水溶性润滑添加剂J-281的研究

罗永秀 

摘  要   通过植物油与顺丁烯二酸酐双烯加成，然后中和、酰胺化和酯化后处理工艺的探索，将非水溶的植物油转化为水溶物，并通过对其水溶性、抗硬水性和消泡性评价，筛选出了J-281水溶性润滑添加剂，该添加剂润滑性好，抗硬水，泡沫低，性能稳定。将J-281作为合成型金属加工液的水溶性添加剂既可节约石油资源，又有利于环境保护。以该添加剂为主剂配制的合成型磨削液和合成型加工中心切削液具有良好的润滑性和使用性能。

关键词   水溶性润滑添加剂  植物油  切削液  磨削液      

1．   概述

合成切削液不含矿油，渗透性强，冷却性好，使用寿命长，切屑易分离，加工件易清洗，在金属加工液中所占比重不断上升。合成切削液的润滑性取决于其中的水溶性润滑添加剂，常用的水溶性润滑添加剂有油酸、多聚酸、聚乙二醇、乙丙共聚物、硼胺化合物等，由于这些添加剂的油膜强度不高，所配制的合成液通常只能用于磨削或一些轻负荷切削加工，难以满足数控机床和加工中心对金属加工液的综合性能要求，因此开展对合成液用水溶性润滑添加剂的探索，有利于推进和扩大合成液在金属加工业中的应用，有利于节约石油资源，有利于减少环境污染。我们通过对植物油水溶性改性试验，合成了水溶性添加剂J-281，该添加剂具有良好的润滑性，泡沫低，抗硬水，以该添加剂为主剂所配制的合成型金属加工液，可用于磨床、数控机床和加工中心，现介绍如下。

2．   试验方法

植物油有较好的润滑性，已广泛用于金属加工油中，但不溶于水。根据Diels-Alder 双烯合成原理，具有共轭双键的有机化合物在催化剂作用下可与顺丁烯二酸酐发生加成反应，在分子中引入羧基。常用的植物油如桐油、豆油、蓖麻油、棉籽油等干性或半干性油料中含有共轭双键或潜在共轭双键，本研究通过对它们进行双烯加成反应引入羧基，然后采用中和反应、酰胺化反应、酯化反应将其转化成水溶性化合物。

对合成物作性能评价试验，从中选取理想的合成物，再作验证试验和应用试验。

水溶性试验：常温下将合成物配成5%的水溶液（自来水），取200mL装入250mL白色广口瓶中，常温下加盖存放24h，观察溶液的外观，以透明为宜。

抗硬水试验：将合成物用自来水配制成5%的水溶液，加入计算量的钙离子，使 为200ppm 和400ppm（分别相当于CaCO₃ 500 ppm和1000 ppm），取200mL装入250mL白色广口瓶中，常温下加盖存放24h，观察溶液的外观，以液面无明显析出物为合格。

腐蚀试验: SH／T 0195（100℃,3h）

四球PB值(N):GB/T 3142

密度:GB/T 1884

3．   试验结果及讨论

3.1  合成试验

根据资料分析及实验室初步探索试验，确定合成工艺如下：

    双烯合成反应：220～240℃，4h，以甲基苯磺酸为催化剂。

    酯化反应: 180℃，4h。

    酰胺化温度：180℃，3h。

实验室合成装置：500ml、2000mL磨口三口瓶，配有球型冷凝回流装置、水份收集装置和电加热保温套。

中和反应：顺丁烯二酸酐：氢氧化钠=1：2.2 (摩尔比, 将计算量的NaOH配制成30%的水溶液加入)。

酰胺化反应：顺丁烯二酸酐：一乙醇胺=1：2.2 (摩尔比)。

酯化反应：顺丁烯二酸酐：聚乙二醇400=1：2.2 (摩尔比)。

试验中我们通过改变植物油的种类和顺丁烯二酸酐的比例进行了一系列合成试验，部分试验结果如表1所示：

     表1  合成物配比及评价结果

试验结果表明：在选定的条件下，合成物的水溶性随顺丁烯二酸酐含量的增加而提高，但当顺丁烯二酸酐的含量太高时，会出现交联现象，如桐油和蓖麻油，这可能与这两种油分子结构的多功能团特性有关。合成物的抗硬水特性与羧基处理方式有关，当用NaOH中和时，随水中钙离子含量的增加，水溶液从透明经半透明，继而成不透明乳状液，即部分羧酸根与钙离子结合生成羧酸钙，降低了合成物在水中的溶解度，用一乙醇胺对羧基进行酰胺化处理的合成物，抗硬水性优于用NaOH中和的合成物，酯化处理后的合成物抗硬水性最好，植物油与顺丁烯二酸酐之比为100/20的合成物，经酯化后在钙硬度为200ppm（相当于碳酸钙硬度为500ppm，）时仍为透明水溶液，表现出很好的抗硬水特性。试验结果还表明，在本试验选定的反应配比范围内，随羧基含量增加，合成物的消泡性变差，这可能与合成物之HLB值有关。

   根据上述试验结果，同时考虑植物油来源、价格、植物油在合成物中的有效含量、合成工艺的稳定性等因素，我们认为2B样品较理想，即以豆油与顺丁烯二酸酐之比为100/20，并经酰胺化处理的合成物（取名为J-281水溶性润滑添加剂），除有较好的水溶性和抗硬水性能外，由于是酰胺结构，有利于防锈，因此将其作为进一步的研究对象，对此作了多次合成试验和放大样试验，部分试验结果如表2所示：

表2.  J-281水溶性润滑添加剂理化指标和试验结果

   试验结果表明，J-281水溶性润滑添加剂的理化性能较稳定。

3.2 加工液配方试验

    将J-281水溶性润滑添加剂配制成磨削液和加工中心切削液，配比及主要性能评价结果如表3所示:

                      表3配方试验结果

上述二种加工液供有关单位用于曲轴精磨、活塞环精磨、汽车铝质配件等加工半年多，精磨粗糙度可达Ra0.4，使用期间未发生加工液霉变腐败现象，加工性能稳定。

4．   结束语

   通过对植物油的水溶性改性和在金属加工液中的应用试验，我们认为：

      ⑴．选择适当的植物油与适当比例的顺丁烯二酸酐进行双烯加成反应并对引入的羧基作水溶性处理，可制取具有优良润滑性的金属加工液用抗硬水润滑添加剂，有利于提高合成型金属加工液的润滑性，有利于节约石油资源和环境保护。

      ⑵．本研究合成的J-281水溶性润滑添加剂具有优良的抗硬水性和润滑性，用该添加剂配制的磨削液和加工中心切削液理化性能稳定，使用性良好。

      J-281水溶性润滑添加剂在金属水基清洗剂及压力成型润滑中的应用有待深入。

        参考文献

       略