化学改性植物油基金属加工液的开发和应用_薛绍玲道

2008年7月润滑与密封Ju ly 2008第33卷第7期ON NEER I LUBR ICAT I ENG I NG V ol133 N o17 化学改性植物油基金属加工液的开发和应用薛绍玲林心勇
广州机械科学研究院润滑研究所广东广州510700 摘要: 通过对植物油组成和性
能分析提出改性植物油基金属加工液的几个技术方案并对植物油基金属加工液的应用方面作简要地介绍。

关键词: 植物油改性基础油金属加工液中图分类号: TG50115 文献标识码: B 文章编号: 0254- 0150 2008 7- 102- 3 金属加工液是指在一切与金属相关的机加工中起子组成为三酰基甘油酯。

典型的脂肪酸有饱和酸润滑、防锈、抗磨、耐压、冷却和清洗等作用的一类棕榈酸、硬脂酸、单元不饱和酸油酸及多元物质的总称主要分为乳化液、半合成液、全合成液不饱和酸亚油酸、亚麻酸。

除此之外植物油中还3 大类还有一类是润滑脂和膏与水的混合物。

金属含有少量游离脂肪酸和部分甘油酯、011 015 的加工液对设备的防锈、润滑等方面起着关键作用通磷酯、微量的淄醇类、生育酚和维生素E 。

4常由大部分的动植物油、矿物油、合成油等基础油和因为植物油分子中含大量的 C C 双键使其少量各种添加剂组成其中矿物基础油用量最大约氧化机制主要表现为活泼的烯丙基自由基反应尤其1占总量的
90 。

但是随着人们对生存环境的愈加是含2 3个双键的亚油酸或亚麻
酸组分在氧化初期关注矿物油由于生物降解性差含多环芳烃等有害就可以被迅速氧化同时对以后的氧化反应起引发作物质而引起重视因此欧洲许多国家相继立法控制金用从而使植物油氧化稳定性很差 5 。

但同时又由于2属加工液的排放并希望开发可以生物降解的金属双键的存在和分子的高线性使组成植物油的甘油酯加工液基础油替代品。

分子间的作用力随温度升高而增加导致良好的粘温目前可以生物降解金属加工液的基础油有聚醚、特性因此植物油的粘度指数一般高于矿物油。

植物3合成酯和植物油。

聚醚是环氧乙烷、环氧丙烷或其油的粘度指数越高就越能保证其在操作温度范围内混合物的聚合物具有良好润滑性能、高粘度指数等稳定的润滑特性。

随着加工温度的提高植物油的粘优点但有一定毒性可溶于水加之生物降解性与度降低速率比矿物油慢。

相反随着温度的降低植分子结构和性能有很大关系而使其应用受到限制。

可物油的液态流动性要比矿物油好有利于与切屑和工用作生物降解基础油的合成酯类是多元醇酯、双酯及件分离。

而且其熔点较高有利于提高金属切削率其复合酯虽然各项性能都比较好但因价格昂贵和降低烟雾的形成减少发生火灾的危险。

在原料合成时也会产生污染使其发展受到一定阻碍。

植物油分子含极性基团它们像微小的磁铁那而植物油原料简便易得资源丰富可再生解决了样紧紧地吸附在金属的表面上形成吸附膜其中的石油资源日益短缺的问题并且植物油产品具有生物脂肪酸可以与金属表面反应形成单分子层或者多分子可降解性避免了环境污染危害同时用植物油作层的脂肪酸皂吸附膜起抗磨和减磨作用并且当植为原料对促进农业资源向高价值农产品生产集中物油分子垂直、紧密、均匀地排列在金属的表面上时推动农业结构的战略性调整优化资源配置等方面都便在其表面形成一层厚厚的、结实、耐久的润滑薄具有显著的经济效益和社会效益。

因此研究和开发膜因此植物油具有良好的润滑性能同时这层结实植物油基金属加工液意义重大。

6 的润滑薄膜也提高了植物油吸收压力的能力。

1 植物油的组成及性质植物油中的甘油酯基易于水解酯基链中的不饱要对植物油进行改性先
要对其组成和性质有所和双键易受微生物攻击发生B氧化使得植物油具了解。

植物油中脂肪酸的结构和种类对其各种性能有有良好的生物降解性。

植物油分子的大小十分均匀决定性作用。

植物油的主要成分是脂肪酸其主要分而矿物油分子的大小变化范围很大因此矿物油的物理特性例如其在蒸发时和达到沸点时的粘度受到收稿日期: 2008- 03- 06 很大的影响。

植物油的较高沸点和较大分子量使其因联系人: 薛绍玲E-m ai: xue l -shao-ling tom1 co m1 蒸发和雾化造成的损耗极低使用时空气中的烟雾大2008年第7期薛绍玲等: 化学改性植物油基金属加工液的开发和应用103量减少这样可为人们营造出一个健康和清洁的工作的缺陷。

可通过加入硬酯酸钙等可生物降解的稠化剂环境而且植物油对环境不会产生任何毒副作用。

改善植物油的粘度指数通过加入硫化脂肪酸和羟基总之由于植物油具有润滑性能好、粘度指数脂肪酸改善植物油的抗磨和耐压性能通过加入聚丙高、挥发度低、无毒、生物降解率高、可回收利用等烯酸酯和二甲基硅油等消泡剂防止植物油老化和克服优良特性作为金属加工液的基础油液可使工艺处理易起泡的缺点通过加入降凝剂来降低植物油凝固能耗低、环境扩散少、价廉、资源可再生是目前环点还可以将植物油与合成酯混合调配等等所有这境友好型绿色金属加工液基础油的首选。

但是由于植些都可以对植物油性能有所改进。

物油中双键成分较多导致其在应用中有以下问题: 添加剂的加入虽然对植物油的性能有所改善但高温易氧化有油泥沉积形成低温则有凝胶/水形是某些添加剂的过量加入会降低植物油的生物降解性成流动性差水解安定性不好导致酸值增大。

因能并产生一定的生态毒性因此要解决植物油的抗此需要探寻更好的方法提高植物油的性能保留植物氧化性能差的问题最根本和最重要的是要对植物油油的优点克服其缺点。

进行化学改性如氢化、酯化、硫化、酯交换、异构2 改性植物油的技术方案化等其主要目的是减少植物油的双键含量。

与其它基础油比植物油的特点是: 分子量大211 基础植物油的选择分子中含有不饱和的三甘油酯使其分子易水解又易作为工业级的植物油首先应提高植物油的精炼质遭受微生物攻击而氧化这也为植物油进行化学改性量除去粗油中的磷脂、蛋白质、悬浮物、水分等杂提供了条件而且植物油精制后的化学成分相当一质除去油中高凝点成分和微量水分并脱色除臭致。

因此改善植物油的性能可同时从以下几个方面入达到机械润滑油的基本指标要求。

如果植物油中所含手: 的饱和脂肪酸过多那么这种植物油在常温下就会是 1 应用生物技术
对植物油进行基因改性。

国固体熔点高因此应选用一元不饱和酸和脂肪酸含外已采用现代生物技术培育出了高油酸含量的植量较高而多元不饱和脂肪酸含量较低的植物油作为金7物这种高油酸植物油由于其大量的一元不饱和成属加工液的基础油。

菜籽油中饱和脂肪酸的含量约为分和少量的多元不饱和成分所以比一般植物油的氧3109 在常温下都是液体适合作为制备润滑油基化稳定性高。

如高油酸型葵花籽油就是利用遗传基因础油的原料使用。

一般来说植物油中的油酸含量越改性得到的其油酸含量达到90 以上将其用作高亚油酸和亚麻酸含量越低其氧化稳定性越好。

8基础油既有很好的生物降解性又有较好的氧化稳由表1的几种常用植物油的组成说明菜籽油的亚定性若在其中再加入一些添加剂其润滑性能将得油酸和亚麻酸含量较低。

我国是油菜籽盛产大国而到更大的提高。

且在众多植物油中菜籽油具有最为均衡的低温流
动性 2 加入各种添加剂改善植物油的性能。

植物能和氧化稳定性能。

目前国内外对菜籽油基础油的改油的氧化稳定性可以通过加入抗氧添加剂复配得到提性进行了大量的研究也发现了它不但具有良好的润高如加入酚型的链反应终止剂加入二烷基二硫代滑性能而且具有良好的抗氧化安定性、抗腐蚀性和氨基甲酸盐类过氧化物分解剂加入噻二唑、苯三唑可生物降解性能满足绿色润滑剂的基本要求。

因此等能够与金属离子形成络合物的金属钝化剂等。

一般选择菜籽油作为改性植物油的基础油是比较合理的选要加入1 5 的抗氧化剂才能克服植物油易氧化择。

表 1 几种植物油的组成植物油棕榈酸硬脂酸油酸亚油酸亚麻酸棕榈油2410 451 0 1 2 0 710 381 0 5010 510 1110 豆油710 111 0 1 2 0 610 151 0 3310 4310 5610 510 1110 菜籽油110 31 0 1 0 4 315 121 0 2410 1210 1610 710 1010 棉籽油2010 231 0 1 1 0 310 231 0 3510 4310 5410 向日葵油316 61 0 1 1 0 310 141 0 4310 4410 7510 花生油610 91 0 1 3 0 610 531 0 7110 1310 2710 亚麻仁油410 71 0 1 2 0 510 121 0 3410 1710 2410 3510 6010212 植物油的化学改性方法对植物油进行化学改性的方法很多主要有以下104 润滑与密封第33卷几种方法: 油基润滑剂的研究投入使其应用已深入到了锯链 1 氢化法: 以硅为载体以铜作催化剂使油、金属加工用油、食品工业用油、开放式齿轮油、油脂中的亚麻酸、亚油酸异构为共轭双键再进一步液压油、舷外二冲程发动机用油等各个方面。

氢化。

由于油酸无共轭性催化剂对其无活性亚麻植物油基金属加工液由于需要提高其与水混合乳9酸、亚油酸被优先还原。

剂的稳定性工艺技术更富有挑战性。

因此新一代 2 烷基-酯化法: 植物油分子中的醇羟基B位的乳化剂和稳定剂使植物油基金属加工液在各种机加置的C H 键在较高的温度下分解与羟基氧结合形工应用领域得到实际应用。

如瑞士巴索公司的植物油成酸和烯烃若用烷基取代B碳原子上的H 就可获基金属加工液因其性能优良而在航天制造等各方面得得高温性能好的阻化酯这是一种将植物油与合成酯到应用。

结合起来的方法先将植物油分离出来的脂肪酸纯化由植物油提供的润滑薄膜层其强度高润滑性处理除去亚麻酸、亚油酸但不对脂肪酸进行精馏能好。

因此这类金属加工液的润滑性能大大高于其分离将混合脂肪酸与三羟甲基丙烷进行酯化反应它的矿物油即使材料要求重型切削加工所使用植10让三羟甲基丙烷取代甘油醇。

物油基金属加工液也不用加入EP 抗高压添加 3
氧化法: 在一定温度下向菜籽油中通入氧剂。

采用植物油技术的金属加工液其价格要比替代气进行氧化聚合反应既消除了不饱和键又增加产品高。

为了提高其生物学稳定性需要添加费用较了分子碳链从而提高了其化学稳定性和润滑性经贵的成分。

但是与替代金属加工液相比其额外增过氧化处理后的菜籽油粘度增大碘值减小酸值增加的费用可通过提高生产率以及通过其它各种降低大。

成本的方法来加以抵消。

4 酯交换法: 首先把菜籽油甲酯化得到脂实践证明采用植物油技术对提高生产率和提肪酸甲酯再将脂肪酸甲酯与相应的多元醇进行酯交高刀具使用寿命具有相当大的优越性。

在加工过程换制备相应的脂肪酸多元醇酯。

中采用植物油基金属加工液可提高加工表面的光洁 5 硫化法: 在较高温度下将菜籽油和硫化剂度和尺寸公差提高加工工艺水平、能力以及提高生加入反应釜中进行硫化目的是将菜籽油中的油酸和产率。

亚油酸双键打开加成进入极压元素S 从而增强菜籽以植物油为基础的金属加工
液在大部分应用领油的防腐抗氧化能力。

一般100 g菜籽油中最多可添域已显示出其加工性能大大优于矿物油和合成配方的加硫化剂3 4 g 反映温度一
般控制在130 190 金属加工液。

如加工周期缩短、更换刀具之间的无故e 11 。

障操作间隔时间延长、加工件的质量提高等。

如在加 6 磷酸酯化法: 在菜籽油中添加磷酸三甲酯工工艺中采用植物油基金属加工液生产率可提高和亚磷酸二正丁酯等。

20 30 刀具的使用寿命可提高50 以上。

在7 烷氧基化法: 先将其中不饱和双键氧化成机加工应用领域中引进植
物油基金属加工液可使为环氧基团再将环氧基团转换为羟基基团后与酸酐机械切削性能全面提高。

据报道使生产率提高12进行反应。

20 30 是很普遍的。

此外刀具的使用寿命也提3 植物油基金属加工液的应用高了50 以上。

自20 世纪60年代以来能选用作为机加工润滑据报道在许多应用领域其性能得到了相当大剂的只局限于含有各种添加剂的矿物油基金属加工的改进。

此外在生?钛金属和不锈钢医疗植入件液。

现代机械加工向高速、强力、精密方向发展超时采用植物油技术后使产量提高了10 同时硬、超强度等难加工材料的发展切削加工过程中的还使刀具费用降低了50 。

还有一个例子更可以说摩擦力、摩擦热大幅度提高这就要求金属加工液具明问题: 在汽车工业应用领域中采用植物油基金属有更好的润滑、冷却、清洗、防锈性能以便获得理加工液后使加工钢制零件的丝锥使用寿命提高了想的加工表面。

矿物润滑油的润滑、防锈性能优越15 倍。

但冷却、清洗性能差全合成型水基切削液的冷却、 4 结束语清洗性能优良但润滑、防锈性能差。

虽然植物油一随着石油资源的日益枯竭以及日益苛刻的环保要直被认为.。