CN102899125B - 一种具有优异剪切性能的聚脲润滑脂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有优异剪切性能的聚脲脂组合物的制备方法，包括以下步骤：(1)在50～120℃基础油的存在下，使C₂-C₂₀脂肪单胺和脂肪二胺与过量的二异氰酸酯反应；(2)用水将未反应的二异氰酸酯中和，继续反应至温度为130-200℃，加入冷油使物料迅速冷却，研磨成脂。本发明方法制备的聚脲脂剪具有优异的抗剪切性能。其中基础油是100℃粘度为5-40cst的润滑油，如矿物油、酯类合成油、烃类合成油或其混合物。该润滑脂可用于高速电机轴承、钢铁厂连铸机轴承、汽车等速万向节、精密仪器仪表等设备的润滑。

Description

一种具有优异剪切性能的聚脲润滑脂的制备方法

技术领域

本发明属于润滑脂的制备方法。

背景技术

聚脲脂是脲类化合物稠化基础油形成的一种具有塑性的润滑剂，它具有突出的氧化安定性、热稳定性及较长的使用寿命，已广泛的应用在钢铁工业、汽车工业、电器设备、军事工业等领域。各国研究人员已经研发出许多种聚脲脂，以往的研究主要侧重于润滑脂添加剂配方，都侧重提高聚脲脂的性能。在实际使用中，润滑脂的纤维结构会由于机械的剪切作用遭到破坏，聚脲脂唯一的缺点就是剪切安定性较差，特别是在低剪速下严重软化。并且，润滑脂的稠度越大，剪切后变化率越大，所以，稠度为3号的聚脲脂比2号聚脲脂更容易在剪切工况下软化，目前还未见能够将3号聚脲脂的剪切变化率控制在10％以内的报道。影响聚脲脂剪切性能的因素主要是基础油粘度和种类、有机胺原料组分、制备工艺等。如US6916762B2采用不饱和脂肪胺、饱和脂肪胺、环烷胺三组分与二异氰酸酯反应制备成脲类化合物为稠化剂的2号聚脲脂剪切变化率小于8.37％，其稠化剂的结构式为：

发明内容

本发明的目的是提供一种聚脲脂的制备方法，从结构层面改善聚脲脂的剪切安定性，合成出的2号聚脲脂的剪切变化率小于8.8％，3号聚脲脂的剪切变化率小于7％。

本发明提供的制备方法包括如下步骤：(1)在50～120℃基础油的存在下，使C₂～C₂₀脂肪单胺和脂肪二胺与过量的二异氰酸酯反应；(2)用水将未反应的二异氰酸酯中和，继续反应至温度为130～200℃。

具体地说，本发明提供的制备方法可以按如下方式进行：

(1)在基础油中加入脂肪胺、环烷胺和过量的二异氰酸酯，在50～120℃，优选50～100℃反应0-2个小时至有机胺完全反应。其中二异氰酸酯为理论量的105％-200％(重量百分比)，优选105％-150％(重量百分比)，基础油用量为反应物总重的60～95％(重量百分比)，优选75～90％(重量百分比)。

该步骤反应式为：

R₁-NH₂+OCN-R₂-NCO→R₁-NH-OC-NH-R₂-NH-OC-NH-R₁

R₃-NH₂+OCN-R₂-NCO→R₃-NH-OC-NH-R₂-NH-OC-NH-R₃

R₁-NH₂+R₃-NH₂+OCN-R₂-NCO→R₁-NH-OC-NH-R₂-NH-OC-NH-R₃

其中，R₁-NH₂为脂肪单胺，R₁为C₂～C₂₀烷基，优选C₂～C₁₈烷基，例如，所述脂肪单胺可以是癸胺、辛胺、十二胺、十四胺、十六胺、十八胺等。OCN-R₂-NCO为二异氰酸酯，R₂可以为芳基或烷基，优选C₆～C₃₀芳基，更优选C₆～C₁₅的芳基，R₃-NH₂为环烷胺，R₃为C₆～C₂₀环烷基，优选C₆～C₁₈环烷基。NH₂-R₄-NH₂为脂肪二胺，R₄为C₂～C₂₀烷基，优选C₂～C₁₀烷基，例如，乙二胺、己二胺、对苯二胺。

(2)在80～120℃，加入过量水使未反应的二异氰酸酯完全中和，继续反应至温度升至130～200℃，优选150～200℃，恒温0～3小时，优选10min～60min，即加入冷油使物料迅速冷却，研磨成脂。其中水的用量没有特别的限制，只要过量即可。

该步骤反应式为：

OCN-R₂-NCO+H₂O→NH₂-R₂-[-NH-OC-NH-R₂-]_n-NH₂+CO₂

其中n为2～6的整数。

基础油为5cst～40cst润滑油，可以是矿物油，也可以是合成油或二者混合物。基础油分成三分加入，一份用来溶解烷基胺，用量为基础油总量的20～50％，另一份用来溶解二异氰酸酯，用量为20～50％，其余的10～45％作为急冷油最后加入。

采用本发明方法制备的新型聚脲润滑脂中，还可根据需要加入抗氧剂、极压剂、抗磨剂等其它添加剂。

本发明方法制备的新型聚脲润滑脂不仅具有优异的抗剪切性能，而且具有优异的热稳定性和抗氧化安定性，中试3号聚脲脂产品的十万次剪切变化率小于7％，可适用于高速电机轴承、钢铁厂连铸机轴承、等速万向节以及精密仪器仪表设备的润滑。

具体实施方式

实施例1

取100℃粘度为30cst的石蜡基基础油140g加入反应釜中，并加入16.9g十二胺(上海海曲化工有限公司，工业级)、6.5g环己胺(上海富蔗化工有限公司，工业级)、0.8g乙二胺(莱阳市双双化工有限公司，分析纯)，搅拌加热，当温度升到80℃，加快搅拌，将60g基础油和22.8g二苯基甲烷-二异氰酸酯(MDI-100，烟台万华，工业级)加入反应釜中，当有机胺与MDI-100完全反应后，温度升到100℃，加入5ml水，待水与MDI-100完全反应并蒸发后，继续加热至180℃，恒温1小时，然后，加入114g急冷油，当温度降至80℃以下，出釜。用三辊磨研磨两次，即得产品。性能如表1所示。

实施例2

取100℃粘度为30cst的石蜡基基础油300g加入反应釜中，并加入31.6g十八胺(上海富蔗化工有限公司，工业级)、环己胺9g、乙二胺2.3g，搅拌加热，当温度升到80℃，加快搅拌，将100g基础油和35.8g二苯基甲烷-二异氰酸酯(MDI-100，烟台万华，工业级)加入反应釜中，当有机胺与MDI-100完全反应后，温度升到100℃，加入5ml水，待水与MDI-100完全反应并蒸发后，继续加热至180℃，恒温1小时，然后，加入172g急冷油，当温度降至80℃以下，出釜。用三辊磨研磨两次，即得产品。性能如表1所示。

实施例3

取100℃粘度为10cst的合成烃基础油2.8kg和100℃粘度为40CST的合成烃基础油3.2kg加入反应釜中，并加入802.9g十二胺、环己胺333g、乙二胺85.1g，搅拌加热，当温度升到80℃，加快搅拌，然后将3.1kg基础油和1324.6g二苯基甲烷-二异氰酸酯加入反应釜中，当有机胺与MDI-100完全反应后，温度升到100℃，加入150ml水，待水与MDI-100完全反应并蒸发后，继续加热至180℃，恒温1小时，然后，加入1kg急冷油，当温度降至80℃以下，出釜。用三辊磨研磨两次，即得产品。性能如表1所示，其中，润滑脂稠度等级(牌号)用锥入度表示，其单位以0.1mm表示。3号润滑脂的锥入度范围为220-250，2号润滑脂的锥入度范围为265-295。

表1产品主要性能

Claims (9)

1.一种具有优异剪切性能的聚脲脂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)在50～120℃，基础油的存在下，使C₂～C₂₀脂肪单胺和脂肪二胺、C₆～C₂₀环烷胺与过量的二异氰酸酯反应0-2个小时至有机胺完全反应；其中二异氰酸酯为理论量的105wt%-200wt%，基础油用量为反应物总重的60～95wt%，基础油为5cst～40cst的矿物油或合成油或其混和物。(2)在80～120℃用水将未反应的二异氰酸酯中和，继续反应至温度为130～200℃，恒温0～3小时后，加入急冷油使物料迅速冷却，研磨成脂。

2.根据权利要求1所述的具有优异剪切性能的聚脲脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)反应温度为50～100℃。

3.根据权利要求1所述的具有优异剪切性能的聚脲脂的制备方法，其特征在于，基础油用量为反应物总重的75～90wt%。

4.根据权利要求1所述的具有优异剪切性能的聚脲脂的制备方法，其特征在于，二异氰酸酯为理论量的105mol%～150mol%。

5.根据权利要求1所述的具有优异剪切性能的聚脲脂的制备方法，其特征在于，脂肪单胺为C₂-C₁₈的烷基胺。

6.根据权利要求1所述的具有优异剪切性能的聚脲脂的制备方法，其特征在于，脂肪二胺为C₂-C₁₀的烷基胺。

7.根据权利要求1所述的具有优异剪切性能的聚脲脂的制备方法，其特征在于，环烷胺为C₆-C₁₈的环烷胺。

8.根据权利要求1所述的具有优异剪切性能的聚脲脂的制备方法，其特征在于，所说的二异氰酸酯结构为OCN-R₂-NCO，R₂是C₆-C₃₀的芳基。

9.根据权利要求9所述的具有优异剪切性能的聚脲脂的制备方法，其特征在于，R₂是碳数为6～15的芳基。