專利名稱：用于鋁冷軋的水溶液潤滑劑的制作方法
用于鋁冷軋的水溶液潤滑劑
背景技術：
鋁冷軋是鋁應用的最重要的工藝之一。潤滑劑對于連續生產和良好的品質來說是很關鍵的。傳統上，主要有兩類用于冷軋工藝的的潤滑方法:1)用純油來潤滑，和2)用水包油乳液來潤滑。第一代潤滑劑是純油。純油產品提供了良好的板表面品質，但是也具有嚴重缺陷:1)易燃；和2)較高的消耗速率。第二代產品是水包油乳液產品。與純油相比，乳液避免了使用純油產品所帶來的問題 。乳液潛在的缺點包括:1)由于過高的蒸發溫度導致退火之后帶材的清潔度有限；和2)污油容易乳化，這降低了軋制性能。本發明的一些實施方案的用于鋁冷軋的水溶液潤滑劑已經解決了傳統潤滑的缺點。US4, 828，737公開了水性產品在鋁冷軋中的應用。然而，根據該專利，這些水性產品需要達到360°C的溫度之后才蒸發。本發明的實施方案中的水溶液潤滑劑可在240°C完全蒸發，由此允許對鋁合金(部分)退火時施加的所有工藝條件。

發明內容
根據一些實施方案，用于鋁冷軋的潤滑劑流體包括具有水溶性聚合物的單相水基溶液。在一些實施方案中，該聚合物包括至少一種親水性基團，如環氧乙烷(ethyleneoxide) 0在一些實施方案中，該聚合物的分子量為約200或更大。在某些實施方案中，該潤滑劑流體包括大約5wt%-大約99wt%的水溶性聚合物。在一些實施方案中，該潤滑劑流體包括至少一種潤滑劑添加劑，其可以是水溶性的。在一些實施方案中，該潤滑劑添加劑包括一種或多種碳鏈結構、一種或多種親水性基團或者其組合。潤滑劑流體可以包括大約0.lwt%-大約10.0被％的潤滑劑添加劑。在某些實施方案中，該潤滑劑流體包括至少一種功能添加劑例如防銹添加劑、抗氧化劑添加劑、PH調節添加劑或者其組合。該潤滑劑流體可以包括大約0.05wt%-大約5wt%的功能添加劑。


圖1顯示了潤滑劑流體在不同溫度的蒸發。圖2顯示了使用參照配方的軋制帶材。圖3顯示了使用本發明的配方的軋制帶材。
具體實施例方式本發明一些實施方案的組合物和方法涉及使用單相水基潤滑劑流體的鋁冷軋工藝。本發明的組合物和方法可以包括用于鋁冷軋的水基潤滑劑流體，其不含或者基本上不含可測量的粒子或者油滴。在一些實施方案中，潤滑劑流體包括一種或多種水溶性聚合物。潤滑劑流體還可以包括一種或多種的潤滑劑添加劑和各種功能添加劑。傳統上，水包油乳液是在鋁冷軋過程中施用到帶材上的。但是，使用水包油乳液會有缺點，例如在退火后有限的帶材清潔度、不足的過濾性、波動的乳液特性導致在研磨機上的不一致性、高油耗等。在一些實施方案中，這樣的缺點可以通過使用根據本發明的一些實施方案的單相水基潤滑劑流體來避免。根據本發明的一些實施方案的單相水基潤滑劑流體可以用于任何類型的鋁和合金的冷軋應用中。根據傳統的冷軋潤滑理論和工業經驗，在軋制工藝中存在兩種潤滑狀態(regime):邊界潤滑和彈性流體動力潤滑(“EHD”)。許多鋁軋制工藝可以以混合潤滑狀態來進行，包括邊界潤滑和EHD潤滑二者的特性。所以，在一些實施方案中，本發明的潤滑劑流體可以提供潤滑-邊界潤滑和/或彈性流體動力潤滑。由于鋁變形應力，潤滑傾向于邊界潤滑。在一些實施方案中，本發明的潤滑劑流體可以提供以下特性:1)提供良好的表面品質，沒有明顯的水污印記；2)退火之后在鋁板上不表現出殘留，其中全部的材料都應當在240°C之前消除；和3)排斥污油，其應當易于與溶液分離。所以，在本發明的一些實施方案中，單相水基潤滑劑流體可以提供足夠用于冷軋工藝中的邊界潤滑的潤滑性 能。潤滑劑流體組合物
在一些實施方案中，本發明的潤滑劑流體包括單相水基潤滑劑流體。在一些實施方案中，單相水基潤滑劑流體可以包括水溶性聚合物和任選的一種或多種潤滑劑添加劑，以及各種功能添加劑。水溶件聚合物
本發明的潤滑劑流體可以包括一種或多種水溶性聚合物。在一些實施方案中，該聚合物可以溶解或者分散在一定體積的水中。在一些實施方案中，合適的水溶性聚合物包括一種或多種親水性基團。合適的親水性基團的例子包括但不限于環氧乙烷、環氧丙烷(propylene oxide)、羥基、羧基、酰基胺及其組合。在一些實施方案中，這些聚合物的蒸發溫度滿足使最終產物在低于240°C的溫度完全蒸發。在一些實施方案中，潤滑劑流體包括處于以下量的一種或多種水溶性聚合物:大約5wt%-大約99wt% ;大約10wt%-大約95wt% ;大約15wt%-大約90wt% ;大約20wt%-大約85wt% ;大約25wt%-大約80wt% ;大約30wt%-大約75wt% ;大約35wt%-大約70wt% ;大約40wt%-大約65wt% ;大約45wt%-大約60wt% ;大約50wt%-大約55wt% ;大約5wt% ;大約10wt% ;大約15wt% ;大約20wt% ;大約25wt% ;大約30wt% ;大約35wt% ;大約40wt% ;大約45wt% ;大約50wt% ;大約55wt% ;大約60wt% ;大約65wt% ;大約70wt% ;大約75wt% ;大約80wt% ;大約85wt% ;大約90wt% ;大約95wt%或者大約99wt%。潤滑劑添加劑
本發明的潤滑劑流體可以任選地包括一種或多種潤滑劑添加劑。任何合適的潤滑劑添加劑都可以用于本發明的潤滑劑流體中。在一些實施方案中，合適的潤滑劑添加劑包括一種或多種類型的碳鏈結構。合適的潤滑劑添加劑的例子可以包括但不限于水溶性C6-C18磷酸酯(phosphoric ester)、亞磷酸酯、磷酸酯(phosphate ester),和有機酸。在一些實施方案中，合適的潤滑劑添加劑包括一種或多種親水性基團。合適的親水性基團的例子包括但不限于環氧乙烷、環氧丙烷、羥基、羧基和酰基胺基團。在一些實施方案中，潤滑劑流體包括以下量的一種或多種潤滑劑添加劑:占該潤滑劑流體的大約0.05wt%-大約10wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.lwt%-大約8wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.lwt%-大約6wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.lwt%-大約4wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.lwt%-大約2wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.05wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.lwt% ；占該潤滑劑流體的大約0.5wt% ；占該潤滑劑流體的大約lwt% ；占該潤滑劑流體的大約2wt% ；占該潤滑劑流體的大約3wt% ；占該潤滑劑流體的大約4wt% ；占該潤滑劑流體的大約5wt% ；占該潤滑劑流體的大約6wt% ；占該潤滑劑流體的大約7wt% ；占該潤滑劑流體的大約8wt% ；占該潤滑劑流體的大約9wt% ;或者占該潤滑劑流體的大約10wt%。功能添加劑
本發明的潤滑劑流體可以包括一種或多種功能添加劑。任何合適的功能添加劑都可以包括在本發明一些實施方案的潤滑劑流體中。在一些實施方案中，可以選擇這樣的功能添加劑來覆蓋鋁冷軋的邊界潤滑和其他工藝要求。合適的添加劑的例子包括但不限于防銹添加劑、抗氧化劑添加劑、PH調節添加劑等。可以包括任何合適的功能添加劑來實現期望的結果。合適的腐蝕抑制劑添加劑的例子包括但不限于三唑的衍生物、甲基苯并三唑、有機和無機磷化合物以及有機和無機磷酸鹽化合物。合適的抗氧化劑添加劑的例子包括但不限于烷基化的氨基酚。合適的PH調節添加劑的例子包括但不限于氨、烷胺和烷醇胺，如三乙醇胺。在一些實施方案中，潤滑劑流體包括以下量的一種或多種功能添加劑:占該潤滑劑流體的大約0.01wt%-大約10wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.05wt%-大約9wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.05wt%-大約8wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.05wt%-大約7wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.05wt%-大約6wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.05wt%-大約5wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.lwt%-大約4wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.5wt%-大約3wt% ；占該潤滑劑流體的大約lwt%-大約2wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.01wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.05wt% ；占該潤滑劑流體的大約0.lwt% ；占該潤滑劑流體的大約0.5wt% ；占該潤滑劑流體的大約lwt% ；占該潤滑劑流體的大約2wt% ；占該潤滑劑流體的大約3wt% ；占該潤滑劑流體的大約4wt% ；占該潤滑劑流體的大約5wt% ；占該潤滑劑流體的大約6wt% ；占該潤滑劑流體的大約7wt% ；占該潤滑劑流體的大約8wt% ；占該潤滑劑流體的大約9wt% ;或者占該潤滑劑流體的大約10wt%。在一些實施方案中,潤滑劑流體的pH是大約4.0-大約9.0 ;大約5.0-大約8.0 ；大約6.0-大約7.0 ;大約4.0 ;大約5.0 ;大約6.0 ;大約7.0 ;大約8.0或者大約9.0。在一些實施方案中，潤滑劑流體包含的PH調節添加劑的量使得該潤滑劑流體在25°C的pH為大約4.0-大約9.0。在一些實施方案中，本發明的潤滑流體在不同類型的鋁帶上的典型邊界測試中顯示的摩擦系數為大約0.05-大約0.15 ;大約0.06-大約0.14 ;大約0.07-大約0.13 ;大約
.0.08-大約0.12 ;大約0.09-大約0.11 ;大約0.05 ;大約0.06 ;大約0.07 ;大約0.08 ;大約
.0.09 ;大約0.10 ;大約0.11 ;大約0.12 ;大約0.13 ;大約0.14 ;或者大約0.15。在一些實施方案中，潤滑劑流體還包括水，如軟化水。提供下面的實施例僅僅用于更詳細的描述代表本發明的一些潤滑劑組合物，絕不能被認為是對本發明范圍的限制。
實施例
使用一系列試驗來評價單相水基潤滑劑流體的，當用于鋁冷軋工藝時，這些實驗在工業上被認為能夠很好地預測潤滑劑包的性能，包括:
a)用邊界潤滑測試來評價固有潤滑性能；
b)用熱重分析(TGA)裝置來評價熱穩定性和蒸發性能；
c)用堆疊沾污(stackstaining)和能譜分析(EDS)測試來評價抗污性；和
d)用二輥單機架可逆式測試軋機來測試軋制性能特征，采用與不同的工業軋制工藝相對應的測試步驟。制備了兩種典型的配方，用于實施例中:
配方1:
EO-PO 聚合物:10.0wt%
磷酸酯:1.0wt%
三乙醇胺:0.5wt%
軟化水:88.5wt%
配方2:
PEG200:90.0wt%
磷酸酯:1.0wt%
甲基苯并三氮唑:5.0wt%
三乙醇胺:1.5wt%
軟化水:3.5wt%。—種油溶性常規乳液潤滑劑包(其廣泛的用于多機架工業高速可逆式軋機中，具有良好的性能結果)為基于柴油的產品。將該產品用作參照產品。實施例1:邊界潤滑
在邊界測試機中評價潤滑劑包的固有潤滑性能。采用通常用于評價鋁冷軋中所用潤滑劑的潤滑性能的規定測試步驟
權利要求
1.用于鋁冷軋的潤滑劑流體，其包含單相水基溶液，其中該溶液包含水溶性聚合物。
2.權利要求1的潤滑劑流體，其中該聚合物包含至少一種親水性基團。
3.權利要求2的潤滑劑流體，其中至少一種親水性基團包含環氧乙烷。
4.權利要求1的潤滑劑流體，其中該聚合物在等于或低于240°C下蒸發。
5.權利要求1的潤滑劑流體，其包含大約10wt%-大約99wt%的水溶性聚合物。
6.權利要求1的潤滑劑流體，其中該溶液進一步包含至少一種潤滑劑添加劑。
7.權利要求6的潤滑劑流體，其中至少一種潤滑劑添加劑是水溶性的。
8.權利要求6的潤滑劑流體，其中至少一種潤滑劑添加劑包括有機酸或具有C6-C18碳鏈的有機磷酸酯。
9.權利要求6的潤滑劑流體，其包含大約0.lwt%-大約10.0wt%的潤滑劑添加劑。
10.權利要求1的潤滑劑流體，其中該溶液進一步包含至少一種功能添加劑。
11.權利要求1的潤滑劑流體，其中至少一種功能添加劑包括防銹添加劑、抗氧化劑添加劑、PH調節添加劑或其組合。
12.權利要求11的潤滑劑流體，其中該防銹添加劑包括無機或有機磷化合物，或三唑的衍生物。
13.權利要求11的潤滑劑流體，其中該pH調節添加劑包括氨、烷胺或烷醇胺。
14.權利要求11的潤滑劑流體，其中該潤滑劑流體包含的pH調節添加劑的量使得該潤滑劑流體的PH值在25°C是大約4.0-大約9.0。
15.權利要求11的潤滑劑流體，其包含大約0.05wt%-大約5.0wt%的功能添加劑。
16.一種冷軋鋁的方法，其包含將權利要求1的潤滑劑流體施用到鋁帶上。
全文摘要
本發明涉及用于鋁冷軋的水基潤滑劑流體的組合物，其不含可測量的粒子或可被應用于現場生產的油滴。一種單相潤滑劑流體可以包括水溶性聚合物、潤滑添加劑、防銹添加劑、抗氧化劑添加劑、pH調節添加劑或其組合。
文檔編號C10M173/02GK103184095SQ201210582369
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者Y.張, Y.沈, 金偉佳, X.王 申請人:奎克化學公司