CN112680271B - 一种高速易拉罐水基润滑剂 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学润滑剂领域，特别涉及一种高速易拉罐水基润滑剂，适用于12万罐/时超高车速易拉罐生产线，公开了各组分的优选过程和最优比例，以及该润滑剂的制备方法。本发明利用脂肪醇聚氧乙烯醚三乙醇胺盐结合P、N以及聚醚的三大润滑优势，能够产生强韧的润滑膜，采用多种吸附方式吸附在金属和塑料上，极大的降低了高速生产线的链板对输送物的摩擦力，其动摩擦系数低至0.04，适合快速灌装作业。

Description

一种高速易拉罐水基润滑剂

技术领域

本发明属于化学润滑剂领域，特别涉及一种易拉罐专用水基润滑剂，可以满足用于酒水饮料行业中的传送带线速达12万罐/小时的易拉罐专用水基润滑剂的性能要求。

背景技术

食品饮料行业的快速发展，包装物更新换代频率加快，酒、水、奶、饮料生产线在灌装和包装过程中都会采用链板进行运输传送。为了减少输送物和链板及围栏之间的摩擦，维持传送的平稳性，保护链板和电机使用寿命，必须在链板上喷淋润滑剂进行润滑。传统水基链板润滑剂采用皂类或脂肪胺类作为主要原料，容易产生沉淀堵塞润滑管道和喷嘴，并且产生大量泡沫，污染输送物，滋长微生物，导致现场卫生状况极差。

更主要的是传统润滑剂仅靠物理吸附成膜，其原理为阳离子表面活性剂与被润滑材质的润湿、吸附，高分子聚合物与疏水基端的连接，从而形成的单分子层的润滑膜，以降低两相界面在相对移动时产生的摩擦力。其缺陷是阳离子表面活性剂与高分子形成的复合膜的单分子层较薄，能提供的润滑力有限。并且阳离子表面活性剂的表面张力较大，这在金属链板上结合尚可，在塑料链板上吸附力小，膜强度不够，易于剪切失效。在易拉罐听装灌装线中，链板均采用非极性或低极性的工程塑料链板，在易拉罐高速运转时，单层吸附膜破裂不能连续，润滑效果急剧下降，罐体抖动严重，内容物溢出造成重量偏差大，且极易造成卡罐，不利卷封，损伤机器，或不能满足生产线正常运转的要求，严重影响生产线效率。

现有技术中，干膜润滑剂使用的也较为普遍，干膜润滑的原理为：利用悬浮稳定剂技术，稳定固态球状的树脂聚合物于溶液中，在使用时，溶剂挥发导致聚合物球状体在两相界面的沉淀，改变两相界面的滑动摩擦为滚动摩擦，从而降低摩擦力。其存在的问题为润滑剂有效物球状颗粒的配方原液不稳定性，并且在稀释后以及在被润滑介质表面浓度分配不均匀。尤为重要的是，干膜润滑剂也存在润滑力的不足。

基于此，发明人针对于普通水基润滑剂单一的吸附方式不能满足生产线的润滑要求的缺陷，提出一种新型水基润滑剂，可以适用于酒水饮料行业中的传送带线速达12万罐/小时的易拉罐生产线。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种高速易拉罐水基润滑剂，可以适用于饮料行业中的传送带线速达12万罐/小时的易拉罐生产线。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高速易拉罐水基润滑剂，包含以下重量份的原料组成：醇醚磷酸酯5-10份，中和剂5-10份，螯合剂1-5份，助溶剂2-5份，抑泡剂5-10份，抑菌剂0.1-0.5份，余量为水，所述中和剂为碱性铵盐。

本发明主要利用配方中的醇醚磷酸酯作为弱酸，采用碱性铵盐作为中和剂进行中和反应得到核心成分为醇醚磷酸酯胺盐，该盐结合了P、N以及聚醚三大润滑优势，能够提供多种吸附方式。磷是润滑添加剂常用的活性元素，磷酸酯作为活性基团吸附在摩擦表面，在极压条件下，磷元素与摩擦表面发生化学反应形成无机膜；碱性铵盐的减摩抗磨性能优越，其胺基上氮原子的孤对电子与摩擦表面形成配位键，增强吸附作用；醇醚具有超低HLB值，润湿作用明显，能够迅速润湿摩擦表面，形成良好的润滑膜，与磷酸酯、胺基起到协同润滑的作用。

作为本发明的优选方案，所述醇醚磷酸酯选自月桂醇醚磷酸酯，异构十醇醚磷酸酯、异构十三醇醚磷酸酯、C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯中的任意一种或多种组合。

脂肪醇聚氧乙烯醚具有较低的表面张力，润湿性能，在被润滑介质间作用可以快速润湿、铺展；并且由于其无可以电离的基团，脂肪醇聚氧乙烯醚的疏水基烷基端与非极性、弱极性塑料材质的极性及溶解度参数比较接近，故能够在界面塑料材质上富集，产生降低界面的相对摩擦力。另外，脂肪醇聚氧乙烯醚由于氢键的作用表现为水溶性，所以适合在水基链板润滑剂中使用。发明人实验中发现，脂肪醇聚氧乙烯醚通过与五氧化二磷发生酯化反应，在碳链上增加磷酸酯基团，磷元素能够与摩擦副发生化学反应，能够生成致密的无机膜。为了中和磷酸酯的酸性，提高溶解性，引入带胺基的碱性物质与其反应，能得到透明的润滑液。

一般认为车速超过6万罐/小时的易拉罐生产线即为高速易拉罐生产线，例如可以满足超过8万罐/小时、10万罐/小时的易拉罐生产线，这些高速易拉罐生产线需要应用具有特殊润滑性质的润滑剂。本发明的高速易拉罐水基润滑剂可以满足车速12万罐/小时的高速易拉罐生产线，具有非常优秀的润滑性能。

同时，胺基的孤对电子与摩擦副形成配位键，极大的增强了膜的吸附能力，起到协同作用，降低了摩擦力，提升水基链板润滑剂在软饮料包装瓶与塑料链板间的润滑性能的同时，降低了生产线上的倒瓶率，并改善了水基润滑剂的泡沫行为。

综合考量各醇醚磷酸酯的溶解性、气味、产泡能力等因素；进一步优选的，所述醇醚磷酸酯通式为RO(CH₂CH₂O)_n-PO(OH)₂，R为C8-C10烷基，n为2-3，所述醇醚磷酸酯为C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯。

作为本发明的优选方案，所述中和剂为醇胺类、氢氧化钾，氢氧化钠中的一种或多种。优选的，采用醇胺类，所述醇胺类是一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中至少一种。发明人多次实验发现，三乙醇胺无毒，无气味，常用易购，与醇醚磷酸酯相容性好，中和后增加其溶解度，且具有润滑协同作用；所以更优选的，为三乙醇胺。

作为本发明的优选方案，所述助溶剂为吐温、苯甲酸钠、烷基糖苷中的任意一种或多种组合。结合相容性和低泡性等性能，采用烷基糖苷，由于C₆烷基糖苷，温和且易分解，短链泡沫少，且具有清洗功能，能够清洗链板运输过程中产生的污垢，所以更优选的，采用C₆烷基糖苷。

作为本发明的优选方案，所述螯合剂为乙二胺四乙酸四钠、葡萄糖酸钠、磷酸三钠、柠檬酸钠中的任意一种或多种组合。发明人经过多方面性能测试发现，乙二胺四乙酸四钠螯合值最高，与体系相容性好，所以优选的，采用乙二胺四乙酸四钠作为螯合剂。

作为本发明的优选方案，所述抑泡剂为99％无水乙醇。在本发明中，添加适量的抑泡剂能够大幅度降低体系的泡沫。所述抑泡剂也称控泡剂、消泡剂。

作为本发明的优选方案，所述抑菌剂为氯化十二烷基二甲基苄基铵、溴化十二烷基二甲基苄基铵、二硫氰基甲烷、异噻唑啉酮中的至少一种。更优选的，采用14wt％含量的异噻唑啉酮作为抑菌剂。异噻唑啉酮具有杀菌效率高，降解性好，具有不产生残留、配伍性好、稳定性强、使用成本低等特点。

一种制备上述水基润滑剂的方法，具体包括如下步骤：

步骤一：按照上述组合物的配方，称取相应重量份的各原料；

步骤二：将螯合剂、去离子水加入反应釜中，搅拌直到所述螯合剂完全溶解；

步骤二：在所述加热装置中加入醇醚磷酸酯和中和剂，室温下进行中和反应得到C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯三乙醇胺盐；

步骤三：在所述反应釜中加入助溶剂，搅拌至溶液呈透明状，继续加入抑泡剂搅拌至无泡；

步骤四：加入所述抑菌剂，搅拌均匀后，即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明提供的润滑剂利用配方中的醇醚磷酸酯作为弱酸，采用碱性铵盐作为中和剂进行中和反应得到核心成分为醇醚磷酸酯胺盐，该盐结合了P、N以及聚醚三大润滑优势，能够产生强韧的润滑膜，通过多种吸附方式，吸附在金属和塑料上，极大的降低了高速生产线的链板对输送物的摩擦力，其动摩擦系数低至0.04，适合快速灌装作业；能满足车速12万罐/小时的高速易拉罐生产线，不抖酒、不卡罐。即使是低极性的塑料链板也能正常运行。

2、本发明提供的润滑剂极少泡沫，不污染罐体，保持生产车间现场整洁卫生。

3、本发明提供的润滑剂具有良好而持久的杀菌、抑菌效果，输送链板不会滋生大量的微生物，更有利于保持生产环境持久良好卫生状态。

4、本发明提供的润滑剂抗硬水，耐低温，0-5℃不浑浊，无沉淀。

5、本发明提供的润滑剂抑菌能力强、无气味、无腐蚀、无毒害，适合食品、饮料、水行业广泛使用。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

在以下本发明提供的实施例中，所用到的原材料均可从市面采购获得，主要信息如下：

C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯购自海安石化，含量99％；

C₆烷基糖苷购自阿克苏化学，含量99％；

乙二胺四乙酸四钠，购自成都有恒商贸，含量99.9％；

三乙醇胺，购自成都越过商贸，含量99％；

异噻唑啉酮，购自西安石油化学研究院，含量14％；

无水乙醇，购自成都科隆试剂，含量99％；

实施例中涉及到的性能检测的具体方法如下：

1、动摩擦系数

将拉力计固定于公司定制的塑料链道上方，把易拉罐放在塑料链道上，并用刚性绳索挂在拉力计上。测试时使用隔膜泵向链道上喷射稀释了200倍的待测溶液，开启链道保持100M/S速度运行，采集拉力计5分钟的数据，并计算平均值，记为测试拉力。动摩擦系数＝拉力/易拉罐的重力。

2、pH值

按GB/T 6368的规定，取10.0g样品稀释于1000mL容量瓶中，倒入烧杯用磁力搅拌器搅拌30s，用恒温水浴锅把温度控制为25℃，插入pH计电极，稳定1min后读数。

3、溶解性

在自然光下目测溶液是否澄清透明，完全溶解。

4、5℃稳定性

把试样放入低温箱，温度设置为5℃，放置24小时后取出，擦干净器皿表面冷凝水，在自然光下目测有无浑浊、分层或产生悬浮物等现象。

5、泡沫高度和消泡速度

参照《洗涤剂发泡力的测定(Ross-Miles法)》(GB/T13173.6-91)方法，将待测溶液稀释200倍，在相同温度相同高度相同角度倒入罗氏泡沫仪，读取产生泡沫的起始高度(以mm计)，同时开始计时，5分钟后读取泡沫消去的高度，记为消泡速度。

6、气味

将样品装于250ml广口瓶中，用手在广口瓶上方扇动，闻其散发出来的气味判断。

实施例1

本实施例的润滑剂1的各组分及含量如下表1：

表1.1实施例1中每100g润滑剂1的原料成分及含量

一种制备本发明的水基润滑剂的方法，包括以下步骤：

步骤一：按照上述组合物的配方准备相应重量份的各原料；

步骤二：首先将乙二胺四乙酸四钠、去离子水分别加入反应釜中，搅拌直到完全溶解；

步骤三：接着在反应釜内加入月桂醇聚氧乙烯醚磷酸单酯和三乙醇胺，中和反应3h，得到月桂醇聚氧乙烯醚磷酸单酯三乙醇胺盐；

步骤四：继续在反应釜里加入烷基糖苷，搅拌均匀，得到稳定的透明溶液后加入无水乙醇并搅拌至无泡；

步骤五：最后向反应釜内内加入异噻唑啉酮搅拌均匀即可。

实施例2

实施例2与实施例1采用的相同的制备方法进行水基润滑剂的制备，其区别仅在于润滑剂2的配方的不同。

表1.2实施例2中每100g润滑剂2的原料成分及含量表

实施例3

表1.3实施例3中每100g润滑剂3的原料成分及含量表

实施例4

表1.4实施例4中每100g润滑剂4的原料成分及含量表

实施例5

表1.5实施例5中每100g润滑剂5的原料成分及含量表

实施例6

表1.6实施例6中每100g润滑剂6的原料成分及含量表

实施例7

表1.7实施例7中每100g润滑剂7的原料成分及含量表

实施例8

表1.8实施例8中每100g润滑剂8的原料成分及含量表

通过醇醚磷酸酯和碱性化合物进行中和反应形成醇醚磷酸酯盐类润滑剂1-润滑剂8，并对上述润滑剂进行了动摩擦系数、酸碱度、泡沫、气味检测和测试，性能数据如表1.9所示：

表1.9润滑剂1-润滑剂8的性能汇总表

从上表可以看出，润滑剂1至润滑剂4中，4种醇醚磷酸酯得到的润滑剂动摩擦系数相近，都可以达到比较低的摩擦值，但是润滑剂1中的月桂醇和润滑剂4中异构十三醇的碳链较长，形成的泡沫太多，异构十醇和异构十三醇等异构醇有刺激性气味，而C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯各种指标都更符合润滑剂的要求，最终优选其作为润滑主剂。

润滑剂1至润滑剂6中的磷酸酯与醇胺类的中和剂中和反应形成的醇醚磷酸酯胺盐比润滑剂7和润滑剂8中磷酸酯与无机碱性物氢氧化钾、氢氧化钠中和反应生产醇醚磷酸盐具有更低的动摩擦系数，说明醇胺类中和剂的润滑协同作用明显，我们选择醇胺作为中和剂，其中一乙醇胺和二乙醇胺碱性太强，有刺激性气味，且市售产品较少，不便于采购，最终优选了三乙醇胺作为中和剂。

综上，润滑剂2以三乙醇胺和C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯进行中和反应，其润滑度、泡沫气味等综合性能最优，能够达到车速12万罐/小时的高速易拉罐生产线的要求。

实施例11

为了进一步的得到更小的动摩擦系数的水基润滑剂，对C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯和三乙醇胺的配比做了进一步探究，发现：当C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯和三乙醇胺之间的比值不同时，最终得到的润滑剂的动摩擦系数存在较大的差异。其理论的中和比值约为2:1，由此作为基点向两边扩展，得到如下表2.1所示的不同比值下的润滑剂的原料成分含量表：

表2.1每100g润滑剂A1-A7的原料成分及含量表

进一步的对制得的润滑剂A1-A7溶液进行酸碱度检测，和动摩擦系数测试,得到的性能数据表2.2所示：

表2.2润滑剂A1-A 7的酸碱度、动摩擦系数的性能汇总表

从表2.1和表2.2可以得出，三乙醇胺和磷酸酯的比值在6-9：10时，润滑性能最优，能够达到0.04，结合酸碱度，最优选为润滑剂A5所采用的0.6:1。同时在实验中发明人发现三乙醇胺和磷酸酯的比值在略高于理论中和量时，所得到的磷酸酯铵盐润滑剂的溶解性和稳定性达到最佳。

发明人在探索最优的配方组成时发现，抑泡剂的用量对配方的泡沫和动摩擦系数的影响较大，通过调整抑泡剂的含量，制得一系列润滑剂B1-B6，如表3.1所示：

表3.1每100g润滑剂B1-B6的原料成分及含量表

将得到的B1-B6润滑剂进行泡沫高度、消泡速度和动摩擦系数测试，数据如表3.2所示：

表3.2润滑剂B1-B6的测试数据对比表

通过上表可以看出，小分子的抑泡剂无水乙醇对润滑剂的润滑度不利，对抑泡性有利，随着乙醇用量的增加，润滑剂的初始泡沫逐渐减少，消泡速度加快，动摩擦系数增大。结合现场使用要求，发明人优选了润滑剂B4中乙醇的用量。

螯合剂乙二胺四乙酸四钠与钙镁例子络合的摩尔比为1:1，易拉罐润滑剂使用时通常稀释100-200倍，在水的硬度不大于500的情况下，3％乙二胺四乙酸四钠的添加量可保证稀释用水的软化效果，使润滑剂富有足够的抗硬水能力。

异噻唑啉酮作为泥藻剥离剂和杀菌剂时，有效投加浓度为150-300ppm，本润滑剂添加0.5％能够达到浓度要求。

最终按照本发明的配方得到的润滑剂配方中，优选的，各成分的含量如下表4所示：

表4每100g润滑剂的原料成分及含量表

该润滑剂除了较低的动摩擦系数以及较好的消泡能力，整体润滑剂的溶解性较佳，由于添加了5％的C₆烷基糖苷，其低温稳定性也较好。

总结：本发明通过以C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯和三乙醇胺的中和反应得到一种脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯三乙醇胺盐为核心物质的润滑剂，该润滑剂不仅结合了N、P和聚醚三大润滑优势，能够产生强韧的润滑膜，采用多种吸附方式，吸附在金属和塑料上，极大的降低了链板对输送物的摩擦力，其动摩擦系数低至0.04，还具有低泡抑泡功能，在输送线高速运转和摩擦的期间，不产生过量泡沫，能够保持使用现场的干净整洁，同时该润滑剂还具有抗硬水、清洗和杀菌功能，自身溶解稳定性好，低温不分层不浑浊，完全满足12万罐/小时车速的生产线。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高速易拉罐水基润滑剂，其特征在于，由以下重量份的各原料组成：

醇醚磷酸酯5-10份，中和剂5-10份，螯合剂1-5份，助溶剂2-5份，抑泡剂5-10份，抑菌剂0.1-0.5份，余量为水；所述中和剂为碱性铵盐；

所述醇醚磷酸酯通式为RO(CH₂CH₂O)n-PO(OH)₂，R为C₈-C₁₀烷基，n为2-3；

所述助溶剂为C₆烷基糖苷。

2.根据权利要求1所述的一种高速易拉罐水基润滑剂，其特征在于，所述中和剂为醇胺类、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种高速易拉罐水基润滑剂，其特征在于，所述螯合剂为乙二胺四乙酸四钠、葡萄糖酸钠、磷酸三钠、柠檬酸钠中的任意一种或多种组合。

4.根据权利要求 1所述的一种高速易拉罐水基润滑剂，其特征在于，所述抑泡剂为99％无水乙醇。

5.根据权利要求 1所述的一种高速易拉罐水基润滑剂，其特征在于，所述抑菌剂为氯化十二烷基二甲基苄基铵、溴化十二烷基二甲基苄基铵、二硫氰基甲烷、异噻唑啉酮中的一种多种组合。

6.一种制备权利要求1-5任一项所述的水基润滑剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照权利要求1所述的组合物配方，称取相应重量份的各原料；

步骤二：将螯合剂、去离子水加入反应釜中，搅拌直到所述螯合剂完全溶解；

步骤二：在所述加热装置中加入醇醚磷酸酯和中和剂，室温下进行中和反应得到C8-C10脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯三乙醇胺盐；

步骤三：在所述反应釜中加入助溶剂，搅拌至溶液呈透明状，继续加入抑泡剂搅拌至无泡；

步骤四：加入所述抑菌剂，搅拌均匀后，即可。