松香是一种低廉易得的天然化工原料,我国有着丰富的资源,年产量居世界第一位｡过去,松香主要用作造纸施胶剂､粘合剂､肥皂､金属皂､油漆､油墨､油溶性染料､合成树脂及有机化工产品的基础原料等｡在表面活性剂方面的应用尚少有报导｡利用松香具有的活性基团,合成表面活性剂是一种原料来源方便又具有环保意义的有效方法｡其中以松香､顺酐､多元胺等原料在较高温度下合成的非离子表面活性剂HA-1,由于其疏水基团较大,并有芳环结构,表面活性高,润湿能力强,同时因为含有多个亲水基团,是具有极好水溶性的大分子｡另外有机胺对金属材料有防锈作用,因此,HA-1可作分散稳定剂､润滑剂､防锈剂､润湿剂等｡添加在合成切削液中,显示出优良的特性｡
1 HA-1非离子表面活性剂的合成
1.1 天然松香与顺酐的共聚反应
天然松香是由多种结构的松香酸组成的,其主要成份有如下3种,即松香酸､右旋松香酸､左旋松香酸｡
在顺酐的存在下,200℃以下松香酸异构化为左旋松香酸,然后与之发生狄尔斯-阿尔德反应,产物的主要结构式如下:
实验测定了顺酐,松香及其聚合物的红外光谱｡松香的谱图中,1680cm-1为c=o基团的吸收峰,1285cm-1为C-O基团的特征谱带｡顺丁烯二酸酐的谱图与标准谱图一致,1880cm-1和1785cm-1为酸酐C=O基团的吸收峰,1240cm-1为C-O基团吸收峰｡690cm-1为顺式C=C双键的吸收峰｡从实验得到的松香与顺丁烯二酸酐的共聚物的谱图中,可以明显地观察到1850cm-1的C=O峰变窄,同时690cm-1的C=C双峰消失｡另外,体系的粘度大大提高,证明松香与顺丁烯二酸酐之间发生了共聚反应｡
1.2 共聚物与多元胺的中和反应
在不断搅拌下,往共聚物中缓慢加入二乙醇胺,适当排风,加入催化剂,在一定温度下反应2h,反应式如下:
测定的酸值和水溶液合格后,降温至100℃以下,放出,冷却,产品即为非离子表面活性剂HA-1｡产物为红棕色粘稠液体｡
2 HA-1在金属切削液中的应用
2.1 切削液的配方
笔者研制的水基合成切削液,简称HA-1金属切削液｡主要成份有:HA-1非离子表面活性剂､极压剂､防锈剂､防腐剂､及消泡剂等｡其中HA-1非离子表面活性剂由自己合成,其他组份均为市售｡
2.2 HA-1金属切削液的性能
良好的金属切削液,在边界润滑条件下应该具有润滑､减磨､冷却､防锈及清洗作用,另外还要求性能稳定,使用寿命长,以及对潮湿､高温､腐蚀等恶劣工况和环境具有较强的适应能力｡
目前,市面上大部分应用的乳化液存在易腐败变质,排放污染环境等缺点,市场销售的水基合成切削液,在清洗性和冷却性方面优于乳化液,但其润滑性和防锈性却比乳化液差,有的还含有对人体有害的亚硝酸钠､铬酸盐等物质｡
HA-1金属切削液既具有乳化液和一般水基合成切削液的优点,又克服两者存在的缺点｡表面活性剂HA-1添加在合成切削液中,显示出优良的分散稳定性､润滑性､防锈性等｡HA-1金属切削液具有润滑性好,表面张力小,与金属表面的亲合力大等优异性能｡这些性能可从HA-1表面活性剂的结构上得到解释:
1)表面活性剂中的极性基团对金属有较大的亲合能力,很容易吸附在金属表面上,形成吸附润滑膜｡因其疏水基团较大,并有芳环结构,具有油性剂的作用｡
2)HA-1含有N非活性极压元素,则兼有油性剂和极压剂的双重功效｡再与加入的极压剂协同作用,形成高强度物理和化学吸附膜,使之在高压､高温和激烈摩擦作用下不致于破坏｡能防止或减小工件､切屑､刀具三者之间的直接接触,达到减小摩擦及粘结的目的,起到极好的润滑作用｡切削液最大无卡咬负荷PB值达到70kg以上｡
3)HA-1本身具有防锈和防腐作用,与加入的防锈剂产生复合增效作用,在金属表面形成吸附保护膜层,钝化膜层,从而阻滞了阴､阳极腐蚀过程,由于有致密的履盖膜,能有效地抗拒介质中的水分子､氧及其他腐蚀性物质的浸入,具有优良的防腐､防锈蚀性｡
2.3 HA-1水基切削液的质量指标和特点
HA-1特点:
HA-1金属切削液研制完成之后,先后在渝州齿轮厂､大江车辆制造厂､重庆钢铁集团下属分厂进行试用,都获得了比较满意的效果｡综合起来,产品有如下特点:
1)HA-1水基合成切削液的润滑与冷却性能优越,能大大降低切削力和带走切削热,因此,能提高工作效率和降低刀具及砂轮的消耗｡
2)该润滑切削液使用中可以渗入工件切削表面的极细微裂缝中,具有一定的扩散作用,使表面金属晶格脆化,故便于切削,以达到减小摩擦力,减少摩擦热,降低切削温度的效果｡
3)同乳化油相比,可提高工件光洁度1-2级｡
4)该产品不含矿物油,工作环境干净无味,加工时能清晰观察工件表面｡
5)具有优良的防锈和防腐作用,加工件常温下两周内不生锈｡
6)HA-1水基合成切削液的总体性能与矿物油相当,但成本不到矿物油的一半｡3 结束语
用松香合成的HA-1非离子表面活性剂,具有优良的分散性､润滑性､防锈性､润湿性｡有着广阔的应用前景和极好的生态性能｡由于HA-1水基合成切削液不对环境产生污染,因而是一种比较理想的环保型金属加工冷却液,同时也为改性和应用松香提供了新的方法｡
