一种环保抗菌型水性切削液及其制备方法

本发明属于金属加工液领域，具体涉及一种环保抗菌型水性切削液及其制备方法。

背景技术：

1、在加工制造业中，金属切削液是一类重要的配备材料，它主要起冷却、润滑、清洗和防锈四个作用。在现代生产过程中，金属切削液的综合性能是否优秀，与其体系中添加剂的选择和使用有密切联系，选取适合的添加剂不仅能提高金属切削液各项性能，同时也可以确保金属材料切削加工的质量与效率。金属切削液主要包括水性切削液与油性切削液，相比之下，水性切削液的成本更低，比热较大，热导率高，汽化热大，具有较好的冷却性能，加工后也较易清洗。因此目前的很多研究都集中在水性切削液的研发上。

2、专利cn115746944a公开了一种无醇胺类全合成水性切削液及其制备方法和应用，该水性切削液包括以下质量浓度的组分：黑色金属防锈剂20％–45％，表面活性剂10％–15％，抑菌剂0.1％–5％，消泡剂0.1％–5％，余量为水，该发明自主开发得到无醇胺类全合成水性切削液，具有优良的耐腐蚀性和防锈性，产品不含氮，抗腐蚀性能优，防锈性能好。但此专利中所用抑菌剂为苯酚类物质，毒性巨大，危害工作人员的健康。

3、专利cn115851358a公开了一种环保不锈钢水性切削液及其制备方法和应用，该水性切削液包括以下原料：混合油酯20％～60％、有机胺1％～20％、水性不锈钢极压润滑剂0％～40％、离子液体10％～40％、缓蚀剂1％～10％、乳化剂8％～30％、杀菌剂1％～20％，余量为去离子水，该水性切削液的制备过程中无需进行复杂的化学处理、物理蒸馏、脱水脱酸等处理方式，再利用过程不会产生新的酸渣、含油废水等新的污染物，过程简单环保。但此发明中以废变压器油为原料制备不锈钢切削液，变压器油中含有多种毒性物质，如多环芳烃、苯系物和重金属，对人体健康和环境都有危害。

4、基于现有技术中存在的问题，开发一种环保型、抗菌性好的水性切削液，对解决现有的水性切削液中存在的问题具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明公开一种环保抗菌型水性切削液及其制备方法，制备工艺简单易操作，该水性切削液环保无污染，易清洗，综合性能高，具有较好的冷却性、润滑性、抗菌性和防锈性，适合数控机床，加工中心等现代加工设备上使用，能够实现操作的自动化。

2、本发明第一方面提供了一种环保抗菌型水性切削液，以总质量为100％计，包括以下原料：

3、基础油7-15％，复合防锈剂15-20％，环氧乳化剂10-20％，氧化石墨烯0.1-0.3％，消泡剂0.1-0.5％，抗菌剂0.1-0.3％，余量为纯水。

4、本发明中通过将环氧乳化剂、复合防锈剂和氧化石墨烯作为添加剂，与基础油进行混合，得到一种综合性能较高的水性切削液，该切削液体系稳定，不易变质，且易清洗，冷却性高，具有较长的使用寿命，环保无污染，能够改善金属切削的操作环境。

5、在一些实施方式中，所述基础油为植物油或合成油。

6、本发明中选择将植物油或合成油具有较好的生物降解性，润滑性能优良且适应性好，以植物油或合成油做为基础油可以使制备出的水性切削液具有较高的稳定性和环保性，且润滑性能和冷却性能也很优异。

7、在一些实施方式中，所述复合防锈剂由硼酸酯、三乙醇胺和三乙醇胺油酸皂以质量比为(2-3)：(1-2)：1混合得到。

8、优选地，所述复合防锈剂由硼酸酯、三乙醇胺和三乙醇胺油酸皂以质量比为2.5：1.5：1混合得到。

9、目前，三乙醇胺常被用做防锈剂，防锈效果较好，且与苯甲酸钠合用可产生协同作用，但三乙醇胺在水中容易发生解离，易散发胺臭气味，与铝质材质接触会使铝质表面发生氧化。本发明中通过控制硼酸酯、三乙醇胺和三乙醇胺油酸皂的添加量，复配出一种优异的碱性防锈剂，该防锈剂中的三乙醇胺在水中不易发生解离，防锈剂不易发生变质，能有效的中和水性切削液中产生的酸性物质，具有高防锈效果的同时，还可以提高水性切削液体系的稳定性。

10、此外本发明中的复合防锈剂在起到较好防锈作用的同时，还是一种较好的润滑剂，提高水性切削液的润滑作用。

11、优选地，所述硼酸酯为硼酸三甲酯。

12、在一些实施方式中，所述环氧乳化剂的制备步骤为：

13、(1)在惰性气体气氛下，向聚乙二醇丁醚中加入马来酸酐，在90-100℃下搅拌至完全溶解，升温至110-120℃搅拌反应1-2h，得到混合物；

14、(2)向步骤(1)得到的混合物中加入环氧树脂，搅拌均匀后，再加入四丁基氢氧化铵，继续反应3.5-4.5h，得到环氧乳化剂。

15、在一些实施方式中，所述聚乙二醇丁醚、马来酸酐和环氧树脂的摩尔比为1：(1-1.2)：(1-1.2)。

16、优选地，所述聚乙二醇丁醚、马来酸酐和环氧树脂的摩尔比为1：1.1：1.1。

17、在一些实施方式中，所述四丁基氢氧化铵为聚乙二醇丁醚、马来酸酐和环氧树脂总质量的0.8-1.2％。

18、优选地，所述四丁基氢氧化铵为聚乙二醇丁醚、马来酸酐和环氧树脂总质量的1％。

19、在一些实施方式中，所述环氧树脂为水性环氧树脂。

20、申请人发现普通的表面活性剂对基础油的乳化作用并不明显，本发明中通过严格控制原料比，将聚乙二醇丁醚、马来酸酐和水性环氧树脂合成一种环氧乳化剂，该乳化剂的稳定性较好，且具有较高的润滑性，将此环氧乳化剂作为表面活性剂配制水性切削液，能得到体系稳定、不易分层，润滑性能高且澄清透亮的水性切削液。

21、在一些实施方式中，所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯，其片径为0.5-5μm，厚度为0.8-1.2nm。

22、优选地，所述单层氧化石墨烯，其片径为1-3μm，厚度为0.8-1.2nm。

23、本发明中将单层氧化石墨烯作为极压添加剂添加到水性切削液中，它可以和体系中的环氧乳化剂结合，在水中呈现一种稳定的分散悬浮状态，在切削液的使用过程中，单层氧化石墨烯颗粒可以与金属表面契合形成一层保护膜，提高摩擦表面的润滑性和金属抗磨性能，显著降低切削过程中金属间的摩擦强度。

24、在一些实施方式中，所述抗菌剂为mbm杀菌剂和/或苯并异噻唑啉酮。

25、本发明第二方面提供了一种环保抗菌型水性切削液的制备方法，包括以下制备步骤：

26、s1、将复合防锈剂加入到一半纯水中，混合均匀，得到混合液1；

27、s2、将环氧乳化剂、消泡剂和抗菌剂依次加入到基础油中，搅拌均匀，得到混合液2；

28、s3、将步骤s1所得混合液1与步骤s2所得混合液2混合，搅拌均匀后，向其中加入氧化石墨烯和剩余纯水，混合均匀，调节ph值至8-10，得到环保抗菌型水性切削液。

29、与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：

30、1、本发明公开一种环保抗菌型水性切削液及其制备方法，该水性切削液的制备工艺简单易操作，环保无污染，易清洗，综合性能高，具有较好的冷却性、润滑性、抗菌性和防锈性。

31、2、本发明中合成的环氧乳化剂稳定性较好，且具有较高的润滑性，将此环氧乳化剂作为表面活性剂配制水性切削液，能得到体系稳定、不易分层，润滑性能高且澄清透亮的水性切削液。

32、3、本发明中通过复配得到的碱性防锈剂不易发生变质，能有效的中和水性切削液中产生的酸性物质，具有高防锈效果的同时，还可以提高水性切削液体系的稳定性。