CN102167991B - 一种适合高温、高速、重负荷条件的润滑脂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种适合高温、高速、重负荷条件的润滑脂组合物，包含基础脂和添加剂，其中基础脂以重量计包含基础油60～95％和复合锂皂稠化剂5～40％；添加剂重量以基础脂重量为100％计，包含抗氧剂0.1～2％，防锈剂0.1～2％，复合极压剂1.5～10％，其中复合极压剂包括极压抗磨剂、摩擦改进剂和分散清净剂的混合物，三者的摩尔比为极压抗磨剂∶摩擦改进剂∶分散清净剂＝1∶0.2～1∶0.2～1。该润滑脂具有宽的高低温适应性、优良的抗氧化性、耐剪切性和较长的使用寿命、优良的极压抗磨性、良好的防锈及缓蚀性能，适合高温、高速、重负荷条件的润滑脂组合物，特别适合作为高速铁路牵引机车电动机轴承润滑脂。

Description

一种适合高温、高速、重负荷条件的润滑脂组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种适合高温、高速、重负荷条件的润滑脂组合物，特别是用于高速铁路牵引机车电动机轴承的润滑脂。

背景技术

牵引机车是电力机车和电传动内燃机车传动系统中的主要设备，轴承又是牵引机车的重要部件。牵引电动机轴承的特点是轴承在脂润滑条件下一边受到电动机发热引起的温升影响，一边高速旋转而且轴承上所发生的载荷因驱动方式不同而变化。因此牵引电动机具有功率大、电枢转速高、轴承工作温度较高的特点。

目前，高速铁路的牵引动力，除少部分采用内燃牵引外，其他均为电力牵引，多数采用动车组。在我国，高速铁路机车还处于初期阶段，动车组还以引进进口设备为主，相应的所用润滑脂也完全采用进口。

US20070265177公开了一种润滑脂，组成包括：矿物油、合成油基础油，稠化剂，有机钼盐、金属磺酸盐、金属(苯)酚盐。该润滑脂具有优良的防锈性。

US006482779以合成油作为基础油，0.5～10％的锂皂作为稠化剂，加入至少一种含钼的有机盐、有机脂肪酸化合物或其衍生物和含磷有机化合物。该润滑脂具有良好的润滑性、防锈性和极压抗磨性。

发明内容

本发明提供一种润滑脂组合物，该润滑脂具有宽的高低温适应性、优良的抗氧化性、耐剪切性和较长的使用寿命、优良的极压抗磨性、良好的防锈及缓蚀性能，适合高温、高速、重负荷条件的润滑脂组合物，特别适合作为高速铁路牵引机车电动机轴承润滑脂。

本发明还提供该润滑脂组合物的制备方法。

本发明提供的润滑脂组合物包含基础脂和添加剂，其中基础脂以重量计包含基础油60～95％和复合锂皂稠化剂5～40％；添加剂重量以基础脂重量为100％计，包含抗氧剂0.1～2％，防锈剂0.1～2％，复合极压剂1.5～10％。

在优选情况下，本发明提供的润滑脂组合物包含基础脂和添加剂，其中基础脂以重量计包含基础油75～90％和复合锂皂稠化剂10～25％；添加剂重量以基础脂重量为100％计，包含抗氧剂0.3～1％，防锈剂0.2～1％，复合极压剂3～8.5％。

所述的基础油100℃粘度为5～40mm²/s，最好为7～35mm²/s，可以为矿物油、酯类油、聚a烯烃油或其混合物等。

所述稠化剂是由C₁₂～C₂₄的有机酸和辅助酸与氢氧化锂反应生成的复合锂皂。其中C₁₂～C₂₄的有机酸选自月桂酸、十二羟基硬脂酸、硬脂酸等中的一种或几种。所述辅助酸选自硼酸、甲酸、己二酸、癸二酸、正辛酸等低分子酸中的一种或几种。所述两种酸的摩尔比为：有机酸∶辅助酸＝1∶0.2～1，优选1∶0.5～1。

所述抗氧剂选自受阻酚、受阻胺、亚磷酸酯类、硫代二丙酸酯类和/或硫醇类抗氧剂，优选2，6-二叔丁基对甲酚(T501)、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯(T512)、烷基二苯胺(T534)、二异辛基二苯胺(V81)中的一种或几种。

所述防锈剂选自磺酸盐、羧酸及其盐类、有机磷酸盐类、咪唑啉盐、酯类、杂环化合物和/或有机胺类等，优选环烷酸锌(T704)、二壬基萘磺酸钡(T705)、苯并三氮唑(T706)、烯基丁二酸中的一种或几种(T746)。

所述复合极压剂包括极压抗磨剂、摩擦改进剂和分散清净剂的混合物，三者的摩尔比为极压抗磨剂∶摩擦改进剂∶分散清净剂＝1∶0.2～1∶0.2～1，优选1∶0.3～0.7∶0.3～0.7。其中极压抗磨剂选自含硫、磷、铅和/或钼的化合物，优选酸性亚磷酸二丁酯(T304)、硫酸丁辛基锌盐(T202)、环烷酸铅(T341)、二丁基二硫代氨基甲酸氧硫化钼(T351)、氨基硫代酯(T323)中的一种或几种。摩擦改进剂选自硼酸盐、硼酸酯，含钼、含稀土元素、含硼氮和/或含磷化合物，优选硼酸酯、膦酸酯(T451)、二烷基二硫代磷酸氧钼(T462)中的一种或几种。分散清净剂选自磺酸盐、烷基酚盐和/或丁二酰亚胺，优选高碱值石油磺酸钙(T103)、超碱值石油磺酸镁(T107A)、高碱值硫化烷基酚钙(T122)、单烯基丁二酰亚胺(T151)中的一种或几种。

本发明润滑脂中还可以含有其它功能添加剂，如着色剂油溶红、颜料绿或/和填充剂碳酸钙、磷酸钙等。

本发明润滑脂组合物的制备方法包括：

1)将全部基础油重量的1/3～1/2加入制脂釜内，加入有机酸和辅助酸，升温使酸与基础油充分混合；

2)达到70～80℃后，加入氢氧化锂水溶液进行皂化反应；

3)升温到150～170℃，加入全部基础油重量的1/4～1/3；

4)升温至210～230℃，加入剩余基础油作为急冷油，开始循环降温；

5)降温至130～150℃时加入包含抗氧剂、防锈剂和复合极压剂的添加剂，搅拌均匀降至100℃左右，均化研磨，出釜得到本发明润滑脂组合物。

本发明润滑脂具有宽的高低温适应性、优良的抗氧化性、耐剪切性和较长的使用寿命、优良的极压抗磨性、良好的防锈及缓蚀性能，可用于高温、高速、重负荷工况，特别是高速铁路牵引机车电动机轴承的润滑。随着我国轴承研制水平的提高，高速机车逐步实现国产化，本发明润滑脂的应用推广具有广阔的发展空间和理想的市场前景。

具体实施方式

实施例1

将320g聚a烯烃油(100℃粘度11mm²/s)、94.89g十二羟基硬脂酸、31.95g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌均匀，加热升温到70℃左右。加入26.72g氢氧化锂水溶液，排水皂化2小时后，加入290g聚a烯烃油，继续升温到220℃，加280g急冷油，搅拌降温，在150℃时加入5g(0.5％)2，6-二叔丁基对甲酚(T501)、30g(3％)酸性亚磷酸二丁酯(T304)、10g(1％)膦酸酯(T451)、15g(1.5％)高碱值石油磺酸钙(T103)和2g(0.2％)苯并三氮唑(T706)，搅拌均匀降至100℃左右，均化研磨，出釜得复合锂基润滑脂，性能见表1。

反应式如下：

CH₃(CH₂)₅CHOH(CH₂)₁₀COOH+LiOH·H₂O→CH₃(CH₂)₅CHOH(CH₂)₁₀COOLi+2H₂O

          300              41                305               36

HOOC(CH₂)₈COOH+2LiOH·H₂O→LiOOC(CH₂)₈COOLi+4H₂O

          202     82             212          72

十二羟基硬脂酸∶癸二酸＝1∶1，根据摩尔分子量计算酸用量后，再计算碱的用量，碱用量要过量3％～5％。基础油重量87％，稠化剂重量13％，按基础脂1000g计算各种添加剂用量。

实施例2

将400g矿物油(100℃粘度27.9mm²/s)、78.33g十二羟基硬脂酸、19.10g己二酸加入常压制脂釜中，搅拌均匀，加热升温到75℃左右。加入22.47g氢氧化锂水溶液，排水皂化2小时后，加入300g矿物油，继续升温到220℃，加200g急冷油，搅拌降温，在140℃时加入6g(0.6％)2，6-二叔丁基对甲酚(T501)、25g(2.5％)氨基硫代酯(T323)、15g(1.5％)硼酸酯、15g(1.5％)高碱值硫化烷基酚钙(T122)和5g(0.5％)环烷酸锌(T704)，搅拌均匀降至100℃左右，均化研磨，出釜得复合锂基润滑脂，性能见表1。

反应式如下：

CH₃(CH₂)₅CHOH(CH₂)₁₀COOH+LiOH·H₂O→CH₃(CH₂)₅CHOH(CH₂)₁₀COOLi+2H₂O

          300              41                305               36

HOOC(CH₂)₄COOH+2LiOH·H₂O→LiOOC(CH₂)₄COOLi+4H₂O

          146      82            156          72

十二羟基硬脂酸∶己二酸＝1∶1，根据摩尔分子量计算酸用量后，再计算碱的用量，碱用量要过量3％～5％。基础油重量90％，稠化剂重量10％，按基础脂1000g计算各种添加剂用量。

实施例3

将329g多元醇酯类油(100℃粘度6mm²/s)、127.79g十二羟基硬脂酸、21.16g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌均匀，加热升温到90℃左右。加入27.06g氢氧化锂水溶液，排水皂化2小时后，加入255g酯类油，继续升温到230℃，加266g急冷油，搅拌降温，在130℃时加入5g(0.5％)二异辛基二苯胺(V81)、30g(3％)硫磷丁辛基锌盐(T202)、18g(1.8％)膦酸酯(T451)、20g(2％)单烯基丁二酰亚胺(T151)和6g(0.6％)苯并三氮唑(T706)，搅拌均匀降至100℃左右，均化研磨，出釜得复合锂基润滑脂，性能见表1。

反应式如下：

CH₃(CH₂)₅CHOH(CH₂)₁₀COOH+LiOH·H₂O→CH₃(CH₂)₅CHOH(CH₂)₁₀COOLi+2H₂O

          300              41                305               36

HOOC(CH₂)₈COOH+2LiOH·H₂O→LiOOC(CH₂)₈COOLi+4H₂O

          202      82            212          72

十二羟基硬脂酸∶癸二酸＝1∶0.5，根据摩尔分子量计算酸用量后，再计算碱的用量，碱用量要过量3％～5％。基础油重量85％，稠化剂重量15％，按基础脂1000g计算各种添加剂用量。

实施例4

将200g矿物油(100℃粘度10.1mm²/s)和200g聚a烯烃油(100℃粘度40.3mm²/s)的混合物、122.23g硬脂酸、43.47g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌均匀，加热升温到80℃左右。加入36.71g氢氧化锂水溶液，排水皂化2小时后，加入260g矿物油和聚a烯烃油的混合物，继续升温到215℃，加170g急冷油，搅拌降温，在135℃时加入5g(0.5％)烷基二苯胺(T534)、40g(4％)氨基硫代酯(T323)、25g(2.5％)硼酸酯、20g(2％)高碱值石油磺酸钙(T103)、2g(0.2％)苯并三氮唑(T706)和3g(0.3％)二壬基萘磺酸钡(T705)，搅拌均匀降至100℃左右，均化研磨，出釜得复合锂基润滑脂，性能见表1。

反应式如下：

CH₃(CH₂)₁₆COOH+LiOH·H₂O→CH₃(CH₂)₁₆COOLi+2H₂O

  284            41           289          36

HOOC(CH₂)₈COOH+2LiOH·H₂O→LiOOC(CH₂)₈COOLi+4H₂O

       202       82            212          72

硬脂酸∶癸二酸＝1∶1，根据摩尔分子量计算酸用量后，再计算碱的用量，碱用量要过量3％～5％。基础油重量83％，稠化剂重量17％，按基础脂1000g计算各种添加剂用量。

实施例5

将350g聚a烯烃油油(100℃粘度33mm²/s)、96.98g硬脂酸、19.94g己二酸加入常压制脂釜中，搅拌均匀，加热升温到80℃左右。加入25.54g氢氧化锂水溶液，排水皂化2小时后，加入280g聚a烯烃油油，继续升温到230℃，加250g急冷油，搅拌降温，在145℃时加入3g(0.3％)二异辛基二苯胺(V81)、20g(2％)酸性亚磷酸二丁酯(T304)、10g(1％)膦酸酯(T451)、10g(1％)高碱值石油磺酸钙(T103)和4g(0.4％)苯并三氮唑(T706)，搅拌均匀降至100℃左右，均化研磨，出釜得复合锂基润滑脂，性能见表1。

反应式如下：

CH₃(CH₂)₁₆COOH+LiOH·H₂O→CH₃(CH₂)₁₆COOLi+2H₂O

  284            41           289          36

HOOC(CH₂)₄COOH+2LiOH·H₂O→LiOOC(CH₂)₄COOLi+4H₂O

       146        82           156          72

硬脂酸∶己二酸＝1∶0.8，根据摩尔分子量计算酸用量后，再计算碱的用量，碱用量要过量3％～5％。基础油重量88％，稠化剂重量12％，按基础脂1000g计算各种添加剂用量。

对比例1

按照实施例2的方法制备基础脂，加入US20070265177公开的添加剂。

将400g矿物油(100℃粘度27.9mm²/s)、78.33g十二羟基硬脂酸、19.10g己二酸加入常压制脂釜中，搅拌均匀，加热升温到75℃左右。加入22.47g氢氧化锂水溶液，排水皂化2小时后，加入300g矿物油，继续升温到220℃，加200g急冷油，搅拌降温，在140℃时加入50g(5％)有机钼(北京雅士科莱恩石油化工有限公司)、20g(2％)苯酚磺酸锌(广州化学试剂厂，FG09-TD-500G)、20g(2％)石油磺酸钙(高桥石化上海炼油厂)、10g(1％)苯酚钙(南京康满林化工实业有限公司，CAS No.5793-84-0)，搅拌均匀降至100℃左右，均化研磨，出釜得复合锂基润滑脂，性能见表1。

对比例2

按照实施例3的方法制备基础脂，加入US006482779公开的添加剂。

将329g多元醇酯类油(100℃粘度6mm²/s)、127.79g十二羟基硬脂酸、21.16g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌均匀，加热升温到90℃左右。加入27.06g氢氧化锂水溶液，排水皂化2小时后，加入255g酯类油，继续升温到230℃，加266g急冷油，搅拌降温，在130℃时加入25g(2.5％)二烷基二硫代磷酸钼(北京海创天元冶金科技有限公司)、10g(1％)十二烯基琥珀酸酐(EHSY西域，L61711019，CAS：25377-73-5)、25g(2.5％)亚磷酸二苯酯醇(日本城北化学工业株式会社，JP-260)，搅拌均匀降至100℃左右，均化研磨，出釜得复合锂基润滑脂，性能见表1。

从表1可以看出，本发明润滑脂与参比脂相比，具有优异的极压抗磨性能和防锈性能及抗氧化性能。由极压抗磨剂、摩擦改进剂和分散清净剂组成的复合极压剂可以有效地与抗氧剂、防锈剂复配，发挥优异的协同作用，该复合极压剂可以大幅提高PB值，有效降低磨斑痕迹，并且可以降低防锈剂的用量，适用于不同种类的基础油。

表1润滑脂理化性能

Claims (9)

1.一种适合高温、高速、重负荷条件的润滑脂组合物，包含基础脂和添加剂，其中基础脂以重量计包含基础油60～95％和复合锂皂稠化剂5～40％；添加剂重量以基础脂重量为100％计，包含抗氧剂0.1～2％，防锈剂0.1～2％，复合极压剂1.5～10％，其中复合极压剂包括极压抗磨剂、摩擦改进剂和分散清净剂的混合物，三者的摩尔比为极压抗磨剂∶摩擦改进剂∶分散清净剂＝1∶0.2～1∶0.2～1，所述抗氧剂选自受阻酚、受阻胺、亚磷酸酯类、硫代二丙酸酯类和/或硫醇类抗氧剂，所述防锈剂选自磺酸盐、羧酸及其盐类、有机磷酸盐类、咪唑啉盐、酯类、杂环化合物和/或有机胺类，所述极压抗磨剂选自酸性亚磷酸二丁酯、硫酸丁辛基锌盐、环烷酸铅、氨基硫代酯中的一种或几种，摩擦改进剂选自硼酸酯、膦酸酯中的一种或几种，分散清净剂选自高碱值石油磺酸钙、超碱值石油磺酸镁、高碱值硫化烷基酚钙、单烯基丁二酰亚胺中的一种或几种。

2.按照权利要求1所述的组合物，其中，基础脂以重量计包含基础油75～90％和复合锂皂稠化剂10～25％；添加剂重量以基础脂重量为100％计，包含抗氧剂0.3～1％，防锈剂0.2～1％，复合极压剂3～8.5％。

3.按照权利要求1或2所述的组合物，其中，所述基础油100℃粘度为5～40mm²/s，选自矿物油、酯类油、聚a烯烃油或其混合物。

4.按照权利要求1或2所述的组合物，其中，所述稠化剂是由C₁₂～C₂₄的有机酸和辅助酸与氢氧化锂反应生成的复合锂皂。

5.按照权利要求4所述的组合物，其中，其中C₁₂～C₂₄的有机酸选自月桂酸、十二羟基硬脂酸、硬脂酸中的一种或几种，所述辅助酸选自硼酸、甲酸、己二酸、癸二酸、正辛酸中的一种或几种，两种酸的摩尔比为1∶0.2～1。

6.按照权利要求1所述的组合物，其中，所述抗氧剂选自2，6-二叔丁基对甲酚、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯、二异辛基二苯胺中的一种或几种。

7.按照权利要求1所述的组合物，其中，所述防锈剂选自环烷酸锌、二壬基萘磺酸钡、苯并三氮唑、烯基丁二酸中的一种或几种。

8.按照权利要求1或2所述的组合物，其中，所述复合极压剂包括极压抗磨剂、摩擦改进剂和分散清净剂的混合物，三者的摩尔比为极压抗磨剂∶摩擦改进剂∶分散清净剂＝1∶0.3～0.7∶0.3～0.7。

9.权利要求1-8之一所述润滑脂组合物的制备方法，包括：

1)将全部基础油重量的1/3～1/2加入制脂釜内，加入有机酸和辅助酸，升温使酸与基础油充分混合；

2)达到70～80℃后，加入氢氧化锂水溶液进行皂化反应；

3)升温到150～170℃，加入全部基础油重量的1/4～1/3；

4)升温至210～230℃，加入剩余基础油作为急冷油，开始循环降温；

5)降温至130～150℃时加入添加剂，均化研磨，得到润滑脂组合物。