關于水溶性金屬加工液添加劑的制備及其性能研究

尹樹花

關鍵詞：水溶性;金屬加工液;添加劑;制備技術;性能研究

因為金屬加工技術發展越來越快速，所以金屬加工液更新就越來越迅速，尤其是水基型金屬加工液，其應用范圍越來越廣泛。

一、試驗材料及方法

（一）試驗材料

試驗材料主要有：二乙醇胺，其分子式為：HN（CH2CH2OH）2;油酸，其分子式為：CH3（CH2）2（CH）2（CH2）7COOH;月桂酸，其分子式為：CH3（CH2）10COOH;防銹試片，其材質為一級灰口鑄鐵，珠光體超過98%，直徑為φ35×20mm的圓柱形;鋼球，其材質為GCr15軸承鋼;MS-800A四球試驗機;XPS，其主要是探究磨斑表面元素的狀態;FITR，其主要是探究制備產物以及最終產物的化學特性。

（二）試驗方法

試驗方法主要有兩個，分別從防銹性和潤滑性角度出發，首先選取合適的功能基團，也就是能夠穩定存在水介質當中的化合物，然后依據某種比例把它們配合在一起，從而產生化學反應以及復合反應，最終形成性能穩定的混合物，此混合物必須具備較強的水溶性，這樣添加劑就能構成真溶液以及與真溶液相似的穩定物質，該添加劑具有良好的屬性，主要包括：潤滑性和防銹性。對于防銹性來說，應運用GB6144-2010防銹性的試驗單片進行防銹性試驗，試驗的溫度應為35℃左右，試驗的時間應為72-120h，試驗片的未生銹點數代表防銹性的強弱。對于潤滑性來說，可通過兩種方法進行判斷，首先，GB/T3142 -2019 潤滑劑承載能力判斷法，此方法的試驗轉速大概為1450r/min，試驗時間為10s，試驗的最大無卡咬負荷PB值以及燒結負荷PD值的代表極壓性能的強弱。其次，SH/T0189-2017潤滑油抗磨性能判斷法，此方法的試驗轉速大概為1450r/min，試驗的時間為1min，試驗的負荷為392N，試驗的鋼球磨斑平均直徑代表抗磨性的強弱。

二、實驗反應過程

實驗反應過程主要就是混合酸和二乙醇胺的反應，為了有效探究水溶性，在實驗過程中，采用了兩種反應比值，即1：1與1：1.5，能夠良好探究混合酸和二乙醇胺的反應過程，了解二乙醇胺含量對水溶性以及潤滑性的影響。實驗的過程為加熱攪拌，反應溫度為90-110℃，實驗時間為1h，混合酸量為1mol。

（一）反應比值1：1

首先把相同量的二乙醇胺與混合酸一同加進反應燒瓶中，并加熱攪拌，使其在90-110℃中反應1h，然后取出10g的反應產物，加進100g的蒸餾水里，于室溫下放置24h，最后觀察產物狀態，如果產物為澄清透明的水溶液，則表示產物的水溶性較強，隨后使用蒸餾水配備出的質量為1%及3%的水溶液來判斷其防銹性與潤滑性情況，每個性能實驗均展開兩次，然后取平均值。

（二）反應比值1：1.5。

首先把1.5mol的二乙醇胺和1mol的混合酸一同放進反應燒瓶中，并加熱攪拌，使其在90-110℃中反應1h，然后取出10g的反應產物，加進100g的蒸餾水里，于室溫下放置24h，最后觀察產物狀態，如果產物為澄清透明的水溶液，則表示產物的水溶性較強。

三、實驗結果

通過水溶性研究結果能夠發現，上述兩種比值的反應產物均具有較強的水溶性，從反應產物的pH值變化情況能夠發現，當油酸量變多時，水溶液的pH值越來越大;當油酸量一樣時，二乙醇胺量越多的水溶液pH值越大。從PB值變化情況能夠發現，二乙醇胺含量對水溶液的極壓性PB值具有很大影響，當油酸量固定時，二乙醇胺量越多的水溶液PB值越大，不過二乙醇胺量達到1.5mol時，其對水溶液的PB值影響極小，當二乙醇胺量是1mol時，混合酸里的油酸和月桂酸之比對水溶液的PB值影響很大，如果混合酸里的油酸和月桂酸之比是0.6：0.4時，則水溶液的PB值可達到981N。由此可知，當二乙醇胺、油酸、月桂酸之比是1：0.6：0.4的時候最佳。從磨斑直徑變化情況可知，當PB值較小時，抗磨性較強。從防銹性變化情況可知，當油酸量低于0.6mol的時候，二乙醇胺量越大，則水溶液的防銹性越差，因為二乙醇胺過量會導致產物里的二乙醇胺含量變多，而二乙醇胺會吸附于金屬的表面，由于二乙醇胺水溶液的防銹性極低，所以就造成水溶液防銹性很差。經過研究可知，如果是1：1的反應產物，當油酸量是0.6mol的時候，其防銹性最強;如果是1：1.5的反應產物，當油酸量是0.8mol的時候，其防銹性最強。通過上述結果可知，當油酸、月桂酸、二乙醇胺的比值為0.6：0.4：1的時候，水溶液的pH值、極壓性、抗磨性以及防銹性均最佳。為研究潤滑機理，便借助XPS對磨斑表面展開了元素分析，經過分析得到氮峰位大概在400，這就表示其表面具有含氮的化合物。其中，730cm-1是N-H的搖擺振動吸收，1080cm-1是C-N的伸縮振動吸收，1580cm-1是N-H彎曲振動吸收，1400-1450cm-1的兩個吸收峰為CH2，2900-3000cm-1的兩個吸收峰為CH3，這就表示混合酸和二乙醇胺產生了反應形成了酰胺，其反應過程如下：RCOOH+HN（CH2CH2OH）2→RCON（CH2CH2OH）2+H2O。

四、總結

通過上述內容可知，由于金屬加工技術不斷發展，使得金屬加工液添加劑制備變的極其關鍵，為使金屬加工液添加劑的性能更加強，便運用了組合化學的形式制備水溶性金屬加工液添加劑。同時研究了油酸、月桂酸和二乙醇胺的反應比值，經過實驗得到了油酸、月桂酸、二乙醇胺的最佳比值，當它們為0.6：0.4：1的時候，反應產物的pH值、極壓性、抗磨性以及防銹性均最佳。最后利用XPS對添加劑的潤滑機理展開了分析，經過分析可知混合酸和二乙醇胺會產生酰化反應。

參考文獻：

[1] 胡曉飛，張晟卯，余來貴，等. 氨基黏土制備及其作為水基潤滑添加劑的摩擦學性能研究[J]. 摩擦學學報，2015，35（6）：672 - 676.

[2] 楊漢民，郭榮，王敏，等. TritonX-100體系層狀液晶結構及其潤滑性能[J]. 物理化學學報，2000，16（7）：592 - 595.