CN108949328A - 一种复合磺酸钙润滑脂及其制备方法 - Google Patents

一种复合磺酸钙润滑脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合磺酸钙润滑脂，包括以下重量份的成分：基础油75～95份、合成石油磺酸钙1.2～23.4份、冰醋酸0.4～5份、十二羟基硬脂酸1.3～12.5份、硼酸0.2～2.6份、二元酸0.5～8.5份和LiOH溶液0.5～3.5份，该润滑脂的制备过程包括皂化、皂化脱水、高温炼制、冷却和均化几个阶段。采用该方法生产出的复合磺酸钙润滑脂可有效解决现有的润滑脂存在的胶体稳定性差，长期储存容易析出基础油，且表面容易硬化的问题。

Description

一种复合磺酸钙润滑脂及其制备方法
技术领域
本发明属于润滑脂技术领域，具体涉及一种复合磺酸钙润滑脂及其制备方法。
背景技术
钢铁厂热轧生产线的热连轧机，轧辊轴承不但承受着很大的径向压力和带钢对轴承造成的巨大冲击力，而且其承受的内压以及高压轧辊冷却水的冲刷，会导致轴承润滑脂快速流失和磨粒磨损在轴承内部的快速形成，而造成轴承受损，损伤轻则停机数小时进行检修，损伤严重则可能设备报废，造成巨大的人力、物力、资源的损耗，因此，热连轧机工作辊轴承对润滑脂提出了非常高的性能要求。机械设备在复杂多变的环境和工况下服役，会经受严重的腐蚀和磨损，如舰载机一直处于高湿、高盐雾的海洋大气环境中，尤其是在热带海域，舰载机将经受高温、高湿和高盐雾的三高环境考验，酸性盐雾环境对舰载机的设备及其材料的腐蚀或老化具有强烈的加速作用；高铁等车辆常运行在高湿热、严寒、冻融、干湿热、风沙、强暴雨雪、强紫外线、极高温差等多种极端气候条件下，极端的气候对车辆的长期安全可靠和舒适运行造成了严重的威胁，磨损和腐蚀问题凸显。这些都亟需研发高性能的润滑脂解决在服役环境和工况下的防腐与磨损问题。
复合磺酸钙润滑脂是一类新型润滑脂，与其他高温润滑脂相比，性能十分全面，具有优异的高温性能、抗水性能、极压抗磨性能和防锈性能。在同时具备高温、多水、重负荷等苛刻条件下的润滑效果要明显优于其他润滑脂。但是，目前的复合磺酸钙基润滑脂存在胶体稳定性差，长期储存容易析出基础油，且表面容易硬化的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种复合磺酸钙润滑脂的制备方法，采用该方法生产出的复合磺酸钙润滑脂可有效解决现有的润滑脂存在的胶体稳定性差，长期储存容易析出基础油，且表面容易硬化的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合磺酸钙润滑脂，包括以下重量份的成分：基础油75～95份、合成石油磺酸钙1.2～23.4份、冰醋酸0.4～5份、十二羟基硬脂酸1.3～12.5份、硼酸0.2～2.6份、二元酸0.5～8.5份和LiOH溶液0.5～3.5份。
进一步地，包括以下重量份的成分：基础油83-86份、合成石油磺酸钙1.2～12份、冰醋酸0.4～1.6份、十二羟基硬脂酸4.5～9.5份、硼酸0.2～1.2份、二元酸0.5～3.8份和LiOH溶液0.5～2.4份。
进一步地，包括以下重量份的成分：基础油86份、合成石油磺酸钙1.8份、冰醋酸0.4份、十二羟基硬脂酸7.7份、硼酸0.4份、二元酸1.9份和LiOH溶液2.4份。
进一步地，LiOH溶液中LiOH与水的重量比为1:3。
进一步地，基础油为矿物油、合成油或植物油。
进一步地，合成石油磺酸钙为高碱值石油磺酸钙或超高碱值石油磺酸钙中的一种。
进一步地，二元酸为癸二酸、邻苯二甲酸、己二酸和十二烷二酸中的至少一种。
进一步地，一种复合磺酸钙润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取42～60份基础油，向其中加入合成石油磺酸钙，搅拌并升温至75～85℃，然后加入冰醋酸，搅拌均匀；
(2)向步骤(1)所得物中加入十二羟基硬脂酸搅拌至溶解，升温至95～105℃，然后加入硼酸搅拌至溶解，继续升温至115～135℃，再加入二元酸搅拌至溶解，最后降温至105～125℃；
(3)向步骤(2)所得物中滴加LiOH溶液，在105～125℃保温1小时；
皂化脱水阶段，已初步形成复合锂皂，出现了互相交织的螺旋状皂纤维结构，但此时的体系还不能认为是润滑脂，只是一种高浓度的皂，此过程中，脱水的温度和时间对于形成润滑脂有很大的影响；
(4)向步骤(3)所得物中加入剩余基础油，以20℃/10min的升温速度升至195～205℃，保温10分钟；
(5)将步骤(4)所得物降温至175～185℃保温半小时，然后自然冷却至室温；
在冷却阶段，随着体系的逐渐降温，复合锂皂经历了从液态凝结为固态的相转变过程，相变中形成许多复合皂的晶核，继而晶核生长出皂纤维，由于是二元复合皂，所以皂纤维形成双股螺旋状，并且彼此连结、相互交织形成网络结构，从而可以锁住大量的基础油；
(6)将步骤(5)制得的混合物进行研磨、均化，制得。
均化阶段，在外力剪切作用下，虽然皂纤维长度变短，但是皂纤维形成更加致密而均匀的三维网络结构，该皂纤维网络结构可以更牢固的锁住基础油，形成更加稳定的胶体体系，有助于提高润滑脂的胶体稳定性。
进一步地，步骤(2)中加入十二羟基硬脂酸后升温至100℃，然后加入硼酸，继续升温至120℃，再加入二元酸，最后降温至115℃。
进一步地，步骤(3)中LiOH溶液在30分钟内滴加完成。
本发明的有益效果为：
1、加入冰醋酸可将高碱值石油磺酸钙转化为方解石晶型，为提高润滑脂的高温性打好基础；加入高碱值石油磺酸钙后形成的磺酸钙皂对润滑脂的极压性能有提高作用，磺酸钙皂可在摩擦表面形成沉积层，在使用过程中有效减小金属间摩擦力，进而提高润滑脂的性能。
2、滴加LiOH溶液后，使得造化过程生成了三种锂皂：癸二酸锂皂、硼酸锂皂和硬脂酸锂皂，溶液中出现了互相交织的螺旋状皂纤维结构，LiOH溶液的滴加速度缓慢，有利于三种锂皂彼此间的缔合，可增加粘附性能和密封性能，从而形成有利于提高滴点、耐腐蚀的皂纤维结构；两种羧酸锂盐之间缔合形成的结构，对于提高润滑脂的高温稳定性、、胶体安定性、机械安定性、黏附性能和综合理化性能有很大帮助。
3、本发明中的合成磺酸钙、冰醋酸、硬脂酸、硼酸和二元酸等成分均为单独加入，并且不同的成分加入时对温度有要求，单独加入可使皂化反应更充分，皂化反应时间缩短，皂化反应所需的温度降低，使制备出的润滑脂稳定性更好。
具体实施方式
实施例1
一种复合磺酸钙润滑脂，包括以下重量份的成分：矿物油95份、T106D1.2份、冰醋酸0.4份、十二羟基硬脂酸1.3份、硼酸0.2份、癸二酸0.5份和LiOH溶液0.5份。
其中，LiOH溶液中LiOH与水的重量比为1:3。
上述复合磺酸钙润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取60份矿物油，向其中加入T106D，搅拌并升温至75℃，然后加入冰醋酸，搅拌均匀；
(2)向步骤(1)所得物中加入十二羟基硬脂酸搅拌至溶解，升温至95℃，然后加入硼酸搅拌至溶解，继续升温至115℃，再加入癸二酸搅拌至溶解，然后降温至105℃；
(3)向步骤(2)所得物中滴加LiOH溶液，在105℃保温1小时；
(4)向步骤(3)所得物中加入剩余基础油，以20℃/10min的升温速度升至195℃，保温10分钟；
(5)将步骤(4)所得物降温至175℃保温半小时，然后自然冷却至室温；
(6)将步骤(5)制得的混合物研磨、均化，制得。
实施例2
一种复合磺酸钙润滑脂，包括以下重量份的成分：合成油75份、T106D23.4份、冰醋酸5份、十二羟基硬脂酸12.5份、硼酸2.6份、己二酸8.5份和LiOH溶液3.5份。
其中，LiOH溶液中LiOH与水的重量比为1:3。
上述复合磺酸钙润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取60份合成油，向其中加入T106D，搅拌并升温至85℃，然后加入冰醋酸，搅拌均匀；
(2)向步骤(1)所得物中加入十二羟基硬脂酸搅拌至溶解，升温至105℃，然后加入硼酸搅拌至溶解，继续升温至135℃，再加入己二酸搅拌至溶解，然后降温至125℃；
(3)向步骤(2)所得物中滴加LiOH溶液，在125℃保温1小时；
(4)向步骤(3)所得物中加入剩余基础油，以20℃/10min的升温速度升至205℃，保温10分钟；
(5)将步骤(4)所得物降温至185℃保温半小时，然后自然冷却至室温；
(6)将步骤(5)制得的混合物研磨、均化，制得。
实施例3
一种复合磺酸钙润滑脂，包括以下重量份的成分：矿物油86份、T106D1.8份、冰醋酸0.4份、十二羟基硬脂酸7.7份、硼酸0.4份、癸二酸1.9份和LiOH溶液2.4份。
其中，LiOH溶液中LiOH与水的重量比为1:3。
上述复合磺酸钙润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取51份矿物油，向其中加入T106D，搅拌并升温至80℃，然后加入的冰醋酸，搅拌均匀；
(2)向步骤(1)所得物中加入十二羟基硬脂酸搅拌至溶解，升温至100℃，然后加入硼酸搅拌至溶解，继续升温至125℃，再加入癸二酸搅拌至溶解，然后降温到115℃；
(3)向步骤(2)所得物中滴加LiOH溶液，在115℃保温1小时；
(4)向步骤(3)所得物中加入剩余基础油，以20℃/10min的升温速度升至200℃，保温10分钟；
(5)将步骤(4)所得物降温至180℃保温半小时，然后自然冷却至室温；
(6)将步骤(5)制得的混合物研磨、均化，制得。
实施例4
一种复合磺酸钙润滑脂，包括以下重量份的成分：矿物油85份、T106D18.7份、冰醋酸3.7份、十二羟基硬脂酸10.5份、硼酸2.1份、癸二酸7.6份和LiOH溶液1.2份。
其中，LiOH溶液中LiOH与水的重量比为1:3。
上述复合磺酸钙润滑脂的制备方法：
(1)取56份矿物油，向其中加入T106D，搅拌并升温至75℃，然后加入冰醋酸，搅拌均匀；
(2)向步骤(1)所得物中加入十二羟基硬脂酸搅拌至溶解，升温至95℃，然后加入硼酸搅拌至溶解，继续升温至115℃，再加入癸二酸搅拌至溶解，然后降温至105℃；
(3)向步骤(2)所得物中滴加LiOH溶液，在105℃保温1小时；
(4)向步骤(3)所得物中加入剩余基础油，以20℃/10min的升温速度升至195℃，保温10分钟；
(5)将步骤(4)所得物降温至175℃保温半小时，然后自然冷却至室温；
(6)将步骤(5)制得的混合物研磨、均化，制得。
对比例1
一种复合磺酸钙润滑脂，包括以下重量份的成分：矿物油86份、T106D26份、冰醋酸0.3份、十二羟基硬脂酸1份、硼酸0.1份、癸二酸0.4份和LiOH溶液0.4份。
其中，LiOH溶液中LiOH与水的重量比为1:2。
上述复合磺酸钙润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取78份矿物油，向其中加入T106D，搅拌并升温至73℃，然后加入冰醋酸，搅拌均匀；
(2)向步骤(1)所得物中加入十二羟基硬脂酸搅拌至溶解，升温至100℃，然后加入硼酸搅拌至溶解，继续升温至125℃，再加入癸二酸搅拌至溶解，然后降温至100℃；
(3)向步骤(2)所得物中滴加LiOH溶液，在100℃保温1小时；
(4)向步骤(3)所得物中加入剩余基础油，以20℃/10min的升温速度升至180℃，保温10分钟；
(5)将步骤(4)所得物降温至180℃保温半小时，然后自然冷却至室温；
(6)将步骤(5)制得的混合物研磨、均化，制得。
对比例2
一种复合磺酸钙润滑脂，包括以下重量份的成分：矿物油86份、T106D25份、冰醋酸6份、十二羟基硬脂酸12.9份、硼酸3.1份、癸二酸8.7份和LiOH溶液3.8份。
其中，LiOH溶液中LiOH与水的重量比为1:3。
上述复合磺酸钙润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取38份矿物油，向其中加入T106D，搅拌并升温至90℃，然后加入冰醋酸，搅拌均匀；
(2)向步骤(1)所得物中加入十二羟基硬脂酸搅拌至溶解，升温至100℃，然后加入硼酸搅拌至溶解，继续升温至140℃，再加入癸二酸搅拌至溶解，然后降温至130℃；
(3)向步骤(2)所得物中滴加LiOH溶液，在130℃保温1小时；
(4)向步骤(3)所得物中加入47份基础油，以20℃/10min的升温速度升至210℃，保温10分钟；
(5)将步骤(4)所得物降温至190℃保温半小时，然后自然冷却至室温；
(6)将步骤(5)制得的混合物研磨、均化，制得。
试验例
一、理化性能检测
对实施例1～4和对比例1～2的润滑脂进行性能检测，具体检测结果见表1。
表1：复合皂基润滑脂的理化性能检测结果
由上表可知，实施例1～4的润滑脂各方面的性能均优于对比例1～2，尤其是实施例3的润滑脂，性能最优的。
二、胶体稳定性及硬度实验
检测实施例1-4和对比例1-2的润滑脂长期放置后的胶体稳定性和硬度，检测过程具体为，分别取100g实施例1-4和对比例1-2的润滑脂，将其放置于5cm*5cm的正方形盒子内并盖上盖子，将盒子置于25℃环境下，观察并记录各个盒子内的润滑脂在6、12、18、24、30、36个月时状态，并进行记录，具体结果见表2。
表2：润滑脂胶体稳定性结果
由上表可知，实施例1-4和对比例1-2的润滑脂放置24个月时，质量均未发生变化，均能正常使用，实施例1、2、4的润滑脂放置42个月时，有少许油状物质渗出，质量发生改变；实施例3的润滑脂放置42个月时，依然状态良好，质量未发生改变；对比例1-2的润滑脂放置30个月时，便有少许油状物渗出，质量发生改变，由此可知，实施例1-4的润滑脂的胶体稳定性均比对比例1-2的润滑脂胶体稳定性好，尤其是实施例3的润滑脂，胶体稳定性最好。

Claims (10)

1.一种复合磺酸钙润滑脂，其特征在于，包括以下重量份的成分：基础油75～95份、合成石油磺酸钙1.2～23.4份、冰醋酸0.4～5份、十二羟基硬脂酸1.3～12.5份、硼酸0.2～2.6份、二元酸0.5～8.5份和LiOH溶液0.5～3.5份。
2.如权利要求1所述的复合磺酸钙润滑脂，其特征在于，包括以下重量份的成分：基础油83-86份、合成石油磺酸钙1.2～12份、冰醋酸0.4～1.6份、十二羟基硬脂酸4.5～9.5份、硼酸0.2～1.2份、二元酸0.5～3.8份和LiOH溶液0.5～2.4份。
3.如权利要求2所述的复合磺酸钙润滑脂，其特征在于，包括以下重量份的成分：基础油86份、合成石油磺酸钙1.8份、冰醋酸0.4份、十二羟基硬脂酸7.7份、硼酸0.4份、二元酸1.9份和LiOH溶液2.4份。
4.如权利要求1-3任一项所述的复合磺酸钙润滑脂，其特征在于，所述LiOH溶液中LiOH与水的重量比为1:3。
5.如权利要求1-3任一项所述的复合磺酸钙润滑脂，其特征在于，所述基础油为矿物油、合成油或植物油。
6.如权利要求1-3任一项所述的复合磺酸钙润滑脂，其特征在于，所述合成石油磺酸钙为高碱值石油磺酸钙或超高碱值石油磺酸钙中的一种。
7.如权利要求1-3任一项所述的复合磺酸钙润滑脂，其特征在于，所述二元酸为癸二酸、邻苯二甲酸、己二酸和十二烷二酸中的至少一种。
8.如权利要求1所述的复合磺酸钙润滑脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取42～60份基础油，向其中加入合成石油磺酸钙，搅拌并升温至75～85℃，然后加入冰醋酸，搅拌均匀；
(2)向步骤(1)所得物中加入十二羟基硬脂酸搅拌至溶解，升温至95～105℃，然后加入硼酸搅拌至溶解，继续升温至115～135℃，再加入二元酸搅拌至溶解，最后降温到105～125℃；
(3)向步骤(2)所得物中滴加LiOH溶液，在105～125℃保温1小时；
(4)向步骤(3)所得物中加入剩余基础油，以20℃/10min的升温速度升至195～205℃，保温10分钟；
(5)将步骤(4)所得物降温至175～185℃保温半小时，然后自然冷却至室温；
(6)将步骤(5)制得的混合物进行研磨、均化，制得。
9.如权利要求8所述的复合磺酸钙润滑脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中加入十二羟基硬脂酸后升温至100℃，然后加入硼酸，继续升温至120℃，再加入二元酸，最后降温至115℃。
10.如权利要求8所述的复合磺酸钙润滑脂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述LiOH溶液在30分钟内滴加完成。
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