水基金屬加工液用消泡劑的實驗室及現場效果評價

劉德明

(安徽鑾威化工科技開發有限公司馬鞍山市消泡劑工程技術研究中心，安徽 馬鞍山 243000)

水基金屬加工液用消泡劑的實驗室及現場效果評價

劉德明

(安徽鑾威化工科技開發有限公司馬鞍山市消泡劑工程技術研究中心，安徽 馬鞍山 243000)

近年來水基金屬加工液迅速發展、用量增大，由此產生的泡沫問題尤其突出。文章就水基金屬加工液的特點，詳細闡述了該行業對消泡劑性能的特殊要求及其選擇方法；通過一系列的實驗方法，對一種金屬加工液專用消泡劑XP-5025的消抑泡性能、相容性、穩定性及現場應用效果進行了評價，結果表明，XP-5025具有良好的消抑泡性能、相容性、穩定性，適合在水基金屬加工液中使用。

金屬加工液；消泡劑；評價

1 概述

金屬的機械加工通常包括兩種類型：金屬的去除和金屬的變形。前者作業是靠刃具把金屬從被加工件上除掉，使用的潤滑劑稱為切削液；后者則是用模具使金屬在應力下塑性變形，如軋、 拉拔、沖壓、 擠壓等，使用的潤滑劑稱為金屬加工成型液。金屬加工液則是上述兩類加工、作業用潤滑劑的統稱。

金屬加工液按油品化學組成分為非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液兩大類。ASTM D2881則把金屬加工用的液體劃為三類：(1)油和油基液體；(2)水基乳液及分散體；(3)化學溶液(真溶液及膠體溶液)。2類與3類之間的基本區別在于分散相的粒度和粒度分布。

近年來，水基切削液發展迅速。由于這類液體以水為基質，其傳熱速度高(水的傳熱速度為油的2.5倍)。等量的水吸收一定熱量后，比油的溫升要慢得多，從而提高了冷卻效果，且可減少油霧，因此水基切削液的用量增大。但是水基切削液存在著潤滑性差、銹蝕、膠體穩定性、化學穩定性、生物穩定性、可濾性、泡沫性等問題。其中，泡沫性問題尤其突出。

產生泡沫的原因:水質硬度偏小；機器系統；循環泵壓力過大；循環速度過快，使切削液在液槽中停留時間不充分；切削液液槽容積過小，導致切削液靜置時間不足；系統設計不合理，尤其是回流管和液槽的布局不合理；防銹劑、乳化劑等表面活性的添加等等。

水基金屬加工液為滿足潤滑、冷卻、除垢、化學鈍化等各種不同要求，要顧及乳化系統的穩定，既要考慮諸成分的HLB值，又要達到各項性能的平衡，還要考慮諸成分的水溶性或在水中分散的性質，其配方設計成分復雜。對水基金屬加工液各種起泡因素有針對性地消泡去沫，成為金屬材料加工液生產廠家的一個難點。

由于水質所產生的泡沫，可以通過調整水的硬度或添加消泡劑解決。消泡劑可分為初始消泡劑、長效消泡劑和快速消泡劑，可在配制水時用來提高水的初始硬度;在加工初期及過程中出現泡沫時投入，作用時效長；采用快速消泡劑，作用時間迅速，現場效果明顯。若是由于機器系統所導致的泡沫問題，應向用戶指明唯一的辦法是修改乳化液循環系統或者定期添加消泡劑。由于外界異雜物污染所致的泡沫問題，應堵塞源流。有時沒有上述問題也會產生泡沫，可能是因為存在于乳化液內的鈣皂損失所致(鈣皂有防泡性)，如過濾后流失。此時可通過加入消泡劑進行改善。

2 消泡劑的介紹

2.1消泡劑的基本特性

“不溶于或微溶于起泡介質”和“表面張力比起泡介質更低”。消泡劑在起泡介質中是以細小微粒分散存在的。

2.2消泡劑的工作原理

消泡劑的工作原理有多種不同說法，較常規的解釋是由于消泡劑低的表面張力和良好的滲透性特性，吸附在泡膜表面時使局部表面張力降低，干擾被消泡物質氣液界的表面張力，因泡膜表面張力不均勻而破泡，導致消泡效果。當消泡劑加到泡沫介質中時，消泡粒子分散到泡的表面時，有效地降低接觸點的表面張力，在泡外皮引起一個薄弱點，受力失衡，從而引起泡沫破裂，擠在一起的泡沫由于臨近處泡沫的破裂，引起不穩定態，加快引起連續破泡的效果，至最后達到穩定態。

2.3消泡劑的評估

消泡劑的評估一般涉及到消泡性能(或初始瞬間消泡)、抑泡性能、稀釋穩定性、儲存穩定性、離心穩定性、抗剪切性能、相容性等，但不同消泡劑的評價重點不同。

3 消泡劑的應用實例

水基金屬加工液必須實現低泡、無泡，需要在加工液體系中添加消泡劑。但許多金屬加工液產品的高濃度、高酸堿值，使得一般的消泡劑不能適應苛刻的化學環境，添加后，在體系中迅速被破壞，以致失去消泡活性。

3.1金屬加工液對消泡劑的要求

3.1.1 相容性好

加入消泡劑后，金屬加工液(或工作液)不能變渾濁(或清晰度達到一定要求)，尤其是在儲存一定時間后。

3.1.2 抑泡性好

一般金屬加工液對消泡(或初始瞬間消泡)要求不是很高，主要是側重于抑泡性能，也就是儲存一段時間以后，不能有泡沫反復出現，當然，儲存一段時間后，消泡劑性能肯定會下降，出現少許的泡沫反復屬于正常現象，前提是不能影響金屬加工液(或工作液)的使用。

3.1.3 對后續的加工物負面影響小

根據以上要求和金屬加工液的特性，安徽鑾威化工科技開發有限公司研發了一款金屬加工液專用消泡劑XP-5025(改性硅聚醚類)。現將該消泡劑和現場2款金屬加工液用消泡劑做以下對比測試和實驗。

3.2消泡劑性能實驗

實驗樣品：半合成切削液(A公司提供)；消泡劑XP-5025(有機硅，乳液型)；消泡劑X-32C(B公司提供，有機硅，乳液型)；TL-56-1(B公司提供，有機硅，乳液型)。

測試起泡介質：半合成切削液的15%的工作液。

(1)消泡劑的消泡性能測試按照試驗文獻[1]5.5的步驟進行，用具塞量筒量取(50(±0.5))mL測試起泡介質，恒溫至規定溫度，加入約0.2 g(精確到0.001 g)消泡劑，蓋上瓶塞，以2次/秒的頻率、(30～35)cm的擺幅上下搖動量筒10次、100次，靜置并用秒表開始計時，記錄泡沫消至液面出現所用時間，單位為s。所用時間越短，證明效果越好，消泡性能(消泡時間)結果見表1。

表1 不同消泡劑的消泡性能測試數據 s

由表1數據可知，XP-5025的消泡性能略優于TL-56-1,TL-56-1的消泡性能明顯優于XP-32C。

(2)消泡劑的抑泡性能測試按照試驗文獻[1]5.6的步驟進行，開啟潤滑油(消泡劑)泡沫特性測定儀(應符合CB/T 12579的要求)的流量泵，開始測試，記錄氣鼓30 min的泡沫體積(mL)，以氣鼓30 min的泡沫體積來表示抑泡性能的結果。泡沫體積越小，證明效果越好，抑泡性能結果見表2( 測試起泡介質為半合成切削液的15%的工作液)。

表2 不同消泡劑的抑泡性能測試數據

由表2數據可知，XP-5025的抑泡性能略優于TL-56-1,TL-56-1的消泡性能明顯優于XP-32C。

綜合表1和表2的數據可知，XP-5025的消、抑泡性能優于TL-56-1，TL-56-1的消、抑泡性能優于X-32C。

(3)采用循環鼓泡法[2]測試消泡劑的消、抑泡性能, 測試起泡介質為半合成切削液的15%的工作液。實驗結果見表3。

實驗中，泡沫體積從300 mL到最低點所需的時間越短，說明消泡劑的消泡性能越好，反之消泡性能越差；泡沫體積重新達到300 mL時所需的時間越長，則說明消泡劑的抑泡性能越好，反之越差。

由表3的數據可知，重新達到300 mL時，XP-5025所用的時間最長，效果最好，X-32C所用的時間最短，效果也最差。XP-5025的消、抑泡效果明顯優于TL-56-1和X-32C。

表3 不同消泡劑的消、抑泡性能測試數據

表3(續)

3.3相容性及穩定性

在半合成切削液(C公司提供)的15%的工作液中，加入0.15%的消泡劑，裝于具塞容器內，然后將容器置于臺式振蕩器(型號：ZTY-70S)上連續高速震蕩剪切24 h，觀察液體的狀態。

因為有機硅消泡劑是亞穩定體系，所以它受到高溫或暴曬、暴凍、剪切、絮凝等時，其狀態就會變差甚至破乳。在24 h內，工作液中無析出物或少許渾濁的，說明消泡劑的相容性和穩定性比較好。

由實驗結果和表4數據可知：XP-5025相容性和穩定優于TL-56-1，TL-56-1的相容性和穩定性明顯優于X-32C。

表4 不同消泡劑的相容性及穩定性實驗

表4(續)

3.4現場監控

現場監空位置(消泡劑添加點)：C公司金屬切削液工作液循環槽(2 L)；

實驗儀器或工具：秒表、鋼尺；

測試條件：在循環槽內注入1.5 L金屬切削液的工作液(不含消泡劑)，靜止至泡沫為0 mL,再加入2.5 kg消泡劑XP-5025,此時啟動循環槽開始工作，用秒表和鋼尺記錄實驗數據直至泡沫溢出。實驗結束后，清洗循環槽，按照同樣的方法切換另外的消泡劑。實驗時，泡沫溢出循環槽所用的時間越長，說明消泡劑的消抑泡性能越好，反之，所用的時間越短，消泡劑的消抑泡性能越差。實驗數據見表5。

表5 不同消泡劑的現場數據監控

由以上現場監控數據表5來看，使用9 h后，使用消泡劑X-32C時循環池內泡沫開始溢出，X-32C失去消泡作用；而使用XP-5025和TL-56-1消泡劑時泡沫的溢出時間均為16 h， XP-5025消泡劑的效果優于TL-56-1,TL-56-1的效果優于X-32C。

4 結束語

消泡劑作為工業生產中一種有效的消、抑泡手段，已日趨成熟。金屬加工液生產過程中的泡沫問題完全可以得到解決，關鍵在于消泡劑的選型要正確，一款匹配的消泡劑可以在不影響產品自身性能的前提下，達到優良的消、抑泡效果。安徽鑾威化工科技開發有限公司生產的XP-5025的應用之所以成功，是由于比較注重實驗室相關測試和企業的生產實際，從而取得了很好的應用效果。

[1] GB/T 26527-2011有機硅消泡劑國家標準[S].北京：中國標準出版社，2011.

[2] 吳飛，曹治平.兩種新型消泡劑的現場應用測試[J].江蘇造紙，2007(2)：41.

Laboratory and Field Evaluation of Defoaming Agent for Water-based Metalworking Fluids

LIU De-ming

(Anhui Luanwei Chemical Technology Development Co.，Ma' anshan Defoaming Agent Engineering Technology Research Center, Ma' anshan 243000, China)

Water-based metalworking fluids have been developed rapidly in recent years，the consumption continues to increase. As a result, foam problem is particularly prominent. In this paper, based on the characteristics of water-based metalworking fluids, the special requirements for defoamer performance and selection methods of defoamer in this industry are described in detail. Through a series of experiments，the antifoaming performance，compatibility，stability and field application effect of the defoamer XP-5025 which is a special defoamer for water-based metalworking fluid are evaluated.The result shows the defoamer XP-5025 has good antifoaming performance，compatibility and stability in field application. It is a suitable defoamer for the application of water-based metalworking fluid.

metalworking fluid; defoamer; evaluation

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.010

1002-3119(2017)05-0045-04

TE624.82

A

2017-06-21。

劉德明,工程師，2005年畢業于周口師范學院化學系，現從事于消泡劑的應用技術和研究工作，曾公開發表論文4篇。E-mail:ldmth88@163.com