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各种胺在切削液中性能对比
日期:2015-4-23 6:58:43    阅读:
金属加工液中选择胺产品的因素和考虑
 
胺是金属加工液中最为常用的原料之一,应用于乳化油,乳化液,半合成液,全合成液以及防锈液等等。表1列出了金属加工液中常用胺的理化指标。
 
表1  金属加工液中常用胺的理化指标
常用胺
二甘醇胺DGA
一乙醇胺
MEA
AMP-95
三异丙醇胺
MIPA
二乙醇胺
DEA
二异丙醇胺
DIPA
三乙醇胺
TEA
二羟乙基甲胺
BHEMA
APM
胺类型
伯胺
伯胺
伯胺
伯胺
仲胺
仲胺
叔胺
叔胺
伯/叔胺
分子含量
105
61
94
75
105
133
149
119
144
pKa,  0ºC
9.45
10.03
9.82
9.40
8.88
8.70
7.26
8.59
10.04
pH, 5%浓度的水溶液
11.30
11.56
11.40
11.40
10.98
10.84
10.38
10.79
11.59
沸点ºC,760mmHg
223
171
165
158
268
246
340
247
224
蒸汽压 mmHg, 20ºC
0.004
0.4
0.08
0.6
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
<1
冰点,ºC
-12.5
10
30 (Dry)
25
28
44
21
-21
<-45
闪点,ºC
124
95
78
71
149
260
202
126
86
粘度,cst 30ºC
20
18.9
90
23
352
870
429
56
 
 
一、           选择胺 - 性能因素和考虑
二、              
在配制水基金属加工液中,胺产品的选择是能否达到金属加工液所期望性能的一个关键因素。与胺有关的性能包括:
·          碱值储备能力
·          pH稳定性
·          有色和非有色金属的腐蚀保护
·          切削工具的使用寿命
·          硬水适应性

 
碱性强度和pH
提供碱值储备和腐蚀保护是胺在金属加工液中的主要作用。胺必须提供足够的缓冲能力(Buffering)和腐蚀保护。图1和图2是金属加工液中几种常用胺的滴定曲线,从中可以看出伯胺的碱性和提高pH值的能力比叔胺强。

图1   几种常用胺在50克5%的异壬酸溶液的滴定曲线
 
5%胺溶液的毫升数

 

5%胺溶液的毫升数
图2  几种常用胺在50克5%的癸酸溶液中的滴定曲线
 

 

 
 
表3是几种常用胺在水溶液中不同浓度下的pH值。从中可以看出,三乙醇胺和BHEMA同为叔胺,但二羟乙基甲胺(BHEMA)是较强的胺,因此达到同样的pH值,BHEMA的加入量相对小。
表3  几种常用胺在水溶液中不同浓度下的pH值
胺浓度 % wt
5
10
15
20
二甘醇胺,DGA
11.30
11.35
11.74
11.86
一乙醇胺, MEA
11.56
11.79
11.94
12.03
JEFFAMINE D-400
11.00
11.19
11.27
11.35
AMP-95
11.40
11.69
11.84
11.95
一异丙醇胺, MIPA
11.40
11.66
11.81
11.96
二乙醇胺, DEA
10.98
11.18
11.31
11.38
二异丙醇胺, DIPA
10.84
10.90
10.97
11.02
三乙醇胺, TEA
10.38
10.61
10.73
10.80
二羟乙基甲胺 BHEMA
10.79
10.97
11.07
11.19
APM
11.59
11.87
12.06
12.23
 
碱值储备
表2所列为金属加工液中几种胺的碱值储备能力。从中可以看出,三乙醇胺和BHEMA同为叔胺,但二羟乙基甲胺BHEMA)的碱值储备能力比三乙醇胺高25%以上,因此达到同样的碱值储备能力,BHEMA的加入量相对小。
 
表2  金属加工液中几种胺的碱值储备能力
一乙醇胺
二甘醇胺
二乙醇胺
三乙醇胺
BHEMA
XTA-771
碱值储备 Meq HCl/g
16.33
9.47
9.50
6.61
8.32
6.48
 
pH稳定性,抗生物性
抗生物性是胺在金属加工液应用中的另外一个重要指标。硼酸是在金属加工液中常用的原料,它具有较好的抗腐蚀性能,并可提高抗生物性能。各种胺的硼酸盐在金属加工液中表现的抗生物性有所不同,表4列出几种常用胺的硼酸盐在金属加工业中的pH和味道值随时间变化的比较,反映抗生物性能。从表中可以看出,DGA具有优异的抗生物性能。
 
表4.   胺基硼酸盐的PH值稳定性和抗生物性
胺与硼酸化合物
  起始         6天        12天       18天        30天     变化%
DGA反应物
PH
10.20      10.18      10.08      10.05      10.01      -1.9
味道
无          无          无         无         无       
MEA反应物
PH
10.0        9.98       9.80        9.70      9.60      -10.0
味道
无          无          无        有味       有味      
DEA反应物
PH
10.41       10.36      10.21      10.07      9.89       -4.0
味道
无          无          无         无         无       
TEA反应物
PH
10.10       10.08      10.05      10.02      9.80       -2.2
味道
无          无          无         无         无       
数据来源:S. Wantanabe, T. Fujta, M. Sekamoto, and W. Aono, Materials Chemistry and Physics, Volue 19 (1988),pp191-195
 
腐蚀保护 - 铝金属污斑腐蚀比较
在铝金属加工中,非常不幸的是,当加工液的pH值大于8.5时,在铝金属表面的氧化铝膜非常不稳定,从而导致较高碱性的加工液对铝金属产生污斑腐蚀。下列图表是对4种铝金属在不同条件下的测试数据,可以看出DGA,BEHEMA,DEA和MEA对铝金属的腐蚀较小,TEA对铝金属腐蚀最为严重。在pH=8.0时,DGA对铝的腐蚀与其它胺相比较为最小。
 
表5.   铝污斑/腐蚀数据
(2.5%胺的水溶液,以柠檬酸调整的PH值)
铝溶出(ppm)
Al 7075                        Al 6061                   Al 2024                           Al 390
DGA二甘醇胺
AMP
三乙醇胺
XTA-771
BHEMA
二乙醇胺
一乙醇胺
无胺水溶液
               5                                 5.5                                     7.6                                 9
               9                                 7.9                                     12                                11.5
             155                                195                                    235                              215
               11                               9.3                                     14                                14
               7.2                              4.8                                     8.6                                 9
               7.9                              9.3                                     10                                11
               —                                —                                      —                                10
               <1                               <1                                      <1                                <1
 
表6   在脂肪酸存在下铝污斑/腐蚀数据
(2.5%的胺脂肪酸盐 1׃1 水溶液,用KOH调整PH)
胺Isononanic
铝溶出(ppm)
Al 7075           Al 6061            Al 2024             Al 390
二甘醇胺 (DGA)
AMP
三乙醇胺
XTA-771
BHEMA
二乙醇胺
一乙醇胺
纯水溶液
       2.6                 3.4                  5               3.9
  3.6                 3.4                3.7              2.2
        10                  30                 3.7              2.2
        3.0                2.6                 2.7              2.2
   2.2                3.0                 <1               <1
   2.5                   <1                    1.2               <1
   1.9                   <1                    2.6               <1
         4.1                   <1                    6.7               6.0 
 
铝腐蚀的结果表明:
·          铝腐蚀的和pH溶液值有关
·          铝腐蚀也和溶液中的其他添加剂值有关,如脂肪酸
·          实验结果显示,在pH=8.8时,二甘醇胺(DGA)对铝的腐蚀比其它胺都小
·          实验结果显示,三乙醇胺(TEA)对铝的腐蚀比其它胺都严重
·          试验条件是常温下24小时
 
 
腐蚀保护 - 铜金属腐蚀比较
图4所示几种胺对铜腐蚀的比较。测试标准为ASTMD130,测试溶液是1%的胺溶液,温度40ºC,时间为24小时。

图4  几种胺对铜腐蚀的比较
 

 
工具保护 - 钴金属溶出比较
碳化钨工具中钴金属的溶出将缩短工具使用寿命。溶入加工液中的钴还会使操作人员过敏和吸入而导致健康问题,同时,它也给废液处理带来问题。一般来说,钴的溶出量增加会导致pH值降低,并导致金属加工液变色。
           图5是各种胺对钴溶出测试比较。在测试中,1500ppm的钴粉加入1%的胺溶液中,用加入柠檬酸的方式将各胺溶液的H调整到8.5,9.0,9.5。钴/胺混合溶液在磁力搅拌下,测试时间为21天,并定时测定色泽,pH值和钴溶出量。可以看出在不同的pH值下二甘醇胺(DGA)对钴溶出均为极小

图5 各种胺对钴溶出测试比较
 


 
 
三、           选择胺 - 健康和环保考虑
        
金属加工液中硝胺的存在对操作人员健康有害。硝胺是仲胺与亚硝基物的反应产物。尽管大部分金属加工液已经不使用亚硝酸原料了,但水中存在的亚硝酸物,有机含硝原料的使用,甚至空气中的氧化氮都会导致在使用仲胺时产生硝胺。一些欧洲国家目前已经禁止在金属加工液中使用仲胺如二乙醇胺(DEA)。而伯胺和叔胺的使用对产生硝胺的风险却非常小。
低分子胺蒸发性强,产生味道并对皮肤和眼睛有刺激。图6显示几种10%胺溶液在气相中蒸发量。可以看到,在伯胺中,二甘醇胺(DGA)的蒸发量最低。表7是金属加工液中几种胺的相对挥发性数据。可以看出二甘醇胺(DGA)在不同温度下的挥发度均非常低
 

图6.  10%胺溶液在气相中蒸发含量

 
 
表7  金属加工液中几种胺的相对挥发性
胺浓度 % wt
200C蒸气压mmHg
1000C蒸气压mmHg
沸点0C, mmHg
闪点0C
二甘醇胺,DGA
0.004
5.5
223
124
一乙醇胺, MEA
0.2
48.2
171
95
AMP-95
0.08
59
165
-
一异丙醇胺, MIPA
0.5
79.8
158
71

 
 
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