各種胺在切削液中性能對比

胺是金屬加工液中最為常用的原料之一,應用于乳化油,乳化液,半合成液,全合成液以及防銹液等等。表1列出了金屬加工液中常用胺的理化指標。 ? 表1? 金屬加工液中常用胺的理化指標 常用胺 二甘醇胺DGA 一乙醇胺 MEA AMP-95 三異丙醇胺 MIPA 二乙醇胺 DEA 二異丙醇胺 DIPA 三乙醇胺 TEA 二羥乙基甲胺 BHEMA APM 胺類型 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%濃度的水溶液 11.30 11.56 11.40 11.40 10.98 10.84 10.38 10.79 11.59 沸點oC,760mmHg 223 171 165 158 268 246 340 247 224 蒸汽壓 mmHg, 20oC 0.004 0.4 0.08 0.6 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <1 冰點,oC -12.5 10 30 (Dry) 25 28 44 21 -21 <-45 閃點,oC 124 95 78 71 149 260 202 126 86 粘度,cst 30oC 20 18.9 90 23 352 870 429 56 — ? ? 一、?????????? 選擇胺 - 性能因素和考慮 二、???????????? ? 在配制水基金屬加工液中,胺產品的選擇是能否達到金屬加工液所期望性能的一個關鍵因素。與胺有關的性能包括: ·????????? 堿值儲備能力 ·????????? pH穩定性 ·????????? 有色和非有色金屬的腐蝕保護 ·????????? 切削工具的使用壽命 ·????????? 硬水適應性 ? 堿性強度和pH值 提供堿值儲備和腐蝕保護是胺在金屬加工液中的主要作用。胺必須提供足夠的緩沖能力(Buffering)和腐蝕保護。圖1和圖2是金屬加工液中幾種常用胺的滴定曲線,從中可以看出伯胺的堿性和提高pH值的能力比叔胺強。 圖1?? 幾種常用胺在50克5%的異壬酸溶液的滴定曲線 ? 5%胺溶液的毫升數 ? 5%胺溶液的毫升數 圖2? 幾種常用胺在50克5%的癸酸溶液中的滴定曲線 ? ? ? ? 表3是幾種常用胺在水溶液中不同濃度下的pH值。從中可以看出,三乙醇胺和BHEMA同為叔胺,但二羥乙基甲胺(BHEMA)是較強的胺,因此達到同樣的pH值,BHEMA的加入量相對小。 表3? 幾種常用胺在水溶液中不同濃度下的pH值 胺濃度 % 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 一異丙醇胺, MIPA 11.40 11.66 11.81 11.96 二乙醇胺, DEA 10.98 11.18 11.31 11.38 二異丙醇胺, DIPA 10.84 10.90 10.97 11.02 三乙醇胺, TEA 10.38 10.61 10.73 10.80 二羥乙基甲胺 BHEMA 10.79 10.97 11.07 11.19 APM 11.59 11.87 12.06 12.23 ? 堿值儲備 表2所列為金屬加工液中幾種胺的堿值儲備能力。從中可以看出,三乙醇胺和BHEMA同為叔胺,但二羥乙基甲胺(BHEMA)的堿值儲備能力比三乙醇胺高25%以上,因此達到同樣的堿值儲備能力,BHEMA的加入量相對小。 ? 表2? 金屬加工液中幾種胺的堿值儲備能力 胺 一乙醇胺 二甘醇胺 二乙醇胺 三乙醇胺 BHEMA XTA-771 堿值儲備 Meq HCl/g 16.33 9.47 9.50 6.61 8.32 6.48 ? pH穩定性,抗生物性 抗生物性是胺在金屬加工液應用中的另外一個重要指標。硼酸是在金屬加工液中常用的原料,它具有較好的抗腐蝕性能,并可提高抗生物性能。各種胺的硼酸鹽在金屬加工液中表現的抗生物性有所不同,表4列出幾種常用胺的硼酸鹽在金屬加工業中的pH和味道值隨時間變化的比較,反映抗生物性能。從表中可以看出,DGA具有優異的抗生物性能。 ? 表4.?? 胺基硼酸鹽的PH值穩定性和抗生物性 胺與硼酸化合物 ? 起始???????? 6天??????? 12天?????? 18天??????? 30天???? 變化% DGA反應物 PH 10.20????? 10.18????? 10.08????? 10.05????? 10.01????? -1.9 味道 無????????? 無????????? 無???????? 無???????? 無??????? MEA反應物 PH 10.0??????? 9.98?????? 9.80??????? 9.70????? 9.60????? -10.0 味道 無????????? 無????????? 無??????? 有味?????? 有味?????? DEA反應物 PH 10.41?????? 10.36????? 10.21????? 10.07????? 9.89?????? -4.0 味道 無????????? 無????????? 無???????? 無???????? 無??????? TEA反應物 PH 10.10?????? 10.08????? 10.05????? 10.02????? 9.80?????? -2.2 味道 無????????? 無????????? 無???????? 無???????? 無??????? 數據來源:S. Wantanabe, T. Fujta, M. Sekamoto, and W. Aono, Materials Chemistry and Physics, Volue 19 (1988),pp191-195 ? 腐蝕保護 - 鋁金屬污斑腐蝕比較 在鋁金屬加工中,非常不幸的是,當加工液的pH值大于8.5時,在鋁金屬表面的氧化鋁膜非常不穩定,從而導致較高堿性的加工液對鋁金屬產生污斑腐蝕。下列圖表是對4種鋁金屬在不同條件下的測試數據,可以看出DGA,BEHEMA,DEA和MEA對鋁金屬的腐蝕較小,TEA對鋁金屬腐蝕最為嚴重。在pH=8.0時,DGA對鋁的腐蝕與其它胺相比較為最小。 ? 表5.?? 鋁污斑/腐蝕數據 (2.5%胺的水溶液,以檸檬酸調整的PH值) 胺 鋁溶出(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 無胺水溶液 ?????????????? 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?? 在脂肪酸存在下鋁污斑/腐蝕數據 (2.5%的胺脂肪酸鹽 1?1 水溶液,用KOH調整PH) 胺Isononanic 鋁溶出(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 純水溶液 ?????? 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? ? 鋁腐蝕的結果表明: ·????????? 鋁腐蝕的和pH溶液值有關 ·????????? 鋁腐蝕也和溶液中的其他添加劑值有關,如脂肪酸 ·????????? 實驗結果顯示,在pH=8.8時,二甘醇胺(DGA)對鋁的腐蝕比其它胺都小 ·????????? 實驗結果顯示,三乙醇胺(TEA)對鋁的腐蝕比其它胺都嚴重 ·????????? 試驗條件是常溫下24小時 ? ? 腐蝕保護 - 銅金屬腐蝕比較 圖4所示幾種胺對銅腐蝕的比較。測試標準為ASTMD130,測試溶液是1%的胺溶液,溫度40oC,時間為24小時。 圖4? 幾種胺對銅腐蝕的比較 ? ? 工具保護 - 鈷金屬溶出比較 碳化鎢工具中鈷金屬的溶出將縮短工具使用壽命。溶入加工液中的鈷還會使操作人員過敏和吸入而導致健康問題,同時,它也給廢液處理帶來問題。一般來說,鈷的溶出量增加會導致pH值降低,并導致金屬加工液變色。 ?????????? 圖5是各種胺對鈷溶出測試比較。在測試中,1500ppm的鈷粉加入1%的胺溶液中,用加入檸檬酸的方式將各胺溶液的H調整到8.5,9.0,9.5。鈷/胺混合溶液在磁力攪拌下,測試時間為21天,并定時測定色澤,pH值和鈷溶出量。可以看出在不同的pH值下二甘醇胺(DGA)對鈷溶出均為極小。 圖5 各種胺對鈷溶出測試比較 ? ? ? 三、?????????? 選擇胺 - 健康和環保考慮 ???????? 金屬加工液中硝胺的存在對操作人員健康有害。硝胺是仲胺與亞硝基物的反應產物。盡管大部分金屬加工液已經不使用亞硝酸原料了,但水中存在的亞硝酸物,有機含硝原料的使用,甚至空氣中的氧化氮都會導致在使用仲胺時產生硝胺。一些歐洲國家目前已經禁止在金屬加工液中使用仲胺如二乙醇胺(DEA)。而伯胺和叔胺的使用對產生硝胺的風險卻非常小。 低分子胺蒸發性強,產生味道并對皮膚和眼睛有刺激。圖6顯示幾種10%胺溶液在氣相中蒸發量。可以看到,在伯胺中,二甘醇胺(DGA)的蒸發量最低。表7是金屬加工液中幾種胺的相對揮發性數據。可以看出二甘醇胺(DGA)在不同溫度下的揮發度均非常低。 ? 圖6.? 10%胺溶液在氣相中蒸發含量 ? ? 表7? 金屬加工液中幾種胺的相對揮發性 胺濃度 % wt 200C蒸氣壓mmHg 1000C蒸氣壓mmHg 沸點0C, mmHg 閃點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 - 一異丙醇胺, MIPA 0.5 79.8 158 71

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