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技术文章:防锈乳化油的研制(上)
 
慧聪网   2005年12月9日10时48分   信息来源:中国润滑油信息网    

    金属工件在工序间的加工、转移、检查等过程中,会发生金属腐蚀。为了防止金属的腐蚀,最早采用将润滑油、凡士林等油脂类物质涂敷在金属表面以保护金属,但是这种防锈效果并不理想。在金属切削加工过程中,为了减轻刀具与加工件之间的摩擦、增加润滑性、并及时带走由于摩擦而产生的热量、提高生产率,需要在刀具与被切削的金属间注入防锈乳化油的乳化液。

目前国内的许多防锈乳化油依然存在易腐败变质、防锈性差等缺点,经常腐蚀工件、磨损刀具。而且乳化液的碱度不易控制,易对铝及其合金、铜合金、镀钵、镀镉件等有色金属产生腐蚀。合理选用防锈乳化油,不仅能有效减小切削力、降低切削温度、减少摩擦,还可提高工件的加工光洁度,提高切削效率和刀具的耐用度。

 

本研究选用合适的基础油、乳化剂和防锈剂等,开发出乳化和润滑冷却效果好、防锈性能佳的防锈乳化油;经客户使用,效果良好,对工件及机床具有良好的防腐蚀作用,使用方便,适用于金属的切削、磨削、钻削、铣削、拉削等加工时做冷却、润滑、清洗和防锈用。

 

1   防锈乳化油的调配原理

 

防锈乳化油由基础油、乳化剂、防锈剂等组成。

 

1.1 基础油的选择

 

防锈乳化油必须具有良好的润滑性能,要能在金属工件表面形成坚固的润滑膜才能起到润滑作用。基础油的选择非常重要,它不但要起润滑作用,还要与乳化剂和防锈剂有良好的相溶性。选择低粘度的精制矿物油较好,因其具有良好的渗透性。

 

1.2 乳化剂的选择

 

防锈乳化液体系的稳定性主要依靠表面活性剂的乳化、增溶、分散、润湿等作用来实现。在乳化油中乳化剂的用量一般为10%~15%。目前大多采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的组合。常用的乳化剂有油酸皂类、烷基酚聚氧乙烯醚类(如OP-4、OP-7、OP-10等)、山梨糖醇油酸酯类(如Span-20、Span-80等)、油酸失水山梨糖醇酯聚氧乙烯醚类(如Tween-40、Tween-80等)。以前用的较多的有松香皂类、石油磺酸钠。后者因为生产工艺改变,导致价格上扬,成本增加。

 

对于水包油型的防锈乳化油的乳化液而言,油酸钠皂是最重要的,但其应用领域的局限性首先是只在比较高的pH值(约10)情况下才能发挥其全部乳化能力。采用油酸胺皂可降低对pH值的依赖性。胺皂能产生良好乳化和防锈效果,而且使用条件相当温和,不会产生使用者皮肤刺激的问题;在pH值约为8的情况下由胺皂生产的乳液其稳定性良好。但胺皂与钠皂的共同缺点是与自来水中的Mg2+和Ca2+,或者与来自机械加工作业的重金属离子(如Cu2+)形成非水溶性盐,而造成一定量的乳化剂失活和沉淀下来,导致乳液的不稳定;同时,沉淀的不溶性皂还可引起系统的故障。

 

1.3 防锈剂的选择

 

防锈剂在油中的作用机理有以下三个方面:①防锈剂分子在金属表面形成吸附性保护层;②防锈剂对水和极性物质的增溶作用;③防锈油的水置换作用。防锈乳化油中选用的防锈剂主要有石油磺酸钡(T701)、十二烯基丁二酸(T746)等,乳化剂中单油酸三乙醇胺、三乙醇胺和Span类等也具有防锈剂的功能。而石油磺酸钡作为油溶性缓蚀剂的加入,使防锈乳化油所需的HLB值增大,为此应相应的增加乳化剂的用量。

 

O/W型乳化剂的HLB值范围为8~18,但对N15机械油而言,其乳化钟型曲线的顶点为HLB值为10.5,即乳化剂处于此数值时乳化效率最高。考虑到乳化油中防锈剂的加入均有促使HLB值增值的趋势,故选择HLB值在11~13的范围内进行乳化实验研究。

 

1.4 其他添加剂的选择

 

防锈乳化油在使用时产生泡沫、为防止分层、析油等问题,需要添加一定量的助溶剂等。助溶剂目前选用的多为正丁醇、异丙醇、乙醇等。在实验中,这类低分子醇的选用种类和用量非常重要。助溶剂用量不足乳化油会浑浊,用量过多又会使乳化油破乳,适当的用量是必须经过实验验证来确定的。而且选用的醇与机械油的密度也必须接近,否则仍要出现乳化油分层的问题。

 

防锈乳化油的油基稳定性与乳化性是一对矛盾的统一体,实验证明,乳化油中少量水分的存在具有一定的稳定作用,因为它有助于水溶性物质特别是阴离子表面活性剂在油中的溶解分散;如果油中水量不足,就会导致乳化油浑浊或分层,直接影响到油基的稳定性。而水加入方法要求也很严格。

 

防锈乳化油在使用过程中,特别是夏季高温气候条件下,极易出现腐败变质而发出臭味。这需要从原材料的纯度和清洁度两方面来控制。

 

2   实 验

 

2.1 原材料选择(见表1)

 

表1 防锈乳化油的配方

原料名称

产地

规格

用量,%

N15号机械油

上海炼油厂

工业品

80~85

油酸

苏州特油厂

工业品

3~5

NaOH水溶液

国产

工业品

0.5~1

三乙醇胺

宜兴天音化工

工业品

1~2

OP类

宜兴天音化工

工业品

2~3

Span类

宜兴天音化工

工业品

1~2

防锈剂

国产

工业品

8~10

稳定剂

国产

工业品

0.2~0.5

 

2.2 制备工艺

 

先将计量好的N15号机械油加入容器中,在充分搅拌的条件下,先加入油酸,接着加入NaOH的水溶液,升温至90~95℃,搅拌保温反应0.5h;降温至70~80℃,加入三乙醇胺,搅拌保温反应2h;待油样透明后,同时加入OP和Span,继续搅拌分散0.5h;接着升温至85~90℃,加入防锈剂,待其全部溶解后,可自然降温至60℃以下,加入适量的稳定剂,搅拌0.5h。即可检测、放料。

 
作者:无锡市高润杰化学有限公司 王恩锋 
 
 
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