环保型水基切削液的合成及其性能研究

张蕾　崔祜徽　程芹　孙艳霞　尹海滨　车吉泰

（大连广汇化学有限公司，大连　116113）

　　摘　要：以自制的复合硼酸酯和蓖麻油烷醇酰胺为主要原料合成的水基切屑液，具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性，使用周期长，不含有毒有害物质，体系为环保切削液。

　　关键词：复合硼酸酯；极压抗磨剂；环保型切削液

　　众所周知，现代机械加工向高速、强力、精密方向发展，导致切削液加工过程中的摩擦力、摩擦热大幅度提高，这就要求切削液具有更好的冷却、润滑、清洗、防锈性能，以便获得理想的工件加工表面，延长刀具使用寿命，而且还应使用周期长，液体要透明便于观察，且无毒，对环境无污染。传统的乳化型切削液，含有矿物油、碳酸钠、亚硝酸钠。有的还含有磷、氯、铬等有害物质，使用寿命短，对人体有害，在排放时对环境污染相当严重，不符合环保排放的要求。与传统的含矿物油的乳化液相比此方法为水基合成切削液，在冷却性、清洗性、防锈性、加工可视和防腐性等方面都具有显著的特点。因而逐步获得了广泛的应用。然而对于水基切削液而言，其润滑、防锈以及清洗性能尤为关键。

　　作者研究的目的在于制备一种不含矿物油和无害无毒的化合物，即环保型水基切削液，以满足机械加工的实际需要。

　　1　切削液的合成

　　1.1原料

　　三乙醇胺、硼酸、高分子表面活性剂、乙醇铵类衍生物、杀菌剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、苯并三氮唑皆为工业品；复合硼酸酯、蓖麻油烷醇酰、消泡剂皆为自制。

　　1.2合成

　　在带有电动搅拌的三口瓶中，加入70g水加热升温至40℃，加入10～20％硼酸搅拌溶解，升温至60℃，每隔20min依次加入复合硼酸酯、1～6％高分子表面活性剂、25-35％三乙醇胺、5～10％蓖麻油烷醇酰胺、1-6％乙醇胺类衍生物、2～8％苯并三氮唑、1-4％非离子表面活性剂、1-6％阴离子表面活性剂，降温至30℃加入1～4％杀菌剂，混合均匀后放料包装。

　　1.3质量指标

　　按照国标（GB6144-85）进行检测，质量指标为（见下表）。

　　2　配方的优化及性能研究

　　由于高水基合成切削液在常规使用状态时含水量高达96％以上，而且水的导热系数、比热、汽化热比油大得多，因此，水基切削液对刀具和加工件的冷却性能Z好。于是作者着重研究了切削液的润滑、清洗以及防锈剂的选择及其性能。

　　在切削过程中，润滑性能是保证刀具、工模具使用寿命以及加工表面光洁度的关键因素，所以，设法选择摩擦系数小、渗透能力强、表面张力低的润滑剂。金属在切削时刀具或模具与金属之间将产生严重的摩擦，为此常常添加少量的抗磨添加剂，以利用它在金属表面形成一层吸附膜或化学膜，达到保护刀具或模具以及提高加工件表面精度的目的。为此我们首先合成了润滑性能好的复合有机硼酸酯，它是由硼酸盐与含氮、含硫化合物反应的产物再与有机防锈剂复配而成，具有优良的抗磨极压、防锈防腐性能，同时选择了润滑、防锈性能优越的蓖麻油烷醇酰胺（自制，由蓖麻油与乙醇胺类衍生物反应而得），从而提高了切削液得润滑性和防锈性能。

　　切削液得清洗作用是清洗剂将切屑和削液之间的表面张力降低，通过润滑、浸渗作用将切屑从刀具和加工件表面分离开来，随切削液带走。切削液清洗性能与切削液的渗透性和流动性密切相关，表面张力低、渗透性和流动性好，清洗性能就好。如果采用非离子性表面活性剂和阴离子性表面性进行复配能起到显著降低切削液表面张力的作用^[1]。所以，我们选择了聚醚类非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，合成了表面张力≤34mN/m的切削液，因而具有很好的清洗性能。

　　据文献报道，利用一种烷醇胺的硼化物为主剂。可配成一种水溶性防锈剂。其效果赶上或超过亚硝酸钠的水平^[2]。因此，我们选择兼具防锈性能的复合硼酸酯为主，添加乙醇胺类衍生物防锈剂，可显著提高本切削液的防锈性能，从而完全取代了有毒的亚硝酸钠。

　　曾经发现，如果在切削液中加入有机硅类消泡剂，虽然消泡和抑泡效果明显，但是使用时间长了在加工件和机床表面出现硅斑，而影响润滑性能，所以尽量降低表面活性剂用量的同时添加了自制的消泡剂，从而解决了切削液的消泡性。另外还添加了高效杀菌剂，延长了使用周期，夏天连续使用半年不变质。

　　3　结论

　　a）环保型水基合成切削液的各项技术指标和使用性能均达到或超过GB6144-85国家标准。

　　b）本切削液不含矿物油、亚硝酸钠、氯、铬、磷等物质，系具有优良的冷却性、润滑性、清洗性、防锈性、杀菌性以及连续使用不变质的环保型切削液。

　　参考文献

　　[1]胡献国，现代化工，1999，19（6）：28～29.

　　[2]罗国强，润滑和密封，1993，（4）：13-17.
 

（2005黄山表面活性剂会暨第十六次全国工业表面活性剂发展研讨会论文集）