CN104513687B - 一种钙锆基四聚脲润滑脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钙锆基四聚脲润滑脂，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：1‑59重量%的钙锆基稠化剂；1‑59重量%的聚脲化合物；40‑95重量%的基础油，其中，所述钙锆基稠化剂是由组分A、组分B和组分C反应生成的钙锆皂，其中，所述组分A为高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的混合物，所述组分B为钙的氧化物和/或氢氧化物，所述组分C为锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆中的至少一种，所述聚脲化合物是四聚脲化合物。本发明还公开了钙锆基四聚脲润滑脂的制备方法及其制备的钙锆基四聚脲润滑脂。本发明的润滑脂，具有更好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、抗盐雾性、胶体安定性、极压抗磨性。

Description

一种钙锆基四聚脲润滑脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑脂，具体地，涉及一种钙锆基四聚脲润滑脂及其制备方法。

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CN101113382和JP1973038444将锆的氧化物作为润滑剂添加剂改善了磨损性；WO2007143414和US20060063682介绍了四氟化锆可作为减磨添加剂成为润滑剂的组分之一；US20060254823发现含有2-乙基己酸锆盐的润滑剂表现出很好的耐重负荷和抗磨性能；US20050043189发现氟锆酸盐如氟锆酸铝可作为氧化抑制剂用在润滑剂中；DE102004021812发现将碳酸锆、磺酸锆或磷酸锆等无机盐加入到润滑脂里面可以提高抗磨损性。

以锆盐作为稠化剂制备锆基润滑脂的专利有US4189387，稠化剂是由有机次磷酸或一元羧酸与氢氧化锆反应制得，所制得的润滑脂具有较好的极压抗磨性，但润滑脂的其他性能仍有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、抗盐雾性、胶体安定性、极压抗磨性均较好，成本低，制备工艺简单的钙锆基四聚脲润滑脂及其制备方法。

本发明的发明人在研究中发现，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：1-59重量%的钙锆基稠化剂；1-59重量%的聚脲化合物；40-95重量%的基础油，其中，所述钙锆基稠化剂是由组分A、组分B和组分C反应生成的钙锆皂，其中，所述组分A为高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的混合物，所述组分B为钙的氧化物和/或氢氧化物，所述组分C为锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆中的至少一种，所述聚脲化合物是四聚脲化合物。该润滑脂具有较好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、抗盐雾性、胶体安定性、极压抗磨性，且成本低，制备工艺简单。

因此，为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种钙锆基四聚脲润滑脂，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：1-59重量%的钙锆基稠化剂；1-59重量%的聚脲化合物；40-95重量%的基础油，其中，所述钙锆基稠化剂是由组分A、组分B和组分C反应生成的钙锆皂，其中，所述组分A为高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的混合物，所述组分B为钙的氧化物和/或氢氧化物，所述组分C为锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆中的至少一种，所述聚脲化合物是四聚脲化合物。

优选地，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：3-40重量%的钙锆基稠化剂；2-40重量%的四聚脲化合物；50-93重量%的基础油。

优选地，所述钙锆基稠化剂中，钙和锆的摩尔比为1：0.1-10；更优选为1：0.25-4。

优选地，所述组分C为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物，以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比为1：0.1-10；更优选为1：0.5-5。

第二方面，本发明提供了如上所述的钙锆基四聚脲润滑脂的制备方法，该方法包括：将钙锆基稠化剂、四聚脲化合物和部分基础油混合均匀，在180-230℃恒温炼制，加入余量基础油，加入必要的添加剂，得到成品。

第三方面，本发明提供了一种钙锆基四聚脲润滑脂的制备方法，该方法包括：

（1）将组分A、组分B和组分C在基础油中混合，升温排水皂化，其中，所述组分A为高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的混合物，所述组分B为钙的氧化物和/或氢氧化物，所述组分C为锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆中的至少一种；

（2）在步骤（1）所得混合物中加入基础油和二异氰酸酯，然后依次加入二胺和单胺进行反应；

（3）将步骤（2）所得混合物升温到180-230℃恒温炼制，加入基础油，加入必要的添加剂，得到成品。

优选地，步骤（1）中，钙和锆的摩尔比为1：0.1-10，更优选为1：0.25-4。

优选地，步骤（1）中，将所述组分A和基础油混合加热到60-90℃，加入组分B和组分C，在90-120℃排水皂化，其中，组分C为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物，以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比为1：0.1-10，更优选为1：0.5-5。

第四方面，本发明提供了由如上所述的方法制得的钙锆基四聚脲润滑脂。

本发明的钙锆基四聚脲润滑脂，相比锆基四聚脲润滑脂，具有更好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、抗盐雾性、胶体安定性、极压抗磨性，尤其当润滑脂中钙和锆的摩尔比为1：0.25-4；制备钙锆基稠化剂的锆的原料为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物；以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比为1：0.5-5时，钙锆基四聚脲润滑脂的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性能够得到极大提高。本发明的润滑脂的制备工艺简单、成本低，产品质量稳定。本发明的润滑脂可广泛用于高速、重负荷运转、油田钻井等轴承润滑。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种钙锆基四聚脲润滑脂，这种润滑脂同时含有钙锆基稠化剂、以及异氰酸酯和胺反应产生的四聚脲化合物。

本发明还提供了上述润滑脂的制备方法。

一方面，本发明提供了钙锆基四聚脲润滑脂，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：1-59重量%的钙锆基稠化剂；1-59重量%的聚脲化合物；40-95重量%的基础油，其中，钙锆基稠化剂是由组分A、组分B和组分C反应生成的钙锆皂，其中，组分A为高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的混合物，组分B为钙的氧化物和/或氢氧化物，组分C为锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆中的至少一种，所述聚脲化合物是四聚脲化合物。

优选地，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：3-40重量%的钙锆基稠化剂；2-40重量%的四聚脲化合物；50-93重量%的基础油；更优选地，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：5-30重量%的钙锆基稠化剂；2-30重量%的聚脲化合物；60-90重量%的基础油。

根据本发明，尽管具有上述组分的钙锆基四聚脲润滑脂，即可实现本发明的目的，即润滑脂具有较好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、抗盐雾性、胶体安定性、极压抗磨性，但当钙锆基稠化剂中，钙和锆的摩尔比为1：0.1-10，更优选为1：0.25-4时，可进一步提高润滑脂的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性。因此，本发明的钙锆基稠化剂中，钙和锆的摩尔比优选为1：0.1-10，更优选为1：0.25-4。

本发明的发明人在研究中意外发现，当组分C为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物时，即锆的原料为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物时，可进一步提高润滑脂的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性，因此，组分C优选为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物，其中，以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比优选为1：0.1-10，更优选为1：0.2-8，更进一步优选为1：0.5-5，在锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的优选摩尔比的情况下，能够进一步提高润滑脂的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性和极压抗磨性。

本发明中，高级脂肪酸可以为碳数为8-24，优选10-20的直链脂肪酸或羟基脂肪酸，例如月桂酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸、二十烷基羧酸中的至少一种，更优选为12-羟基硬脂酸。

本发明中，小分子无机酸优选为硼酸和/或磷酸，低级直链脂肪酸可以为一元酸或二元酸，例如，可以选自甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸和月桂二酸中的至少一种。

本发明中，高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的摩尔比优选为1：0.2-10，更优选为1：0.4-5。

本发明中，高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸所含H⁺的摩尔数之和等于全部中和钙的氧化物、钙的氢氧化物、锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆所需的H⁺的摩尔数，但钙的氧化物、钙的氢氧化物、锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆相对于高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸可以过量1-10%。

本发明中，钙的氧化物和/或氢氧化物可以为CaO、Ca(OH)₂；锆的氧化物和/或氢氧化物优选选自ZrO₂、ZrO(OH)₂、Zr(OH)₄以及它们的水合物中的至少一种。ZrO(OH)₂的水合物可以为新制的湿氢氧化锆，其可以通过ZrOX₂·8H₂O（X为F、Cl、Br或I）或ZrO(NO₃)₂·2H₂O等与碱反应获得，其中，碱可以为NaOH、KOH、浓氨水等，优选ZrOCl₂·8H₂O与NaOH反应。

本发明中，烷氧基锆的通式可以为Zr(OR₁)₄，R₁可以为C1-C10的烷基，优选为C2-C6的烷基；更优选地，烷氧基锆选自乙醇锆、正丙醇锆、正丁醇锆、叔丁醇锆和正戊醇锆中的至少一种。

本发明中，所述四聚脲化合物优选具有以下结构：

其中，R¹可以是烷基、环烷基或芳基，烷基或环烷基的碳数可以为8-24，优选10-18，芳基可以是苯基或取代的苯基，优选为苯基或C1-C3烷基或卤素取代的苯基。

其中，R²可以是亚烷基或亚芳基，亚烷基的碳数可以为2-12，优选为2-8，亚芳基可以是亚苯基或亚联苯基。

其中，R³可以是亚芳基、亚烷基或亚环烷基，亚芳基、亚烷基或亚环烷基的碳数可以为6-30，优选为6-20，R³更优选为 和——(CH₂)₆——中的至少一种。

上述四聚脲化合物可以采用本领域技术人员所能想到的各种方法获得，例如可以按照CN103060070A记载的方法制备得到。

本发明中，基础油100℃运动粘度优选为2-150mm²/s，更优选为4-60mm²/s，基础油可以为矿物油、合成油和植物油中的至少一种，合成油可以为聚α-烯烃油（PAO）、酯类油、烷基硅油、费托合成油等。

本发明润滑脂中还可以含有各种添加剂，如抗氧剂、极压抗磨剂、防锈剂等等。其中，抗氧剂优选芳胺类抗氧剂，占润滑脂总重量的0.01-5%，优选0.1-2.5%，可以是二苯胺、苯基-α-萘胺和二异辛基二苯胺中的至少一种，优选二异辛基二苯胺。极压抗磨剂占润滑脂总重量的0.5-12%，优选0.8-8%，可以是二硫代二烷基磷酸锌、二硫代二烷基氨基甲酸钼、二硫代二烷基氨基甲酸铅、三苯基硫代磷酸酯、有机钼络合物、硫化烯烃、二硫化钼、聚四氟乙烯、硫代磷酸钼、氯化石蜡、二丁基二硫代氨基甲酸锑、二硫化钨、二硫化硒、氟化石墨、碳酸钙和氧化锌中的至少一种；防锈剂占润滑脂总重量的0.01-4.5%，优选0.1-2%，可以是石油磺酸钡、石油磺酸钠、苯骈噻唑、苯骈三氮唑、环烷酸锌和烯基丁二酸中的至少一种。

第二方面，本发明提供了如上所述的钙锆基四聚脲润滑脂的制备方法，该方法包括：将钙锆基稠化剂、四聚脲化合物和部分基础油混合均匀，在180-230℃恒温炼制，加入余量基础油，加入必要的添加剂，得到成品。

本发明中，对于钙锆基稠化剂、四聚脲化合物、基础油和添加剂如上所述，在此不再赘述。

本领域技术人员应该理解的是，部分基础油的量与余量基础油的量之和即为所用的基础油的总量，本发明中，部分基础油与余量基础油的重量比优选为1：0.5-5。

对于钙锆基稠化剂，可以由组分A、组分B和组分C在基础油中反应得到，其中，组分A为高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的混合物，组分B为钙的氧化物和/或氢氧化物，组分C为锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆中的至少一种。例如，将组分A和部分基础油混合加热到60-90℃，加入组分B和组分C，在90-120℃排水皂化，其中，组分C为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物，以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比优选为1：0.1-10，更优选为1：0.2-8，更进一步优选为1：0.5-5。

第三方面，本发明提供了一种钙锆基四聚脲润滑脂的制备方法，该方法包括：

（1）将组分A、组分B和组分C在基础油中混合，升温排水皂化，其中，所述组分A为高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的混合物，所述组分B为钙的氧化物和/或氢氧化物，所述组分C为锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆中的至少一种；

（2）在步骤（1）所得混合物中加入基础油和二异氰酸酯，然后依次加入二胺和单胺进行反应；

（3）将步骤（2）所得混合物升温到180-230℃恒温炼制，加入基础油，加入必要的添加剂，得到成品。

根据本发明，尽管按照上述方法制备钙锆基聚脲润滑脂，即可实现本发明的目的，即制备的钙锆基聚脲润滑脂具有较好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、抗盐雾性、胶体安定性、极压抗磨性，但步骤（1）中，当钙和锆的摩尔比为1：0.1-10，更优选为1：0.25-4时，可进一步提高制得的润滑脂的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性。因此，本发明步骤（1）中，钙和锆的摩尔比优选为1：0.1-10，更优选为1：0.25-4。

本发明步骤（1）中，可以使基础油先与组分A混合，也可以使基础油先与组分B和组分C混合；高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸可以同时在基础油中与组分B和组分C反应脱水，也可以分别反应脱水。优选将基础油和组分A混合加热到60-90℃，加入组分B和组分C，升温排水皂化。

如前所述，本发明的发明人在研究中意外发现，步骤（1）中，当组分C为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物时，即锆的原料为锆的氧化物和/或氢氧化物和烷氧基锆的混合物时，可进一步提高制得的润滑脂的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性，因此，优选地，步骤（1）中，将组分A和基础油混合加热到60-90℃，加入组分B和组分C，在90-120℃排水皂化，其中，组分C为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物，以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比优选为1：0.1-10，更优选为1：0.2-8，更进一步优选为1：0.5-5。

本发明步骤（1）中，高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的总量与基础油的重量比优选为1：5-50。

本发明步骤（1）中，高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸的摩尔比优选为1：0.2-10，更优选为1：0.4-5。

高级脂肪酸、小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸、钙的氧化物、钙的氢氧化物、锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆如前所述，在此不再赘述。

高级脂肪酸与小分子无机酸和/或低级直链脂肪酸与钙的氧化物、钙的氢氧化物、锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆的摩尔比如前所述，在此不再赘述。

本发明步骤（2）中，在步骤（1）所得混合物中加入基础油和二异氰酸酯，然后依次加入二胺和单胺进行反应，即是在步骤（1）所得混合物中制备四聚脲化合物。

本发明制备四聚脲化合物的方法无特殊要求，可以采用本领域常用的各种方法。例如，在本发明中，可以在步骤（1）所得混合物中加入基础油和二异氰酸酯，搅拌2-8分钟，加入二胺，搅拌2-8分钟，加入单胺，搅拌2-8分钟，二异氰酸酯、二胺与单胺的摩尔比为2:1:2。

所述二异氰酸酯结构为OCN-R³-NCO，R³可以是碳数为6-30，优选6-20的亚芳基、亚烷基或亚环烷基，优选为 ——(CH₂)₆——等。例如，所述二异氰酸酯可以是甲苯二异氰酸酯(TDI)，甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)，1,6-亚己基二异氰酸酯(HDI)，二环己基甲基二异氰酸酯（HMDI）和间苯二甲基二异氰酸酯（XDI）等中的至少一种。

所述单胺可以是脂肪胺、脂环胺或芳胺，结构式为R¹-NH₂、R^1’-NH₂，其中的R¹、R^1’可以是烷基、环烷基或芳基，烷基或环烷基的碳数可以为8-24，优选10-18，芳基可以是苯基或取代的苯基，优选苯基或C1-C3烷基或卤素取代的苯基。优选的单胺可以是选自苯胺、间氯苯胺、对氯苯胺、对甲苯胺的芳胺，和/或选自十二胺、十四胺、十六胺、十八胺的脂肪胺。

所述二胺可以是脂肪胺或芳胺，结构式为NH₂-R²-NH₂，其中的R²可以是亚烷基或亚芳基，亚烷基的碳数可以为2-12，优选2-8，亚芳基可以是亚苯基或亚联苯基。优选的二胺可以是选自对苯二胺、邻苯二胺、4,4-联苯二胺的芳香胺和/或选自乙二胺、丙二胺、1,6-己二胺的直链脂肪胺。

本发明步骤（3）中，先在100-120℃恒温10-20分钟，最后升温到180-230℃恒温5-20分钟；加入基础油，待温度冷却到100-120℃，加入必要的添加剂，搅拌，循环过滤、均化、脱气。

基础油和添加剂如前所述，在此不再赘述。

本发明中，步骤（1）中所用基础油的总量与步骤（2）中所用基础油的总量与步骤（3）中所用基础油的总量的重量比优选为1：0.5-5：0.5-5。

第四方面，本发明还提供了由本发明第三方面提供的制备方法制得的钙锆基四聚脲润滑脂。

与由第二方面提供的制备方法制得的钙锆基四聚脲润滑脂相比，第三方面提供的制备方法制得的钙锆基四聚脲润滑脂具有更好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性。

实施例

以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。

实施例1

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

原料组分：ZrOCl₂·8H₂O（22.5g）；NaOH（6g）；乙醇锆（19g）；Ca(OH)₂（2.6g）；12-羟基硬脂酸（50g）；癸二酸（18g）；十八胺（10.8g）；乙二胺（1.2g）；MDI（10g）；HVI500SN润滑基础油（100℃运动粘度为10mm²/s，400g）。

将22.5gZrOCl₂·8H₂O溶于140g水，将80g含有6g NaOH的水溶液，缓缓加入上述ZrOCl2的水溶液中，快速搅拌得到白色沉淀，过滤得到沉淀，沉淀用大量水洗涤后备用。

将150g HVI500SN润滑基础油、50g12-羟基硬脂酸和18g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌，加热到90℃，将19g乙醇锆、上述新制的沉淀和2.6gCa(OH)₂加入其中，钙和锆的摩尔比为1：4，以锆计，新制的沉淀和乙醇锆的摩尔比为1：1，升温至105℃排水皂化，后升温至120℃，加入50gHVI500SN润滑基础油和10g MDI，搅拌4分钟，快速搅拌下加入1.2g乙二胺，搅拌4分钟，加入10.8g十八胺，搅拌4分钟，所加的MDI、乙二胺与十八胺的摩尔比为2:1:2，120℃恒温20分钟，然后升温到200℃恒温10分钟。然后，冷却到160℃，加入剩余的HVI500SN润滑基础油；待温度冷却到110℃，循环过滤、均化、脱气得到成品。检验结果见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙皂稠化剂16.7重量%，四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

实施例2

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

原料组分：ZrOCl₂·8H₂O（22.5g）；NaOH（6g）；乙醇锆（19g）；Ca(OH)₂（2.6g）；12-羟基硬脂酸（50g）；癸二酸（18g）；十八胺（10.8g）；乙二胺（1.2g）；MDI（10g）；HVI500SN润滑基础油（100℃运动粘度为10mm²/s，400g）。

将22.5gZrOCl₂·8H₂O溶于140g水，将80g含有6g NaOH的水溶液，缓缓加入上述ZrOCl2的水溶液中，快速搅拌得到白色沉淀，过滤得到沉淀，沉淀用大量水洗涤后备用。

将150g HVI500SN润滑基础油、50g12-羟基硬脂酸和18g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌，加热到90℃，将19g乙醇锆、上述新制的沉淀和2.6gCa(OH)₂加入其中，钙和锆的摩尔比为1：4，以锆计，新制的沉淀和乙醇锆的摩尔比为1：1，升温至105℃排水皂化；

在另一个带有加热、搅拌、循环、冷却的常压反应釜中加入50g HVI500SN润滑基础油和10g MDI，升温至120℃，搅拌4分钟，快速搅拌下加入1.2g乙二胺，搅拌4分钟，加入10.8g十八胺，搅拌4分钟，所加的MDI、乙二胺与十八胺的摩尔比为2:1:2，120℃恒温20分钟，得到四聚脲。

将所得四聚脲全部打入上一个釜中，搅拌均匀，最后升温到200℃恒温10分钟。然后，冷却到160℃，加入剩余的HVI500SN润滑基础油；待温度冷却到110℃，循环过滤、均化、脱气得到成品。检验结果见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙皂稠化剂16.7重量%，四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

组分中含有的四聚脲分子结构式为：

实施例3

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

原料组分：Ca(OH)₂（5.8g）；正丙醇锆（31.7g）；Zr(OH)₄（3.1g）；硬脂酸（61.1g）；壬二酸（16.2g）；十八胺（10.8g）；乙二胺（1.2g）；MDI（10g）；全合成油聚α-烯烃油PAO10（100℃运动粘度为10mm²/s，1100g）。

将400g全合成油聚α-烯烃油PAO10、61.1g硬脂酸和16.2g壬二酸加入常压制脂釜中，搅拌，加热到60℃，将31.7g正丙醇锆、5.8g Ca(OH)₂和3.1g Zr(OH)₄加入其中，钙和锆的摩尔比为1：1.5，以锆计，Zr(OH)₄和正丙醇锆的摩尔比为1：5，升温至120℃排水皂化；加入200g全合成油聚α-烯烃油PAO10和10g MDI，搅拌8分钟，快速搅拌下加入1.2g乙二胺，搅拌8分钟，加入10.8g十八胺，搅拌8分钟，所加的MDI、乙二胺与十八胺的摩尔比为2:1:2，100℃恒温10分钟，最后升温到230℃恒温5分钟。然后，加入剩余的全合成油聚α-烯烃油PAO10；待温度冷却到100℃，循环过滤、均化、脱气得到成品。检验结果见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙基稠化剂7.8重量%，四聚脲1.8重量%；润滑基础油90.4重量%。

实施例4

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

原料组分：Ca(OH)₂（16.8g）；ZrO(OH)₂（10.7g）；乙醇锆（20.6g）；硬脂酸（107.8g）；癸二酸（38.3g）；十二胺（8.8g）；乙二胺（1.4g）；MDI（11.8g）；全合成油聚α-烯烃油PAO6（100℃运动粘度为5.8mm²/s，500g）；对,对′-二异辛基二苯胺（2g）。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，不同的是，用ZrO(OH)₂代替新制的沉淀，用硬脂酸代替12-羟基硬脂酸，用十二胺代替十八胺，用全合成油聚α-烯烃油PAO6代替HVI500SN润滑基础油，三次所用润滑基础油的比例同实施例1，并且待温度冷却到110℃，加入2g的对,对′-二异辛基二苯胺，搅拌10分钟，然后循环过滤、均化、脱气得到成品；各原料的用量如上，检验结果见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙基稠化剂24.5重量%；四聚脲3.2重量%；润滑基础油72.0重量%；对,对′-二异辛基二苯胺0.3重量%。其中，钙和锆的摩尔比为1：0.67。

实施例5

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

原料组分：Ca(OH)₂（1.6g）；Zr(OH)₄（0.5g）；乙醇锆（0.8g）；12-羟基硬脂酸（1.8g）；癸二酸（4.9g）；十八胺（19.2g）；对甲苯胺（7.7g）；1,6-己二胺（8.3g）；TDI（24.8g）；HVI500SN润滑基础油（100℃运动粘度为10mm²/s，160g）。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，不同的是，用Zr(OH)₄代替新制的沉淀，加入十八胺时，还加入对甲苯胺，用1,6-己二胺代替乙二胺，用TDI代替MDI，三次所用润滑基础油的比例同实施例1，各原料的用量如上，检验结果见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙基稠化剂3.6重量%，四聚脲26.3重量%；润滑基础油70.1重量%。其中，钙和锆的摩尔比为1：0.25。

实施例6

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

原料组分：Ca(OH)₂（1g）；ZrO(OH)₂（1.0g）；乙醇锆（1.8g）；12-羟基硬脂酸（2.7g）；乙酸（2.7g）；十八胺（9.0g）；1,6-己二胺（2.0g）；TDI（5.8g）；HVI500SN润滑基础油（100℃运动粘度为10mm²/s，100g）。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，不同的是，用ZrO(OH)₂代替新制的沉淀，用乙酸代替癸二酸，用1,6-己二胺代替乙二胺，用TDI代替MDI，三次所用润滑基础油的比例同实施例1，各原料的用量如上，检验结果见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙基稠化剂6.5重量%，四聚脲5.3重量%；润滑基础油88.2重量%。其中，钙和锆的摩尔比为1:1。

实施例7

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

原料组分：Ca(OH)₂（0.68g）；Zr(OH)₄（0.73g）；乙醇锆（1.23g）；12-羟基硬脂酸（2.7g）；硼酸（1.7g）；十八胺（9.0g）；1,6-己二胺（2.0g）；TDI（5.8g）；全合成油聚α-烯烃油PAO40（100℃运动粘度为40mm²/s，160g）。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，不同的是，用Zr(OH)₄代替新制的沉淀，用硼酸代替癸二酸，用1,6-己二胺代替乙二胺，用TDI代替MDI，用全合成油聚α-烯烃油PAO40代替HVI500SN润滑基础油，三次所用润滑基础油的比例同实施例1，各原料的用量如上，检验结果见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙基稠化剂3.1重量%，四聚脲4.0重量%；润滑基础油92.9重量%。其中，钙和锆的摩尔比为1:1。

实施例8

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，不同的是，在Ca(OH)₂、新制沉淀和乙醇锆的总重量不变，钙和锆的摩尔比不变的情况下，调整新制沉淀和乙醇锆的摩尔比为1：0.1。所得脂的各理化性能见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙皂稠化剂16.7重量%，四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

实施例9

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，不同的是，在Ca(OH)₂、新制沉淀和乙醇锆的总重量不变，钙和锆的摩尔比不变的情况下，调整新制沉淀和乙醇锆的摩尔比为1：10。所得脂的各理化性能见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙皂稠化剂16.7重量%，四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

实施例10

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，不同的是，在钙和锆原料的总用量不变，钙和锆的摩尔比不变的情况下，将乙醇锆替换为新制的沉淀。所得脂的各理化性能见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙皂稠化剂16.7重量%，四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

实施例11

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，不同的是，在钙和锆原料的总用量不变，钙和锆的摩尔比不变的情况下，将新制的沉淀替换为乙醇锆。所得脂的各理化性能见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆钙皂稠化剂16.7重量%，四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

实施例12

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，保持12-羟基硬脂酸与癸二酸的摩尔比、新制的沉淀与乙醇锆的摩尔比不变，不同的是，调整钙和锆的摩尔比为1：0.1，各用量作相应调整以保持稠化剂所占比例不变。所得脂的各理化性能见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：钙锆基稠化剂16.7重量%；四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

实施例13

本实施例用于说明本发明制备的钙锆基四聚脲润滑脂。

按照实施例1的方法制备钙锆基四聚脲润滑脂，保持12-羟基硬脂酸与癸二酸的摩尔比、新制的沉淀与乙醇锆的摩尔比不变，不同的是，调整钙和锆的摩尔比为1：10，各用量作相应调整以保持稠化剂所占比例不变。所得脂的各理化性能见表1。

本实施例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：钙锆基稠化剂16.7重量%；四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

对比例1

按照实施例1的方法制备锆基四聚脲润滑脂，保持12-羟基硬脂酸与癸二酸的摩尔比、新制的沉淀与乙醇锆的摩尔比不变，不同的是，将Ca(OH)₂替换为新制的沉淀和乙醇锆，各用量作相应调整以保持稠化剂所占比例不变。所得脂的各理化性能见表1。

本对比例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：锆基稠化剂16.7重量%；四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

对比例2

按照实施例1的方法制备钙基四聚脲润滑脂，保持12-羟基硬脂酸与癸二酸的摩尔比不变，不同的是，将新制的沉淀和乙醇锆替换为Ca(OH)₂，各用量作相应调整以保持稠化剂所占比例不变。所得脂的各理化性能见表1。

本对比例得到的润滑脂中，以润滑脂重量为基准，组成为：钙基稠化剂16.7重量%；四聚脲4.3重量%；润滑基础油79.0重量%。

将实施例1分别与对比例1和对比例2进行比较可以看出，本发明的钙锆基四聚脲润滑脂的滴点远高于锆基四聚脲润滑脂和钙基四聚脲润滑脂，延长工作锥入度与工作锥入度的差值远小于锆基四聚脲润滑脂和钙基四聚脲润滑脂，水淋流失量远小于锆基四聚脲润滑脂和钙基四聚脲润滑脂，盐雾试验优于锆基四聚脲润滑脂和钙基四聚脲润滑脂，钢网分油值远小于锆基四聚脲润滑脂和钙基四聚脲润滑脂，四球机试验P_B、P_D值大于锆基四聚脲润滑脂和钙基四聚脲润滑脂，四球机试验D⁴⁰ ₆₀值小于锆基四聚脲润滑脂和钙基四聚脲润滑脂，说明本发明的钙锆基四聚脲润滑脂的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、抗盐雾性、胶体安定性、极压抗磨性均优于锆基四聚脲润滑脂和钙基四聚脲润滑脂。

将实施例1与实施例2进行比较可以看出，原位制备的钙锆基四聚脲润滑脂，具有更好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性；将实施例1分别与实施例8和实施例9进行比较可以看出，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比为1：0.5-5，制备的钙锆基四聚脲润滑脂，具有更好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性和极压抗磨性；将实施例1分别与实施例10和实施例11进行比较可以看出，制备钙锆基稠化剂的锆的原料为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物，制备的钙锆基四聚脲润滑脂，具有更好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性；将实施例1分别与实施例12和实施例13进行比较可以看出，钙和锆的摩尔比为1：0.25-4，制备的钙锆基四聚脲润滑脂，具有更好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性。

表1各润滑脂样品性能数据

各指标测试方法：滴点：GB/T3498；工作锥入度和延长工作锥入度：GB/T269；腐蚀：GB/T7326；

防腐蚀性：GB/T5018；水淋流失量：SH/T0109；盐雾试验：SH/T0081；钢网分油：SH/T0324；四球机试验（P_B、P_D）：SH/T0202；四球机试验（D⁴⁰ ₆₀）：SH/T0204；球轴承润滑寿命：ASTMD3336。

表1（续）各润滑脂样品性能数据

各指标测试方法：滴点：GB/T3498；工作锥入度和延长工作锥入度：GB/T269；腐蚀：GB/T7326；

防腐蚀性：GB/T5018；水淋流失量：SH/T0109；盐雾试验：SH/T0081；钢网分油：SH/T0324；四球机试验（P_B、P_D）：SH/T0202；四球机试验（D⁴⁰ ₆₀）：SH/T0204；球轴承润滑寿命：ASTMD3336。

本发明的钙锆基四聚脲润滑脂，相比锆基四聚脲润滑脂和钙基四聚脲润滑脂，具有更好的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、抗盐雾性、胶体安定性、极压抗磨性，尤其当润滑脂中钙和锆的摩尔比为1：0.25-4；制备钙锆基稠化剂的锆的原料为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物；以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比为1：0.5-5时，钙锆基四聚脲润滑脂的耐高温性、机械安定性、抗水性和粘附性、胶体安定性能够得到极大提高。本发明的润滑脂的制备工艺简单、成本低，产品质量稳定。本发明的润滑脂可广泛用于高速、重负荷运转、油田钻井等轴承润滑。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (31)

1.一种钙锆基四聚脲润滑脂，其特征在于，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：1-59重量％的钙锆基稠化剂；1-59重量％的聚脲化合物；40-95重量％的基础油，其中，所述钙锆基稠化剂是由组分A、组分B和组分C反应生成的钙锆皂，其中，所述组分A为高级脂肪酸与低级直链脂肪酸的混合物，所述组分B为钙的氧化物和/或氢氧化物，所述组分C为锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆中的至少一种，所述聚脲化合物是四聚脲化合物，其中，所述低级直链脂肪酸选自乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸和月桂二酸中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的润滑脂，其中，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：3-40重量％的钙锆基稠化剂；2-40重量％的四聚脲化合物；50-93重量％的基础油。

3.根据权利要求1或2所述的润滑脂，其中，所述钙锆基稠化剂中，钙和锆的摩尔比为1：0.1-10。

4.根据权利要求3所述的润滑脂，其中，所述钙锆基稠化剂中，钙和锆的摩尔比为1：0.25-4。

5.根据权利要求1或2所述的润滑脂，其中，所述组分C为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物，以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比为1：0.1-10。

6.根据权利要求5所述的润滑脂，其中，以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比为1：0.5-5。

7.根据权利要求1或2所述的润滑脂，其中，所述高级脂肪酸为碳数为8-24的直链脂肪酸或羟基脂肪酸。

8.根据权利要求7所述的润滑脂，其中，所述高级脂肪酸选自月桂酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸、二十烷基羧酸中的至少一种。

9.根据权利要求1或2所述的润滑脂，其中，高级脂肪酸与低级直链脂肪酸的摩尔比为1：0.2-10。

10.根据权利要求1或2所述的润滑脂，其中，锆的氧化物和/或氢氧化物选自ZrO₂、ZrO(OH)₂、Zr(OH)₄以及它们的水合物中的至少一种。

11.根据权利要求1或2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。

12.根据权利要求11所述的润滑脂，其中，所述烷氧基锆选自乙醇锆、正丙醇锆、正丁醇锆、叔丁醇锆和正戊醇锆中的至少一种。

13.根据权利要求1或2所述的润滑脂，其中，所述四聚脲化合物具有以下结构：

其中，R¹是烷基、环烷基或芳基，R²是亚烷基或亚芳基，R³是亚芳基、亚烷基或亚环烷基。

14.根据权利要求13所述的润滑脂，其中，R¹是苯基或取代的苯基，或碳数为8-24的烷基或环烷基；R²是亚苯基或亚联苯基或碳数为2-12的亚烷基；R³是碳数为6-30的亚芳基、亚烷基或亚环烷基。

15.根据权利要求14所述的润滑脂，其中，R¹是苯基、C1-C3烷基或卤素取代的苯基，或碳数为10-18的烷基或环烷基，R²是亚苯基或亚联苯基，或碳数为2-8的亚烷基；R³选自 和-(CH₂)₆-中的至少一种。

16.根据权利要求1或2所述的润滑脂，其中，所述基础油选自矿物油、合成油和植物油中的至少一种，所述基础油100℃运动粘度为2-150mm²/s。

17.权利要求1-16中任意一项所述的钙锆基四聚脲润滑脂的制备方法，其特征在于，该方法包括：将钙锆基稠化剂、四聚脲化合物和部分基础油混合均匀，在180-230℃恒温炼制，加入余量基础油，加入必要的添加剂，得到成品。

18.权利要求1-16中任意一项所述的钙锆基四聚脲润滑脂的制备方法，其特征在于，该方法包括：

(1)将组分A、组分B和组分C在基础油中混合，升温排水皂化，其中，所述组分A为高级脂肪酸与低级直链脂肪酸的混合物，所述组分B为钙的氧化物和/或氢氧化物，所述组分C为锆的氧化物、锆的氢氧化物和烷氧基锆中的至少一种，所述低级直链脂肪酸选自乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸和月桂二酸中的至少一种；

(2)在步骤(1)所得混合物中加入基础油和二异氰酸酯，然后依次加入二胺和单胺进行反应；

(3)将步骤(2)所得混合物升温到180-230℃恒温炼制，加入基础油，加入必要的添加剂，得到成品。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，步骤(1)中，钙和锆的摩尔比为1：0.1-10。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，步骤(1)中，钙和锆的摩尔比为1：0.25-4。

21.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，其中，步骤(1)中，将所述组分A和基础油混合加热到60-90℃，加入组分B和组分C，在90-120℃排水皂化，其中，组分C为锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的混合物，以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比为1：0.1-10。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，以锆计，锆的氧化物和/或氢氧化物与烷氧基锆的摩尔比为1：0.5-5。

23.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，其中，高级脂肪酸与低级直链脂肪酸的摩尔比为1：0.2-10。

24.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，其中，步骤(2)中，在步骤(1)所得混合物中加入基础油和二异氰酸酯，搅拌2-8分钟，加入二胺，搅拌2-8分钟，加入单胺，搅拌2-8分钟，二异氰酸酯、二胺与单胺的摩尔比为2:1:2。

25.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，其中，步骤(3)中，先在100-120℃恒温10-20分钟，最后升温到180-230℃恒温5-20分钟；加入基础油，待温度冷却到100-120℃，加入必要的添加剂，搅拌，循环过滤、均化、脱气。

26.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，其中，所述单胺的结构式为R¹-NH₂、R^1’-NH₂，其中，R¹、R^1’是苯基、C1-C3烷基或卤素取代的苯基，或碳数为10-18的烷基或环烷基。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述单胺是选自苯胺、间氯苯胺、对氯苯胺和/或对甲苯胺的芳胺，和/或选自十二胺、十四胺、十六胺和/或十八胺的脂肪胺。

28.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，其中，所述二胺的结构式为NH₂-R²-NH₂，其中，R²是碳数为2-8的亚烷基，或亚苯基或亚联苯基。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述二胺是选自对苯二胺、邻苯二胺、4,4-联苯二胺的芳香胺和/或选自乙二胺、丙二胺、1,6-己二胺的直链脂肪胺。

30.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，其中，所述二异氰酸酯的结构为OCN-R³-NCO，R³是碳数为6-30的亚芳基、亚烷基或亚环烷基。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、甲基二苯基二异氰酸酯、1,6-亚己基二异氰酸酯、二环己基甲基二异氰酸酯和间苯二甲基二异氰酸酯中的至少一种。