CN103060057A - 一种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，其中，该润滑脂含有50-95重量％的润滑基础油和5-50重量％的复合锆基稠化剂，所述复合锆基稠化剂为由高级脂肪酸、芳香酸和水与烷氧基锆反应生成的复合锆皂。本发明还涉及一种润滑脂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)在60-120℃下，将烷氧基锆、高级脂肪酸和芳香酸在润滑基础油中进行第一接触反应；(2)在85-100℃下，将经过所述第一接触反应后得到的混合物与水进行第二接触反应，并将经过所述第二接触反应后得到的产物升温至160-220℃进行脱水。根据本发明的所述润滑脂，具有良好的胶体安定性和优异的极压抗磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种润滑脂，以及该润滑脂的制备方法。
背景技术
锆作为一种过渡金属元素属于IVB族，位于第5周期。含锆化合物具有优良的润滑作用，常被用作润滑添加剂，如CN101113382A和JP1973038444公开了将锆的氧化物作为润滑剂添加剂以改善磨损性；WO2007143414和US20060063682公开了可以采用四氟化锆作为减磨添加剂成为润滑剂的组分之一；US20060254823公开了含有2-乙基己酸锆盐的润滑剂，该润滑剂表现出很好的耐重负荷和抗磨性能；US20050043189公开了氟锆酸盐如氟锆酸铝可作为氧化抑制剂用在润滑剂中；DE102004021812公开了将碳酸锆、磺酸锆或磷酸锆等无机盐加入到润滑脂中以提高抗磨损性。
以锆盐作为稠化剂制备锆基润滑脂的专利有US4189387，其中，稠化剂只含一种锆盐，由烷基取代的次磷酸或一元羧酸与氢氧化锆反应制得，所得产品极压性较好，但滴点不够高，且效果相对较好的产品的稠化剂含氟元素，原料不易获得。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的润滑脂及其制备方法，该润滑脂具有优良的胶体安定性和极压抗磨性。
本发明提供了一种润滑脂，其中，该润滑脂含有50-95重量％的润滑基础油和5-50重量％的复合锆基稠化剂，所述复合锆基稠化剂为由高级脂肪酸、芳香酸和水与烷氧基锆反应生成的复合锆皂。
本发明还涉及一种润滑脂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)在60-120℃下，将烷氧基锆、高级脂肪酸和芳香酸在润滑基础油中进行第一接触反应；
(2)在85-100℃下，将经过所述第一接触反应后得到的混合物与水进行第二接触反应，并将经过所述第二接触反应后得到的产物升温至160-220℃进行脱水。
根据本发明的所述润滑脂具有较高的滴点，表现出优良的胶体安定性，而且还具有优良的极压抗磨性。
具体实施方式
本发明提供了一种润滑脂，其中，该润滑脂含有50-95重量％的润滑基础油和5-50重量％的复合锆基稠化剂，所述复合锆基稠化剂为由高级脂肪酸、芳香酸和水与烷氧基锆反应生成的复合锆皂。
优选情况下，以所述润滑脂的总重量为基准，所述润滑基础油的含量为75-90重量％，所述复合锆基稠化剂的含量为10-25重量％。
根据本发明的所述润滑脂，所述润滑基础油可以为本领域常规使用的各种润滑基础油，例如可以为100℃粘度为2-150mm2/s(优选为2-150mm2/s，更优选为8-50mm2/s)的润滑基础油。具体的，所述润滑基础油例如可以为矿物油、酯类油、植物油和合成烃油(如聚α-烯烃合成油)中的至少一种。
根据本发明的所述润滑脂，在反应生成所述复合锆基稠化剂的过程中，水的用量与所述烷氧基锆的用量的摩尔比可以为1-20∶1，优选为1.9-10∶1；所述烷氧基锆的用量与所述高级脂肪酸和所述芳香酸的总用量的摩尔比为1∶1-1.5，优选为1∶1.01-1.35；所述高级脂肪酸和所述芳香酸的用量的摩尔比为1∶0.5-7，优选为1∶1-4。
根据本发明的所述润滑脂，所述烷氧基锆的通式可以为Zr(OR1)4，其中，R1为C1-C10的烷基，优选为C2-C6的烷基。具体的，所述烷氧基锆例如可以为乙醇锆(R1为乙基)、正丙醇锆(R1为正丙基)、正丁醇锆(R1为正丁基)、叔丁醇锆(R1为叔丁基)、正戊醇锆(R1为正戊基)和叔丁醇锆(R1为叔戊基)中的至少一种。
根据本发明的所述润滑脂，所述高级脂肪酸优选为C8-C24的直链脂肪酸或C8-C24的羟基脂肪酸。具体的，所述高级脂肪酸例如可以为选自月桂酸、油酸、硬脂酸和12-羟基硬脂酸中的至少一种。
根据本发明的所述润滑脂，所述芳香酸的结构式优选如式(I)所示，
式(I)
其中，R2、R3、R4、R5和R6各自独立地为氢、羧基、C1-C5的烷基、C2-C5的烯基、C2-C5的炔基、C6-C12的芳基、C1-C5的氟代烷基、C6-C12的氟代芳基、羧基取代的C1-C5的烷基、羧基取代的C2-C5的烯基、羧基取代的C2-C5的炔基或羧基取代的C6-C12的芳基。
在第一种优选实施方式中，在式(I)中，R2、R3和R4中的一个为羧基，R2、R3和R4中的另外两个以及R5和R6各自独立地为氢、C1-C5的烷基、C2-C5的烯基、C2-C5的炔基、C6-C12的芳基、C1-C5的氟代烷基或C6-C12的氟代芳基。更优选地，R2、R3和R4中的一个为羧基，R2、R3和R4中的另外两个以及R5和R6各自独立地为氢、C1-C5的烷基或C6-C12的芳基。
在第二种优选实施方式中，在式(I)中，R2、R3和R4中的一个为羧基取代的C1-C5的烷基、羧基取代的C2-C5的烯基、羧基取代的C2-C5的炔基或羧基取代的C6-C12的芳基，R2、R3和R4中的另外两个以及R5和R6各自独立地为氢、C1-C5的烷基、C2-C5的烯基、C2-C5的炔基、C6-C12的芳基、C1-C5的氟代烷基或C6-C12的氟代芳基。更优选地，R2、R3和R4中的一个为羧基取代的C1-C5的烷基或羧基取代的C6-C12的芳基，R2、R3和R4中的另外两个以及R5和R6各自独立地为氢、C1-C5的烷基或C6-C12的芳基。
在第三种优选实施方式中，在式(I)中，R2、R3、R4、R5和R6各自独立地为氢、C1-C5的烷基、C2-C5的烯基、C2-C5的炔基、C6-C12的芳基、C1-C5的氟代烷基或C6-C12的氟代芳基。更优选地，R2、R3、R4、R5和R6各自独立地为氢、C1-C5的烷基或C6-C12的芳基。
更进一步优选地，所述芳香酸为苯甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸和联苯二甲酸(如4，4′-联苯二甲酸)中的至少一种。
在一种实施方式中，为使所述润滑脂具有其他额外的性能，所述润滑脂还可以含有抗氧剂、抗磨剂、防锈剂、极压剂等本领域常规使用的添加剂，这些添加剂的含量可以为0-10重量％。
本发明还提供了一种润滑脂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)在60-120℃下，将烷氧基锆、高级脂肪酸和芳香酸在润滑基础油中进行第一接触反应；
(2)在85-100℃下，将经过所述第一接触反应后得到的混合物与水进行第二接触反应，并将经过所述第二接触反应后得到的产物升温至160-220℃进行脱水。
在优选情况下，相对于100重量份的所述润滑基础油，所述烷氧基锆的用量为10-100重量份，水的用量与所述烷氧基锆的用量的摩尔比为1-20∶1，所述烷氧基锆的用量与所述高级脂肪酸和所述芳香酸的总用量的摩尔比为1∶1-1.5，所述高级脂肪酸的用量与所述芳香酸的用量的摩尔比为1∶0.5-7。
更优选地，相对于100重量份的所述润滑基础油，所述烷氧基锆的用量为20-60重量份，水的用量与所述烷氧基锆的用量的摩尔比为1.9-10∶1，所述烷氧基锆的用量与所述高级脂肪酸和所述芳香酸的总用量的摩尔比为1∶1.01-1.5，所述高级脂肪酸和所述芳香酸的用量的摩尔比为1∶1-4。
根据本发明的所述方法，所述烷氧基锆、所述高级脂肪酸和所述芳香酸均与前文描述的相同。
根据本发明的所述方法，步骤(1)和步骤(2)中会产生C1-C10的烷基醇和水，这些醇和水会在步骤(2)的高温(160-220℃)下挥发掉。
根据本发明的所述方法，在实施所述第一接触反应的过程中，可以将所述烷氧基锆、所述高级脂肪酸和所述芳香酸直接混合反应，也可以将所述烷氧基锆、所述高级脂肪酸和所述芳香酸进行分步反应。
在将所述烷氧基锆、所述高级脂肪酸和所述芳香酸直接混合反应的情况下，所述第一接触反应的条件优选包括：反应温度为90-120℃，反应时间为20-100分钟。
在将所述烷氧基锆、所述高级脂肪酸和所述芳香酸进行分步反应的情况下，所述第一接触反应的操作过程可以包括以下步骤：
(1-1)在60-100℃下，在所述润滑基础油的存在下，将所述烷氧基锆与所述高级脂肪酸混合接触5-60分钟；
(1-2)在100-120℃下，在所述润滑基础油的继续存在下，将步骤(1-1)得到的混合物与所述芳香酸混合接触10-60分钟。
根据本发明的所述方法，所述第二接触反应的条件优选包括：反应温度为90-100℃；反应时间为15-30分钟。
在一种优选实施方式中，本发明的所述润滑脂的制备方法包括：将烷氧基锆与一部分润滑基础油(约占全部润滑基础油的30-60重量％)混合，升温至60-100℃，加入所述高级脂肪酸，并在该温度下反应5-60分钟；接着，加入所述芳香酸，升温至100-120℃，并在该温度下反应10-60分钟；之后，加入水，在85-100℃下反应5-60分钟，然后，升温至160-220℃；然后，通过加入剩余部分润滑基础油(约占全部润滑基础油的40-70重量％)进行降温，并选择性地加入其他添加剂进行搅拌混合，研磨，从而得到润滑脂。
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明的所述润滑脂及其制备方法。
将241g的500SN基础油(100℃粘度为11mm2/s，购自埃克森美孚化学公司)和187g的异丙醇锆异丙醇络合物(购自Sigma-Aldrich公司)在室温下加入常压反应釜中，搅拌混合，升温至70℃，加入96g的12-羟基硬脂酸(购自通辽市威宁化工有限责任公司)，反应20分钟后，加入53.2g的邻苯二甲酸，升温至105℃反应30分钟，加入101g的室温的500SN基础油，降温至95℃，加入19g水，恒温反应20分钟，然后升温至205℃，加入301g的室温的500SN基础油，搅拌降温，研磨，得到润滑脂。根据物料投料可计算得知，该润滑脂的组成如：润滑基础油76重量％，复合锆基稠化剂24重量％。
对比例1
将280g的500SN基础油(100℃粘度为11mm2/s，购自埃克森美孚化学公司)和90g的12-羟基硬脂酸(购自通辽市威宁化工有限责任公司)加入常压反应釜中，搅拌混合，升温到90℃后，加入27g的Zr(OH)4(购自Sigma-Aldrich公司)，升温至105℃，排水皂化2小时，然后升温至205℃，加入180g的室温的500SN基础油，搅拌降温，研磨，得到润滑脂。根据物料投料可计算得知，该润滑脂的组成如：润滑基础油80.9重量％，复合锆基稠化剂19.1重量％。
对比例2
将250g的500SN基础油(100℃粘度11mm2/s，购自埃克森美孚化学公司)、45g的12-羟基硬脂酸和15g的癸二酸加入常压反应釜中，搅拌混合，升温到90℃后，向其中缓慢加入50g溶有12.3g LiOH·H2O的水溶液，升温至105℃，排水皂化2小时，然后升温至205℃，加入150g的室温的500SN基础油，搅拌降温，研磨，得到润滑脂。根据物料投料可计算得知，该润滑脂的组成如：润滑基础油86.6重量％，复合锂基稠化剂13.4重量％。
实施例2
本实施例用于说明本发明的所述润滑脂及其制备方法。
将201g的150BS基础油(100℃粘度为31mm2/s，购自埃克森美孚化学公司)和78.35g的乙醇锆(购自Sigma-Aldrich公司)在室温下加入常压反应釜中，搅拌混合，升温至95℃，加入24g的12-羟基硬脂酸(购自通辽市威宁化工有限责任公司)，反应20分钟后，加入40g的间苯二甲酸，升温至105℃反应30分钟，加入101g的室温的150BS基础油，降温至100℃，加入10g水，恒温反应20分钟，然后升温至205℃，加入201g的室温的150BS基础油，搅拌降温，研磨，得到润滑脂。根据物料投料可计算得知，该润滑脂的组成如：润滑基础油84重量％，复合锆基稠化剂16重量％。
实施例3
本实施例用于说明本发明的所述润滑脂及其制备方法。
将201g的聚α-烯烃合成油PAO 10(100℃粘度为11mm2/s，购自埃克森美孚化学公司)、22.5g的硬脂酸和13.3g的对苯二甲酸在室温下搅拌混合，升温至95℃，加入45.36g的叔丁醇锆(购自Sigma-Aldrich公司)，升温至105℃反应30分钟，加入101g的室温的聚α-烯烃合成油PAO 10，降温至100℃，加入10g水，恒温反应20分钟，然后升温至105℃排水，再升温至205℃，加入201g的室温的聚α-烯烃合成油PAO 10，搅拌降温，研磨，得到润滑脂。根据物料投料可计算得知，该润滑脂的组成如：润滑基础油90重量％，复合锆基稠化剂10重量％。
实施例4
本实施例用于说明本发明的所述润滑脂及其制备方法。
将201g的聚α-烯烃合成油PAO 40(100℃粘度为41mm2/s，购自埃克森美孚化学公司)和24g的12-羟基硬脂酸在室温下搅拌混合，升温至95℃，加入78.27g的乙醇锆(购自Sigma-Aldrich公司)，升温至105℃反应30分钟，加入58g的4，4-联苯二甲酸，反应30分钟后，加入101g的室温的聚α-烯烃合成油PAO 40，降温至100℃，加入15g水，恒温反应20分钟，然后升温至105℃排水，再升温至205℃，加入201g的室温的癸二酸二异辛酯(100℃粘度为3.3mm2/s，购自埃克森美孚化学公司)，搅拌降温，研磨，得到润滑脂。根据物料投料可计算得知，该润滑脂的组成如：润滑基础油82重量％，复合锆基稠化剂18重量％。
测试例
(1)根据GB/T 269-1991的方法检测各种不同的润滑脂的工作锥入度；
(2)根据GB/T 3498-2008的方法检测各种不同的润滑脂的滴点；
(3)根据SH/T 0324-1992的方法检测各种不同的润滑脂的钢网分油；
(4)根据SH/T 0202-1992的方法检测各种不同的润滑脂的极压性能(如PB，PD)；
(5)根据SH/T 0204-1992的方法检测各种不同的润滑脂的抗磨性能(如D40 60)；
上述检测结果如下表1所示。
表1
从表1可以看出，根据本发明的所述润滑脂，具有良好的胶体安定性和优异的极压抗磨性能。
Claims (17)
1.一种润滑脂，其特征在于，该润滑脂含有50-95重量％的润滑基础油和5-50重量％的复合锆基稠化剂，所述复合锆基稠化剂为由高级脂肪酸、芳香酸和水与烷氧基锆反应生成的复合锆皂。
2.根据权利要求1所述的润滑脂，其中，以所述润滑脂的总重量为基准，所述润滑基础油的含量为75-90重量％，所述复合锆基稠化剂的含量为10-25重量％。
3.根据权利要求1或2所述的润滑脂，其中，所述润滑基础油的100℃粘度为2-150mm2/s。
4.根据权利要求3所述的润滑脂，其中，所述润滑基础油的100℃粘度为8-50mm2/s。
5.根据权利要求3所述的润滑脂，其中，所述润滑基础油为矿物油、酯类油、植物油和合成烃油中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的润滑脂，其中，在反应生成所述复合锆基稠化剂的过程中，水的用量与所述烷氧基锆的用量的摩尔比为1-20∶1，所述烷氧基锆的用量与所述高级脂肪酸和所述芳香酸的总用量的摩尔比为1∶1-1.5，所述高级脂肪酸和所述芳香酸的用量的摩尔比为1∶0.5-7。
7.根据权利要求1或6所述的润滑脂，其中，所述烷氧基锆的通式为Zr(OR1)4，R1为C1-C10的烷基。
8.根据权利要求7所述的润滑脂，其中，所述烷氧基锆为乙醇锆、正丙醇锆、正丁醇锆、叔丁醇锆、正戊醇锆和叔丁醇锆中的至少一种。
9.根据权利要求1或6所述的润滑脂，其中，所述高级脂肪酸为C8-C24的直链脂肪酸或C8-C24的羟基脂肪酸。
10.根据权利要求9所述的润滑脂，其中，所述高级脂肪酸选自月桂酸、油酸、硬脂酸和12-羟基硬脂酸中的至少一种。
11.根据权利要求1或6所述的润滑脂，其中，所述芳香酸的结构式如式(I)所示，
其中，R2、R3、R4、R5和R6各自独立地为氢、羧基、C1-C5的烷基、C2-C5的烯基、C2-C5的炔基、C6-C12的芳基、C1-C5的氟代烷基、C6-C12的氟代芳基、羧基取代的C1-C5的烷基、羧基取代的C2-C5的烯基、羧基取代的C2-C5的炔基或羧基取代的C6-C12的芳基。
12.根据权利要求11所述的润滑脂，其中，在式(I)中，R2、R3和R4中的一个为羧基，R2、R3和R4中的另外两个以及R5和R6各自独立地为氢、C1-C5的烷基、C2-C5的烯基、C2-C5的炔基、C6-C12的芳基、C1-C5的氟代烷基或C6-C12的氟代芳基。
13.根据权利要求11所述的润滑脂，其中，在式(I)中，R2、R3和R4中的一个为羧基取代的C1-C5的烷基、羧基取代的C2-C5的烯基、羧基取代的C2-C5的炔基或羧基取代的C6-C12的芳基，R2、R3和R4中的另外两个以及R5和R6各自独立地为氢、C1-C5的烷基、C2-C5的烯基、C2-C5的炔基、C6-C12的芳基、C1-C5的氟代烷基或C6-C12的氟代芳基。
14.根据权利要求11所述的润滑脂，其中，在式(I)中，R2、R3、R4、R5和R6各自独立地为氢、C1-C5的烷基、C2-C5的烯基、C2-C5的炔基、C6-C12的芳基、C1-C5的氟代烷基或C6-C12的氟代芳基。
15.一种润滑脂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)在60-120℃下，将烷氧基锆、高级脂肪酸和芳香酸在润滑基础油中进行第一接触反应；
(2)在85-100℃下，将经过所述第一接触反应后得到的混合物与水进行第二接触反应，并将经过所述第二接触反应后得到的产物升温至160-220℃进行脱水。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，相对于100重量份的所述润滑基础油，所述烷氧基锆的用量为10-100重量份，水的用量与所述烷氧基锆的用量的摩尔比为1-20∶1，所述烷氧基锆的用量与所述高级脂肪酸和所述芳香酸的总用量的摩尔比为1∶1-1.5，所述高级脂肪酸的用量与所述芳香酸的用量的摩尔比为1∶0.5-7。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，相对于100重量份的所述润滑基础油，所述烷氧基锆的用量为20-60重量份，水的用量与所述烷氧基锆的用量的摩尔比为1.9-10∶1，所述烷氧基锆的用量与所述高级脂肪酸和所述芳香酸的总用量的摩尔比为1∶1.01-1.35，所述高级脂肪酸和所述芳香酸的用量的摩尔比为1∶1-4。
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