Turbiscan稳定性分析仪 帮助提高金属工作液的稳定性

介绍

金属工作液（MWF）在金属零件加工中发挥着重要作用，因为它能使工件保持在稳定的温度下，从而保持公差。它们还润滑切削工具以延长其使用寿命，防止工件和刀具生锈，并通过不断清除切削工具和工件表面的金属粉末、碎屑和切屑来帮助提高工件的质量。

实现MWF所需的所有性能通常需要精心设计的配方，其中包含大约20种不同的成分，包括润滑添加剂、乳化剂、润湿剂、洗涤剂、消泡剂等。这些成分中的每一种都对最终产品的性能有着复杂的影响。成分之间经常以难以预测的方式相互作用。许多MWF被用作乳液，这是一种由两种材料组成的不相互混合的系统，其中一种材料以单独的液滴悬浮或分散在另一种材料中。最常见的是，微小的油滴被水包围。破乳剂分子由一个亲水的亲水头和一个亲油的亲油（或疏水）尾组成。乳化剂的亲水部分和亲油部分之间的平衡称为亲水亲油平衡（HLB）。主要亲脂性的乳化剂具有较低的HLB值（低于9.0），而主要亲水性的乳化剂则具有较高的HLB值（高于11.0）。在9-11个HLB值的范围内，均为中等。

以前的配方方法

过去，化学家们制备了许多配方，并测量了它们的性质，以评估不同添加剂的效果。最近Houghtonintl的一个项目开发了一种现有乳化油的替代品。它被设计成在与水混合时形成稳定的乳液。新产品的目标是提供增强的乳液稳定性，同时减少泡沫，同时保持良好的自发乳化特性。（自发乳化性能Blooming是指浓缩液与水混合的容易程度和速度。）浓缩液的稳定性很重要，因为它可以使产品储存更长的时间。化学家们希望限制新产品中的泡沫量，因为泡沫可能会模糊操作员对工件的视觉，并造成内务管理问题。

实验方法

对因子和乳化剂浓度进行了关联，软件生成了九次运行的测试矩阵（见表1）。

表1 样品配方

然后，化学家们为每种配方准备并进行了一系列评估：

• 在乳液自发乳化Blooming试验（见图1）中，将浓缩物注入水中，化学家记录每个样品的乳液行进距离。

• 通过Turbiscan Tower评估乳液稳定性，在这种情况下，样品用850 nm单色光束自下而上进行扫描，同时收集背向散射强度。它们取决于油滴的大小和浓度。给定样品中的任何不稳定都会改变后向散射强度，在24小时内收集Turbiscan扫描线。给定高度下的背向散射值被绘制为时间的函数，以在特定的管位置产生动力学分布（见图2）。具有恒定背向散射值的样品具有更高的稳定性。

• 化学家还评估了不同配方的发泡性能。

结果与讨论

图1 自发乳化(Blooming)性能测试结果

图2 乳液稳定性测试结果

表2 金属工作液优化前后性能对比

配方人员根据数据规定了金属工作液的Prediction Range，如表2所示，泡沫破裂时间尽量短（5.7-40s），自发乳化距离（89-100mm在60s），乳液稳定性的ΔBS尽量小（6-7在24h）。从表中可见，优化后的配方达到了配方人员设定的Prediction Range。

图3 优化前后金属加工液乳液稳定性对比

结论

TURBISCAN 可以用于评价金属工作液的自发乳化过程，并且可以精确地评价金属工作液乳液的稳定性。TURBISCAN 定量的数据与微米级的高分辨率，缩短了稳定性测试周期，可以为配方开发节约大量时间。