一种高分子环保型轧制液及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明属于轧制液及其制备
技术领域
，具体涉及一种高分子环保型轧制液及其制备方法和使用方法。背景技术
现有技术中的轧制液常规包括水基轧制液和油基轧制液。许多国家都在大力发展水基轧制液，尤其是在液压液和金属加工业发展迅速。其与油基轧制液相比，水基轧制液存在润滑性和缓释防锈性能差等问题，从一定程度上限制了水基轧制液的发展和应用。而传统的油基轧制液的使用又多存在油烟污染、生产环境恶劣、残留物污染冷却水等极多缺点，在使用过程中也受到越来越多的限制。
同时，传统的水基和油基轧制液多数具有不耐高温，分子量大，所以容易结块、粘稠和堵网，易造成产品质量波动，而且都需要添加防腐剂来防止异味，需要定期排放置换，造成污染和浪费等一系列问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种高分子环保型轧制液及其制备方法和使用方法。
本发明所采用的技术方案为：一种高分子环保型轧制液，所述轧制液主要由以下质量份数的原料制备得到：
高分子纳米植物油40-240份，矿物油5-30份，油性剂10-60份，极压剂20-150份，防锈剂0.1-0.5份，表面活性剂1.2-2.5份，丙烯酸10-60份，氢氧化钠3-20份，乳化剂0.5-2份，交联剂0.1-0.6份和阻燃剂1-3份。
上述该高分子环保型轧制液是以高分子纳米植物油(非矿物油)为基础油的合成脂型合成轧制液，其配合多种合成脂及各种辅料经过多次合成而成。上述高分子纳米植物油和矿物油融合后，在丙烯酸和氢氧化钠的中和反应下，配以乳化剂、交联剂完成乳化和交联过程，获得该微乳化浓缩轧制液。由于乳化时达到纳米级直径，稀释液油滴直径均小于1μm，稀释液呈透明状或半透明状。同时通过利用极压剂、防锈剂和阻燃剂，进一步保证了该轧制液具有润滑性好、高度浓缩、不结块透网性好、无异味、无污染排放、耐温高、防锈周期长、对人体无害和极强的抗氧化能力等特点。该高分子环保型轧制液兼具水基轧制液冷却效果好和油基轧制液润滑性能好的优点，又互相弥补了两者的不足，做到了综合性能极佳融合。该高分子环保型轧制液稳定性好、能耐高温、分子量小、润滑性好，利用电磁循环技术在不需加热的情况下，即可达到长期杀菌、灭藻并消除异味，因此可以不结块不堵网，可实现零排放，是一种新型的节能安全环保产品。
作为优选地，所述轧制液主要由以下质量份数的原料制备得到：
高分子纳米植物油80-200份，矿物油10-25份，油性剂20-50份，极压剂40-120份，防锈剂0.2-0.4份，表面活性剂1.8-2.2份，丙烯酸20-50份，氢氧化钠7-17份，乳化剂1-1.8份，交联剂0.2-0.5份和阻燃剂1.5-2.8份。
高分子纳米植物油，是通过利用四氧化三铁纳米粒子对植物油进行改性后获得一种高分子材料。高分子材料，是以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。
作为优选地，所述轧制液主要由以下质量份数的原料制备得到：
高分子纳米植物油150份，矿物油19份，油性剂39份，极压剂80份，防锈剂0.3份，表面活性剂2份，丙烯酸39份，氢氧化钠13份，乳化剂1.5份，交联剂0.35份和阻燃剂2.2份。
油性剂，通常是动植物油或在烃链末端有极性基团的化合物，这些化合物对金属有很强的亲和力，其作用是通过极性基团吸附在摩擦面上，形成分子定向吸附膜，阻止金属互相间的接触，从而减少摩擦和磨损。又称油性添加剂。烃链末端具有极性基的化合物。能在金属面上形成吸附膜，从而防止金属间的接触摩擦。主要有以下几种：(1)高级脂肪酸，如棕榈酸及油酸；(2)高级醇，如月桂醇及鲸蜡醇；(3)脂肪酸酯，如油脂及硬脂酸丁酯；(4)烷基胺，如鲸蜡基胺及油酰胺；(5)酸式磷酸酯，如酸式磷酸月桂酯及酸式磷酸油酰酯；(6)有机硫化合物，如硫化抹香鲸油及硫化油酸。
极压剂包括但不限于氯化石蜡、硫化烯烃、硫化猪油、磷酸酯、磷酸盐、ZDDP、硫化油酸，硫化棉籽油。
防锈剂包括但不限于脂肪酸或环烷酸的碱土金属盐、环烷酸铅、环烷酸锌、石油磺酸钠、石油磺酸钡、石油磺酸钙、三油酸牛脂二胺、松香胺等。
表面活性剂包括但不限于阴离子表面活性剂(二十八烷酸钙、植酸十二钠、植酸六钠)、阳离子表面活性剂(牛脂胺聚氧乙烯醚盐酸盐、氯己定二(十一烯酸)盐)、非离子表面活性剂)(人参籽油、印度藤黄籽脂)和两性离子表面活性剂(烟碱醇酒石酸脂)。
乳化剂包括但不限于：1、负离子型乳化剂。是在水中电离生成带有烷基或芳基的负离子亲水基团的乳化剂，如羧酸盐、硫酸盐和磺酸盐等。这类乳化剂最常用，常见的商品有：肥皂(C15～17H31～37COONa)、硬脂酸钠盐(C17H35COONa)、十二烷基硫酸钠盐(C12H25SO4Na)和十二烷基苯磺酸钙盐等。负离子型乳化剂要求在碱性或中性条件下使用。在使用多种乳化剂配制乳液时，负离子型乳化剂可以互相混合使用，也可与非离子型乳化剂混配使用。负离子型和正离子型乳化剂不能同时使用在一个乳状液中，如果混合使用会破坏乳状液的稳定性。2、正离子型乳化剂。是在水中电离生成带有烷基或芳基的正离子亲水基团。这类乳化剂品种较少，都是胺的衍生物，例如N-十二烷基二甲胺，可用于聚合反应。3、非离子型乳化剂。其特点是在水中不电离。它的亲水部分是各种极性基团，常见的有聚氧乙烯醚类和聚氧丙烯醚类。它的亲油部分(烷基或芳基)直接与氧乙烯醚键结合。典型产品有对辛基苯酚聚氧乙烯醚：非离子型乳化剂的聚醚链上的氧原子可以与水产生氢键缔合，因而可以溶解在水中。它既可在酸性条件下使用，也可在碱性条件下使用，而且乳化效果很好，广泛用于化工、纺织、农药、石油和乳胶等生产。
交联剂包括但不限于过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)、二叔丁基过氧化物(DTBP)、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷。
阻燃剂包括但不限于有机阻燃剂和无机阻燃剂，卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)和非卤。有机是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂，无机主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝，硅系等阻燃体系。铝镁系阻燃剂，即氢氧化镁、氢氧化铝；磷系阻燃剂，红磷母粒等；氮系阻燃剂MCA、MA等；有些还采用有机硅阻燃剂。
一种如权利要求1-3任一所述的一种高分子环保型轧制液的制备方法，所述制备方法包括按照相应比例选取高分子纳米植物油、矿物油、油性剂、极压剂、防锈剂、表面活性剂、丙烯酸、氢氧化钠、乳化剂、交联剂和阻燃剂混匀后，加入消泡剂后，混匀、降温，获得成品。
上述该高分子环保型轧制液的制备方法，制备流程简单，无防腐剂的添加，无需加热及长期搅拌即可获得成品，节能降耗，无任何毒副作用。
作为优选地，所述高分子纳米植物油、矿物油、油性剂、极压剂、防锈剂、表面活性剂、丙烯酸、氢氧化钠、乳化剂、交联剂和阻燃剂的总质量与消泡剂的质量比为1-2：0.01-0.02。
作为优选地，所述降温至30-35摄氏度。
作为优选地，所述成品为微乳化浓缩轧制液。
一种如权利要求1-3任一所述的一种高分子环保型轧制液的使用方法，所述轧制液作为原液与溶剂进行配比稀释后使用。
作为优选地，所述轧制液与溶剂的体积比为1：100-200。
作为优选地，所述溶剂包括水。
上述将该轧制液作为原液使用，是用于便于运输，具有随机使用随时稀释的便利性，具有较长的保质期，生产成本低，便于工业化生产。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种高分子环保型轧制液是以高分子纳米植物油(非矿物油)为基础油的合成脂型合成轧制液，其配合多种合成脂及各种辅料经过多次合成而成。上述高分子纳米植物油和矿物油融合后，在丙烯酸和氢氧化钠的中和反应下，配以乳化剂、交联剂完成乳化和交联过程，获得该微乳化浓缩轧制液。由于乳化时达到纳米级直径，稀释液油滴直径均小于1μm，稀释液呈透明状或半透明状。同时通过利用极压剂、防锈剂和阻燃剂，进一步保证了该轧制液具有润滑性好、高度浓缩、不结块透网性好、无异味、无污染排放、耐温高、防锈周期长、对人体无害和极强的抗氧化能力等特点。
该高分子环保型轧制液兼具水基轧制液冷却效果好和油基轧制液润滑性能好的优点，又互相弥补了两者的不足，做到了综合性能极佳融合。该高分子环保型轧制液稳定性好、能耐600℃高温、分子量小、润滑性好，利用电磁循环技术在不需加热的情况下，即可达到长期杀菌、灭藻并消除异味，因此可以不结块不堵网，可实现零排放，是一种新型的节能安全环保产品。
其制备流程简单，无防腐剂的添加，无需加热及长期搅拌即可获得成品，节能降耗，无任何毒副作用。
该轧制液作为原液使用，是用于便于运输，具有随机使用随时稀释的便利性，具有较长的保质期，生产成本低，便于工业化生产。
附图说明
图1为产品检测时检测样品的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。所用试剂均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种高分子环保型轧制液的制备方法，包括按照相应比例选取高分子纳米植物油400克、矿物油50克、油性剂100克、极压剂200克、防锈剂1克、表面活性剂12克、丙烯酸100克、氢氧化钠30克、乳化剂5克、交联剂1克和阻燃剂10克混匀后，加入消泡剂9.09克后，混匀、降温至30摄氏度，获得微乳化浓缩轧制液成品。
一种高分子环保型轧制液的使用方法，轧制液作为原液与水以体积比为1:100进行配比稀释后使用。
实施例2：
一种高分子环保型轧制液的制备方法，包括按照相应比例选取高分子纳米植物油2400克、矿物油300克、油性剂600克、极压剂1500克、防锈剂5克、表面活性剂25克、丙烯酸600克、氢氧化钠200克、乳化剂20克、交联剂6克和阻燃剂30克混匀后，加入消泡剂56.86克后，混匀、降温至35摄氏度，获得微乳化浓缩轧制液成品。
一种高分子环保型轧制液的使用方法，轧制液作为原液与水以体积比为1:100进行配比稀释后使用。
实施例3：
一种高分子环保型轧制液的制备方法，包括按照相应比例选取高分子纳米植物油80克、矿物油100克、油性剂200克、极压剂400克、防锈剂2克、表面活性剂18克、丙烯酸200克、氢氧化钠70克、乳化剂10克、交联剂2克和阻燃剂15克混匀后，加入消泡剂18.17克后，混匀、降温至30摄氏度，获得微乳化浓缩轧制液成品。
一种高分子环保型轧制液的使用方法，轧制液作为原液与水以体积比为1:200进行配比稀释后使用。
实施例4：
一种高分子环保型轧制液的制备方法，包括按照相应比例选取高分子纳米植物油2000克、矿物油250克、油性剂500克、极压剂1200克、防锈剂4克、表面活性剂22克、丙烯酸500克、氢氧化钠170克、乳化剂18克、交联剂5克和阻燃剂28克混匀后，加入消泡剂46.97克后，混匀、降温至35摄氏度，获得微乳化浓缩轧制液成品。
一种高分子环保型轧制液的使用方法，轧制液作为原液与水以体积比为1:200进行配比稀释后使用。
实施例5：
一种高分子环保型轧制液的制备方法，包括按照相应比例选取高分子纳米植物油1500克、矿物油190克、油性剂390克、极压剂800克、防锈剂3克、表面活性剂20克、丙烯酸390克、氢氧化钠130克、乳化剂15克、交联剂3.5克和阻燃剂22克混匀后，加入消泡剂34.635克后，混匀、降温至35摄氏度，获得微乳化浓缩轧制液成品。
一种高分子环保型轧制液的使用方法，轧制液作为原液与水以体积比为1:100进行配比稀释后使用。
试验例
试验产品为上述实验例5制备得到的微乳化浓缩轧制液成品。
试验产品的特性为：
一、试验前期准备
北部湾新材料金属压延有限公司及广西艾森格机电设备有限公司与上海沅之润科技有限公司，自2020年开始就创新性环保高分子轧制液开展了广泛的技术交流，各方均认为高分子轧制液具备在安全、环保、质量保证、节能及综合成本等各方面的技术先进性优势，决定在北部湾新材料金属压延有限公司固溶5号三连轧连退洗复合线上进行使用测试，测试考查项目分：安全、环保、质量、节能及综合效益五个方面进行。
试用及评估时间：
2020年11月---2021年6月，共8个月
评估准备
1.1、轧制液浓度及配比设计：按照顺序递减模式，在确保不锈钢板材轧制质量前提下，逐渐达到预设的高分子材料配比及浓度区间目标1％-2.5％。
1.2、质量保证要求
由金属压延厂质检部门测量不同品种不锈钢板面均匀度、平滑度、粗糙度，对板面质量实施判定，记录有无划痕、色差以及质量异议，是否达到质量合格要求。
1.3、试用准备
(1)高分子轧制液共计8.5吨。
(2)安装电磁循环装置。
(3)安装智能化在线加液浓度仪。
二、评估过程
2.1、安全性评估
2020.12月，通过现场试验法验证高分子轧制液耐600℃高温特性。根据现场高温燃烧对比结论，高分子轧制液完全不燃烧，其它原用轧制液同温度下瞬间起火燃烧。机架和真空过滤纸干净证明高分子轧制液可杜绝冶金行业内轧制生产线及生产环境极易因油性轧制液产生油雾或油泥的着火隐患，从产品技术上为企业安全生产夯实了坚实的基础。
2.2环保性评估
2.2.1零排放
2020.11-2021.5通过长达六个月的现场高分子轧制液轧制、油箱切换以及油箱长周期内循环储存时间的综合验证,期间无废弃物排放。本高分子轧制液配套独有电磁循环技术可保证长周期循环使用，可长期杀菌灭藻并消除异味，做到了轧制液循环使用且达到油脂类废弃物零排放的目标，是一种新型的零排放环保轧制液产品。
2.2.2环境清洁
通过现场验证，在试用高分子轧制液轧制现场无味、无任何油烟油雾，可实现现场环境整洁并可保障现场工作人员身心健康，同时也能保证板材表面洁净，提升板材质量，是一种新型的安全环保轧制液产品。
2.3、质量评估
2.3.1第一阶段试轧2021.4.15，轧制品种5尺200系2B板，硬度230～256HV，轧制力16.362MN，压下量38.4～42.24％，轧制液浓度1.85％。
结论：试轧国内最宽最硬难度最大的不锈钢板材，达到此压下量及轧制力已经相当不容易，此配比下的轧制液完全可以满足常规品质不锈钢板材轧制质量要求。
2.3.2第二阶段试轧2021.4.21-4.23，轧制品种200系4尺黑皮2E板，硬度275～310HV试轧共计163卷，平均轧制力13.46MN，压下量31.81～42.22％，轧制液浓度1.45％，质量无异议。
结论：此配比下的轧制液完全可以满足常规品质不锈钢板材连续轧制质量要求，且9卷未换辊，超出常规轧制液换辊时间近一倍，可大大提升产量。
2.3.3第三阶段试轧2021.5.2-5.11
2021.5.2-5.7轧制品种300系四尺黑皮2E板，硬度260HV、试轧共计141卷，平均轧制力11.95MN，压下量46.42～51.85％，轧制液浓度1.25％，质量无异议。
2021.5.8-5.11轧制品种S600白皮板，硬度22～32HRB、试轧共计93卷，平均轧制力10.56MN，压下量42.2％，轧制液浓度1.25％，质量无异议。
结论：此配比下的轧制液完全可以满足常规品质不锈钢板材长周期连续轧制质量及产量要求。
2.4、节能评估
2.4.1降低轧制液加热损失
白皮板
原轧制液
高分子轧制液
轧制液加热温度
50～60℃
常温35～38℃
耗能量
1.5～2.1t/h
0
黑皮板
原轧制液
高分子轧制液
轧制液加热温度
50～60℃
常温35～38℃
耗能量
1.5～2.0t/h
0
备注：采购电厂饱和蒸汽180℃，压力0.8～1.0MPa，158元/吨。
2.4.2降低后工序脱脂液、耗水量及加热损失
高分子轧制液是以非矿物油为基础油的合成脂型合成轧制液，由于乳化时达到纳米级直径，稀释液油滴直径均小于1μm，稀释液呈透明状或半透明状。通过本次轧制试用，验证板面清洁无油污。不仅带来产品质量的保证，且可以实现对轧线后道脱脂工序的脱脂液浓度及用量的大大降低；且可以脱脂液循环使用，减少90％的水资源浪费和污水排放量；如继续采用与高分子轧制液配套的高分子脱脂液，可以做到弱脱脂或免脱脂功效，并可免去原脱脂液的加热高耗能浪费。
2.5、综合效益评估
2.5.1减少轧制液废弃物处置费用
项目
原轧制液
高分子轧制液
比较
年废弃物排放量
660m<sup>3</sup>
300m<sup>3</sup>
-360m<sup>3</sup>
年废弃物处置费
15180元
3750元
-11430元
注：原轧制油用久变质或底部淤泥或设备故障造成漏或设备修复需排放等，乳化液处理需加氯化钙破乳剂等药剂处理含油废水等综合成本较高约23元/m3；高分子轧制液正常废水处理12.5元/m3。
2.5.2降低轧制液及脱脂液加热费用
项目
原轧制液
高分子轧制液
比较
年加热蒸汽量
5256吨
O
全节约
年加热费用
83.05万元
0
全节约
备注：采购电厂饱和蒸汽180℃，压力0.8～1.0MPa，158元/吨。
2.5.3降低轧制液消耗量
项目
原轧制液
高分子轧制液
比较
吨钢轧制消耗量
0.89kg/t
0.05kg/t
-0.84kg
吨钢轧制液费用
19.14元/t
12.5元/t
-6.64元/t
注：消耗量根据年计划产量得出总量，正常算单耗为准。
2.5.4延长轧制米数辊换辊时间，可提高板材产量
2.5.5减少脱脂液污水排放处置费用
项目
原脱脂液
高分子脱脂液
比较
年污水排放量
90000m<sup>3</sup>
54000m<sup>3</sup>
36000m<sup>3</sup>
年污水处置费
172.8万元
67.5万元
-105.3万元
注：原脱脂液约250m3/天左右，脱脂含油废水19.2元/m3；高分子脱脂液易于处理12.5元/m3，使用后大量降低水量和含油废水量。
综上可知，该高分子轧制液具有安全性：高分子轧制液可耐600℃高温，轧制液挥发损失少，杜绝因油性轧制液产生油雾或油泥的着火安全隐患；
具有环保性：对人体无害，皮肤接触不瘙痒，易清洗，对轧线环境有利，系统无油烟挥发；本系统配合独有电磁循环技术可以长周期循环使用，不需要排放。
具有润滑性：超强配方的高分子浓缩液配比95-99％的除盐水，润滑性能优；
无味：在轧制液油箱循环管道上设置独有电磁循环产品，其原理是在电磁水波作用下，把厌氧菌转换成好氧菌，解决了行业内轧制液需大量蒸汽加热和一段时间使用后有异味的普遍现象；
具有防锈能力：冶金行业防锈时间可达5-7天；
具有抗氧化能力：有色金属行业抗氧化能力可达三个月；
具有稳定性：纳米级产品水溶液，分子量小，稳定性好，不粘结，不结块，透网性好；
综合性价比：进口产品性能，国产产品价格，性价比高。
产品检测报告：
检测样品为上述实施例5微乳化浓缩轧制液成品。
检测报告编号：No.SHAMLP1915934701。
检测单位：SGS通标标准技术服务(上海)有限公司。
样品编号：SN1；SGS样品ID:SHA19-159347.001；样品描述：半透明液体，如图1所示。
备注：(1)1mg/kg＝0.0001％；(2)MDL＝方法检测限；(3)ND＝未检出(＜MDL)；(4)“-”＝未规定。
测试方法：参考IEC 62321-4：2013+AMD1：2017，IEC62321-5:2013，IEC62321-7-2:2017，IEC62321-6:2015和IEC62321-8:2017，采用ICP-OES，UV-Vis和GC-MS进行分析。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，均属于本发明的保护范围。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，在不背离本发明的范围下，可对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，与此同时这些修改或者替换，并不会使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
