松香是一種低廉易得的天然化工原料,我國(guó)有著豐富的資源,年產(chǎn)量居世界第一位｡過(guò)去,松香主要用作造紙施膠劑､粘合劑､肥皂､金屬皂､油漆､油墨､油溶性染料､合成樹(shù)脂及有機(jī)化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料等｡在表面活性劑方面的應(yīng)用尚少有報(bào)導(dǎo)｡利用松香具有的活性基團(tuán),合成表面活性劑是一種原料來(lái)源方便又具有環(huán)保意義的有效方法｡其中以松香､順酐､多元胺等原料在較高溫度下合成的非離子表面活性劑HA-1,由于其疏水基團(tuán)較大,并有芳環(huán)結(jié)構(gòu),表面活性高,潤(rùn)濕能力強(qiáng),同時(shí)因?yàn)楹卸鄠€(gè)親水基團(tuán),是具有極好水溶性的大分子｡另外有機(jī)胺對(duì)金屬材料有防銹作用,因此,HA-1可作分散穩(wěn)定劑､潤(rùn)滑劑､防銹劑､潤(rùn)濕劑等｡添加在合成切削液中,顯示出優(yōu)良的特性｡
1 HA-1非離子表面活性劑的合成
1.1 天然松香與順酐的共聚反應(yīng)
天然松香是由多種結(jié)構(gòu)的松香酸組成的,其主要成份有如下3種,即松香酸､右旋松香酸､左旋松香酸｡
在順酐的存在下,200℃以下松香酸異構(gòu)化為左旋松香酸,然后與之發(fā)生狄爾斯-阿爾德反應(yīng),產(chǎn)物的主要結(jié)構(gòu)式如下:
實(shí)驗(yàn)測(cè)定了順酐,松香及其聚合物的紅外光譜｡松香的譜圖中,1680cm-1為c=o基團(tuán)的吸收峰,1285cm-1為C-O基團(tuán)的特征譜帶｡順丁烯二酸酐的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖一致,1880cm-1和1785cm-1為酸酐C=O基團(tuán)的吸收峰,1240cm-1為C-O基團(tuán)吸收峰｡690cm-1為順式C=C雙鍵的吸收峰｡從實(shí)驗(yàn)得到的松香與順丁烯二酸酐的共聚物的譜圖中,可以明顯地觀察到1850cm-1的C=O峰變窄,同時(shí)690cm-1的C=C雙峰消失｡另外,體系的粘度大大提高,證明松香與順丁烯二酸酐之間發(fā)生了共聚反應(yīng)｡
1.2 共聚物與多元胺的中和反應(yīng)
在不斷攪拌下,往共聚物中緩慢加入二乙醇胺,適當(dāng)排風(fēng),加入催化劑,在一定溫度下反應(yīng)2h,反應(yīng)式如下:
測(cè)定的酸值和水溶液合格后,降溫至100℃以下,放出,冷卻,產(chǎn)品即為非離子表面活性劑HA-1｡產(chǎn)物為紅棕色粘稠液體｡
2 HA-1在金屬切削液中的應(yīng)用
2.1 切削液的配方
筆者研制的水基合成切削液,簡(jiǎn)稱HA-1金屬切削液｡主要成份有:HA-1非離子表面活性劑､極壓劑､防銹劑､防腐劑､及消泡劑等｡其中HA-1非離子表面活性劑由自己合成,其他組份均為市售｡
2.2 HA-1金屬切削液的性能
良好的金屬切削液,在邊界潤(rùn)滑條件下應(yīng)該具有潤(rùn)滑､減磨､冷卻､防銹及清洗作用,另外還要求性能穩(wěn)定,使用壽命長(zhǎng),以及對(duì)潮濕､高溫､腐蝕等惡劣工況和環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力｡
目前,市面上大部分應(yīng)用的乳化液存在易腐敗變質(zhì),排放污染環(huán)境等缺點(diǎn),市場(chǎng)銷售的水基合成切削液,在清洗性和冷卻性方面優(yōu)于乳化液,但其潤(rùn)滑性和防銹性卻比乳化液差,有的還含有對(duì)人體有害的亞硝酸鈉､鉻酸鹽等物質(zhì)｡
HA-1金屬切削液既具有乳化液和一般水基合成切削液的優(yōu)點(diǎn),又克服兩者存在的缺點(diǎn)｡表面活性劑HA-1添加在合成切削液中,顯示出優(yōu)良的分散穩(wěn)定性､潤(rùn)滑性､防銹性等｡HA-1金屬切削液具有潤(rùn)滑性好,表面張力小,與金屬表面的親合力大等優(yōu)異性能｡這些性能可從HA-1表面活性劑的結(jié)構(gòu)上得到解釋:
1)表面活性劑中的極性基團(tuán)對(duì)金屬有較大的親合能力,很容易吸附在金屬表面上,形成吸附潤(rùn)滑膜｡因其疏水基團(tuán)較大,并有芳環(huán)結(jié)構(gòu),具有油性劑的作用｡
2)HA-1含有N非活性極壓元素,則兼有油性劑和極壓劑的雙重功效｡再與加入的極壓劑協(xié)同作用,形成高強(qiáng)度物理和化學(xué)吸附膜,使之在高壓､高溫和激烈摩擦作用下不致于破壞｡能防止或減小工件､切屑､刀具三者之間的直接接觸,達(dá)到減小摩擦及粘結(jié)的目的,起到極好的潤(rùn)滑作用｡切削液最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值達(dá)到70kg以上｡
3)HA-1本身具有防銹和防腐作用,與加入的防銹劑產(chǎn)生復(fù)合增效作用,在金屬表面形成吸附保護(hù)膜層,鈍化膜層,從而阻滯了陰､陽(yáng)極腐蝕過(guò)程,由于有致密的履蓋膜,能有效地抗拒介質(zhì)中的水分子､氧及其他腐蝕性物質(zhì)的浸入,具有優(yōu)良的防腐､防銹蝕性｡
2.3 HA-1水基切削液的質(zhì)量指標(biāo)和特點(diǎn)
HA-1特點(diǎn):
HA-1金屬切削液研制完成之后,先后在渝州齒輪廠､大江車輛制造廠､重慶鋼鐵集團(tuán)下屬分廠進(jìn)行試用,都獲得了比較滿意的效果｡綜合起來(lái),產(chǎn)品有如下特點(diǎn):
1)HA-1水基合成切削液的潤(rùn)滑與冷卻性能優(yōu)越,能大大降低切削力和帶走切削熱,因此,能提高工作效率和降低刀具及砂輪的消耗｡
2)該潤(rùn)滑切削液使用中可以滲入工件切削表面的極細(xì)微裂縫中,具有一定的擴(kuò)散作用,使表面金屬晶格脆化,故便于切削,以達(dá)到減小摩擦力,減少摩擦熱,降低切削溫度的效果｡
3)同乳化油相比,可提高工件光潔度1-2級(jí)｡
4)該產(chǎn)品不含礦物油,工作環(huán)境干凈無(wú)味,加工時(shí)能清晰觀察工件表面｡
5)具有優(yōu)良的防銹和防腐作用,加工件常溫下兩周內(nèi)不生銹｡
6)HA-1水基合成切削液的總體性能與礦物油相當(dāng),但成本不到礦物油的一半｡3 結(jié)束語(yǔ)
用松香合成的HA-1非離子表面活性劑,具有優(yōu)良的分散性､潤(rùn)滑性､防銹性､潤(rùn)濕性｡有著廣闊的應(yīng)用前景和極好的生態(tài)性能｡由于HA-1水基合成切削液不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,因而是一種比較理想的環(huán)保型金屬加工冷卻液,同時(shí)也為改性和應(yīng)用松香提供了新的方法｡
