CN102549123B - 润滑脂组合物以及用于制备润滑脂组合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非氢氧化物类润滑脂组合物,其含有基础油和增稠剂,所述增稠剂包含无定形亲水性氧化硅颗粒以及不同有机酸的一种或多种金属盐,其中所述氧化硅颗粒的BET比表面积为至少50m2/g,并且其中所述(一种或多种)金属盐的量为4?25重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。本发明进一步涉及所述润滑脂组合物的制备方法,以及所述润滑脂组合物用于润滑轴承和在联接器和传动装置中的用途。
Description
技术领域
本发明涉及润滑脂组合物以及制备所述润滑脂组合物的方法。本发明还涉及该润滑脂组合物用于润滑轴承的用途以及该润滑脂组合物在传动装置(gear)和联接器(coupling)中的用途。
背景技术
润滑脂组合物广泛地用于润滑轴承和其他结构零件。润滑脂是降低例如磨损、摩擦、运行温度和能耗的必需产品。
润滑脂是包含用金属皂增稠的基础油的材料,并且它们通常通过使金属氢氧化物与脂肪酸在基础油的存在下反应而制备。常规的金属皂润滑脂要求能量密集的润滑脂蒸煮和研磨工艺以实现更合适的热机械稳定性。常规的金属皂润滑脂对差的热机械稳定性仍是敏感的,并且要求额外的处理。已知的是,通过在增稠工艺中加入固体添加剂进一步改进常规润滑脂的稳定性和润滑能力。这种固体添加剂的实例有例如二硫化钼、石墨、氧化锌和/或硅胶。润滑脂的蒸煮和研磨以及额外处理由于需要在升高的温度下实施相当长的时间段,所以是相对昂贵的,此外,如此制备的润滑脂仍然不适合多种引用,并且不是所有的常规润滑脂都可以适于食品和饮料加工应用,因为它们含有相当大量的金属氢氧化物。就此而言,可以参考例如US2,514,331,其中石灰皂润滑脂(limesoapgrease)通过在升高的温度下蒸煮石灰和动物脂肪而制备。如此制备的石灰皂润滑脂通常需要过量的石灰以完全中和在润滑脂中存在的种类众多的脂肪酸。此外,注意到这种石灰皂润滑脂的性能还有很大的改进空间。从US2003/0087768也已知一种皂润滑脂,其包含基础油、含复合锂皂的增稠剂和用于降低摩擦系数的含疏水性二氧化硅的试剂。如此制备的皂润滑脂还含有大量的金属氢氧化物,而润滑脂的润滑性还留有很大的空间待以提高。
因此,需要能够以低成本(即,低温)容易制备的润滑脂,该润滑脂是稳定的,并且显示出引起高度关注的润滑性能。此外,需要生物可降解、环境友好和与食品相容的润滑脂。
发明概述
本发明的目的在于提供一种润滑脂组合物,其显示了出色润滑性、可以在低温下方便地制备并且更加环保。
出人意料地,已经发现这当使用包含特定的氧化硅颗粒以及不同有机酸的一种或多种金属盐的增稠剂进行制备时可以成立。
因此,本发明涉及一种包含基础油和增稠剂的非氢氧化物类润滑脂组合物,其含有无定形亲水性氧化硅颗粒和不同有机酸的一种或多种金属盐,其中所述氧化硅颗粒具有的BET比表面积为至少50m2/g,并且其中所述金属盐(一种或多种)的量为4-25重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。
本发明还涉及制备这种润滑脂组合物的方法,以及这种润滑脂组合物用于润滑轴承、传动装置或联接器的用途。
在本发明的上下文中,非氢氧化物类润滑脂组合物定义为如下的润滑脂组合物,其含有少于0.5重量%的游离氢氧化物离子和/或金属氢氧化物,基于所述润滑脂组合物的总重量。
发明详述
氧化硅颗粒
根据本发明要使用的氧化硅颗粒为无定形亲水性氧化硅颗粒。无定形氧化硅可以含有不同量的水,表明其可以含有硅酸。就此而言,注意到硅酸是一类由硅、氢和氧构成的化合物、寡聚物和聚合物的统称。
根据本发明的一个优选的实施方案,所述无定形氧化硅颗粒为无定形亲水性气相法氧化硅(fumedsiliconoxide)。气相法氧化硅为特别纯形式的氧化硅,由四氯化硅(silicatetrachloride)作为起始原料制备,如本领域已知的。优选地,根据本发明要使用的氧化硅具有的纯度水平为至少98%。气相法氧化硅的合适来源为其可以从EvonikIndustries(之前称为Degussa)购买获得,或者其可以从CabbotCorporation购买获得。
无定形亲水性氧化硅颗粒的BET比表面积为至少50m2/g;优选至少75m2/g,更优选至少100m2/g,甚至更优选至少125m2/g和最优选至少150m2/g。尽管优选BET比表面积尽可能高,但是通常不高于500m2/g。因此,BET比表面积合适地在50-500m2/g的范围;更优选在75-500m2/g的范围,甚至更优选在100-500m2/g的范围,甚至更优选在125-500m2/g的范围并且最优选在150-500m2/g的范围。用于确定BET比表面积的方法在本领域中是已知的。
根据本发明,还优选至少80%、更优选至少90%的无定形亲水性氧化硅颗粒具有5-50nm、优选5-40nm、更优选5-35nm和最优选5-25nm的平均粒径。无定形亲水性氧化硅颗粒的平均粒径分布优选在1-50nm的范围。
不同有机酸的一种或多种金属盐
根据本发明,使用不同有机酸的一种或多种金属盐进行制备。根据本发明,不同有机酸的一种或多种金属盐优选从基本纯有机酸的有机酸制备。在本文中,术语“基本纯”表示至少95重量%纯,即相应的有机酸含有少于5重量%的其他有机酸。优选地,该有机酸含有少于1重量%的其他有机酸,更优选少于0.5重量%,甚至更优选少于0.2重量%的其他有机酸。最优选地,所述一种或多种金属盐优选从完全纯的有机酸制备。因此,根据本发明,优选使用合成有机酸制备所述一种或多种金属盐。根据本发明要使用的一种或多种金属盐为基本纯的金属盐。在本文中,“基本纯”表示至少大于99重量%纯,即相应的金属盐含有小于1重量%的游离氢氧化物、金属氢氧化物和/或游离有机酸。优选地,相应的金属盐含有小于0.5重量%、更优选小于0.2重量%的游离氢氧化物、金属氢氧化物和/或游离有机酸。最优选地,有机酸的一种或多种金属盐为完全纯。
本发明的润滑脂组合物不含有杂质如过量的氢氧化物,该氢氧化物一般存在于以常规石灰皂制备工艺制备的润滑脂中。本发明的润滑脂组合物适合地基本不含游离氢氧化物离子和/或金属氢氧化物。优选地,本发明的润滑脂组合物含有小于0.2重量%、更优选小于0.1重量%的游离氢氧化物离子和/或金属氢氧化物,基于所述润滑脂组合物的总重量。最优选地,本发明的润滑脂组合物完全不含游离氢氧化物离子和/或金属氢氧化物。适合地,本发明的润滑脂组合物基本不含金属氢氧化物。优选地,本发明的润滑脂组合物含有少于0.2重量%、更优选少于0.1重量%的金属氢氧化物,基于所述润滑脂组合物的总重量。最优选地,本发明的润滑脂组合物完全不含金属氢氧化物。优选地,本发明的润滑脂组合物含有小于1.0重量%、更优选小于0.5重量%和甚至更优选小于0.2重量%的游离有机酸,基于所述润滑脂组合物的总重量。可以理解的是,在氧化硅上或者在有机酸如12-羟基硬脂酸酯(12-hydroxystearate)或这种有机酸的金属盐中存在的OH-基团不会被认为是游离氢氧化物离子,这是因为它们键合至有机酸的硅原子或碳原子。
根据本发明使用的增稠剂包含无定形亲水性氧化硅颗粒和不同有机酸的一种或多种金属盐。所述增稠剂优选为非皂化的增稠剂。
根据本发明使用的有机酸可以为脂肪族一元羧酸或脂肪族二元羧酸。有机酸可以为无支链的、支链的、饱和或不饱和的有机酸。优选地,根据本发明使用的有机酸为脂肪酸。
在本发明中使用不同有机酸的一种或多种金属盐。合适地,可以使用不同有机酸的多种金属盐。在使用不同有机酸的多种金属盐的情况中,可以合适地使用较少数目的这些金属盐。合适地,使用不同有机酸的小于7种金属盐,优选不同有机酸的小于6种金属盐。这种金属盐不同于衍生自如动物脂肪的物质的金属盐,后者含有较大量的不同种类的脂肪酸。优选地,不同有机酸的至多四种金属盐用于本发明的润滑脂组合物中。更优选地,使用不同有机酸的至多三种金属盐。
在一个特别优选的实施方案中,根据本发明的润滑脂组合物包含有机酸的一种类型的金属盐。根据本发明,优选使用含有18个碳原子的有机酸的一种金属盐。这种润滑脂组合物对于各种速度范围、甚至高速应用如涡轮机和电动机而言是有吸引力的。金属盐的有机酸可以是硬脂酸、12-羟基硬脂酸或油酸。优选地,金属盐的有机酸为硬脂酸或12-羟基硬脂酸。最优选地,金属盐的有机酸为12-羟基硬脂酸,这种酸能够与无定形亲水性气相法氧化硅的OH-基团(硅烷醇)形成共价键,这产生了润滑脂组合物在热机械稳定性方面的非常吸引力的性能。因此,本发明的润滑脂组合物适当地包含基础油和增稠剂,该增稠剂含有无定形亲水性氧化硅颗粒以及至少12-羟基硬脂酸的金属盐,其中所述氧化硅颗粒的BET比表面积为至少50m2/g,和其中一种或多种金属盐的量为4-25重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。
在本发明另一优选的实施方案中,所述润滑脂组合物包含不同有机酸的两种类型的金属盐。因此,这种润滑脂组合物包含有机酸的第一金属盐和有机酸的第二金属盐,其中第一金属盐的有机酸和第二金属盐的有机酸包含不同数量的碳原子。优选地,所述第一金属盐的有机酸包含2-16个碳原子,第二金属盐的有机酸包含20-24个碳原子。合适地,所述第一金属盐的有机酸为丁酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸或棕榈酸,优选己酸或辛酸。合适地,第二金属盐的有机酸为花生酸、山萮酸或二十四烷酸。这种润滑脂组合物在低速应用如采矿和水泥应用中是有吸引力的。优选地,第一金属盐的量为0.1-15重量%,第二金属盐的量为0.1-15重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。更优选地,第一金属盐的量是0.5-8重量%和第二金属盐的量是0.5-8重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。如果第一金属盐的存在量高于第二金属盐,那么所述润滑脂组合物会在更低的速率显示出改进的性能。如果第二金属盐的存在量高于第一金属盐,那么所述润滑脂组合物会在低温显示出改进的性能。
在本发明另一优选的实施方案中,润滑脂组合物包含不同有机酸的两种金属盐,其中第一和第二金属盐的有机酸均包含18个碳原子。合适地,第一和第二金属盐的有机酸选自硬脂酸、油酸和12-羟基硬脂酸。优选地,使用12-羟基硬脂酸的第一金属盐和硬脂酸的第二金属盐。如上文所述,12-羟基硬脂酸的金属盐将能够与无定形亲水性气相法氧化硅的OH-基团(硅烷醇)形成共价键,这产生了润滑脂组合物在热机械稳定性方面的非常吸引力的性能。优选地,第一金属盐的量为0.1-15重量%,第二金属盐的量为0.1-15重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。更优选地,该第一金属盐的量为0.5-8重量%,该第二金属盐的量为0.5-8重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量.
在本发明另一实施方案中,润滑脂组合物包含不同有机酸的三种类型的金属盐。因此,这种润滑脂组合物包含有机酸的第一金属盐、有机酸的第二金属盐和有机酸的第三金属盐,其中所述第一金属盐的有机酸、第二金属盐的有机酸和第三金属盐的有机酸各自包含不同数目的碳原子。优选地,所述第一金属盐的有机酸包含2-16个碳原子、优选6-8个碳原子,第二金属盐的有机酸包含20-24个碳原子,第三金属盐的有机酸包含18个碳原子。合适地,所述第一金属盐的有机酸为丁酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸或棕榈酸,优选己酸或辛酸。合适地,第二盐的有机酸为花生酸、山萮酸或二十四烷酸。优选地,第三金属盐的有机酸为上述的任意的包含18个碳原子的有机酸。最优选地,包含18个碳原子的第三金属盐的有机酸为12-羟基硬脂酸。如上文所述,12-羟基硬脂酸的金属盐能够与无定形亲水性气相法氧化硅的OH-基团(硅烷醇)形成共价键,这产生了润滑脂组合物在热机械稳定性方面的非常吸引力的性能。这种润滑脂组合物在多样化的工业和自动化应用如采矿、钢、风机、电动机、车轮轴承、农业、输送机、烘焙设备和食品加工中特别有吸引力。优选地,第一金属盐的量为0.1-8重量%,第二金属盐的量为0.1-8重量%,第三金属盐的量为1-15重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。更优选地,第一金属盐的量为0.5-5重量%,第二金属盐的量为0.5-5重量%,第三金属盐的量为2-10重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。
在本发明另一实施方案中,使用不同有机酸的两种金属盐,包含2-16或20-24个碳原子的有机酸的第一金属盐,和包含18个碳原子的有机酸的第二金属盐。所述第一金属盐的有机酸合适地为丁酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、花生酸、山萮酸或二十四烷酸。第二金属盐优选由12-羟基硬脂酸制备。如上文所述,12-羟基硬脂酸的金属盐能够与无定形亲水性气相法氧化硅的OH-基团(硅烷醇)形成共价键,这产生了润滑脂组合物在热机械稳定性方面的非常吸引力的性能。这种第一金属盐的优选的存在量在0.1-15重量%的范围,更优选在0.5-8重量%的范围,这种第二金属盐的优选的存在量在0.1-15重量%的范围,更优选在2-10重量%的范围,所有的重量百分比基于所述润滑脂组合物的总重量。
在本发明再一实施方案中,润滑脂组合物包含不同有机酸的四种类型的金属盐。因此,该润滑脂组合物包含有机酸的第一金属盐、有机酸的第二金属盐、有机酸的第三金属盐和有机酸的第四金属盐,其中所述有机酸彼此不同。优选地,该第一金属盐的有机酸包含2-16个碳原子、优选6-8个碳原子,第二金属盐的有机酸包含20-24个碳原子,第三和第四金属盐的有机酸分别包含18个碳原子。第三金属盐和第四金属盐的各有机酸优选为硬脂酸和12-羟基硬脂酸,更优选12-羟基硬脂酸。12-羟基硬脂酸的金属盐能够与无定形亲水性气相法氧化硅的OH-羟基(硅烷醇)形成共价键,这产生了润滑脂组合物在热机械稳定性方面的非常吸引力的性能。
在一个特别优选的实施方案中,根据本发明待使用的不同有机酸的一种或多种金属盐具有相关的多孔性,其通过沿有机酸链的一个或多个双键引入,将OH-基团引入在有机酸链的第二位上,或者将另一官能团引入有机酸如酯基或芳香基团内。这种金属盐的合适实例例如为油酸的金属盐(例如油酸钠)、蓖麻油酸的金属盐(例如蓖麻油酸钙)。这样的有机酸的金属盐具有如下的优势:它们能够与无定形亲水性气相法氧化硅的OH-基团(硅烷醇)形成(额外的)键,这产生了润滑脂组合物在热机械稳定性方面的非常吸引力的性能。
金属盐中的金属优选为元素周期表中第1族和第2族的碱金属或碱土金属。金属的合适实例包括锂、钾、钠、钙、铝、铷、铯、钫、铍、锶、钡、镭和镁。此外,注意到待使用的金属盐中的金属可以为半金属如硼(borium)。根据本发明一个优选的实施方案,该金属为碱土金属,更优选钙。
基础油
根据本发明待使用的基础油的性质并不重要。基础油可以选自矿物基础油和合成基础油。矿物基础油衍生自原油,基于芳香族、含蜡的和/或环烃类基础油配制。此外,广泛范围的合成基础油是已知的,并且它们包括酯类、聚-α-烯烃类、聚硅氧烷等。
根据本发明待使用的基础油可以包含基础油混合物。合适地,可以使用矿物基础油和合成基础油的混合物。优选地,根据本发明待使用的基础油或者基础油混合物根据DIN51562/1在40℃具有的运动粘度在1至60.000cSt的范围。
其他添加剂
润滑脂组合物可以额外地包含其他增稠剂,例如含有一个或多个OH-基团和/或一个或多个不饱和键和/或一个或多个酯基团和/或一个或多个芳香族基团的聚合物或其他有机化合物。这种增稠剂化合物可以适当地以小于3重量%、优选小于2重量%的量存在,基于所述润滑脂组合物的总重量。
本发明的润滑脂组合物可以含有其他添加剂以调节其对一定应用的适应性,如本领域中所公知的。这类添加剂包括抗磨剂、防腐剂、防锈剂、摩擦改进剂、抗氧化剂、VI-改进剂等,如本领域技术人员公知的。这类其他添加剂可以适当地以1-40重量%、优选2-20重量%的量存在,基于所述润滑脂组合物的总重量。在润滑脂组合物含有高含量这类其他添加剂如20-40重量%(基于润滑脂组合物的总重)的情况下,润滑脂组合物将会显示出膏型(paste-type)性质。因此,根据本发明的润滑脂组合物还包括膏(paste)。其他添加剂还包括少量(小于3重量%、优选小于2重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量)的其他有机酸的金属盐,但是这种金属盐对润滑脂增稠剂的配制基本上没有贡献。在这种情况下,该润滑脂组合物将含有不同有机酸的多于四种金属盐。
润滑脂组合物的制备方法
常规制备方法的常见缺点是其要求很多个小时用于混合各种成分、凝胶化并冷却润滑脂组合物。在约1-5公吨的批量规模上,完全冷却(凝胶化)和冷却可能需要约4小时或4小时以上,而润滑脂研磨会要求2小时或2小时以上。通常,全部制备时间要花费约8个小时。然而,根据本发明的方法能够以非常短的制备过程实施,其中混合、凝胶化和冷却优选在1小时内进行,更优选在半小时内进行。根据本发明的机械处理、优选润滑脂研磨5公吨的体积可以要求约2个小时或2.5个小时。此外,观察到常规的润滑脂制备方法在高温进行,通常在170-220℃的范围进行,而本发明的润滑脂组合物可以适当地在低于90℃、包括室温的温度下制备。
本发明还提供了本发明的润滑脂组合物的制备方法。根据本发明,润滑脂组合物的成分能够以任何可能的顺序混合。优选地,所述有机酸的一种或多种金属盐和/或无定形亲水性硅颗粒经历机械处理、热处理或者机械处理和热处理两者。因此,(a)所述无定形亲水性氧化硅颗粒或所述不同有机酸的一种或多种金属盐可以经历机械处理和/或热处理;(b)所述不同有机酸的一种或多种金属盐和所述无定形亲水性氧化硅颗粒的混合物经历机械处理和/或热处理;或(c)基础油、所述无定形亲水性氧化硅颗粒和所述不同有机酸的一种或多种金属盐的混合物经历机械处理和/或热处理。优选地,无定形亲水性氧化硅颗粒、不同有机酸的一种或多种金属盐或其混合物在与其他(一种或多种)成分混合之前或之后经历机械处理、热处理或者机械处理和热处理两者。
根据本发明,待使用的全部量的基础油或者部分的基础油,例如,可以在该方法的一个或多个阶段中添加。本发明的合适的实施方案包括:
-使一种或多种金属盐和无定形亲水性氧化硅颗粒的混合物经历机械和/或热处理,接着向如此得到的混合物中加入基础油和任选的任何其他添加剂,并且使如此得到的润滑脂组合物经历机械和/或热处理。
-使一种或多种金属盐、无定形亲水性氧化硅颗粒和部分的基础油的混合物经历机械和/或热处理,接着向如此得到的混合物中加入剩余部分的基础油和任选的任何其他添加剂,并且使如此得到的润滑脂组合物经历机械和/或热处理。
-使一种或多种金属盐、无定形亲水性氧化硅颗粒和基础油的混合物经历机械和/或热处理,接着向如此得到的混合物中加入任何其他添加剂,并且使如此得到的润滑脂组合物经历机械和/或热处理。
-使基础油、无定形亲水性氧化硅颗粒和一种或多种金属盐和任选的任何其他添加剂的混合物经历机械和/或热处理.
-使无定形亲水性氧化硅颗粒经历机械和/或热处理,接着将一种或多种金属盐加入如此得到的氧化硅颗粒中,并且使如此得到的混合物接着经历机械和/或热处理。然后将基础油和任选的任何其他添加剂加入经机械和/或热处理的混合物中,并且使如此得到的润滑脂组合物经历机械和/或热处理。
-使无定形亲水性氧化硅颗粒经历机械和/或热处理,接着将基础油、一种或多种金属盐和任选的任何其他添加剂加入经机械和/或热处理的氧化硅颗粒,并且使如此得到的润滑脂组合物经历机械和/或热处理。
-使一种或多种金属盐经历机械和/或热处理,接着将基础油、无定形亲水性氧化硅颗粒和任选的任何其他添加剂加入至如此得到的至少一种金属盐中,并且使如此得到的润滑脂组合物经历机械和/或热处理。
-使一种或多种金属盐经历机械和/或热处理,接着将无定形亲水性氧化硅颗粒加入经机械和/或热处理的一种或多种金属盐中,并且使如此得到的混合物接着经历机械和/或热处理。然后将基础油和任选的任何其他添加剂加入经机械和/或热处理的混合物中,并且使如此得到的润滑脂组合物经历机械和/或热处理。
如上所述,该润滑脂组合物可以包含任何其他添加剂。可将这类其他添加剂在该润滑脂组合物制备方法的任何阶段加入至一种或多种成分中。
在根据本发明的方法中,每个成分或这些成分的混合物可以以任何可能的顺序经历机械和/或热处理。例如,所有的成分可以一起加入,然后实施机械和/或热处理。可以首先使一个成分(例如无定形亲水性硅颗粒)经历机械和/或热处理,然后可以将另一成分(如,金属盐)或者两种或更多种其他成分(即,一种或多种金属盐和基础油)加入经机械和/或热处理的成分中,接着使如此得到的润滑脂组合物经历机械和/或热处理。备选地,可以首先使一个成分(例如,无定形亲水性硅颗粒)经历机械和/或热处理,然后可以将另一成分(如,金属盐)加入经机械和/或热处理的成分中,使如此得到的混合物经历进一步的机械和/或热处理,接着再将一种或多种其他成分(如,基础油和任选的其他金属盐)加入如此得到的经机械和/或热处理的混合物中,并且使如此得到的润滑脂组合物经历机械和/或热处理。
根据本发明的一个实施方案,无定形氧化硅亲水性颗粒首先经历机械处理、热处理或者机械处理和热处理两者。接着,如此得到的无定形亲水性氧化硅颗粒与基础油和不同有机酸的一种或多种金属盐混合以形成润滑脂组合物。
因此,本发明还涉及根据本发明的润滑脂组合物的制备方法,包括以下顺序步骤:
(a)使所述无定形亲水性氧化硅颗粒经历机械处理、热处理或者机械处理和热处理两者;和
(b)混合如此得到的无定形亲水性氧化硅颗粒与基础油以及所述不同有机酸的一种或多种金属盐,从而形成润滑脂组合物。
在使用不同有机酸的多种金属盐的情况中,该金属盐可以任选与无定形亲水性氧化硅颗粒一起在步骤(a)中进行加工。
根据本发明的另一实施方案,无定形亲水性氧化硅颗粒首先与基础油和不同有机酸的一种或多种金属盐混合以形成润滑脂组合物,然后使如此形成的润滑脂组合物经历机械处理、热处理或者机械处理和热处理两者。
相应地,本发明还涉及根据本发明的润滑脂的制备方法,包括以下顺序步骤:
(a)混合所述无定形亲水性氧化硅颗粒与基础油以及所述不同有机酸的一种或多种金属盐,从而形成润滑脂组合物;和
(a)使如此形成的润滑脂组合物经历机械处理、热处理或者机械处理和热处理两者。
该机械处理优选为研磨步骤,其可以在任何合适的研磨设备中进行,例如高压均化器、胶体磨、三辊碾压机(如,辊碾压机)或蜗轮磨(wormgearmill)。优选地,所述研磨设备为蜗轮磨设备。该研磨步骤可以在惰性条件下进行,即在不存在空气或氧气的条件下和/或在不存在水(蒸汽)的条件下进行。热处理优选为加热步骤。该加热步骤优选包括在30-120℃、更优选40-110℃和特别是45-90℃的温度范围加热。在该加热步骤中,无定形氧化硅颗粒水含量被减少,优选减少至氧化硅颗粒的水含量小于5重量%,更优选小于1重量%,甚至更优选小于0.5重量%,再更优选小于0.25重量%,基于氧化硅颗粒的总重量。无定形氧化硅颗粒的水含量通常大于0.01重量%,基于氧化硅颗粒的总重量。
最优选地,所述润滑脂组合物如下制备:任选使无定形氧化硅颗粒经历热处理、优选加热步骤以降低无定形氧化硅颗粒的水含量,接着混合该无定形氧化硅颗粒与基础油和不同有机酸的一种或多种金属盐以形成润滑脂组合物,然后使如此形成的润滑脂组合物经历机械处理、优选研磨步骤。
润滑脂组合物的组成
如上所述,根据本发明的润滑脂组合物包含基础油和增稠剂,所述增稠剂包含无定形亲水性氧化硅颗粒以及不同有机酸的一种或多种金属盐,其中所述一种或多种金属盐的量为4-25重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。优选地,所述一种或多种金属盐的量为5-20重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量.
优选地,基础油在润滑脂组合物中存在的量为50-95重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。更优选地,基础油的量为70-90重量%,甚至更优选75-85重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量.
合适地,无定形亲水性氧化硅颗粒在润滑脂组合物中存在的量为0.1-10重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。优选地,无定形亲水性氧化硅颗粒的量为1-8重量%,更优选1-5重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。
无定形亲水性氧化硅颗粒以及不同有机酸的一种或多种金属盐的总量优选为5-30重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。更优选地,无定形亲水性氧化硅颗粒和不同有机酸的一种或多种金属盐的总量为8-20重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量.
应用
根据本发明的润滑脂组合物可以在许多应用包括食品应用中使用。但是特别可以用于润滑轴承,优选滚柱元件轴承,例如球形滚柱轴承、锥形滚柱轴承、圆柱形滚柱轴承、针型滚柱轴承、滚珠轴承,并且还可以用来润滑滑动轴承或普通轴承。因此,本发明还涉及本发明的润滑脂组合物用于润滑轴承、传动装置或联接器的用途。
本发明的润滑脂组合物包括NLGI(美国国家润滑脂学会(NationalLubricatingGreaseInstitute))从NLGI等级000到NLGI等级6范围的等级。优选地,本发明的润滑脂组合物具有的滴点根据ASTMD-2265为至少70℃至最大为约200℃。
当用于低荷载传动装置中时,该润滑脂组合物优选具有NLGI等级000至1。当用于高荷载传动装置中时,该润滑脂组合物优选具有NLGI等级0至2。当用于轴承中时,该润滑脂组合物优选具有NLGI等级1至4,更优选NLGI等级2或3以及最优选NLGI等级2。
现在参考下文的实施例详细描述本发明,但是这些实施例不以任何方式限制本发明。
实施例
实施例1
5kg的润滑脂组合物,其包含5.0重量%的200(亲水性气相法氧化硅)、80重量%的矿物油(ExxonMobil,68cSt,40℃)和10%的12-羟基硬脂酸钙,基于最终润滑脂组合物的总重(100重量%),通过在10分钟期间混合所有的成分而制备。然后使用三辊碾压机将如此得到的混合物在室温研磨30分钟。然后将得到的润滑脂组合物在3小时期间加热至80℃。接着,将以下成份在10分钟期间于室温与如此得到的润滑脂混合从而形成最终的润滑脂组合物:(a)2重量%磷酸氢钙(Merck),(b)0.5重量%苯并三唑(Ciba),(c)0.5重量%irgalub349(单-和二-烷基磷酸胺(mono-anddialkylphosphateamines))(Ciba),(d)0.5重量%三苯基硫代磷酸酯(triphenylphosphorothionate)(Ciba)和(e)1.5重量%癸二酸钠,基于最终润滑脂组合物的总重。最后,使用三辊碾压机将如此形成的润滑脂组合物在室温研磨30分钟。
该润滑脂组合物在各种测试的性能示于表1中。
表1
测试方法 | 测试标准 | 测试结果 |
铜腐蚀,100℃ | DIN 51811 | 1b |
铜腐蚀,120℃ | DIN 51811 | 1b |
Emcor,蒸馏水 | DIN 51802,IP 220 | 1-2 |
Emcor 1.5重量%,海水 | DIN 51802,IP 220 | 1-2 |
滴点[℃;°F] | DIN ISO 2176 | 270;518 |
低温扭矩[mNm],启动,运行 | IP 186 | 186;106 |
实施例2
5kg的润滑脂组合物,其包含2.5重量%的200、86重量%的矿物油(ExxonMobil,68cSt,40℃)、4重量%的12-羟基硬脂酸钙和4重量%的硬脂酸钙,基于最终润滑脂组合物的总重(100重量%),通过在10分钟期间于室温混合所有的成分而制备。然后使用三辊碾压机将如此得到的混合物在室温研磨30分钟。然后将得到的润滑脂组合物在3小时期间加热至80℃。接着,将以下成份在10分钟期间于室温与如此得到的润滑脂组合物混合从而形成最终的润滑脂组合物:(b)0.5重量%苯并三唑(Ciba),(c)0.5重量%irgalub349(单-和二-烷基磷酸胺)(Ciba),(d)0.5重量%三苯基硫代磷酸酯(Ciba),和(e)2重量%癸二酸钠,基于最终润滑脂组合物的总重。最后,使用三辊碾压机将如此形成的润滑脂组合物在室温研磨30分钟。
该润滑脂组合物在各种测试的性能示于表2中。
表2
测试方法 | 测试标准 | 测试结果 |
铜腐蚀,100℃ | DIN 51811 | 1b |
Emcor,蒸馏水 | DIN 51802,IP 220 | 1-2 |
Emcor 1.5重量%,海水 | DIN 51802,IP 220 | 1-2 |
滴点[℃;°F] | DIN ISO 2176 | >246;>474,8 |
实施例3
5kg的润滑脂组合物,其包含2.5重量%的200、77重量%的矿物油(ExxonMobil,68cSt,40℃)、5重量%的12-羟基硬脂酸钙、5重量%的硬脂酸钙和7重量%的山萮酸钙,基于最终润滑脂组合物的总重(100重量%),通过在10分钟期间于室温混合所有的成分而制备。然后使用三辊碾压机将如此得到的混合物在室温研磨30分钟。然后,将如此得到的润滑脂组合物在3小时期间加热至80℃。接着,将以下成份在10分钟期间于室温与如此得到的润滑脂组合物混合从而形成最终的润滑脂组合物:(a)0.5重量%苯并三唑(Ciba),(b)0.5重量%irgalub349(单-和二-烷基磷酸胺)(Ciba),(c)0.5重量%三苯基硫代磷酸酯(Ciba),和(d)2重量%癸二酸钠,基于最终润滑脂组合物的总重。最后,使用三辊碾压机将如此形成的润滑脂组合物在室温研磨30分钟。
该润滑脂组合物在各种测试的性能示于表3中。
表3
测试方法 | 测试标准 | 测试结果 |
铜腐蚀,100℃ | DIN 51811 | 1b |
滴点[℃;°F] | DIN ISO 2176 | >220;>464 |
实施例4
5kg的润滑脂组合物,其包含5.0重量%的200、77重量%的聚-α-烯烃(40cSt.,40℃)、15重量%的硬脂酸钙、0.3重量%的CibaIrgalub349(单-和二-烷基磷酸胺)、1.0重量%的RheinChemie2410、0.2重量%的CibaIrgamed39、0.5重量%的RheinChemie3760和1.0重量%的RheinChemie3560,基于最终润滑脂组合物的总重(100重量%),通过在10分钟期间于室温混合所有的成分而制备。使用三辊碾压机将如此得到的混合物在室温研磨30分钟。
使如此制备的润滑脂组合物经历完全承载测试(fullbearingtest)。承载测试在中速、低轴承荷载和中至高轴承温度下运行。承载测试在FE8DIN51819的规范下运行。Fe8测试台用来实施用于润滑剂和润滑脂的机械-动力学测试。该测试表明了润滑剂和润滑脂的性能从而在特定机械和动力学荷载条件下向滚柱轴承提供润滑性和磨损保护。Fe8测试台配置有两个角接触球轴承(angularcontactballbearing),7312。这两个轴承承载了弹簧,并因此施加了10kN的测试荷载。测试轴承在测试轴承的外环安装有热电偶以测量轴承的运行温度。通过传感器测量摩擦转矩。将测试轴承安装在由电动机驱动的旋转轴上通过减速齿轮组实现了1500rpm的测试速度。测试轴承7312具有表4中所示的尺寸。
表4
7312尺寸 | |
外环直径D[mm] | 130 |
内直径d[mm] | 60 |
平均直径Dm[mm] | 95 |
轴承宽度B[mm] | 31 |
该完全承载测试在表5说明的操作条件下进行。
表5
测试条件 | |
轴向荷载[kN] | 10 |
速度[rpm] | 1500 |
润滑脂量,各轴承[ml] | 65 |
恒定测试温度[℃;°F] | 120;248 |
支架材料(Cage material) | 聚酰胺10 --> |
测试时间[小时] | 750 |
该测试揭示了非常低的摩擦系数。该测试在运行750小时后暂时中止(suspend)。该润滑脂组合物以非常好的摩损结果通过了该测试:测量到小于10mg的磨损。轴承没有显示任何点蚀。
该润滑脂组合物还经历了第二完全承载测试。第二承载测试在低至非常低的轴承速度(bearingspeed)下、高轴承荷载(bearingload)以及中轴承温度(bearingtemperature)下运行。承载测试在FE8DIN51819的规范下运行。Fe8测试台装配有两个锥形的滚柱轴承。两个测试轴承承载了弹簧,并因此施加了80kN的测试荷载。通过风冷自调节的温度为约80℃。测试轴承在测试轴承的外环安装有热电偶以测量轴承的运行温度。通过传感器测量摩擦转矩。将测试轴承安装在由电动机驱动的转轴上,通过减速齿轮组(reductiongearunit)实现了75rpm的测试速度。该测试轴承31312具有如表6所示的尺寸。
表6
31312尺寸 | |
外环直径D[mm] | 130 |
内直径d[mm] | 60 |
平均直径Dm[mm] | 103,8 |
轴承宽度B[mm] | 31 |
该测试在表7说明的操作条件下进行。
表7
测试条件 | |
轴向荷载[kN] | 80 |
速度[rpm] | 75 |
润滑脂量,各轴承[ml] | 200 |
恒定测试温度[℃;°F] | 80;176 |
支架材料 | 钢 |
测试时间[小时] | 500 |
该测试揭示了摩擦转矩仍保持在低水平,尽管在约350个测试小时后略有增加。该润滑脂以低轴承摩擦转矩和中度磨损通过了该测试。
实施例5
根据实施例4制备润滑脂组合物,除了用0.5重量%的三苯基硫代磷酸酯(Ciba)代替添加剂RheinChemie2410和RheinChemie3560以及该润滑脂组合物包含78.5重量%的聚-α-烯烃。
使如此制备的润滑脂组合物经历表8中说明的各测试。得到的测试结果也示出在表8中。
表8
实施例6
根据实施例4制备润滑脂组合物,除了0.05重量%的二硫代膦酸钼(molybdenumdithiophosphonate)(RTVanderbilt)代替添加剂RheinChemie2410和RheinChemie3560,该润滑脂组合物包含78重量%的聚-α-烯烃,并添加了酯油(0.95重量%)(Fuchs;120cSt,40℃)。
使如此制备的润滑脂组合物经历表9中说明的各测试。得到的测试结果还示出在表9中。
表9
测试方法 | 测试标准 | 测试结果 |
抗水性 | DIN 51807/1 | 0-0 |
铜腐蚀,100℃ | DIN 51811 | 2-2 |
Emcor,蒸馏水 | DIN 51802,IP 220 | 2-2 |
四球法磨痕[mm] | ASTM D 4172 | 2.6 |
四球法烧结负荷值[N] | ASTM D 4172 | 2400 |
实施例7
5kg的润滑脂组合物,其包含3.5重量%的200、79重量%的矿物油(ExxonMobil,68cSt,40℃)、12重量%的12-羟基硬脂酸钙和0.5重量%苯并三唑(Ciba)、0.5重量%irgalub349(单-和二-烷基磷酸胺)(Ciba)、3重量%三苯基硫代磷酸酯(Ciba)和1.5重量%癸二酸钠,基于最终润滑脂组合物的总重(100重量%),通过在10分钟期间于室温混合所有的成分而制备。接着,将如此得到的润滑脂组合物在80℃时加热3小时,接着通过三辊碾压机于室温在30分钟期间研磨。
该润滑脂组合物在各测试中的性能示于表10中。
表10
测试方法 | 测试标准 | 测试结果 |
铜腐蚀,100℃ | DIN 51811 | 1b |
贯入功(Work penetration) | DIN ISO 2137 | 265-295 |
滴点[℃;°F] | DIN ISO 2176 | >220;>464 |
实施例8
润滑脂组合物,其含有2.0重量%的200、50重量%的矿物油(ExxonMobil,68cSt,40℃)、4重量%的12-羟基硬脂酸钙和4重量%的硬脂酸钙,基于最终润滑脂组合物的总重(100重量%),通过在10分钟期间于室温混合所有的成分而制备。使用三辊碾压机将如此得到的混合物在室温研磨30分钟。接着,将如此得到的混合物于80℃加热6小时。接着,将下列添加剂于室温加入如此得到的润滑脂组合物中:(a)0.5重量%苯并三唑(Ciba),(b)0.5重量%irgalub349(单-和二-烷基磷酸胺)(Ciba),(c)0.5重量%三苯基硫代磷酸酯(Ciba),(d)2重量%癸二酸钠和36.5重量%的矿物油(ExxonMobil,68cSt,40℃),基于最终组合物的总重。接着,使用三辊碾压机将如此获得的润滑脂组合物在室温研磨30分钟。
该润滑脂组合物在各测试中的性能示于表11中。
表11
测试方法 | 测试标准 | 测试结果 |
铜腐蚀,100℃ | DIN 51811 | 1b |
贯入功 | DIN ISO 2137 | 265-295 |
滴点[℃;°F] | DIN ISO 2176 | >220;>464 |
从上面各表中显示的结果可以清楚地看出,根据本发明含有本发明特定增稠剂的润滑脂组合物显示出非常吸引力的性质,并且它们能够在出人意料低的温度且以非常容易并因此吸引人的方式制备。
Claims (14)
1.非氢氧化物类润滑脂组合物,其包含基础油和非皂化的增稠剂,所述增稠剂包含无定形亲水性氧化硅颗粒和至少12-羟基硬脂酸的金属盐,其中所述氧化硅颗粒具有的BET比表面积为至少50m2/g,以及至少80%的所述氧化硅颗粒具有的平均粒径为5-50nm,并且其中所述金属盐的量为4-25重量%,基于所述润滑脂组合物的总重量。
2.根据权利要求1的润滑脂组合物,其中所述金属盐为基本上纯的金属盐。
3.根据权利要求1的润滑脂组合物,其中所述氧化硅颗粒为无定形亲水性气相法氧化硅颗粒。
4.根据权利要求1至3中任一项的润滑脂组合物,其包含有机酸的一种类型的金属盐。
5.根据权利要求4的润滑脂组合物,其中所述一种类型的金属盐的有机酸包含18个碳原子。
6.根据权利要求1至3中任一项的润滑脂组合物,其包含有机酸的第一金属盐和有机酸的第二金属盐,其中所述第一金属盐的有机酸和第二金属盐的有机酸包含不同数量的碳原子。
7.根据权利要求6的润滑脂组合物,其中所述第一金属盐的有机酸包含2-16个碳原子,第二金属盐的有机酸包含20-24个碳原子。
8.根据权利要求1至3中任一项的润滑脂组合物,其包含有机酸的第一金属盐、有机酸的第二金属盐和有机酸的第三金属盐,其中所述第一金属盐的有机酸、所述第二金属盐的有机酸和所述第三金属盐的有机酸各包含不同数量的碳原子。
9.根据权利要求8的润滑脂组合物,其中所述第一金属盐的有机酸包含2-16个碳原子,第二金属盐的有机酸包含20-24个碳原子,和第三金属盐的有机酸包含18个碳原子。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的润滑脂组合物的制备方法,所述方法包括以任何可能的顺序混合基础油、无定形亲水性氧化硅颗粒和不同有机酸的一种或多种金属盐,并且在混合之前或之后,使所述无定形亲水性氧化硅颗粒、所述不同有机酸的一种或多种金属盐或其混合物经历机械处理、热处理或者机械处理和热处理两者,
其中在所述热处理中施加30-120℃的温度。
11.根据权利要求10的润滑脂组合物的制备方法,包括以下顺序步骤:
(a)使所述无定形亲水性氧化硅颗粒经历机械处理、热处理或者机械处理和热处理两者;和
(b)混合如此得到的无定形亲水性氧化硅颗粒与基础油以及所述不同有机酸的一种或多种金属盐,从而形成润滑脂组合物。
12.根据权利要求10的润滑脂组合物的制备方法,包括以下顺序步骤:
(a)混合所述无定形亲水性氧化硅颗粒与基础油以及所述不同有机酸的一种或多种金属盐,从而形成润滑脂组合物;和
(a)使如此形成的润滑脂组合物经历机械处理、热处理或者机械处理和热处理两者。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法,其中在所述热处理中施加45-90℃的温度。
14.根据权利要求1至9中任一项所述的润滑脂组合物用于润滑轴承、传动装置或联接器的用途。
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