專(zhuān)利名稱：一種含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷軋軋制液及其制備方法，特別涉及一種含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液及其制備方法。
背景技術(shù)：
在冷軋帶鋼時(shí)，軋輥與帶鋼之間的摩擦力是必不可少的，因?yàn)樗械淖冃文芏际菑能堓伵c帶鋼之間的工作表面所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力轉(zhuǎn)換來(lái)的。但并不是摩擦力越大就越容易軋制，過(guò)大的摩擦力會(huì)阻礙材料的流動(dòng)，而且摩擦力過(guò)大也容易造成板帶表面的劃傷，增加輥耗。并且金屬材料的變形和板帶與軋輥之間的摩擦，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，所以必須解決好散熱和潤(rùn)滑的問(wèn)題，才能得到穩(wěn)定的高質(zhì)量產(chǎn)品。冷軋軋制油是在鋼板冷軋過(guò)程中使用的工藝潤(rùn)滑劑，它可以同時(shí)解決潤(rùn)滑和冷卻 問(wèn)題。冷軋軋制油大致分為3類(lèi)，軋制乳化油，微乳液，純水基軋制液。①軋制乳化油主要由礦物油，油溶性添加劑，乳化劑等組成。該類(lèi)乳化型軋制油一般與90% 98%的水以一定的方式混合噴灑到軋輥上，乳化液分層，油層吸附在鋼板表面起潤(rùn)滑作用，水層蒸發(fā)起降溫作用。②微乳液冷軋軋制油通常由油、水、添加劑等組成的透明或半透明的液狀穩(wěn)定體系，軋制時(shí)起作用的是微乳液里面含有的少量油，附著在鋼板表面起潤(rùn)滑作用。③水基型冷軋軋制油通常由由水，水溶性添加劑等組成的穩(wěn)定體系。水溶性添加劑含有兩親結(jié)構(gòu)，極性端和長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)端。極性端王要是由齒系、憐系、和硫系構(gòu)成，在聞溫聞壓下極性端會(huì)和金屬在摩擦面上起化學(xué)反應(yīng)，生成熔點(diǎn)和剪切應(yīng)力都比原金屬低的化合物，形成極壓固體潤(rùn)滑膜軋制時(shí)極性端附著在鋼板表面，防止發(fā)生燒結(jié)。現(xiàn)在應(yīng)用的軋制油產(chǎn)品主要是微乳液和軋制乳化油。微乳液相對(duì)于軋制乳化油，冷卻性能較好，但是價(jià)格較高，潤(rùn)滑性能不佳。所以普通冷軋薄板生產(chǎn)采用的軋制油絕大多數(shù)是乳化型軋制油。如專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)，CN86101764, CNl 186846, CN1500854, CN1654611,CN101016498，CN1403554。專(zhuān)利號(hào) US5122288A, US2009065287A1, EP233588A1, EP233588B1,EP349787A2，EP349787A3。這些專(zhuān)利介紹了軋制乳化油主要由基礎(chǔ)油，油性劑，極壓抗磨劑，防銹劑，乳化劑，消泡劑，防霉劑等組成，其中基礎(chǔ)油主要是礦物油。當(dāng)這些軋制乳化油使用一段時(shí)間后就會(huì)發(fā)臭，變黑，不能再使用。廢軋制油中含有很多廢礦物油，這些廢礦物油中含有許多對(duì)人體有嚴(yán)重危害作用的物質(zhì)。如3，4-苯并芘(PAH)等多環(huán)芳烴，它們具有強(qiáng)烈的致癌作用；含氯的多環(huán)芳烴如多氯聯(lián)苯(PCB)，對(duì)人體也有強(qiáng)烈的毒害作用(對(duì)肝功能損害尤甚)。由于處理回收廢礦物油是很復(fù)雜和高成本的工作，很多不法廠家不經(jīng)處理直接排放到環(huán)境中，對(duì)人類(lèi)健康造成很大威脅。所以發(fā)展低成本，高潤(rùn)滑性能的不含礦物油的純水基型軋制液勢(shì)在必行。純水基軋制液的主要問(wèn)題是潤(rùn)滑性能不足，很大程度是極壓劑性不能滿足高壓、高速條件下的軋制生產(chǎn)要求。常用的極壓劑抗磨劑主要由鹵系極壓劑、磷系極壓劑、硫系極壓劑、有機(jī)金屬極壓劑等，但鹵系、磷系、和硫系極壓劑都會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕，而有機(jī)金屬極壓劑，如二硫代磷酸鋅和環(huán)烷酸鉛，也存在很多缺陷，如環(huán)烷酸鉛必須和含硫化合物一起使用才能達(dá)到最佳效果，這樣的話，又會(huì)對(duì)銅、銀造成腐蝕，而ZDDP存在著抗磨性能與極壓性能的矛盾，即抗磨性能好時(shí)則抗極壓性能差，而抗極壓性能好時(shí)則抗磨性能差。而且，所有含磷添加劑在使用過(guò)程中同時(shí)由于含磷化合物易引起水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化，并已被有關(guān)環(huán)保法規(guī)禁止使用。所以盡快尋找含S，P，Cl極壓劑的替代產(chǎn)品是亟待解決的重要任務(wù)。20世紀(jì)60年代，人們開(kāi)始探討有機(jī)硼酸酯類(lèi)產(chǎn)品用作潤(rùn)滑油減摩抗磨添加劑。盡管有機(jī)硼酸酯用作潤(rùn)滑油添加劑有其不可比擬的優(yōu)越性，如環(huán)境友好、多功能、降低加劑量、高的熱穩(wěn)定性等，但和所有的酯類(lèi)化合物一樣，其存在著致命的缺陷——水解穩(wěn)定性差，這是其至今為止仍未在潤(rùn)滑油中大面積推廣應(yīng)用的根本原因。含氮硼酸酯的氮原子上的孤對(duì)電子可與硼原子空軌道配位形成N-B配位鍵，從而提高了硼酸酯的水解穩(wěn)定性。同時(shí)，由于含氮硼酸酯分子中含有原子半徑小、電負(fù)性大的氧原子和氮原子，使被吸附分子間產(chǎn)生氫鍵，縮小了分子間距，使得單位面積上吸附的分子數(shù)增加，從而增強(qiáng)了油膜強(qiáng)度、極大改善了減摩抗磨性能。這些共同作用使得含氮硼酸酯具有 集抗氧化性、防銹性和減摩抗磨性能優(yōu)良于一身的最具生命力和活力的潤(rùn)滑抗磨添加劑。有機(jī)硼酸酯類(lèi)產(chǎn)品是一種多功能潤(rùn)滑油添加劑，特別是含酰胺基團(tuán)的硼酸酯，其抗磨減摩性能較為優(yōu)異。所以筆者以廉價(jià)易得的高級(jí)脂肪酸、硼酸和二乙醇胺為原料合成了具有優(yōu)良水解穩(wěn)定性、高效極壓性能的高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利中有關(guān)純水基軋制液的報(bào)道很少。經(jīng)本人檢索CN 102229847 A公開(kāi)了一種含納米銀的純水基板帶鋼軋制液，其由水溶性極壓抗磨劑，水溶性納米銀水溶膠，水溶性防銹緩蝕劑，分散劑，消泡劑，水組成，該發(fā)明以水代油，成本降低，具有優(yōu)良的抗菌性。但是該專(zhuān)利公布的組分單一，應(yīng)用時(shí)各組分協(xié)同作用弱，并且納米銀的成本較高。本發(fā)明通過(guò)廉價(jià)易得的高級(jí)脂肪酸，硼酸和二乙醇胺為原料合成了具有優(yōu)良水解穩(wěn)定性、高效極壓性能的高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯。高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯不但價(jià)格較低而且與其他添加劑的復(fù)合作用較好。高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯再和多種添加劑復(fù)配，不斷調(diào)整各組分含量得到價(jià)格低，效果好的產(chǎn)品，其中最佳產(chǎn)品Pb值可以達(dá)到905N，可以很好的滿足高速軋制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中軋制乳化油潤(rùn)滑性能差不能滿足高速軋制以及廢液污染重等缺點(diǎn)，提供一種含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液及其制備方法，其具體內(nèi)容如下一種含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液，其特點(diǎn)在于該組合物的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為防銹劑3 8%，PH緩沖抑制劑2 10 %，邊界潤(rùn)滑劑10 15 %，極壓抗磨劑2 7%，防霉劑O. I 0.4%，抗泡劑O. OI O. 04%，水68 75%;其中防銹劑為二乙醇胺，乙醇胺，十二烯基丁二酸，鑰酸鈉，無(wú)水碳酸鈉中的至少二種；
PH緩沖抑制劑為四羥乙基乙二胺或三乙醇胺中的至少一種；邊界潤(rùn)滑劑為聚氧乙烯蓖麻油酯，硬脂酸聚氧乙烯醚，聚丙烯酸鹽(XT-1100)，聚乙二醇(1000)中的至少三種；極壓抗磨劑為高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇(400 1000)硼酸酯，和硫化蓖麻油、三乙醇胺硼酸酯或PoupC1004非硫磷水基鑰化合物中的至少二種；防霉劑為異噻唑啉酮，I, 2-苯并異噻唑啉-3-酮，聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽，2. 2- 二溴-3-氰基乙酰胺中的至少二種；抗泡劑為乳化硅油，異辛醇，二硬酯酰乙二胺，油酰二乙烯三胺縮合物中的至少二種。一種含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行先將質(zhì)量百分比為3 8 %的防銹劑，O. I O. 4 %的防霉劑，2 10 %的PH緩沖抑制劑和68 75%的水加入到調(diào)合釜內(nèi)，30 70°C攪拌Ih 4h，再將質(zhì)量百分比為10 15%的邊界潤(rùn)滑劑，2 7%的極壓抗磨劑，O. 0Γ0. 04%的抗泡劑等加入調(diào)合釜50 90°C攪拌2h 5h，得到含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液組合物。所述的高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇(400 1000)硼酸酯按照以下步驟進(jìn)行(I)將高級(jí)脂肪酸和甲醇加入到反應(yīng)釜中，高級(jí)脂肪酸和甲醇的加入量按照摩爾比1:3，機(jī)械攪拌，將占反應(yīng)物總質(zhì)量O. I 1%催化劑溶于O. OlL甲醇中，用滴液漏斗緩慢滴加，反應(yīng)溫度控制在30 60°C，保溫6 12h，反應(yīng)結(jié)束后靜置分液12h，取上層液體，除去甲醇后即為高級(jí)脂肪酸甲酯；將高級(jí)脂肪酸甲酯于乙醇溶解，高級(jí)脂肪酸的摩爾數(shù)與乙醇的體積比為2moI/L，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，加入二乙醇胺，二乙醇胺與高級(jí)脂肪酸的摩爾數(shù)之比為(I. 01 I. 30):1機(jī)械攪拌，反應(yīng)溫度控制在30 70°C，保溫6 12h ;反應(yīng)結(jié)束后靜置分液，取下層液體，除去未反應(yīng)的原料和溶劑，即為高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺；(2)將高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺和(摩爾數(shù)量的)聚乙二醇加入反應(yīng)釜中，高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺和聚乙二醇于的摩爾比為I :(1.01 I. 20)，分別加入占反應(yīng)物總質(zhì)量的O. 05 O. 80%催化劑SnCl2 · 2H20，將研磨后的硼酸加入到反應(yīng)體系中，硼酸與高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺的摩爾比為(3. 01 3. 30) :1，再加入甲苯作為溶劑和帶水劑，甲苯的體積與高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺的摩爾比為(O. 2 I) L/mol，連接油水分離器，機(jī)械攪拌，60 85°C反應(yīng)4 12h，結(jié)束反應(yīng)，除去未反應(yīng)的原料和溶劑，得產(chǎn)物高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯，其結(jié)構(gòu)式為
權(quán)利要求
1.ー種含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液，其特點(diǎn)在于該軋制液的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為防銹劑3 8%， PH緩沖抑制劑2 10%， 邊界潤(rùn)滑劑10 15%， 極壓抗磨劑2 7%, 防霉劑O. I O. 4% 抗泡劑O. OI O. 04%, 水68 75% ； 其中防銹劑為ニこ醇胺，こ醇胺，十二烯基丁ニ酸，鑰酸鈉，無(wú)水碳酸鈉中的至少ニ種； PH緩沖抑制劑為四羥こ基こニ胺或三こ醇胺中的至少ー種； 邊界潤(rùn)滑劑為聚氧こ烯蓖麻油酷，硬脂酸聚氧こ烯醚，聚丙烯酸鹽(XT-1100)，聚こニ醇(1000)中的至少三種； 極壓抗磨劑為高級(jí)脂肪酸ニこ醇酰胺聚こニ醇(400 1000)硼酸酷，和硫化蓖麻油、三こ醇胺硼酸酷或Poupcl004非硫磷水基鑰化合物中的至少ニ種； 防霉劑為異噻唑啉酮，1，2-苯并異噻唑啉-3-酮，聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽，2. 2- ニ溴-3-氰基こ酰胺中的至少ニ種； 抗泡劑為乳化硅油，異辛醇，ニ硬酯酰こニ胺，油酰ニこ烯三胺縮合物中的至少ニ種。
2.ー種含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行先將質(zhì)量百分比為3 8%的防銹劑，O. I O. 4%的防霉劑，2 10%的PH緩沖抑制劑和68 75%的水加入到調(diào)合釜內(nèi)，30 70°C攪拌Ih 4h，再將質(zhì)量百分比為10 15%的邊界潤(rùn)滑剤，2 7%的極壓抗磨劑，O. 0Γ0. 04%的抗泡劑等加入調(diào)合釜50 90°C攪拌2h 5h，得到含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液組合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述ー種含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于所述的高級(jí)脂肪酸ニこ醇酰胺聚こニ醇(400 1000)硼酸酷的制備方法按照以下步驟進(jìn)行 (1)將高級(jí)脂肪酸和甲醇加入到反應(yīng)釜中，高級(jí)脂肪酸和甲醇的加入量按照摩爾比1:3，機(jī)械攪拌，將占反應(yīng)物總質(zhì)量O. I 1%催化劑溶于O. OlL甲醇中，用滴液漏斗緩慢滴カロ，反應(yīng)溫度控制在30 60°C，保溫6 12h，反應(yīng)結(jié)束后靜置分液12h，取上層液體，除去甲醇后即為高級(jí)脂肪酸甲酷；將高級(jí)脂肪酸甲酷于こ醇溶解，高級(jí)脂肪酸的摩爾數(shù)與こ醇的體積比為2mol/L，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，加入ニこ醇胺，ニこ醇胺與高級(jí)脂肪酸的摩爾數(shù)之比為(I. 01 I. 30):1機(jī)械攪拌，反應(yīng)溫度控制在30 70°C，保溫6 12h ;反應(yīng)結(jié)束后靜置分液，取下層液體，除去未反應(yīng)的原料和溶剤，即為高級(jí)脂肪酸ニこ醇酰胺； (2)將高級(jí)脂肪酸ニこ醇酰胺和(摩爾數(shù)量的)聚こニ醇加入反應(yīng)釜中，高級(jí)脂肪酸ニこ醇酰胺和聚こニ醇于的摩爾比為I : (I. 01 I. 20)，分別加入占反應(yīng)物總質(zhì)量的O. 05 O.80%催化劑SnCl2 ·2Η20，將研磨后的硼酸加入到反應(yīng)體系中，硼酸與高級(jí)脂肪酸ニこ醇酰胺的摩爾比為(3. 01 3. 30) :1，再加入甲苯作為溶劑和帶水劑，甲苯的體積與高級(jí)脂肪酸ニこ醇酰胺的摩爾比為(O. 2 I) L/mol，連接油水分離器，機(jī)械攪拌，60 85°C反應(yīng)4 12h，結(jié)束反應(yīng)，除去未反應(yīng)的原料和溶劑，得產(chǎn)物高級(jí)脂肪酸ニこ醇酰胺聚こニ醇硼酸酷，結(jié)構(gòu)式為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于所述的高級(jí)脂肪酸為C12 C18的高級(jí)脂肪酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于所述的聚こニ醇的聚合度n=400 1000。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液的制備方法，其特征在于所述的催化劑為對(duì)甲苯磺酸。
全文摘要
一種含有機(jī)硼酸酯的純水基冷軋薄板軋制液及其制備方法，屬冷軋軋制液領(lǐng)域。該軋制液的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為防銹劑3～8％，pH緩沖抑制劑2～10％，邊界潤(rùn)滑劑10～15％，極壓抗磨劑2～7％，防霉劑0.1～0.4％抗泡劑0.01~0.04％，水68～75％；該軋制液制備方法為首先由甲醇，C12～C18的高級(jí)脂肪酸和二乙醇胺制備高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺，高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺再與硼酸和聚乙二醇在甲苯為帶水劑情況下生成了具有良好潤(rùn)滑作用的高級(jí)脂肪酸二乙醇酰胺聚乙二醇硼酸酯。本發(fā)明的軋制液具有很好的潤(rùn)滑、軋機(jī)清潔性及退火清凈性并且該組合物成本較低，具有很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
文檔編號(hào)C10M173/02GK102796606SQ20121029968
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者王國(guó)棟, 張寶硯, 梁博, 張曉明 申請(qǐng)人:東北大學(xué)