目前工業脂肪酸特別是脂肪酸衍生物的開發應用正得到越來越多人的重視與關注。有關它的生產應用的論述也時有報道。本文試就在金屬加工液領域中有關它的應用作進一步的探討,以起拋磚引玉的作用。由于它所起的作用的復雜性,所以按它的作用來分類也只是相對的。它在金屬加工液中的作用大致可分為三類,即作乳化劑、潤滑劑和防銹劑用。
一、作乳化劑 脂肪酸皂是金屬加工液中最常用的陰離子乳化劑,它主要是由一種或幾種混合長鏈脂肪酸(主要是C12-18酸)與堿反應而得,所用堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀或苯、二、三乙醇胺。它與其它非離子表面活性劑復合可配制出乳化范圍很廣的穩定乳液,同時由于這些脂肪酸皂的極性,使得它還具有良好的潤滑作用及對鑄鐵表面的抗腐蝕性能,最典型的如油酸三乙醇胺皂。 另外,脂肪酸酯也常作為乳化劑用,如長鏈脂肪酸(主要是月桂酸、硬脂酸及油酸)的失水山梨醇酯。據報道,將失水山梨醇與有機酸在堿催化時于215℃下反應,所得的酯產品顏色較淺,這就是人們普遍使用的司苯類乳化劑,司苯類乳化劑的HLB值較低。將它與環氧乙烷加成便成為吐溫類乳化劑。其HLB值可用環氧乙烷的加合數來調整。司苯與吐溫是極常用的乳化劑配對。 在金屬加工乳液配方中,PEG400或PEG600也經常使用,它們是C12-18脂肪酸在一定條件下與環氧乙烷的加成物,可形成單酯或雙酯,其HLB值可按乳液要求通過調整環氧乙烷的加合數來變化,從而獲得穩定的乳液。
二、作潤滑劑 天然油脂作為潤滑劑用已有很長歷史,如現在仍在大量使用的棕桐油是鋼鐵輾軋的潤滑劑。合成的馬來酸二月桂基酯可大大改善鋁的加工性能;油酸季戊四醇酯也是鋁加工的潤滑劑,特別是熱軋成型時的潤滑劑;油酸二甘酯應用于切削液或金屬拉伸液中也顯示出良好的潤滑性能。 但隨著切削速度的提高及在加工極硬金屬時,一般脂肪酸酯基潤滑劑就很難滿足加工要求,此時需要用含氯或硫的化合物,這些氯化或硫化脂肪酸在高溫時與金屬產生化學反應,在金屬表面形成一層極牢固的潤滑膜,防止刀具的燒結。常見的如氯化油脂,硫化油酸,硫化棉子油,硫化牛油酸甲酯等。 為了環保及節能,人們又開始尋找的水溶性潤滑劑。有越來越多的學者在嘗試將油基極壓劑通過引入一定的水溶性基團如酰胺基或_CH2CH2Oβn來合成的水溶性極壓劑。如將硫化棉子油改為水溶性的硫化油酸聚乙二醇酯,又如將ZDTP改性為(RO)2P(S)SR’COOH衍生物,經中和后即可形成新型水溶性極壓劑。它的反應可分為兩步。首先用一元醇與P2S5反應生成(RO)2P(S)SH,然后利用它的巰基的活性與不飽和酸的雙鏈加成或與鹵代酸進行清除反應而得。當一元羧酸R’COOH改為丙二酸型的R’CH(COOH)2時,其潤滑性更好。不過,脂肪酸酰胺是最通常提供化學阻擋層而用來增強配制品的潤滑性和乳化性的,如典型的水溶性烷醇酰胺就是1～3mol二乙醇胺與1mol油酸在140～170℃下的反應產物。它是一混合物。要想得到純度高的超級酰胺(含量>80%),可用等摩爾的脂肪酸甲酯與二乙醇胺在甲醇鈉的催化下反應。 在開發金屬加工用的新產中,也越來越普遍使用長鏈聚酰胺與環氧乙烷聚合物的各種耦合體。據報道,多元有機羧酸與聚醚二胺所形成的二酰胺衍生物具有良好的穩定性和潤滑能力,特別適用于金屬加工液。又如聚烷撐二醇同二聚酸的馬來酸加合物縮合,可制備水溶性聚酯,它是金屬加工液和液壓液中有用的潤滑劑。
三、作防銹劑 胺-亞硝酸鹽體系曾是金屬加工液內大量使用的且被認為具有較好阻蝕性的防銹體系,但越來越多人認為它們會形成致癌物質。所以開發替代產品就成為每一位配方師要努力的工作。而短鏈脂肪酸,特別是C8-12的短鏈酸制成的水溶性胺皂,具有較好的阻銹性,而且它們泡沫少。同時還具有一定的極壓抗磨性能。典型的如月桂酸。癸二酸的三乙醇胺鹽,當酸∶胺≤1∶2時,其防銹效果要好于亞硝酸鈉,而毒副作用小。我們也試合成出癸二酸單十八烯基酯三乙醇胺鹽,它在切削液中顯示出比癸二酸三乙醇胺鹽具有更好的防銹性能和較好的抗磨性能。 一般認為,多元羧酸因為具有多個強極性鏈而在金屬表面有較強吸附,從而有能獲得較佳的防銹阻擋層。筆者曾用油酸和馬來酸酐的加成物的三乙醇胺鹽與油酸三乙醇胺作了一對比試驗,發現前者比油酸三乙醇胺鹽具有更好的防銹性,可直接用于切削液中。 另外,象二聚酸(C18不飽和脂肪酸的聚合物)胺鹽也是鐵的有效防蝕劑,同時還可提供一定的潤滑作用。
