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绿色环保型金属切削液研究进展

作者 :吴志桥更新时间:2022-01-19

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辛田; 韩生

上海化工

2011-08-15 期刊

0引言

   金属切削液是指用于金属及其合金在切削加工

过程中所使用的润滑剂‘}l。切削液广泛使用在现代金

属切削加工中,成为机械制造过程中不可或缺的辅

助材料。随着科技的发展、环保意识的增强,切削液

的负面影响也日益引起关注。研究表明(z其对环境和

人体的危害很大,特别是废液对水资源的污染。矿物

油是金属切削液的主要成分之一,其生物降解性

差,能长期滞留在水和土壤中。美国环保局指出,

油对水生物有急性致死毒性,也有长期亚急性致死

毒性(即不会导致生物死亡,但破坏其正常的生态)。

水中油含量超过10 w吮,就会使海洋植物死亡,超

过300眺,可使淡水鱼死亡。此外金属切削液的

添加剂对环境的污染也是多方面的,如常用作极压

添加剂的短链氯化石蜡是海水污染物之一,在水基

金属切削液中常用磷酸钠防锈剂会使河流、湖泊因

富营养化而出现赤潮。作为防锈剂的亚硝酸钠会对

人体产生致癌性等。为此世界各发达国家根据应用

场合、使用条件和终端处理方法的不同分别对矿物

油、氯化石蜡、硅油和难降解的添加剂进行禁止和限

制使用,我国也已逐渐淘汰防锈剂亚硝酸钠等有害

物质。但由于技术和经济的原因,目前使用的绝大部

分金属切削液仍不同程度地含有对人体或生态环境

有害的化学物质。因此积极开展绿色环保型切削液

的研究是未来金属切削液的发展趋势[9[0

1绿色环保型切削液的研究现状及发展趋势

   绿色环保型切削液是在各国环境法规日臻完

善、环保要求日益严格的大背景下产生的,是绿色制

造的重要环节,是制约整个绿色制造过程的瓶颈之

}(a(。关于绿色环保型金属切削液到目前为止还没有

严格的定义,但综合起来看,绿色环保型切削液应符

合以下要求:使用过程不损害人体健康;使用过程符

合卫生要求,对环境无污染或低污染;具有生物降解

性,并且降解后无毒或低毒。发展绿色切削液必须解

决两个关键问题:基础油和添加剂的绿色环保问题。

1.1金属切削液中绿色环保基础油的开发

   基础油是切削液的主要成分,对切削液的性能

有很大影响。切削液的生物降解性能也决定于基础

油的生物降解性能。切削液的基础油有矿物油、合成

油(合成醋和合成烃)和植物油。由于矿物油基的切

削液生物降解能力差,长期滞留在水和土壤中,对

环境造成不良影响,不宜作为绿色切削液的基础

油。合成油中合成烃的生物降解性与矿物油差不

多,植物油与合成醋则具有很好的生物降解能力。

目前基础油的发展趋势体现为:①矿物油逐渐被生

物降解性好的植物油和合成醋所代替;②油基切削

液逐渐被水基切削液所代替。几种常用基础油的生

物降解性见表to

   (1)植物油

   植物油生物降解性好,无毒性,我国是植物油

生产大国,产量位居世界第三位,菜籽油和棉籽油

的产量位居世界第一[s(。与矿物油相比0,植物油具有

更高的沸点和分子重量,从而大大减少了其在雾化

和气化时的损耗。陶德华等在文献中[6报道了植物油

的甘油醋基易于水解,醋基链中的不饱和双键极易

受微生物攻击发生a氧化,使得植物油具有良好的


生物降解性,同时,植物油中的天然脂肪酸可在降解

过程中起促进作用,CEC试验其生物降解率在90%

以上。植物油技术凭借其独特的性能,已经被证实闭

确实可以提高生产效率并延长刀具寿命。在机械加

工中使用植物油基的切削液,可以获得更好的工件

表面以及更小的公差,从而缩短停机时间,提高生产

效率。

   (2)合成醋

   合成醋切削液产品属于低泡沫产品}sy泡沫过多

会降低切削液的功效),可在软水和硬水中同样保持

性能。郭力、彭著良等研究探讨了合成醋的理化性

能,其中直链多元醋相比其他种类合成醋的生物降

解性比较好。各种研究表明,醋类物质的毒性非常

小。一般情况下,醋被吸收或与皮肤接触仅仅会造成

很小的不适感。合成酷具有结构单一可控、氧化稳定

性好、低挥发性,可与矿物油及其他多数合成油混

溶、无毒、可生物降解;缺点在于与密封材料相容

性差、水解稳定性差、具有一定腐蚀性且价格昂贵}t t枯

为此可将合成醋与其它油品进行调配以获得性能良

好、成本较低的调配油。

   表2列举了几种合成醋类型生物降解性能和水

体污染等级。

LZ绿色环保多功能添加剂的开发

   由于金属切削液一般含有表面活性剂、极压剂、

防锈剂、杀菌剂等添加剂D21。在新的金属切削液添加

剂及配方的研制过程中,环保型生物降解添加剂(无

毒型添加剂)是现在研究与应用的方向。以下列举的

一些绿色环保型添加剂是当今国内外应用前景比较

广泛的。


   (1)表面活性剂

   表面活性剂对环境的影响首先是安全性,其次

是生物降解性。据文献报道[12-I4院基糖昔(APG)具有

生物降解快、无毒无刺激的绿色表面活性剂;脂肪酸

甲醋磺酸盐(MES )是一种生物降解性能良好、抗硬

水性能强、环境友好的高效低毒表面活性剂;生物表

面活性剂是微生物产生的一类具有表面活性的生物

大分子物质,具有良好稳定性、无毒和生物可降解等

J胜能。

   (2)极压剂

   以往传统的极压剂是含硫、磷、氯等元素的化合

物‘,卜l0],这些化合物在高温下与金属表面发生化学反

应,生成化学吸附膜。由于产品中含有硫、磷及氯等

对环境有害的元素,迫切需要开发新型极压剂取代

传统的极压剂。硼类极压剂正成为开发的热点,有机

硼酸醋是新型的减摩抗磨添加剂,越来越广泛地受

到重视。据文献报道【20},硼酸盐作为润滑脂中极压添

加剂具有独特的性能,与其它添加剂复合制备的极

压铿基润滑脂有优异的综合性能,可作为环境友好

产品使用。表3列举了近年来一些新型绿色切削液

极压剂。

   (3)防锈剂

   为了保护机床、刀具及工件不受乳液的侵蚀,要

在切削液中加人防锈剂,以期在金属表面形成保护

膜,或者形成钝化膜[2.1。据文献报道m,河北省新资源

技术研究所最近研制了KJ金属防锈剂,以天然提取

物环己六醇六磷酸醋为主要成分,经变性复配而成。

是一种无毒、无味,对人体无任何刺激的淡黄色透明

液体,呈中性,能以任意比例相溶。其防锈原理是该

液与金属表面接触后可迅速形成一层致密、坚固的

单分子络合物保护膜,能有效地阻止氧等成分的进

人,从而达到金属长期防锈的目的。郑磊、杨虎m以


2总结和展望

   近年来,金属切削液的绿色环保作用日益得到

人们的认可和重视。绿色环保型金属切削液的研究、

开发和应用已经成为机械行业的重要方向。我国正

处于绿色金属切削液开发的初级阶段。从现有的研

究结果看,大多停留在实验室阶段,绿色程度不高。

从发表的论文看,则主要是提出有关生物降解的定

义和发展的需求性及设计思路,很少提及具体的方

案,更缺乏大量使用的实际产品。

   笔者认为,今后我国开发绿色新型金属切削液

的研究应当注意以下问题:

   (l)金属切削液要着力开发一剂多用、绿色环

保型的生物降解添加剂。

   (2)努力改进供液方法,优化供液参数和加强

使用管理,以延长切削液的使用寿命,减少废液排放

量,降低金属切削液的使用成本,金属切削液的管理

也是必不可少的环节。

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