CN102977979A - 一种复合锂钙基润滑脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种润滑脂及其制备方法，尤其是一种复合型润滑脂及其制备方法，属于化学技术领域。本发明通过将基础油、稠化剂和添加剂按合适比例进行制备得到的锂钙基润滑脂，具有良好的高温性能、剪切安定性、极压抗磨性和抗水性能等特点，且制备方法简单，产品性能稳定，便于大规模工业化生产，产品的综合成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种润滑脂及其制备方法，尤其是一种复合型润滑脂及其制备方法，属于化学技术领域。
背景技术
随着我国工业化水平不断提高，高性能的工业设备对润滑脂产品提出了更高要求，仅具有单一性能的润滑脂已不能满足现代工业设备的润滑要求。锂基润滑脂具有良好的多效性, 广泛应用于汽车、坦克、飞机、舰艇、工业机械、仪器仪表等的润滑。在锂基脂中加入钙皂制成的锂钙混合皂基脂, 可以在保持锂基脂的结构和多效性基础上降低成本, 提高其抗水性、抗磨性。因此，复合锂钙基脂作为一种高滴点、多效能润滑脂，近年来得到了较快发展，成为当今高性能润滑脂研究的热点。据申请人了解，中国专利CN1252434A公开了一种复合锂钙基润滑脂组成物及其制备工艺，其产品具有良好的抗水剪切安定性、机械安定性和极压抗磨性能，但滴点偏低，耐高温性能不佳；CN101792689A公开了一种高性能复合锂钙基润滑脂组合物及其制备方法，制备工艺中选用氢氧化锂悬浮液代替氢氧化锂水溶液，尽管制备出的产品具有突出的剪切性和良好的极压抗磨性能，但产品的综合成本较高，不利于大规模工业化生产；而CN102286306A也公开了一种高温抗水长寿命复合锂钙基润滑脂及制备方法，在制备原料中引入了小分子酸硼酸和水杨酸，且采用是一步法制备工艺，产品的抗水性、机械安定性和极压抗磨性能较好，但滴点最高只能达285℃，不能满足长时间高温使用要求，从而限制了产品的应用；中国专利CN1616612A公开了一种含有高碱性磺酸钙的复合锂基脂，该润滑脂具有良好的机械安定性，抗水性、防锈和高温使用性能，但生产中需要对高碱性磺酸钙转相，因此制备方法较为复杂，工业化生产时较难控制。同样地，CN102433206A公开的一种复合锂钙基润滑脂及制备方法中，采用磺酸钙代替氢氧化钙，生产中也需要使用小分子酸对磺酸钙进行相转变，不仅原料成本高，而且工艺上控制好磺酸钙成功实现相转变的过程比较困难，不能保证产品质量的稳定性。CN101921649A的中国专利公开了一种复合锂钙基润滑脂及其制备方法，通过在配方中加入表面活性剂使其产品具有较高的滴点，但表面活性剂加入对产品的胶体安定性影响较大，钢网分油均大于2%以上。美国专利USP5350531报道了一种复合锂钙基润滑脂的制备方法，先光亮油和12-羟基硬脂酸在76～93℃下搅拌混合至少30分钟，然后加入氢氧化锂和氢氧化钙在182～232℃下进行皂化反应，最后研磨均化、调稠，制备的润滑脂产品具有很好的机械安定性，10次剪切差值为25，但是滴点小于200℃，不能满足高温使用性能要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提出一种复合锂钙基润滑脂及其制备方法，满足高温使用性能要求。
本发明通过以下技术方案解决技术问题，一种复合锂钙基润滑脂，包括下述重量百分比的原料：
ａ.占润滑脂总重量70～85%的基础油，包括40℃运动粘度为90-500mm2/s的矿物油与合成油中至少一种；
ｂ.稠化剂，包括占润滑脂总重量6～12%的含12～24个C原子的一元有机酸、占润滑脂总重量2～4%的二元羧酸、占润滑脂总重量1～3%的单水氢氧化锂和占润滑脂总重量0.2～1.5%的氢氧化钙；
ｃ.添加剂，由占润滑脂总重量0.1～0.5%的抗氧剂、占润滑脂总重量1～3%
的抗氧抗腐剂、占润滑脂总重量0.5～3% 的极压抗磨剂、占润滑脂总重量0.1～0.5%的防锈剂和占润滑脂总重量1～3% 的固体添加剂组成。
其中，所述一元有机酸为12-羟基硬脂酸和硬脂酸中至少一种；所述的二元羧酸为壬二酸或者癸二酸；所述一元有机酸与二元羧酸的摩尔比为1:0.2～1:0.5；所述单水氢氧化锂和氢氧化钙的摩尔比为9:1～3:1；所述抗氧剂为二苯胺或者N-苯基-α-萘胺；所述抗氧剂抗腐剂为硫磷丁辛基锌盐或硫磷双辛基碱性锌盐；所述极压抗磨剂为硫化异丁烯、磷酸三甲酚脂、三硼酸钾、氨基硫代脂中至少一种；所述防锈剂为石油磺酸钡、苯并三氮唑或者2-巯基苯并噻二唑中至少一种；所述固体添加剂为平均粒径在50~80nm范围内的纳米级碳酸钙、二硫化钼中至少一种。
本发明进一步提供复合锂钙基润滑脂的制备方法，包括将上述原料按所述比例，以下述步骤进行，
步骤一、将占润滑脂总量的1/2~2/3基础油与含12～24个C原子的一元有机酸混合，加热至80～85℃，待所述一元有机酸全部溶解；
步骤二、加入氢氧化钙和1/3配方量的单水氢氧化锂皂化30～60min，升温至90～100℃，加入二元羧酸，并加入剩余的单水氢氧化锂继续反应45～90min，然后升温至215～230℃进行高温炼制；
步骤三、加入剩余的基础油，降温至170～180℃并保温15～30min，待温度降至90℃以下后，依次加入添加剂，循环剪切均化、脱气、过滤后得成品。
本发明通过试验及对产品进行性能评价得出以下优点：
1、 综合考虑锂基脂和钙基脂的各自优势，制备出复合锂钙基润滑脂，具有良好的机械安定性，胶体安定性和抗水性能；
2、 精选各添加剂及精确配伍组合，使制备出的产品具有优异的极压抗磨性，抗氧性和防锈性；
3、 与已有的专利技术相比，不仅在原料选择上易得，价格低，而且在制备工艺上能保证产品的滴点高于300℃，且易于控制，产品性能稳定，其各项性能指标达到或超过了国内外同类产品，对工业化大规模生产具有重要的意义。
4、 本发明的另一个特殊之处在于，第二步反应时的温度控制在90～100℃，如果温度过高，体系中的水分迅速蒸发掉，会影响反应效果。
5、 由于氢氧化钙与脂肪酸不容易发生皂化反应，且反应效率低，同时制备高性能复合锂钙基润滑脂的关键还在于二元酸的复合问题，本发明通过两步皂化法来实现复合锂钙皂基的形成，并控制好第二步皂化时的温度来达到制备同时具有高滴点和良好胶体安定性的复合锂钙基润滑脂。
本发明的有益效果是：具有良好的高温性能、剪切安定性、极压抗磨性和抗水性能等特点，且制备方法简单，产品性能稳定，便于大规模工业化生产，产品的综合成本较低。
具体实施方式
以下结合实施例进一步阐述本发明，实施例中所涉及的原料若无特殊说明，均为市场所售。
实施例一
本实施例将原料按以下方法制备锂钙基润滑脂：
步骤一、在带有加热和搅拌功能的制脂釜中加入40℃粘度为120mm2/s 、
1618g的基础油500SN与321.6g的12-羟基硬脂酸混合搅拌加热至85℃，使12-羟基硬脂酸全部溶解；
步骤二、加入用3倍碱量的水溶解的24.9g氢氧化钙和23.7g单水氢氧化锂混合物，在85℃下皂化反应40min，继续升温至95℃,加入86.7g的癸二酸，再加入含单水氢氧化锂47.4g的水溶液240ml反应60min，然后升温至215℃进行高温炼制；
步骤三、加入659g基础油500SN，降温至175℃并保温15min，待温度降至85℃时，依次加入15g的二苯胺，45g的硫磷丁辛基锌盐，45g的硫化异丁烯，45g的磷酸三甲酚酯，9g的苯并三氮唑和30g平均粒径为80nm的纳米级碳酸钙，循环剪切均化、脱气、过滤后得成品。检测结果见表1。
表1 实施例一的检测结果
实施例二
步骤一、在带有加热和搅拌功能的制脂釜中加入40℃粘度为220mm2/s 、
1833g的减二线基础油与330g的12-羟基硬脂酸和62.48g的硬脂酸，混合搅拌加热至85℃，使12-羟基硬脂酸和硬脂酸全部溶解；
步骤二、加入用3倍碱量的水溶解的40.2g氢氧化钙和22.2g单水氢氧化锂混合物，在80℃下皂化反应45min，继续升温至100℃，加入106.5g的癸二酸，再加入含单水氢氧化锂44.4g的水溶液200ml反应75min，然后升温至225℃进行高温炼制；
步骤三、加入319g减二线基础油，降温至180℃并保温20min，待温度降至80℃时，依次加入9g的N-苯基-α-萘胺，60g的硫磷双辛基碱性锌盐，75g的三硼酸钾，15g的石油磺酸钡和45g的二硫化钼，循环剪切均化、脱气、过滤后得成品。检测结果见表2。
表2 实施例二的检测结果
实施例三
步骤一、在带有加热和搅拌功能的制脂釜中加入40℃粘度为480mm2/s 、
1572g的基础油150BS与240.9g的12-羟基硬脂酸，混合搅拌加热至85℃，使12-羟基硬脂酸全部溶解；
步骤二、加入用3倍碱量的水溶解的13.8g氢氧化钙和21g单水氢氧化锂混合物，在85℃下皂化反应60min，继续升温至100℃，加入75.5g的壬二酸，再加入含单水氢氧化锂42g的水溶液250ml反应60min，然后升温至220℃进行高温炼制；
步骤三、加入786g基础油150BS，降温至170℃并保温30min，待温度降至85℃时，依次加入12g的二苯胺，75g的硫磷丁辛基锌盐，25g的三硼酸钾，50g的氨基硫代脂，6g的2-巯基苯并噻二唑，30g平均粒径为60nm的纳米级碳酸钙和30g的二硫化钼，循环剪切均化、脱气、过滤后得成品。检测结果见表3。
表3 实施例三的检测结果
| 试验项目 | 检验结果 | 试验方法 |
| 工作锥入度，0.1mm | 285 | GB/T 269 |
| 滴点，℃ | 306 | GB/T 3498 |
| 腐蚀（T2铜片，100℃，24h） | 合格 | GB/T 7326 乙法 |
| 水淋流失量 （38℃，1h），% | 0.67 | SH/T 0109 |
| 抗水喷雾（38℃，5min）,% | 2.3% | SH/T 0643 |
| 延长工作锥入度变化率（100000次），% | 8.5 | GB/T 269 |
| 防腐性（52℃，48h），级 | 1 | GB/T 5018 |
| 极压性能（四球法）PD) ，N | 5390 | SH/T 0202 |
| 抗磨性能（四球法）， mm | 0.38 | SH/T 0204 |
| 蒸发度（180℃，1h），% | 2.6 | SH/T 0337 |
| 钢网分油（100℃，24h），% | 0.32 | SH/T 0324 |
| 氧化安定性（99℃，100h压力降）， kPa | 20 | SH/T 0325 |
通过上述三个实施例及表1-表3中数据可以得出以下结论：
（1） 采用两步法的制备工艺能够很好的提高复合锂钙基润滑脂的滴点，保证产品的高温使用性能，克服了已有专利技术中滴点低于300℃的缺陷，扩大了产品的应用领域；
（2） 在产品冷却阶段，将产品急冷至170～180℃并保温一段时间，使产品的机械安定性得到了较大的提高，且性能比较稳定。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (11)
1.一种复合锂钙基润滑脂，包括下述重量百分比的原料：
ａ.占润滑脂总重量70～85%的基础油，包括40℃运动粘度为90-500mm2/s的矿物油与合成油中至少一种；
ｂ.稠化剂，包括占润滑脂总重量6～12%的含12～24个C原子的一元有机酸、占润滑脂总重量2～4%的二元羧酸、占润滑脂总重量1～3%的单水氢氧化锂和占润滑脂总重量0.2～1.5%的氢氧化钙；
ｃ.添加剂，由占润滑脂总重量0.1～0.5%的抗氧剂、占润滑脂总重量1～3%
的抗氧抗腐剂、占润滑脂总重量0.5～3% 的极压抗磨剂、占润滑脂总重量0.1～0.5%的防锈剂和占润滑脂总重量1～3% 的固体添加剂组成。
2.根据权利要求1所述复合锂钙基润滑脂，其特征在于：所述一元有机酸为12-羟基硬脂酸和硬脂酸中至少一种。
3.根据权利要求1 所述复合锂钙基润滑脂，其特征在于：所述的二元羧酸为壬二酸或者癸二酸。
4.根据权利要求1 所述复合锂钙基润滑脂，其特征在于：所述一元有机酸与二元羧酸的摩尔比为1:0.2～1:0.5。
5.根据权利要求1 所述复合锂钙基润滑脂，其特征在于：所述单水氢氧化锂和氢氧化钙的摩尔比为9:1～3:1。
6.根据权利要求1 所述复合锂钙基润滑脂，其特征在于：所述抗氧剂为二苯胺或者N-苯基-α-萘胺。
7.根据权利要求1 所述复合锂钙基润滑脂，其特征在于：所述抗氧剂抗腐剂为硫磷丁辛基锌盐或硫磷双辛基碱性锌盐。
8.根据权利要求1 所述复合锂钙基润滑脂，其特征在于：所述极压抗磨剂为硫化异丁烯、磷酸三甲酚脂、三硼酸钾、氨基硫代脂中至少一种。
9.根据权利要求1 所述复合锂钙基润滑脂，其特征在于：所述防锈剂为石油磺酸钡、苯并三氮唑或者2-巯基苯并噻二唑中至少一种。
10.根据权利要求1 所述复合锂钙基润滑脂，其特征在于：所述固体添加剂为平均粒径在50~80nm范围内的纳米级碳酸钙,二硫化钼中至少一种。
11.根据权利要求1所述复合锂钙基润滑脂的制备方法，包括将上述原料按所述比例，以下述步骤进行，
步骤一、将占润滑脂总量的1/2~2/3基础油与含12～24个C原子的一元有机酸混合，加热至80～85℃，待所述一元有机酸全部溶解；
步骤二、加入氢氧化钙和1/3配方量的单水氢氧化锂皂化30～60min，升温至90～100℃，加入二元羧酸，并加入剩余的单水氢氧化锂继续反应45～90min，然后升温至215～230℃进行高温炼制；
步骤三、加入剩余的基础油，降温至170～180℃并保温15～30min，待温度降至90℃以下后，依次加入添加剂，循环剪切均化、脱气、过滤后得成品。
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