CN111269745A - 一种合成工业齿轮油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合成工业齿轮油，由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油60～70份，煤基合成Ⅲ+基础油30～40份，降凝剂0.1～0.5份，通用齿轮油复合剂1.5～3份，抗乳化剂0.03～0.1份，抗泡剂0.001～0.02份；所述合成工业齿轮油的粘度指数VI≥190；本发明还公开了一种合成工业齿轮油的制备方法，该方法将两种基础油加热混匀后再加入添加剂得到合成工业齿轮油。本发明采用PAO/CTL基础油体系，提高了合成工业齿轮油的粘温特性、低温性能、氧化安定性和可降解性能，得到高性能的合成工业齿轮油；本发明采用分步混合法，提高了混合均匀度，改善了合成工业齿轮油的质量，方法简单，容易实现。

Description

一种合成工业齿轮油及其制备方法

技术领域

本发明属于齿轮油技术领域，具体涉及一种合成工业齿轮油及其制备方法。

背景技术

随着国家环保与机械工业的快速发展，市场对工业齿轮油的性能要求越来越严苛，工业齿轮油需要有更好的粘温性和低温流动性、更高的抗氧化安定性以及优良的抗磨性。合成工业齿轮油应用于重负荷、高温、有水混入等工况下运转的齿轮，是闭式齿轮油中的最高质量档次的油品，适应工业齿轮油发展趋势(低粘度、高质量、通用性、长寿命)的要求。

工业齿轮油的组分包括基础油(85％～95％)和添加剂(5％～15％)。其中，合成型基础油具有粘度指数高、倾点低、闪点高、氧化安定性好、蒸发损失小等性能，在很大程度上决定了成品油的优异性能。而添加剂的加入是用来改善成品油的某种性能，添加剂较多会造成油灰份多、可降解率低、对环境污染严重。为了满足高性能工业齿轮油的需要、减少添加剂的用量、降低生产成本，需要从提高原料基础油品质出发。

对于中国煤多油少的现状而言，煤化工产业链潜力巨大，其中煤基聚α-烯烃基础油(PAO)是由基于高温费托合成工艺的煤制α-烯烃经聚合、加氢饱和而制得，纯度高、基本不含杂质，相对分子质量成较窄的正态分布，油品质量好。煤基合成Ⅲ+基础油(CTL)是由基于低温费托合成工艺的费托合成蜡经加氢异构而制得，饱和烃含量高，几乎不含硫、氮、芳香族化合物，具有添加剂感受性好、蒸发损失小、粘度指数高、可生物降解和价格便宜等优点。

目前，市场上高端合成工业齿轮油多为PAO型，而采用结构均一、性能优良的煤基PAO基础油，以及复合纯度高、价格便宜的煤基CTL基础油，用来生产高性能工业齿轮油，更符合高值化利用要求，将取得更大经济利益。因此，需要研制出一种性能更好且能达到国内外要求的PAO/CTL基础油体系的合成型工业齿轮油。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种合成工业齿轮油。该合成工业齿轮油采用PAO/CTL基础油体系为原料，提高了合成工业齿轮油的粘温特性、低温性能、氧化安定性和可降解性能，降低对添加剂的要求，得到高性能的合成工业齿轮油，其各项指标均优于国家行业标准，同时降低了原料成本，扩大了合成工业齿轮油的应用范围。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种合成工业齿轮油，其特征在于，由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油60～70份，煤基合成Ⅲ+基础油30～40份，降凝剂0.1～0.5份，通用齿轮油复合剂1.5～3份，抗乳化剂0.03～0.1份，抗泡剂0.001～0.02份；所述合成工业齿轮油的粘度指数VI≥190。

工业齿轮油的组分包括基础油和添加剂，其中，基础油的粘度直接影响工业齿轮油的低温性能，化学活性影响工业齿轮油的腐蚀倾向和抗磨水平，基础油的高温/氧化安定性影响磨损、特别是工业齿轮油中酸性物质和油泥的生成倾向，基础油的挥发性影响工业齿轮油中沉积物的生成，基础油的溶解性影响工业齿轮油对密封材料的适应性，基础油的表面活性影响工业齿轮油的抗泡性、抗乳化性并间接影响抗磨损性能。

本发明选取煤基费托合成产物高粘度的煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油作为基础油的原料制备合成工业齿轮油，利用两种基础油原料具有纯度高、基本无杂质，倾点低、粘度指数高、可降解性相对传统基础油高、对环境污染小的优点，提高了合成工业齿轮油的基本性能，同时配合对应的添加剂，弥补和改善基础油的不足。

煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油都是费托合成产物，结构组成较为统一，均为饱和的支链烷烃，几乎不含芳烃、环烷烃、硫和氮，具有非常好的相溶性，尤其是煤基合成Ⅲ+基础油的主要组分饱和异构烷烃属于非极性组分，其低温性能好、粘度指数高、倾点低、氧化性能好、蒸发率低，且外观上清亮透明，易于调配，是高品质工业工业齿轮油基础油的理想组分，而且这两种基础油具有较高的粘度差，可以根据需求调和出不同粘度等级的工业齿轮油产品。

任何粘度指数改进剂和复合剂都会增加合成工业齿轮油的低温性能，因此只有通过控制基础油的低温粘度才能配制出合乎低温性能使用要求的油品，任何添加剂均无能为力。本发明的煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油的粘度指数均较高，都具有优异的低温性能，两者复配组成的基础油体系提高了合成工业齿轮油的低温性能。

合成工业齿轮油中添加剂的溶解性能完全取决于基础油的性质，本发明的煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油复配组成的基础油体系对于多种添加剂均具有良好的配伍性，保证了合成工业齿轮油的性能稳定性。

本发明基础油体系中的煤基合成Ⅲ+基础油不含硫、氮和芳烃化合物，具有很窄的烃类分布，并且具有极好的氧化稳定性和生物降解特性，可在自然界中广泛存在的微生物如细菌、霉菌和藻类的作用下降解，提高了合成工业齿轮油的生物降解性能，降低对环境的污染；此外，煤基合成Ⅲ+基础油具有良好的生产经济性，其生产成本可与I、II和II+类油相比拟，且煤基合成Ⅲ+基础油的经济性比高粘度指数的III类油更好，能大幅降低合成工业齿轮油的成本。

现有技术中通常通过加入某种添加剂来弥补和改善基础油性能的不足，提高合成工业齿轮油的特定性能。例如，基础油粘度指数不高，需要在基础油中加入粘度指数改进剂来改善合成工业齿轮油的粘温性能，高性能的工业齿轮需要满足低温、防腐、防锈、抗氧化、抗乳化、抗泡及抗磨损等性能，就需要添加降凝剂、防腐防锈剂、抗氧化剂、清净分散剂、抗泡剂、极压抗磨剂等多种添加剂来弥补基础油性能的缺陷，即就是说基础油的性能对于合成工业齿轮油的质量起到了决定性作用，如果基础油本身性能优良，就不需要再额外添加功能剂来弥补。本发明采用的煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油均为费托合成产物，结构组成较为统一，都是饱和的支链烷烃，几乎不含芳烃、环烷烃、硫和氮，具有非常好的相溶性，性能稳定，不需要额外增加清净分散剂等，同时煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油复配组成的PAO/CTL基础油体系具有较高的粘度指数，不需要额外增加粘度指数改进剂，且两者具有优异的低温性能和低挥发性能，减少了PAO/CTL基础油体系的降凝剂使用量，两者的热稳定性均较高，具有良好的抗氧化性，不需要额外添加抗氧化剂，另外，两者均具有优异的润滑性能，两者复配组成的PAO/CTL基础油体系的极压抗磨性能良好，降低了对极压抗磨剂种类及用量的要求。因此，本发明采用煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油复配组成的PAO/CTL基础油体系为原料，减少了添加剂的加入，降低了对添加剂种类和用量的要求，简化制备工艺步骤，降低了原料成本，提高了合成工业齿轮油的经济性。

综上所述，本发明采用煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油复配组成的PAO/CTL基础油体系为原料，利用PAO/CTL基础油体系提高了合成工业齿轮油的粘温特性、低温性能、氧化安定性和可降解性能，再通过对应的降凝剂、通用齿轮油复合剂、抗乳化剂和抗泡剂改善合成工业齿轮油的极压抗磨性、抗泡和抗乳化性，降低对添加剂的要求，得到高性能的合成工业齿轮油，该合成工业齿轮油具有低倾点(≤-35℃)和超高粘度指数(VI≥190)，同时具有良好的极压抗磨性能、热氧化安定性、抗腐蚀性能以及抗乳化性能，各项指标均优于国家行业标准。

上述的一种合成工业齿轮油，其特征在于，由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油62～65份，煤基合成Ⅲ+基础油35～38份，降凝剂0.3～0.5份，通用齿轮油复合剂1.5～2份，抗乳化剂0.05～0.1份，抗泡剂0.005～0.02份。该优选成分的煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油保证了合成工业齿轮油的粘度满足重负荷工业齿轮油粘度等级的40℃粘度范围为288～352标准要求，无需添加增粘剂，减少了添加剂的使用量，降低了成本。

上述的一种合成工业齿轮油，其特征在于，所述煤基聚α烯烃基础油在100℃的粘度为150mm2/s～170mm2/s，粘度指数在200以上，所述煤基合成Ⅲ+基础油在40℃的粘度为11mm2/s～13mm2/s，粘度指数在130以上。该优选的高粘度的煤基聚α烯烃基础油具有优异的高低温性能、低挥发性、高热稳定性，在低温下表现出更好的流动性，在高温下形成更高的油膜厚度，尤其适合调配在极端条件下使用的需要高稳定性的合成工业齿轮油，且与各添加剂的相容性好；该优选煤基合成Ⅲ+基础油外观清亮透明，蒸发率低、低温性能好、粘度指数高、饱和烃含量高、不含硫、氮和芳烃，且相比煤基聚α烯烃基础油具有价格优势，进一步降低了合成工业齿轮油的成本。

上述的一种合成工业齿轮油，其特征在于，所述降凝剂为聚甲基丙烯酸甲酯，平均分子量为5～10万，所述通用齿轮油复合剂为H4212复合添加剂，所述抗乳化剂为胺型环氧化合物聚合物，所述抗泡剂为油溶性的非硅型复合抗泡剂。聚甲基丙烯酸甲酯是一种高效浅色降凝剂，还兼有改进粘度指数和无灰分散剂的作用，添加计量小且降凝效果显著，与其他添加剂以及煤基合成Ⅲ+基础油均具有良好的配伍性，没有不良负面反应；H4212复合添加剂性能稳定，具有良好的极压抗磨性能和防腐防锈性能，与两种基础油配伍性良好，且价格便宜，广泛应用于工业齿轮油的调制工艺中；胺型环氧化合物聚合物的用量少且配伍性好，与其他添加剂具有良好的协和效果，且具有优良的抗锈性，应用广泛；优选的油溶性的非硅型复合抗泡剂，具有良好的消泡效果和消泡持久性，易溶于本发明的基础油体系，克服了硅油抗泡剂对调和方法的敏感性，储存稳定性好，广泛应用于工业齿轮油的调制工艺中。

另外，本发明还提供了一种合成工业齿轮油的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油混合后加热到60℃～70℃并恒温搅拌均匀，得到调和基础油；

步骤二、向步骤一中得到的调和基础油中依次加入抗泡剂、抗乳化剂、降凝剂和通用齿轮油复合剂并搅拌20min～30min，静置至室温，得到合成工业齿轮油。

由于煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油这二者结构组成相近，相容性极好，本发明先将两种基础油加热搅拌混匀，得到调和基础油，解决了煤基聚α烯烃基础油因粘度较大，混合分散难度较大的难题，提高了两种基础油的混合均匀度，缩短了混匀时间，提高了混匀效率，然后依次加入油性的抗泡剂、抗乳化剂、降凝剂和通用齿轮油复合剂搅匀，经静置后得到合成工业齿轮油，实现同相的液液混合，大大提高了混合均匀度，改善了合成工业齿轮油的质量，方法简单，容易实现。

本发明中所述室温为温度25℃～35℃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油复配组成的PAO/CTL基础油体系为原料，利用PAO/CTL基础油体系提高了合成工业齿轮油的粘温特性、低温性能、氧化安定性和可降解性能，降低对添加剂的要求，得到高性能的合成工业齿轮油。

2、本发明通过调节PAO/CTL基础油体系中煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油的加入量，调节合成工业齿轮油的粘度等级，以满足不同场合的使用要求，扩大了本发明合成工业齿轮油的应用范围。

3、本发明的PAO/CTL基础油体系对于多种添加剂均具有良好的配伍性，保证了合成工业齿轮油的性能稳定性，降低了对添加剂种类和用量的要求，简化了制备工艺步骤，降低了原料成本，提高了合成工业齿轮油的经济性。

4、本发明的合成工业齿轮油具有低倾点(≤-35℃)和超高粘度指数(VI≥190)，同时具有良好的极压抗磨性能、热氧化安定性、抗腐蚀性能以及抗乳化性能，各项指标均优于国家行业标准。

5、本发明采用分步混合法先将两种基础油加热混匀，再加入添加剂搅匀制备合成工业齿轮油，解决了煤基聚α烯烃基础油因粘度较大，混合分散难度较大的难题，提高了混合均匀度，改善了合成工业齿轮油的质量，方法简单，容易实现。

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

本实施例的合成工业齿轮油由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油60份，煤基合成Ⅲ+基础油40份，T828降凝剂0.1份，H4212复合添加剂1.5份，T1001抗乳化剂0.03份，1#复合抗泡剂0.001份；所述煤基聚α烯烃基础油在100℃的粘度为169.21mm2/s，粘度指数为216，所述煤基合成Ⅲ+基础油在40℃的粘度为11.21mm2/s，粘度指数为135。

本实施例的合成工业齿轮油的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按质量份数计将60份煤基聚α烯烃基础油和40份煤基合成Ⅲ+基础油混合后加热到60℃并恒温搅拌均匀，得到调和基础油；

步骤二、按质量份数计向步骤一中得到的调和基础油中依次加入0.001份的1#复合抗泡剂、0.03份的T1001抗乳化剂、0.1份的T828降凝剂、1.5份的H4212通用齿轮油复合剂并搅拌20min，静置至室温，得到合成工业齿轮油。

实施例2

本实施例的合成工业齿轮油由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油62份，煤基合成Ⅲ+基础油38份，T828降凝剂0.3份，H4212复合添加剂1.5份，T1001抗乳化剂0.05份，1#复合抗泡剂0.005份；所述煤基聚α烯烃基础油在100℃的粘度为160.56mm2/s，粘度指数为201，所述煤基合成Ⅲ+基础油在40℃的粘度为11.84mm2/s，粘度指数为141。

本实施例的合成工业齿轮油的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按质量份数计将62份煤基聚α烯烃基础油和38份煤基合成Ⅲ+基础油混合后加热到65℃并恒温搅拌均匀，得到调和基础油；

步骤二、按质量份数计向步骤一中得到的调和基础油中依次加入0.005份的1#复合抗泡剂、0.05份的T1001抗乳化剂、0.3份的T828降凝剂、1.5份的H4212通用齿轮油复合剂并搅拌25min，静置至室温，得到合成工业齿轮油。

实施例3

本实施例的合成工业齿轮油由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油65份，煤基合成Ⅲ+基础油35份，T828降凝剂0.3份，H4212复合添加剂1.8份，T1001抗乳化剂0.08份，1#复合抗泡剂0.01份；所述煤基聚α烯烃基础油在100℃的粘度为153.42mm2/s，粘度指数为206，所述煤基合成Ⅲ+基础油在40℃的粘度为12.62mm2/s，粘度指数为138。

本实施例的合成工业齿轮油的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按质量份数计将65份煤基聚α烯烃基础油和35份煤基合成Ⅲ+基础油混合后加热到60℃并恒温搅拌均匀，得到调和基础油；

步骤二、按质量份数计向步骤一中得到的调和基础油中依次加入0.01份的1#复合抗泡剂、0.08份的T1001抗乳化剂、0.3份的T828降凝剂、1.8份的H4212通用齿轮油复合剂并搅拌30min，静置至室温，得到合成工业齿轮油。

实施例4

本实施例的合成工业齿轮油由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油63份，煤基合成Ⅲ+基础油37份，T828降凝剂0.4份，H4212复合添加剂2份，T1001抗乳化剂0.07份，1#复合抗泡剂0.008份；所述煤基聚α烯烃基础油在100℃的粘度为163.75mm2/s，粘度指数为208，所述煤基合成Ⅲ+基础油在40℃的粘度为12.07mm2/s，粘度指数为146。

本实施例的合成工业齿轮油的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按质量份数计将63份煤基聚α烯烃基础油和37份煤基合成Ⅲ+基础油混合后加热到70℃并恒温搅拌均匀，得到调和基础油；

步骤二、按质量份数计向步骤一中得到的调和基础油中依次加入0.008份的1#复合抗泡剂、0.07份的T1001抗乳化剂、0.4份的T828降凝剂、2份的H4212通用齿轮油复合剂并搅拌25min，静置至室温，得到合成工业齿轮油。

实施例5

本实施例的合成工业齿轮油由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油70份，煤基合成Ⅲ+基础油30份，T828降凝剂0.5份，H4212复合添加剂3份，T1001抗乳化剂0.1份，1#复合抗泡剂0.02份；所述煤基聚α烯烃基础油在100℃的粘度为150.81mm2/s，粘度指数为210，所述煤基合成Ⅲ+基础油在40℃的粘度为13.01mm2/s，粘度指数150。

本实施例的合成工业齿轮油的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按质量份数计将70份煤基聚α烯烃基础油和30份煤基合成Ⅲ+基础油混合后加热到65℃并恒温搅拌均匀，得到调和基础油；

步骤二、按质量份数计向步骤一中得到的调和基础油中依次加入0.02份的1#复合抗泡剂、0.1份的T1001抗乳化剂、0.5份的T828降凝剂、3份的H4212通用齿轮油复合剂并搅拌30min，静置至室温，得到合成工业齿轮油。

对本发明实施例1～实施例5的合成工业齿轮油的各项理化指标进行评定，并与GB5903-2011《工业闭式齿轮油》中重负荷L-CKD的质量指标进行比较，结果如下表1所示。

表1本发明实施例1～实施例5的合成工业齿轮油的各项理化指标

从表1可知，本发明实施例1～实施例5的合成工业齿轮油的各项理化指标优异，具有超高粘度指数(VI≥190)和低倾点(不超过-40℃)，同时具有良好的抗泡性能、抗腐蚀性能、抗乳化性能、热氧化安定性和极压抗磨性能，满足了GB5903-2011《工业闭式齿轮油》中重负荷L-CKD的技术要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种合成工业齿轮油，其特征在于，由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油60～70份，煤基合成Ⅲ+基础油30～40份，降凝剂0.1～0.5份，通用齿轮油复合剂1.5～3份，抗乳化剂0.03～0.1份，抗泡剂0.001～0.02份；所述合成工业齿轮油的粘度指数VI≥190。

2.根据权利要求1所述的一种合成工业齿轮油，其特征在于，由以下质量份数的成分制成：煤基聚α烯烃基础油62～65份，煤基合成Ⅲ+基础油35～38份，降凝剂0.3～0.5份，通用齿轮油复合剂1.5～2份，抗乳化剂0.05～0.1份，抗泡剂0.005～0.02份。

3.根据权利要求1所述的一种合成工业齿轮油，其特征在于，所述煤基聚α烯烃基础油在100℃的粘度为150mm²/s～170mm²/s，粘度指数在200以上，所述煤基合成Ⅲ+基础油在40℃的粘度为11mm²/s～13mm²/s，粘度指数在130以上。

4.根据权利要求1所述的一种合成工业齿轮油，其特征在于，所述降凝剂为聚甲基丙烯酸甲酯，平均分子量为5～10万，所述通用齿轮油复合剂为H4212复合添加剂，所述抗乳化剂为胺型环氧化合物聚合物，所述抗泡剂为油溶性的非硅型复合抗泡剂。

5.一种制备如权利要求1～权利要求4中任一权利要求所述的合成工业齿轮油的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将煤基聚α烯烃基础油和煤基合成Ⅲ+基础油混合后加热到60℃～70℃并恒温搅拌均匀，得到调和基础油；

步骤二、向步骤一中得到的调和基础油中依次加入抗泡剂、抗乳化剂、降凝剂和通用齿轮油复合剂并搅拌20min～30min，静置至室温，得到合成工业齿轮油。