CN102115689A - 一种矿用难燃齿轮液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种矿用难燃齿轮液及其制备方法，涉及煤矿机械难燃润滑油材料领域。该方法提供的KNC矿用难燃齿轮液是以多元醇、水为载体的配方，具有水溶性官能团的润滑剂体系，系统中不含矿物油，并且添加了对金属摩擦磨损表面有修复作用的添加剂。具有良好的防锈性，冷却和散热性，合适的粘度，足够的油膜强度和润滑性，低温性，密封性；难燃性使用安全便于维护，来源充足不含矿物油，可节省不可再生的石油资源，对金属摩擦磨损表面有一种修复功能，延长设备使用寿命，改变摩擦界面等特点，是一种既节能又环保的替代更新产品，同时也符合国家和国际节能减排的低碳经济发展总体要求，具有优越的经济效益和社会效益。

Description

一种矿用难燃齿轮液及其制备方法

技术领域：

本发明涉及煤矿机械难燃润滑材料，特别涉及一种矿用难燃齿轮液及其制备方法。

背景技术：

随着当前世界能源紧张和现代煤矿业开采工艺的不断进步，煤矿技术装备日趋现代化，由于煤矿设备大都属于低速重载，而且经常受超载和冲击负荷的影响，齿面压力大，且启动频繁、震动大、环境条件差，经常有冲击和超负荷的情况发生，形成运行温度高、粉尘多、维修不便、漏油量多等现实问题，特别是日常的泄露或管接头的破裂等突发事件的发生，在这样的情况下选用矿用齿轮油作为传动介质，生产过程中存在火灾隐患，由于压力过高爆管喷出的油呈雾装遇明火极易引起火灾，对设备及操作人员的生命安全构成严重的威胁，因而对煤矿来讲迫切要求使用一种具有粘度高、润滑、防锈、冷却性能好、难燃、来源广使用安全的齿轮润滑液。

为了煤矿安全生产，国外早在六十年代初就开始研究W/O型含水油，七十年代开始应用获得较为理想的效果，80年代美国难燃油使用量占该类产品的10％。我国80年代在齿轮箱用液的研究中解决了油包水型难燃齿轮油关键技术，并广泛应用在冶金、化工、煤炭、林业、交通等系统齿轮传动设备、汽车、拖拉机、齿轮箱上，取得了较好的成绩，但由于油包水型难燃齿轮油是以基础油(矿物油)作为载体，配以乳化剂、防锈剂等调配，但其是两种分散的体系，属于热力学不稳定体系，在使用中易受外界环境影响油水分离，且泄露和废弃排放后遇到各种复杂情况会破乳，使矿物油游离出来，矿物油性能较稳定，成为主要污染成分。

为了能与国家节能减排、煤矿的安全、环境保护的号召要求保持同步，采用全新的体系研制新型难燃齿轮液，在提高稳定性的同时全面提高产品的综合性能。一方面，发明人在较长的时间里理论与实践相结合，做了大量的试验工作，筛选出配方较佳、工艺合理、质量理想的KNC煤矿难燃齿轮液(KNC是矿用、难燃、齿轮液的汉语拼音大写字头)，此产品具有良好的防锈性；冷却和散热性；合适的粘度、足够的油膜强度和润滑性；低温性；密封性；难燃性使用安全便于维护，来源充足不含矿物油，可节省不可再生的石油资源，并初步拟定了企业标准，为放大中式生产奠定了良好的基础。另一方面，本发明产品还是一种既节能环保，又安全健康，同时在安全性、润滑性、防锈性、防腐性、抗氧化性、对金属耐摩擦磨损等方面具有综合的优良性能。本发明产品具有上述诸多优点是基于本产品不再含矿物油，添加了对金属摩擦磨损表面有修复作用的添加剂，即可节省不可再生的石油资源又对环境友好，还性能优于油包水难燃齿轮油。

发明内容：

本发明主要研究全新的以多元醇、水为载体的配方理论体系，合成具有水溶性官能团的润滑剂；筛选出防锈剂；筛选表面活性剂；增粘剂；添加金属自修复抗磨剂；研究协同效应；各项性能指标的检验。选用多元醇、水、润滑剂、防锈剂、增粘剂、金属自修复抗磨剂按工艺技术调和制得此产品。本产品所用的特种添加剂与金属摩擦副产生机械物理作用和物理化学作用，从而在摩擦副纳米级或微米极厚度层内渗入，或诱发产生新元素或新物质，使金属的微组织得到改善，从而改善金属的强度、塑性等，实现摩擦副的在线强化，提高摩擦副的承载能力和抗磨性能。均匀分散在难燃齿轮液中的纳米剂添加剂可以变摩擦副之间的滑动摩擦为滚动摩擦，同时起到支撑作用，表现出优异的抗磨减摩和抗极压性能。

本发明所述的一种矿用难燃齿轮液，按成分的重量百分比组成分别为：

去离子水                30-45％，

二乙二醇                35-50％，

增粘剂                  10-25％，

油酸                    2-5％

三乙醇胺                3-8％，

金属表面自修复添加剂    2-3％

2-疏基苯骈噻唑          0.5-1％，

蓖麻酸钾皂               2-5％

防锈剂                  2-5％

二聚酸钾                1-2％，

乳化硅油                0.1-0.5％

其它                    0.5-1.5％

各组分重量百分比之和为100％，

所述的增粘剂是指聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、三羟基丙烷中的一种或几种的混合物；

所述的金属表面自修复添加剂选自羟基硅酸钠、有机钼酸盐、二辛基二硫代磷酸、聚四氟乙烯中的一种或几种混合物；

所述的防锈剂是指乙醇胺、吗啉衍生物、脂肪酸皂、芳香族羧酸；

所述的其它是指杀菌剂、着色剂，杀菌剂为1，2-苯并异噻唑啉-3-酮；着色剂为钛白粉与十二烷基苯磺酸钠按质量比1∶5-5∶1的量混合组成。

上述一种矿用难燃齿轮液的制备方法是：

第一步：按比例取将油酸及三乙醇胺加入反应釜中，通氮气鼓泡搅拌，在2小时内升温至110℃，保温30分钟，再升温至150℃，保温反应至无水生成时，即停止加热，通冷却水冷却至60℃以下，停止通氮气，得到反应物；

第二步：按比例取增粘剂、二乙二醇和去离子水加入到反应釜中，混合均匀，加温至50-70℃，搅拌1小时，然后按照上述重量百分比加入2-疏基苯骈噻唑、蓖麻酸钾皂、金属表面自修复添加剂、防锈剂、二聚酸钾和乳化硅油，继续搅拌处理1-2小时后，降温至40℃加入所述的其它组分即抗菌剂、着色剂，再搅拌10分钟即得到该矿用难燃齿轮液。

上述矿用难燃齿轮液是水基的。

本发明优选的技术方案是，一种矿用难燃齿轮液，按成分的重量百分比组成分别为：

去离子水            30％

二乙二醇            37.5％

聚乙烯醇            15％

油酸                2.5％

三乙醇胺            5％

二辛基二硫代磷酸    2％

2-疏基苯骈噻唑      0.5％

蓖麻酸钾皂          3％

乙醇胺              2.9％

二聚酸钾            1％

乳化硅油            0.1％

其它                0.5％

所述的其它是指杀菌剂、着色剂，杀菌剂为1，2-苯并异噻唑啉-3-酮；着色剂为钛白粉与十二烷基苯磺酸钠按质量比1∶1的量混合组成。

具体实施方式

实施例1

一种矿用难燃齿轮液，各组分的重量百分含量之和为100％，各组分按重量百分比分别为：

去离子水            30％

二乙二醇            37.5％

聚乙烯醇            15％

油酸                2.5％

三乙醇胺            5％

二辛基二硫代磷酸    2％

2-疏基苯骈噻唑      0.5％

蓖麻酸钾皂          3％

乙醇胺              2.9％

二聚酸钾            1％

乳化硅油            0.1％

其它                0.5％

所述的其它是指杀菌剂、着色剂，杀菌剂为1，2-苯并异噻唑啉-3-酮；着色剂为钛白粉与十二烷基苯磺酸钠按质量比1∶1的量混合组成。该矿用难燃齿轮液的制备方法是第一步：按比例取将油酸及三乙醇胺加入反应釜中，通氮气鼓泡搅拌，在2小时内升温至110℃，保温30分钟，再升温至150℃，保温反应至无水生成时，即停止加热，通冷却水冷却至60℃以下，停止通氮气，得到反应物；第二步：按比例取聚乙烯醇、二乙二醇和去离子水加入到反应釜中，混合均匀，加温至50-70℃，搅拌1小时，然后按照上述重量百分比加入2-疏基苯骈噻唑、蓖麻酸钾皂、二辛基二硫代磷酸、乙醇胺、二聚酸钾和乳化硅油，继续搅拌处理1-2小时后，降温至40℃加入所述的其它组分即抗菌剂、着色剂，再搅拌10分钟即得到该矿用难燃齿轮液。

实施例2

一种矿用难燃齿轮液，各组分的重量百分含量之和为100％，各组分按重量百分比分别为：

去离子水    30％

二乙二醇    37.5％

聚醚            15％

油酸            2.5％

三乙醇胺        5％

有机钼酸盐钾    2％

2-疏基苯骈噻唑  0.5％

蓖麻酸钾皂      3％

芳香族羧酸      2.9％

二聚酸钾        1％

乳化硅油        0.1％

其它            0.5％

所述的其它是指杀菌剂、着色剂，杀菌剂为1，2-苯并异噻唑啉-3-酮；着色剂为钛白粉与十二烷基苯磺酸钠按质量比1∶1的量混合组成。该矿用难燃齿轮液的制备方法是第一步：按比例取将油酸及三乙醇胺加入反应釜中，通氮气鼓泡搅拌，在2小时内升温至110℃，保温30分钟，再升温至150℃，保温反应至无水生成时，即停止加热，通冷却水冷却至60℃以下，停止通氮气，得到反应物；第二步：按比例取聚醚、二乙二醇和去离子水加入到反应釜中，混合均匀，加温至50-70℃，搅拌1小时，然后按照上述重量百分比加入2-疏基苯骈噻唑、蓖麻酸钾皂、有机钼酸盐钾、芳香族羧酸、二聚酸钾和乳化硅油，继续搅拌处理1-2小时后，降温至40℃加入所述的其它组分即抗菌剂、着色剂，再搅拌10分钟即得到该矿用难燃齿轮液。

实施例3

一种矿用难燃齿轮液，各组分的重量百分含量之和为100％，各组分按重量百分比分别为：

去离子水        39％

二乙二醇        35％

聚醚            10％

油酸            2％

三乙醇胺        3％

有机钼酸盐钾    2.5％

2-疏基苯骈噻唑  1％

蓖麻酸钾皂      2％

芳香族羧酸      2％

二聚酸钾        1.5％

乳化硅油        0.5％

其它            1.5％

所述的其它是指杀菌剂、着色剂，杀菌剂为1，2-苯并异噻唑啉-3-酮；着色剂为钛白粉与十二烷基苯磺酸钠按质量比1∶1的量混合组成。该矿用难燃齿轮液的制备方法是第一步：按比例取将油酸及三乙醇胺加入反应釜中，通氮气鼓泡搅拌，在2小时内升温至110℃，保温30分钟，再升温至150℃，保温反应至无水生成时，即停止加热，通冷却水冷却至60℃以下，停止通氮气，得到反应物；第二步：按比例取聚醚、二乙二醇和去离子水加入到反应釜中，混合均匀，加温至50-70℃，搅拌1小时，然后按照上述重量百分比加入2-疏基苯骈噻唑、蓖麻酸钾皂、有机钼酸盐钾、芳香族羧酸、二聚酸钾和乳化硅油，继续搅拌处1-2小时后，降温至40℃加入所述的其它组分即抗菌剂、着色剂，再搅拌10分钟即得到该矿用难燃齿轮液。

技术效果

本发明的难燃齿轮液不是以基础油(矿物油)为载体，而是水基的，形成的产品属于热力学稳定体系，在使用中不受外界环境影响，因而也不易破乳、泄露，节能环保；本发明中成分之一为水，占体系的30-45％，并且最终产品的各种指标性能均达到国家标准或优于国家标准。

产品性能

润滑性能：因含有金属皂，因而它的附着能力强，又因有极压添加剂因此抗极压能力比矿物油有很大的提高，润滑性能也能得到较大的改善。由于具有良好的附着能力，均匀而牢固的附着在被润滑的部位上不滑落，是保证设备得到良好润滑的一个重要因素。即使设备停运后，油膜也不滑落，可保证在下次初启动齿面接触面不会出现干摩擦而增加齿面磨损。附着在摩擦表面的油膜，还可使两齿接触是不产生冲击，而受力缓慢均匀有利于延长机械的使用寿命。油膜厚，在两个运动的金属表面之间构成了弹性，起到了防冲击和减震的作用，因而噪音可减轻。

低温性能；齿轮油的低温性能在寒冷地区显得很重要。

难燃性：由于难燃齿轮液中含有30-45％的水，水能与其它添加剂相容，遇到高温时水先蒸发，带走大量的热，水蒸发完毕，温度才逐步上升，因此，能有效防止火灾。在国外矿井下设备的润滑都用阻燃油或抗燃液，原因是由于井下采煤设备的液压系统的压力不断提高，有的甚至达1000kg/cm²以上，这样高的压力从破裂油管中喷出的矿型油均呈烟雾状，如遇上高温环境和火星就会燃烧，同时也能引起爆炸性的燃烧，这样事故的后果是严重的。

冷却性；由于齿轮油中含有多元醇和水，水的比热大(1千卡/kg是矿油型的二倍(矿型油为0.48-0.54卡/公斤)，水的汽化比热是504千卡/kg，所以难燃液吸收机械在运行中产生的摩擦热比矿型油高2倍，能有效的降低齿面和油箱的温度，有利于机械的正常运行。

密封性能；难燃齿轮液由于有皂的存在和有对金属自修复作用的添加剂，在金属外而形成厚厚的保护膜，因而大大降低了矿型油的渗透能力，有效地防止或减轻渗透现象，可节省大量的齿轮液。

抗水性能；难燃齿轮油中含有30-45％的水，在使用中水份要不断的蒸发，减少含量，水份减少的主要原因与温度和时间成正比，另外环境空气干燥时蒸发快，因此，难燃齿轮液在潮湿环境中使用最合适，掺进少量的水不会影响其性能，特别适用煤矿井下的机械设备，能保证设备润滑状况良好，无锈蚀。难燃齿轮液解决了因进水使润滑油质量变坏影响设备正常润滑的问题，但因温度高，水份蒸发损失，使难燃齿轮液粘度变大，液体总体量减少，可补充低粘度的齿轮液不会影响质量，油膜附在齿轮面上也不流失，口齿合齿而光亮。

防腐、防锈性能；腐蚀试验，用45#钢片浸入难燃齿轮液中，60℃保持24小时，铸铁件常温24小时均无腐蚀现象。

经济效果：由于难齿轮液中采用的是多元醇、水和合成聚谜、特种添加剂等，不用矿物油，可节省石油资源。使用寿命长，由于他的耐高温和低温性好，在潮湿的地方，也能正常运行，因此可减少换油周期，节时、节液。润滑性好，延长机械使用寿命，漏失少和不用根据季节换油，可大量节省矿物油。

综上所述，KNC煤矿难燃齿轮液是由多元醇、水、合成润滑剂、防锈、防腐剂、表面活性剂、粘度指数改进剂、增粘剂、金属自修复抗磨剂配置而成，具有优异的抗燃性、无燃点、无闪点，添加的特种金属自修复抗磨剂有效的减少了设备的磨损和承载能力；优异的耐寒性添加了优良的降凝剂凝固点可达-40°，可在-20°环境下照常启动设备；极长的使用寿命，添加了优质的进口原料，因此抗剪切性、抗氧化和防腐蚀性能均很好，长期使用和存放不分层、不沉淀、不腐蚀、不变质、不污染环境，使用安全。

性能评价

对本发明调和的一种难燃矿用齿轮液，采用各种试验方法进行模拟评价，评价结果的各种指标性能均达到国家标准或优于国家标准。所述的采用各种试验方法进行模拟评价用到的测试方法和标准为：

在水存在下防锈试验法(GB/T11143或ASTMD665)；

润滑剂抗乳化险能测定法(GB/T8022或ASTMD27)；

润滑油极压性能测定法(GB/T3142)；

润滑油抗磨性能测定法(SH/T0189)；

石油产品铜片腐蚀试验法(GB/T5906或ASTMD130)；

润滑油极压性能测定法(Timken试验)(GB/T11144)；

润滑油承载能力测定法(CL-100)(SH/T0306或ASTMD5182)；

极压润滑油氧化安定性测定法(SI-I/T0123)。

该难燃矿用齿轮液也满足下面表1-2所列的标准

GB/T265《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》

GB/T510《石油产品凝点测定法》

GB/T1690《硫化橡胶耐液体试验方法》

GB/T2541《石油产品粘度指数算表》

GB/T3142《润滑剂承载能力测定法》(四球机法)

GB/T3536《石油产品闪点和燃点测定法》(克利夫兰开口杯法)

GB/T5096《石油产品铜片腐蚀试验法》

GB/T11143《加抑制剂矿物油在水存在下防锈性能试验法》

GB/T12579《润滑油沫特性测定法》

MT76-2002《液压支架(柱)用乳化油、浓缩物及其高含水液压液》

SH/T0069《发动机防冻剂、防锈剂和冷却液pH值测定法》

SH0164《石油产品包装、贮运和交货验收规则》

SH/T0189《润滑油抗磨损性能测定法》(四球机法)

SH/T0567《难燃液压液岐管着火试验法》

表1

项目	质量指标	评价结果
			抗擦伤实验	通过	通过
承载能力实验	通过	通过
			齿轮锈蚀评分	不小于8.0	9.87
100℃运动粘度增长％	不大于100	35.21
			甲苯不溶物％	不大于2	0.101
FZG齿轮机试验/失败级	不小于11	12

表2

^aD1552是优选的方法；D4294仅仅是与基础原料使用；^bD1091是优选的方法；^cD808是优选的方法，但是D1317可以用作替代方法。

上述数据表明，根据本发明所提供的工业齿轮润滑油，其抗乳化性能有明显地提高。以上实施例仅是本发明的具体示例，本发明的保护范围并不限于这些实施例。

Claims (4)

1.一种矿用难燃齿轮液，其特征在于按成分的重量百分比组成为：

去离子水               30-45％，

二乙二醇               35-50％，

增粘剂                 10-25％，

油酸                   2-5％

三乙醇胺               3-8％，

金属表面自修复添加剂   2-3％

2-疏基苯骈噻唑         0.5-1％，

蓖麻酸钾皂              2-5％

防锈剂                  2-5％

二聚酸钾                1-2％，

乳化硅油                0.1-0.5％

其它                    0.5-1.5％

各组分重量百分比之和为100％，

所述的增粘剂是指聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、三羟基丙烷中的一种或几种的混合物；

所述的金属表面自修复添加剂选自羟基硅酸钠、有机钼酸盐、二辛基二硫代磷酸、聚四氟乙烯中的一种或几种混合物；

所述的防锈剂是指乙醇胺、吗啉衍生物、脂肪酸皂、芳香族羧酸；

所述的其它是指杀菌剂、着色剂，杀菌剂为1，2-苯并异噻唑啉-3-酮；着色剂为钛白粉与十二烷基苯磺酸钠按质量比1∶5-5∶1的量混合组成。

2.如权利要求1所述的一种矿用难燃齿轮液，其特征在于该矿用难燃齿轮液是水基的。

3.如权利要求1所述的一种矿用难燃齿轮液，其特征在于按成分的重量百分比组成分别为

去离子水    30％

二乙二醇    37.5％

聚乙烯醇    15％

油酸                2.5％

三乙醇胺            5％

二辛基二硫代磷酸    2％

2-疏基苯骈噻唑      0.5％

蓖麻酸钾皂          3％

乙醇胺              2.9％

二聚酸钾            1％

乳化硅油            0.1％

其它                0.5％

所述的其它是指杀菌剂、着色剂，杀菌剂为1，2-苯并异噻唑啉-3-酮；着色剂为钛白粉与十二烷基苯磺酸钠按质量比1∶1的量混合组成。

4.如权利要求1所述的一种矿用难燃齿轮液的制备方法，其特征在于：

第一步：按比例取将油酸及三乙醇胺加入反应釜中，通氮气鼓泡搅拌，在2小时内升温至110℃，保温30分钟，再升温至150℃，保温反应至无水生成时，即停止加热，通冷却水冷却至60℃以下，停止通氮气，得到反应物。

第二步：按比例取增粘剂、二乙二醇和去离子水加入到反应釜中，混合均匀，加温至50-70℃，搅拌1小时，然后按照上述重量百分比加入2-疏基苯骈噻唑、蓖麻酸钾皂、金属表面自修复添加剂、防锈剂、二聚酸钾和乳化硅油，继续搅拌处理1-2小时后，降温至40℃加入所述的其它组分即抗菌剂、着色剂，再搅拌10分钟即得到该矿用难燃齿轮液。