可以使金属皂团聚分子被包裹在疏水部分中，从而防止团聚分子的聚集。

并且，复配剂中含不同HLB的乳液稳定剂（乳液稳定剂1的HLB值为9、乳液稳定剂2的HLB值为10~12、乳液稳定剂3的HLB值为6），其中低HLB值的乳液稳定剂3易与切削液中的油性分析相互作用，并将其包裹分散到水中，高HLB值的乳液稳定剂1和乳液稳定剂2易与水相及油相相互作用，进而该乳液稳定复配剂可以提高乳液稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种乳液稳定复配剂，其特征在于，所述乳液稳定复配剂，包括以下重量百分比的组分：

乳液稳定剂1：26.32%~78.95%；

乳液稳定剂2：13.16%~52.63%；

乳液稳定剂3：2.6%~15.8%；

上述三者组分重量百分比之和为100%；

2.根据权利要求1所述的乳液稳定复配剂，其特征在于，所述高分子聚合型表面活性剂为Hypermer A70表面活性剂。

3.根据权利要求1所述的乳液稳定复配剂，其特征在于，所述乳液稳定复配剂包括以下重量百分比的组分：

乳液稳定剂1：52.63%

乳液稳定剂2：39.47%；

乳液稳定剂3：7.90%。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的乳液稳定复配剂在微乳切削液中的应用，其特征在于，所述微乳切削液，包括以下重量百分比的组分：组分A：1%~2%，

组分B：98%~99%，组分A和组分B的重量百分比之和为100%；其中，组分A：乳液稳定复配剂，组分B：切削液基础组成，其中组分B包括：三乙醇胺、一乙醇胺、乙二胺四乙酸、基础油、辛基膦酸、甲基苯骈三氮唑、硅氧烷酮、均三嗪、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、聚醚改性硅消泡剂、水。