[发明专利]机械加工的方法

说明书

本发明涉及一种采用冷却和润滑组合物来机械加工金属和其它固体材料以及玻璃的方法，该组合物大部分是二氧化碳，小部分是含有至少一种带有至少一个氧原子的极性有机化合物的极性润滑剂。

专利申请WO90/03341和WO92/16464公开了二氧化碳在机械加工方法中作为冷却和润滑介质的用途。在后一个申请中，建议往二氧化碳中加入一种辅助润滑剂，来进一步提高润滑性并降低机械加工过程中产生的热量。这种润滑剂可以在液体二氧化碳中溶解或者分散。在该专利申请中提到的唯一一种具体润滑剂添加剂是基于低粘度烃的锭子油，即Crucolan7。尽管将锭子油加入到二氧化碳中会改进总的润滑效果，但无法接受工具的磨损和产生的热量。必需获得实质的改进来使市售的二氧化碳基冷却和润滑组合物与其它润滑体系不相上下。

因此，本发明的主要目的是寻找一种实质上改进二氧化碳的润滑性的添加剂。另一个目的是选择对人体或者环境无毒的并且不容易分解成有害气体或者气溶胶的添加剂。

现已出人意料地发现要达到这些目的，金属和其它固体材料，例如陶瓷和聚合物以及玻璃的机械加工可以在存在与沸点高于200℃的含有氧原子作为杂原子的极性有机化合物的混合物状态下的液态二氧化碳的情况下完成。所加极性有机化合物的量可以在宽范围内变化，但是通常是所加二氧化碳重量的0.1～20，优选地0.5～4％重量。优选的有机化合物的沸点高于250℃，熔点低于5℃，优选低于-5℃。有机化合物是可溶的或者可在液体二氧化碳中分散的，并含有至少一个选自醚、羟基、羧基、酯和酰氨基的极性基团或者它们的混合物。

适合的和优选的极性有机化合物是分子量为130～280，优选140～200的醇类；分子量为140～320，优选为150～290的羧酸；分子量为155～1000，优选170～600的烷基醚羧酸；分子量为140～1000，优选140～800的多元醇类或者醚类以及它们的酯类；分子量为155～400，优选为165～350的脂肪酸或者磷酸的酯类；以及分子量为180～1000，优选230～700的一元羧酸和烷醇胺之间的烷醇酰胺或者它们的烷醇化物。

根据本发明合适的实例是有效的有机化合物的通式为R₁OH，其中R₁是支链或者直链、饱和或者不饱和的含有9～18个碳原子的脂肪或者酰基基团，例如含有9～15个碳原子的支链烷基或者支链酰基。其它实例是通式为R₂COOR₃的酯化合物，其中R₂CO是酰基，优选地是含有10～20碳原子的支链或不饱和酰基，如油酰和异硬脂酰基，其中R₃是含有1～4个碳原子的烷基。优选的有机化合物的其它基团的通式为R₄(A)_nOR₅，其中R₄和R₅彼此独立，是氢、含有1～20个碳原子的酰基或者烷基，A是含有2～4个碳原子的氧化烯基团，n表示2～18的数。优选地R₄和R₅中的一个或二个基团是氢。优选的有机化合物的通式还可以是R₆CON(X)R₇O(A)_nR₈，其中R₆CO是含有8～20个碳原子的酰基，优选支链或者不饱和酰基，X是H或者R₇O(A)_nR₈，其中R₇是含有2～8个碳原子的亚烷基，A是含有2～4个碳原子的亚烷基氧基，R₈是氢或者含有1～6个碳原子的烷基或者酰基，n是0～8的数。其它例子是通式为R₉O(A)_xCH₂COOH的烷基醚羧酸，其中R₉是含有6～18个碳原子的烷基，A是含有2～4个碳原子的亚烷基氧基，x是0～10的数。

在该方法中，极性有机化合物可以通过例如高压泵的方式在二氧化碳膨胀之前加入到液态二氧化碳中，并应用到工具和/或工作区域中。二氧化碳一般在10秒之内，优选在使用前立即由液态膨胀为气体，以尽可能获得良好的冷却效果。极性化合物也可以以均相液体或者分散体的形式与带压二氧化碳一起储存。在这种情况下，可确保极性化合物和二氧化碳之间具有恒定的比例。在有机化合物具有比较高的熔点或者高粘度的情况下，在与液体形式的二氧化碳或者与膨胀二氧化碳混合之前，需要将其加热。