CN100395321C - 一种复合磺酸钙润滑脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合磺酸钙润滑脂，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：A)碱值为250-320mgKOH/g的高碱值磺酸钙30-60重%；B)硼酸钙0.8-5.1重%；C)C12-C24脂肪酸钙皂1.0-6.8重%；D)润滑基础油，余量。本发明提供的高碱性磺酸盐复合钙基脂采用碱值为250-320mgKOH/g的特定碱值范围的高碱值磺酸钙作为原料，不仅成本远远低于碱值为400mgKOH/g的高碱值磺酸钙，而且综合性能好，滴点提高，特别是胶体安定性、抗水性远远优于以碱值为400mgKOH/g的高碱值磺酸钙制备的润滑脂，产生了本领域技术人员预料不到的效果。

Description

一种复合磺酸钙润滑脂及其制备方法
技术领域
本发明涉及润滑剂，确切地说是一种复合磺酸钙润滑脂及其制备方法。
背景技术
磺酸钙常用作润滑油的清净剂和防锈剂，20世纪50年代开始，国外就有人以磺酸钙为稠化剂制成了钙基润滑脂，其滴点远比用脂肪酸钙皂制得的脂滴点高，但这时使用的是油溶性的牛顿体磺酸钙，稠化能力很小，所以它们一般以较小的比例和传统的脂肪酸皂稠化剂一起使用。六七十年代，人们找到了使牛顿体磺酸钙转变成为具有触变性能的非牛顿体的方法，并且在磺酸钙基润滑脂的制备过程中引入了磺酸钙的高碱化技术，制成了高碱性磺酸钙基脂。但这些早期的磺酸钙基润滑脂相当粘稠，造成低温泵送性差，从而妨碍了它的应用。80年代中期，人们将非牛顿体进一步与脂肪酸、硼酸盐复合制成高碱性磺酸盐复合钙基脂，其组成和性能与以前的磺酸钙基脂有很大的不同，不但克服了低温泵送性差的缺点，而且综合性能优良，被称为是“新一代高效润滑脂”，引起国内外润滑脂行业的广泛关注，美国润滑脂协会已把高碱性磺酸盐复合钙基脂作为一类新型润滑脂单独统计。
美国专利US4560489介绍的该脂的制备方法是：首先，在转化剂的作用下，高碱性磺酸钙由牛顿体转变为非牛顿体，然后加入硼酸的热水溶液，石灰石或氢氧化钙，以及C12-C24脂肪酸。
美国专利US5308514改进了US4560489的方法，把C12-C24脂肪酸按一定比例分别用在转化和皂化过程中，实现以较少比例的高碱性磺酸钙制备出同样稠度的脂，从而有效的降低成本。
但是，上述两专利所使用的主要原料高碱性磺酸钙的碱值为400mgKOH/g左右，既便降低它的含量，成本仍然很高。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本的复合磺酸钙润滑脂，该润滑脂具有高滴点和良好的机械安定性、胶体安定性、抗水抗腐蚀性、防锈性、极压抗磨性等使用性能。
本发明还提供上述润滑脂的制备方法。
本发明提供的复合磺酸钙润滑脂，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：
A)碱值为250-320mgKOH/g的高碱值磺酸钙30-60重％；
B)硼酸钙0.8-5.1重％；
C)C12-C24脂肪酸钙皂1.0-6.8重％；
D)润滑基础油，余量。
市售高碱值磺酸钙属于牛顿流体，产品中含有无定型碳酸钙，在红外谱图中的862cm-1位移处有无定型碳酸钙的红外特征吸收峰；在转化剂的作用下，其中的无定型碳酸钙转化为以方解石结晶形态存在并以胶体形式分散的碳酸钙固体颗粒，在881-886cm-1位移处有方解石型碳酸钙的红外特征吸收峰，此时，高碱性磺酸钙由牛顿流体转变为非牛顿流体。
所说牛顿流体高碱值磺酸钙是石油磺酸钙或合成磺酸钙，碱值为250-320mgKOH/g，优选280-300mgKOH/g；在润滑脂中的含量为30-60重％，优选35-50重％。
所说硼酸钙含量为0.8-5.1重％，优选1.1-3.8重％。
所说C12-C24脂肪酸钙皂在润滑脂中的含量为1.0-6.8重％，优选1.6-4.0重％。C12-C24脂肪酸优选十二烷酸、十六烷酸、硬脂酸、十八烯酸、蓖麻酸和12羟基硬脂酸中的一种或多种，优选12羟基硬脂酸和硬脂酸。
本发明所用的润滑基础油可以是矿油、合成油、植物油或它们的混合物，100℃运动粘度为6-33mm2/s，优选14-20mm2/s。合成油可以是聚烯烃油、酯类油等。
本发明提供的复合磺酸钙润滑脂的制备方法包括：将牛顿体高碱性磺酸钙、转化剂和基础油混合、加热，直至物料变稠，加入全溶或部分溶于热水的硼酸，石灰或氢氧化钙，以及C12-C24脂肪酸进行皂化反应，升温脱水，冷却成脂。
具体地说，本发明提供的复合磺酸钙润滑脂的制备方法包括以下步骤：
1)转化：将碱值为250-320mgKOH/g的牛顿体高碱性磺酸钙、转化剂和基础油混合、搅拌，加热升温至70-100℃，优选80-95℃，保持一定时间，一般为0.5-1.5小时，直至物料变稠。用傅立叶变换红外光谱仪测试，在881-886cm-1位移处有方解石型碳酸钙的吸收峰。
所说牛顿流体高碱值磺酸钙是石油磺酸钙或合成磺酸钙，碱值为250-320mgKOH/g，优选280-300mgKOH/g。
将牛顿体高碱性磺酸钙转化为非牛顿体高碱性磺酸钙，可以按照现有技术公开的方法进行，其中的转化剂可以是碳数为C1-C5的脂肪醇、脂肪酸、脂肪酮、脂肪醛、低分子醚、烷基胺，以及水、硼酸、烷基或芳基磷酸、膦酸、二氧化碳、苯酚、环烷醇、芳香醇、C1-C5烷基取代的环烷胺、芳香胺等，也可以是上述两种或两种以上化合物的混合物，优选甲酸、醋酸、丙酸、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇单甲醚、苯酚、乙醛、甲酮、甲胺、乙胺、丙胺、3-甲基环己胺、苯胺和水等化合物中的两种或两种以上的混合物。
转化剂的用量为牛顿体高碱性磺酸钙重量的5-45重％，优选10-30重％。
转化反应中基础油的用量为润滑脂基础油总重的20-80重％，优选30-55重％。
2)皂化：在1)的产物中加入基础油、全溶或部分溶解的硼酸水溶液，石灰或氢氧化钙的悬浮液，以及脂肪酸进行皂化反应。
C12-C24脂肪酸优选十二烷酸、十六烷酸、硬脂酸、十八烯酸、蓖麻酸和12羟基硬脂酸中的一种或多种，最优选12羟基硬脂酸和硬脂酸。
皂化反应中基础油的用量为润滑脂基础油总重量的0-60重％，优选30-50重％。
3)成脂：将2)的产物加热，直到脱水完全，升温至150-220℃，加入余量基础油冷却，循环搅拌下加入基础油调整稠度。
本发明提供的高碱性磺酸盐复合钙基脂采用碱值为250-320mgKOH/g的特定碱值范围的高碱值磺酸钙作为原料，不仅成本远远低于碱值为400mgKOH/g的高碱值磺酸钙，而且综合性能好，滴点提高，特别是胶体安定性、抗水性远远优于以碱值为400mgKOH/g的高碱值磺酸钙制备的润滑脂，产生了本领域技术人员预料不到的效果。
具体实施方式
实施例1
将400g碱值为280mgKOH/g的高碱性磺酸钙加入到200g的500SN矿油中，加热至80-95℃，加入38.5g水和5.4g醋酸，待物料变稠，用傅立叶变换红外光谱仪测试，在881-886cm-1处有方解石型碳酸钙的吸收峰，加入150g的500SN矿油，加入18g12羟基硬脂酸，搅拌5分钟，加入11g硼酸与40g热水的混合物，加入溶与80g水的20g氢氧化钙的悬浮液，在90-100℃保持30分钟，加热升温至180℃，加入160g的500SN矿油，搅拌均匀，冷至室温，研磨均匀。润滑脂组成为：高碱性磺酸钙42.9重％，12羟基硬脂酸钙皂2.0重％，硼酸钙1.8重％，基础油53.2重％。所作润滑脂的理化性能分析结果见表1。
实施例2
将500g碱值为300mgKOH/g的高碱性磺酸钙加入到300g的500SN矿油中，加热至80-95℃，加入40g水和6g醋酸，待物料变稠，用傅立叶变换红外光谱仪测试，在881-886cm-1处有方解石型碳酸钙的吸收峰，加入溶与80g水的28g氢氧化钙的悬浮液，加入26g12羟基硬脂酸，搅拌5分钟，加入15g硼酸与40g热水的混合物，在90-100℃保持40分钟，加热升温至200℃，冷至100℃，加入160g的150BS矿油，搅拌均匀，研磨。润滑脂组成为：高碱性磺酸钙48.8重％，12羟基硬脂酸钙皂2.7重％，硼酸钙2.6重％，基础油45.6重％。所作润滑脂的理化性能分析结果见表1。
实施例3
将400g碱值为314mgKOH/g的高碱性磺酸钙加入到200g的150BS矿油中，加热至80-95℃，加入20g水和6g醋酸，待物料变稠，用傅立叶变换红外光谱仪测试，在881-886cm-1处有方解石型碳酸钙的吸收峰，加入200g150BS，搅拌均匀加入28.4g12羟基硬脂酸，加入16.4g硼酸与40g热水的混合物，加入溶与30g水的13.9g氢氧化钙的悬浮液，搅拌5分钟，在90-100℃保持40分钟，加热升温至200℃，冷却，研磨。润滑脂组成为：高碱性磺酸钙46.6重％，12羟基硬脂酸钙皂3.5重％，硼酸钙3.0重％，基础油46.6重％。所作润滑脂的理化性能分析结果见表1。
对比例1
本对比例采用碱值为400mgKOH/g的高碱性磺酸钙。
将280g碱值为400mgKOH/g的高碱性磺酸钙加入到200g的500SN矿油中，加热至80-95℃，加入38.5g水和5.4g醋酸，待物料变稠，用傅立叶变换红外光谱仪测试，在881-886cm-1处有方解石型碳酸钙的吸收峰，加入150g的500SN矿油，加入18g12羟基硬脂酸，搅拌5分钟，加入10g硼酸与40g热水的混合物，加入溶与80g水的20g氢氧化钙的悬浮液，在90-100℃保持30分钟，加热升温至220℃，加入160g的500SN矿油，搅拌均匀，冷至室温，研磨均匀。润滑脂组成为：高碱性磺酸钙35.9重％，12羟基硬脂酸钙皂2.3重％，硼酸钙0.9重％，基础油60.9重％。所作润滑脂的理化性能分析结果见表1。
表1各实施例润滑脂的理化性能检验数据
  实施例1   实施例2   实施例3   对比例1 试验方法
  工作锥入度，0.1mm   290   270   298   285   GB/T269
  延长工作锥入度(十万次)，0.1mm   301   280   299   294   GB/T269
  滴点，℃   330   ＞340   ＞340   315   GB/T3498
  腐蚀(T2铜片，100℃，24h)   合格   合格   合格   合格   GB/T7326乙法
  钢网分油(100℃，24h)，％   0.91   1.1   0.25   2.54   SH/T0324
  水淋流失量(38℃，1h)，％   0.96   0.65   0.80   3.17   SH/T0109
  四球试验PD    KgZMZ  Kgd<sub>60</sub><sup>40</sup>(mm) 62051.90.42 80064.40.41 80067.320.43 80065.10.39 SH/T0202SH/T0202SH/T0204

Claims (15)

1.一种复合磺酸钙润滑脂，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：
A)碱值为250-320mgKOH/g的高碱值磺酸钙30-60重％；
B)硼酸钙0.8-5.1重％；
C)C12-C24脂肪酸钙皂1.0-6.8重％；
D)润滑基础油，余量；
其特征在于，所述的复合磺酸钙润滑脂的制备方法包括：将碱值为250-320mgKOH/g的牛顿体高碱性磺酸钙、转化剂和基础油混合，加热至70-100℃，进行转化反应；待物料变稠，加入基础油、硼酸、氧化钙或氢氧化钙以及C12-C24脂肪酸进行皂化反应；升温脱水，加入余量基础油冷却成脂，其中，所说转化剂不包括C12-C24脂肪酸。
2.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，所说高碱值磺酸钙是石油磺酸钙或合成磺酸钙。
3.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，所说高碱值磺酸钙的碱值为280-300mgKOH/g。
4.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，所说高碱值磺酸钙的含量为35-50重％。
5.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，所说硼酸钙含量为1.1-3.8重％。
6.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，所说C12-C24脂肪酸钙皂含量为1.6-4.0重％。
7.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，C12-C24脂肪酸选自十二烷酸、十六烷酸、硬脂酸、十八烯酸、蓖麻酸和12羟基硬脂酸中的一种或多种。
8.按照权利要求1或7所述的润滑脂，其特征在于，C12-C24脂肪酸是12羟基硬脂酸或硬脂酸。
9.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，润滑基础油是矿油、合成油、植物油或其混合物，100℃运动粘度为6-33mm2/s。
10.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，所说转化剂选自C1-C5的脂肪醇、脂肪酸、脂肪酮、脂肪醛、低分子醚、烷基胺，以及水、硼酸、烷基或芳基膦酸、二氧化碳、苯酚、环烷醇、芳香醇、C1-C5烷基取代的环烷胺、芳香胺，或两种或两种以上化合物的混合物。
11.按照权利要求10所述的润滑脂，其特征在于，所说转化剂选自甲酸、醋酸、丙酸、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇单甲醚、苯酚、乙醛、甲酮、甲胺、乙胺、丙胺、3-甲基环己胺、苯胺和水中的两种或两种以上的混合物。
12.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，转化剂的用量为牛顿体高碱性磺酸钙重量的5-45重％。
13.按照权利要求12所述的润滑脂，其特征在于，转化剂的用量为牛顿体高碱性磺酸钙重量的10-30重％。
14.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，转化反应中基础油的用量为润滑脂基础油总重的20-80重％，皂化反应中基础油的用量为润滑脂基础油总重量的0-60重％，成脂过程中加入余量基础油。
15.按照权利要求1所述的润滑脂，其特征在于，转化反应中基础油的用量为润滑脂基础油总重的30-55重％，皂化反应中基础油的用量为润滑脂基础油总重量的30-50重％，成脂过程中加入余量基础油。
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