环保型切削液的开发重点

简要描述:水基切削液中大量使用含氮化合物,其中烷基醇胺类物质在维持切削液的碱性防锈性、防腐败性等方面都起着重要作用。但是,参考文献认为,由于含氮化合物大都有高的亲水性,难于与水分离,
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近二十年来,环境友好切削液的开发研究围绕“无毒害、低污染、长寿命、高性能”蓬勃展开。20世纪80年代开始的亚硝酸盐代用品的开发研究已经取得了很大成绩。在此基础上,围绕环境保护这一主题,切削液今后的开发研究方向可以归纳为去氯、少乳、减氮、抗雾、抑菌、兼用等几方面。

1、去氯

氯化石蜡作为极压抗磨添加剂用于切削液由来已久,有很好的加工性能和长期的使用实绩。但是,1984年,美国国家毒物学纲要(NationalToxicologyProgram,NTP)用含氯58%-60%的C12氯化石蜡和含氯40%-43%的C23/C24氯化石蜡进行了大白鼠和小白鼠的终身经口喂食试验。1986年发表的研究报告确认,含氯58%~60%以上的C12氯化石蜡对大白鼠和小白鼠均呈阳性反应;而含氯40%-43%的C23/C24氯化石蜡的试验结果不确定。因此,将含氯60%的C12氯化石蜡分类为可疑致癌物。后来的研究认为这类物质不会通过皮肤吸收。此后,国际癌症研究机构(InternationalAgencyforResearchinCancer)将C10~C12短链氯化石蜡划入“可能有致癌性的物质B类”。此外,如果含氯切削液的废液在中规模烧却设备中低温烧却处理时,有产生强致癌物二恶英的可能。因此,日本于2000年将含氯切削液从JIS标准中删除,欧盟于2004年对含有短链氯化石蜡1%以上的金属加工润滑剂(包括切削液)实行管制使用。含硫添加剂或磺酸盐添加剂可以作为氯系添加剂的代用品。这类添加剂单独或合并使用都可以达到或超过氯系添加剂的效果。

2、少乳

传统的乳化切削液含有一定量的矿物油(为50%~80%)。从其中分离出来的油分散落在地面后容易弄脏作业环境,覆盖在液面上使切削液呈缺氧状态,助长厌氧性细菌繁殖,其中的硫酸还原菌会分解切削液的硫分而释放出臭鸡蛋味,导致乳化液提早腐败变质。使用微乳化切削液(含矿物油10%~30%)替代乳化切削液可以在一定程度上减轻上述倾向。

彻底的解决办法是用不含油的切削液,比如,改用聚醚(polyalkyleneGlycol,PAG)等具有润滑性的物质来代替油。将难溶于水的PAG乳化或可溶化可能得到合成乳化液(Syntheticemulsion)或合成微乳化液(Syndeticmicro-emulsion);用溶于水的PAG可配制成合成溶解液(Syntheticsolution)。可溶性PAG在水中具有逆溶性,常温下溶解度大,溶液透明。随温度升高其溶解度下降。若温度高于其浊点,则PAG析出,在摩擦界面生成润滑膜。PAG与脂肪酸、磷酸酯等类极压剂有协同增效作用。这类不含矿物油的合成切削液与含矿物油的传统乳化液相比,加工性能大致相当。前者的冷却性、渗透性、清洗性、稳定性、耐腐败性等都更优异,但是可能会洗掉机床的润滑剂(脂),损伤树脂制品和机床涂料。此外,含PAG的废液可处理性较差。作者联合使用一些常用的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂也配制出了上述三种类型的合成切削液。

对此也有另一种学术观点。参考文献认为,用切削油(含深度精制矿物油、合成油及其混合油)代替乳化切削液可能成为今后的发展趋势。这种观点认为切削油的使用寿命长(可达乳化液的4-5倍,因而废液量大为减少),加工性能好(油基切削液几乎可以满足90%以上的机械加工作业,尤其是在深孔钻削和CBN砂轮磨削等加工中优势非常明显),与润滑油、液压油等的相容性好,而且管理费用低。

究竟哪一种趋势会占上风呢?目前不能一概而论。这需要取决于国际油价的走势、加工技术的发展、环保法规的倾向和使用切削液的习惯。

3、减氮

水基切削液中大量使用含氮化合物,其中烷基醇胺类物质在维持切削液的碱性防锈性、防腐败性等方面都起着重要作用。但是,参考文献认为,由于含氮化合物大都有高的亲水性,难于与水分离,成为水体污染和富营养化的重要原因之一。此外,烷基醇胺类物质还存在着安全卫生隐患,如一乙醇胺的皮肤刺激和二乙醇胺的亚硝胺疑虑等。从长远来看,切削液中减少含氮化合物有正面的环境卫生效应。

4、抗雾

油雾对人体健康和大气环境的影响是一个严峻的社会问题;国内国外,概莫能外。2003年5-8月,上海石油商品应用研究所对江苏、浙江、上海3地区的26家金属加工企业的43个车间进行了油雾含量抽样调查。调查结果如表所示。

5、抑菌

微生物对水溶切削液性能的不良影响以及防止和管理措施等有过较详尽的描述,为了抑制微生物的生长繁殖,除了管理手段外,选择抗菌能力强的切削液是需要首先要考虑的问题。添加防腐杀菌剂可以很大程度上解决微生物繁殖问题,但是有诸多副作用,尤其是对环境的负面影响很大。因此,开发研究自身具有據性能的切削液倍受重视。参考文献介绍了一些外国切削液企业的抗菌性切削液。其配方原则是避免使用能够成为微生物营养源的物质,使用具有抗微生物能力的水溶性化合物,如环氧丙烷加成到胺化合物中形成的胺类衍生物、环氧化物加成型氨基酸化合物、羟基化动植物油脂,以及苯胺类、环烷基胺类、吡咯烷类物质等。

6、兼用

金属切削机床大都配置了润滑系统、液压系统和切削液系统。这三个系统使用着含不同成分的液体介质。通常需要避免相互渗透与混合。这给机床设计和维护造成困难。目前多数机床的导轨润滑油使用后直接流入切削液箱,对油基切削液而言会使其添加剂含量下降;对水基切削液而言问题更严重,会成为浮油并影响其稳定性。兼用型切削液是一种至少可同时兼作润滑油和切削液的油性介质。对于非水溶性体系,二者可以互相参混;对于水溶性体系,让切削液的原液先做润滑油用,漏损的部分进人切削液箱后,被积极乳化,成为切削液的补给成分。其意义在于既可减少油品种类,有利于企业管理;又能实现废油再利用,减轻环境负担。当然,这种兼用型切削液也存在着一些困扰,比如,需要隔绝切削液对机床润滑部件的渗透、浓度管理困难等。

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