油酸二乙醇酰胺硼酸酯制备及研究

摘要:在实验室条件下制备了一种无亚硝酸钠环保型切削液。采用失重法、湿热试验方法对其对钢铁的缓蚀性能进行了评定，并评定了其表面张力、清洁性能。实验结果表明该切削液对钢铁有较强的缓蚀性能，可以将其广泛用于黑色金属的加工制造之中。

0前言

金属切削液一直是金属切削加工中的重要配套材料。在金属切削加工中选用合适的金属切削液可以起到良好的润滑、冷却、清洗和防锈作用。在金属切削加工中，大量的切削液浇注在切削区，以减小切削中的摩擦和变形，降低切削温度，从而显著提高生产率和加工质量，提高加工精度，延长刀具使用寿命，提高刀具耐用度，降低成本。随着人们环保意识的不断增强和金属切削液的广泛使用，人们发现亚硝酸钠型切削液是金属切削加工中的主要污染源。除了具有毒性外，其转化产物亚硝胺更具有致癌性DI，因此在其使用时会对操作人员的身体健康构成危害。废液的排放也会对环境造成严重污染。切削液的安全性和对环境的影响己成为切削液发展必须考虑的重要问题。在解决这些问题的众多方法中，研究开发绿色的低毒环保型切削液是很有必要的。

在水溶液介质中采用脂肪酸衍生物作为钢铁缓蚀剂的研究一直受到各国学者的关注[21。我们以油酸、二乙醇胺、硼酸为原料合成了油酸二乙醇酞胺硼酸醋。由于油酸二乙醇酞胺硼酸酷分子中同时含有酞胺基、硼醋基和长碳链烃基，因此，对金属具有较好的润滑防锈功能。以其为主要原料配制成不含亚硝酸钠的切削液，通过腐蚀失重、湿热实验等测试表明，切削液能显著抑制钢铁腐蚀，是一种具有推广价值的环保型切削液。

1实验部分

1)主要试剂:

油酸，C P级，酸值190-205，碘值85-95;

聚醚2040，工业一级品;

二乙醇胺，CP级;硼酸，CP级;

碳酸钠，CP级;

氢氧化钠，CP级;

氢氧化钾，CP级;

硅酸钠，CP级;

EDTA，CP级;

自制油性剂。

2)主要仪器设备:

651 1型 电 动搅拌器;DL-102A电热鼓风干燥箱;

DW K 型 电热器;BZHR-180型表面张力仪;

SU GA 湿 润试验机;PARKIN-ELMER-684型红外分光光度计。

3)油酸二乙醇酞胺硼酸酷的合成:

在装有电动搅拌器、冷凝管、温度计的250ml四颈烧瓶中加入0.2mol油酸，在氮气的保护下，将油酸加热至100 0C，加入二乙醇胺0.2mol(即其反应总量的1/2:)，继续升温至140-1600C，保持此温度，反应4小时。用氢氧化钠标准溶液检测游离酸含量，当游离酸含量低于15%时，降温至70-800C，投入剩余的二乙醇胺0.2mol和反应物料总量0.4%的氢氧化钾，保温反应4-6小时。测定反应物胺值为16.32且不再改变时为反应终点。将上述反应物升温至100 0C，在搅拌条件下逐步加入与油酸相同摩尔系数的硼酸和一定量的甲苯，继续生温至120 C-1300C，反应至无水蒸出时为终点，降温至100℃左右，得到高粘度玻拍色反应物油酸二乙醇酞胺硼酸酷。合成反应式见文献〔3]0

4)无亚硝酸钠型切削液的配制:

. 切削液的配方:

按质 量 比 :聚醚2040,8 %;油酸二乙醇酞胺硼酸醋，100/0;三乙醇胺，7%;

碳酸钠，8%;硅酸钠，2%;油性剂，3%; EDTA，适量;蒸馏水，余量。

. 配制工艺:

先用烧杯称取8g的聚醚2040,8 g的三乙醇胺，10g的油酸二乙醇酞胺硼酸酷，3g的油性剂，搅拌均匀，加入适量的蒸馏水。分别用适量的蒸馏水将8g的碳酸钠与2g的硅酸钠溶解，在搅拌下缓慢加入上述混合液中，再加入适量的EDTA(大约为2%o^'4%o)，充分搅拌混合，便得到在实验室条件下的切削液。而此切削液的工作液的配制即为5份的母液和95份的水混合搅拌均匀即可。一般用5%一10%浓度的切削液原液作为切削工作液。

. 该切削液缓蚀性能评定:

失重 法 : 测定蒸馏水中四种不同浓度烷醇酞胺硼酸酷型切削液对45#钢的缓蚀效果，试片先用180#-240#水砂纸打磨，再用丙酮擦洗二道，热风吹干后称重，并尽快放入待测溶液中，试片顶端距液面10 mm，实验结束后取出试片，除尽附着的腐蚀产物，分别用蒸馏水和丙酮洗涤干燥后称重，求出失重量与缓蚀剂用量的关系。

表 1 烷醇 酸 胺 硼 酸 醋 型 切 削 液 的 缓 蚀效 果

切削液添加量重

量百分比浓度

腐蚀失重mg

缓蚀率

%

63.2

82.7

2.5

5

1.4

0.93

腐蚀速率

mg (dm2A )

27 .1 0

4. 68

0. 71

0. 59

97.1

98.6

注:实验条件为:45#钢，静态168小时。

. 湿热试验:

试验 设备 :SUGA湿润试验机。

将打磨清洗好的45#钢(50X5OX3mm)的试片，分别浸入不同浓度的试液中(蒸馏水+烷醇酞胺硼酸醋型切削液)15秒钟，然后自然干燥30分钟，再将干燥后的试片放入湿润试验机中，实验温度49110C，相对湿度95%以上，24小时后检查钢试片的生锈情况(见表2)。

表 2 烷 醉酞胺硼酸醋型切削液的湿热试验结果

Tab.2 W et-hotex perimentef ectof o leicd iethanolamide

cut in gl i quorb oratee sterm etalcu tingli quor

表3 烷醇酸胺硼酸醋型切削液的单片、叠片防锈试验结果

Tab.3 R ust-proofef ecto fo leicd iethanolamideb oratee sterm etal

cut in gl iqu or

试验浓度试验时

试验

浓度(W/W )

试验时

(h)

1

16

16

试验材料结果

结果 (w 八v ) 间 (h )

空白严重锈蚀

有轻微锈蚀

有轻微锈蚀

光亮无锈

光亮无锈

一 级

灰口

铸铁

(单片)

一 级

灰口

铸铁

(叠片)

五滴无锈

五滴无锈

五滴无锈

五滴无锈

4 6 18 24

5 7.5

4 4

，‘ ， 卜

5

7.5

0.75

无迭印无锈蚀

无迭印无锈蚀

无迭印无锈蚀

无迭印无锈蚀

一级灰口铸铁的防锈试验:

试验试液为四种不同浓度的烷醇酞胺硼酸醋型切削液(蒸馏水+烷醇酞胺硼酸醋型切削液)，试验方法按GB/T6144-85.5.9.6.1-5.9.6.2方法进行(见表3)0

. 表面张力测定:

试验 仪 器 :JZHY-180界面张力仪

测定 于 2 0℃下进行，测试切削液样品浓度为1%, 2.5%, 5%, 7.5%(见表4)0

表4烷醇酸胺硼酸醋型切削液表面张力测定结果

Tab. 4 Surface tension of oleic diethanolamide

bo rat ee ste rm et al cu tingl iquor

表5 烷醇酞胺硼酸醋型切削液洗油率结果

Tab .5 O ilcl eaningr atioo fo leicd iethanolamide

bo rat ee ste rm et al cu tingl iquor

试样浓度

(W /W)

测定结果X

100 (N/cm)

浓度(%) 摆洗温度(℃) 洗油率(%)

，~ 月， ‘U ，1

57 6 83 90

1 3 7.32

34.18 32士2

﹃、~ ﹃j

:

，.1 ，1 11︸ 7

5 32 .25

7.5 32.16

清洗 性 (洗油率)(重量法JB4322-86)

主要设备:BXJ-III摆洗机。

试验方法:按GB4322-86.4方法进行，摆洗频率30士1次/分钟(往返为一次)，摆洗距离50士2mm o

摆洗金属试片:45#钢。

摆洗试液:四种不同浓度的烷醇酞胺硼酸酷型切削液。

人工油污:工业凡士林10%，石油磺酸钡2%, 32#机油88%(见表5)0

2结果与讨论

1)切削液外观性能:外观为半透明黄色至棕色均匀液状，pH值9-9.5.

2)切削液对钢铁的缓蚀效果:

烷醇 酞 胺 硼酸酷型切削液的缓蚀效果从表1中可以看出，该切削液在1-5%的实验范围内，对45#钢缓蚀效果显递增趋势。当浓度达到5%时对钢的缓蚀率可达98.6%, 45#钢试样经168小时静置失重试验后，表面仍光亮如初未见宏观腐蚀，说明该切削液在钢表面保护层十分完好，对钢的腐蚀抑制有较为明显效果。

3) 烷 醇 酞胺硼酸醋型切削液对钢铁的防锈效果:

将烷 醇 酞 胺 硼 酸 酷 型切削液以1%,2 .5%,5 %,7 .5%四种浓度浸涂于45#钢片上，在49士10C,相对湿 度 95%以上的环境条件下进行湿热试验，同时做空白对照试验。从表2试验结果可见空白样1小时后出现大量锈蚀。而随着合成物浓度逐渐提高，防锈效果也不断增强。5%以上浓度所浸涂的试片可在湿热箱中保持24小时无锈，表面光亮如新。

从表 3 结果 可 以 看 出，烷醇酞胺硼酸醋型切削液对铸铁有一定防锈能力，7.5%浓度的试液对单

片防 锈 试 验可通过24小时，迭片试验可通过6小时。铸铁防锈试验结果表明采用烷醇酞胺硼酸酷型切

削液 ， 对 于铸铁件的防锈性具有较好的作用。

4) 表 面 张力及清洗性能:

一种水溶性产品，其对金属润湿的状态如何，对金属防锈效果的影响十分明显。从表4测定结果来看，随着烷醇酞胺硼酸醋型切削液浓度提高，表面张力显著下降，浓度从10/o-7.5%均表现出良好表面活性，对金属有较好的润湿效果，能在金属表面迅速处于铺展状态形成保护层，从而起到较好的防锈效果。

从洗油率测试结果表5中可以看到，烷醇酞胺硼酸酷型切削液对油污有明显的清洗能力，在32士1C条件下，7.5%烷醇酞胺硼酸醋型切削液洗油率可达90.2%.

3结论

①以油酸、二乙醇胺、硼酸为原料合成油酸二乙醇酞胺硼酸酷，以其为主要原料配制的无亚硝酸钠型切

削液工艺简单可行。②通过常规失重法、湿热实验等防锈试验表明:所制备的油酸二乙醇酞胺硼酸酷型无

亚硝酸钠切削液对钢铁具有良好的缓蚀防锈能力。①油酸二乙醇酞胺硼酸酷型切削液具有良好润湿能力及

较强清洗性能，完全可以满足钢铁加工过程中的清洗要求。④油酸二乙醇酞胺硼酸酷型切削液不含亚硝酸

钠，对人体和环境毒害小，是适宜广泛推广使用的环保型切削液。

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