关于水溶性金属加工液添加剂的制备及其性能研究

尹树花

关键词：水溶性;金属加工液;添加剂;制备技术;性能研究

因为金属加工技术发展越来越快速，所以金属加工液更新就越来越迅速，尤其是水基型金属加工液，其应用范围越来越广泛。

一、试验材料及方法

（一）试验材料

试验材料主要有：二乙醇胺，其分子式为：HN（CH2CH2OH）2;油酸，其分子式为：CH3（CH2）2（CH）2（CH2）7COOH;月桂酸，其分子式为：CH3（CH2）10COOH;防锈试片，其材质为一级灰口铸铁，珠光体超过98%，直径为φ35×20mm的圆柱形;钢球，其材质为GCr15轴承钢;MS-800A四球试验机;XPS，其主要是探究磨斑表面元素的状态;FITR，其主要是探究制备产物以及最终产物的化学特性。

（二）试验方法

试验方法主要有两个，分别从防锈性和润滑性角度出发，首先选取合适的功能基团，也就是能够稳定存在水介质当中的化合物，然后依据某种比例把它们配合在一起，从而产生化学反应以及复合反应，最终形成性能稳定的混合物，此混合物必须具备较强的水溶性，这样添加剂就能构成真溶液以及与真溶液相似的稳定物质，该添加剂具有良好的属性，主要包括：润滑性和防锈性。对于防锈性来说，应运用GB6144-2010防锈性的试验单片进行防锈性试验，试验的温度应为35℃左右，试验的时间应为72-120h，试验片的未生锈点数代表防锈性的强弱。对于润滑性来说，可通过两种方法进行判断，首先，GB/T3142 -2019 润滑剂承载能力判断法，此方法的试验转速大概为1450r/min，试验时间为10s，试验的最大无卡咬负荷PB值以及烧结负荷PD值的代表极压性能的强弱。其次，SH/T0189-2017润滑油抗磨性能判断法，此方法的试验转速大概为1450r/min，试验的时间为1min，试验的负荷为392N，试验的钢球磨斑平均直径代表抗磨性的强弱。

二、实验反应过程

实验反应过程主要就是混合酸和二乙醇胺的反应，为了有效探究水溶性，在实验过程中，采用了两种反应比值，即1：1与1：1.5，能够良好探究混合酸和二乙醇胺的反应过程，了解二乙醇胺含量对水溶性以及润滑性的影响。实验的过程为加热搅拌，反应温度为90-110℃，实验时间为1h，混合酸量为1mol。

（一）反应比值1：1

首先把相同量的二乙醇胺与混合酸一同加进反应烧瓶中，并加热搅拌，使其在90-110℃中反应1h，然后取出10g的反应产物，加进100g的蒸馏水里，于室温下放置24h，最后观察产物状态，如果产物为澄清透明的水溶液，则表示产物的水溶性较强，随后使用蒸馏水配备出的质量为1%及3%的水溶液来判断其防锈性与润滑性情况，每个性能实验均展开两次，然后取平均值。

（二）反应比值1：1.5。

首先把1.5mol的二乙醇胺和1mol的混合酸一同放进反应烧瓶中，并加热搅拌，使其在90-110℃中反应1h，然后取出10g的反应产物，加进100g的蒸馏水里，于室温下放置24h，最后观察产物状态，如果产物为澄清透明的水溶液，则表示产物的水溶性较强。

三、实验结果

通过水溶性研究结果能够发现，上述两种比值的反应产物均具有较强的水溶性，从反应产物的pH值变化情况能够发现，当油酸量变多时，水溶液的pH值越来越大;当油酸量一样时，二乙醇胺量越多的水溶液pH值越大。从PB值变化情况能够发现，二乙醇胺含量对水溶液的极压性PB值具有很大影响，当油酸量固定时，二乙醇胺量越多的水溶液PB值越大，不过二乙醇胺量达到1.5mol时，其对水溶液的PB值影响极小，当二乙醇胺量是1mol时，混合酸里的油酸和月桂酸之比对水溶液的PB值影响很大，如果混合酸里的油酸和月桂酸之比是0.6：0.4时，则水溶液的PB值可达到981N。由此可知，当二乙醇胺、油酸、月桂酸之比是1：0.6：0.4的时候最佳。从磨斑直径变化情况可知，当PB值较小时，抗磨性较强。从防锈性变化情况可知，当油酸量低于0.6mol的时候，二乙醇胺量越大，则水溶液的防锈性越差，因为二乙醇胺过量会导致产物里的二乙醇胺含量变多，而二乙醇胺会吸附于金属的表面，由于二乙醇胺水溶液的防锈性极低，所以就造成水溶液防锈性很差。经过研究可知，如果是1：1的反应产物，当油酸量是0.6mol的时候，其防锈性最强;如果是1：1.5的反应产物，当油酸量是0.8mol的时候，其防锈性最强。通过上述结果可知，当油酸、月桂酸、二乙醇胺的比值为0.6：0.4：1的时候，水溶液的pH值、极压性、抗磨性以及防锈性均最佳。为研究润滑机理，便借助XPS对磨斑表面展开了元素分析，经过分析得到氮峰位大概在400，这就表示其表面具有含氮的化合物。其中，730cm-1是N-H的摇摆振动吸收，1080cm-1是C-N的伸缩振动吸收，1580cm-1是N-H弯曲振动吸收，1400-1450cm-1的两个吸收峰为CH2，2900-3000cm-1的两个吸收峰为CH3，這就表示混合酸和二乙醇胺产生了反应形成了酰胺，其反应过程如下：RCOOH+HN（CH2CH2OH）2→RCON（CH2CH2OH）2+H2O。

四、总结

通过上述内容可知，由于金属加工技术不断发展，使得金属加工液添加剂制备变的极其关键，为使金属加工液添加剂的性能更加强，便运用了组合化学的形式制备水溶性金属加工液添加剂。同时研究了油酸、月桂酸和二乙醇胺的反应比值，经过实验得到了油酸、月桂酸、二乙醇胺的最佳比值，当它们为0.6：0.4：1的时候，反应产物的pH值、极压性、抗磨性以及防锈性均最佳。最后利用XPS对添加剂的润滑机理展开了分析，经过分析可知混合酸和二乙醇胺会产生酰化反应。

参考文献：

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