CN114606043B - 一种合成型开式齿轮润滑油及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种合成型开式齿轮润滑油及其制备方法和应用，属于润滑材料技术领域。本发明中合成型开式齿轮润滑油，按质量份数计，制备原料包括：合成基础油89.0～98.0份，所述合成基础油为聚α‑烯烃合成油和聚酯基础油的混合物；抗氧剂0.3～2.0份；金属钝化剂0.1～1.0份；极压抗磨剂1.0～5.0份，所述极压抗磨剂为季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物；防锈剂0.1～1.0份；黏附剂0.5～2.0份。本发明采用季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物作为极压抗磨剂，解决了极压性和抗腐蚀性之间的矛盾，实现了润滑油整体性能的平衡；且环保、刺激性气味小。

Description

一种合成型开式齿轮润滑油及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及润滑材料技术领域，具体涉及一种合成型开式齿轮润滑油及其制备方法和应用。
背景技术
开式齿轮是工业设备中重要的传动装置，广泛应用在采矿、水泥、火力发电、化肥、化工、制糖、垃圾焚烧和堆肥等行业。开式齿轮传动装置的润滑至关重要，是确保设备运行可靠性和操作安全性的重要环节。
对于大型开式齿轮传动装置，由于齿轮圆周速度较低、齿面压力极高、齿面粗糙度相对较高，润滑油无法完全隔开啮合齿面。此外，由于小齿轮和大齿圈的安装、定位相互独立，其中心线通常不是完全平行，导致齿面载荷不均匀，使得齿轮副的运行状态更加严苛。因此，大型开式齿轮传动装置通常是在混合摩擦状态下运行。
开式齿轮低速重载的运行工况，决定了其使用的润滑油必须要有极佳的黏附性能和黏温性能，保证在不同季节温度变化时均能保持一定的油膜厚度，同时需要具有优异的极压抗磨性能。目前使用的大多数开式齿轮润滑油产品中含有石墨类黑色固体添加剂，该成分虽然能够提高润滑油的承载能力，但是在齿轮维修、清洁等工作中带来很大不便。CN102776056A公开了一种开式齿轮润滑油组合物，该开式齿轮润滑油组合物中去掉了传统技术中使用的黑色固体添加剂，且使用高黏度合成基础油和合成酯类基础油，因此产品具有较好的黏温性能和低温流动性。同时，为了提高承载能力，上述开式齿轮润滑油组合物使用了硫化异丁烯添加剂，硫化异丁烯具有难以替代的极压性能，但其刺激性气味会给生产和使用该润滑油的操作人员带来不适，且硫化异丁烯中的高活性硫会使齿轮腐蚀从而增加磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合成型开式齿轮润滑油及其制备方法和应用，本发明提供的合成型开式齿轮润滑油采用季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物作为极压抗磨剂，解决了极压性和抗腐蚀性之间的矛盾，实现了润滑油整体性能的平衡；且具有环保、刺激性气味小的特点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种合成型开式齿轮润滑油，按质量份数计，制备原料包括：
合成基础油89.0～98.0份，所述合成基础油为聚α-烯烃合成油和聚酯基础油的混合物；
抗氧剂0.3～2.0份；
金属钝化剂0.1～1.0份；
极压抗磨剂1.0～5.0份，所述极压抗磨剂为季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物；
防锈剂0.1～1.0份；
黏附剂0.5～2.0份。
优选地，所述聚α-烯烃合成油100℃运动黏度40～2200mm2/s，聚酯基础油100℃运动黏度1800～2200mm2/s；所述聚α-烯烃合成油与聚酯基础油的质量比为(84～93)：5。
优选地，所述抗氧剂为二烷基二硫代氨基甲酸酯、2,6-二叔丁基对甲酚与二烷基二苯胺的混合物，所述二烷基二硫代氨基甲酸酯、2,6-二叔丁基对甲酚与二烷基二苯胺的质量比为(0.05～0.50)：(0.20～1.00)：(0.05～0.50)。
优选地，所述金属钝化剂为苯三唑衍生物。
优选地，所述季膦盐多库酯离子液体的质量为合成型开式齿轮润滑油总质量的0.5～1.0％；所述烷基多硫化物与烷基磷酸酯胺盐的质量比为(1.5～3.5)：1.0。
优选地，所述季膦盐多库酯离子液体为三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体；所述烷基多硫化物为二叔丁基五硫化物；所述烷基磷酸酯胺盐为二辛基磷酸酯十八胺盐或二丁基磷酸酯十二胺盐。
优选地，所述防锈剂为烷基苯磺酸盐。
优选地，所述黏附剂为氢化苯乙烯双烯共聚物。
本发明提供了上述技术方案述合成型开式齿轮润滑油的制备方法，包括以下步骤：
将合成基础油、抗氧剂、金属钝化剂、极压抗磨剂、防锈剂与黏附剂混合，得到合成型开式齿轮润滑油。
本发明提供了上述技术方案所述合成型开式齿轮润滑油或上述技术方案所述制备方法制得到的合成型开式齿轮润滑油在开式齿轮传动系统润滑中的应用。
本发明提供了一种合成型开式齿轮润滑油，按质量份数计，制备原料包括：合成基础油89.0～98.0份，所述合成基础油为聚α-烯烃合成油和聚酯基础油的混合物；抗氧剂0.3～2.0份；金属钝化剂0.1～1.0份；极压抗磨剂1.0～5.0份，所述极压抗磨剂为季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物；防锈剂0.1～1.0份；黏附剂0.5～2.0份。本发明采用聚α-烯烃合成油和聚酯基础油的混合物作为基础油组分，在充分利用α-烯烃合成油低温性能优势的同时，又改善了单独使用聚α-烯烃合成油时润滑性差以及对其它各添加剂溶解性差的弊端，使得基础油组分保持了良好的综合性能；本发明采用季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物作为极压抗磨剂，各组分相互之间具有较好的正协同作用，与传统润滑油中硫化异丁烯相比，能够大幅提升润滑油的极压抗磨性能，而且避免了活性硫带来的腐蚀磨损问题，解决了极压性和抗腐蚀性之间的矛盾，实现了润滑油整体性能的平衡；同时能够提高润滑油的承载能力，还消除了刺激性气味问题。实施例的结果显示，本发明提供的合成型开式齿轮润滑油具有较好的极压抗磨性、黏附性、黏温性、低温流动性和抗氧化腐蚀性能，可满足苛刻条件下各种开式齿轮的长期良好润滑要求，大大降低了齿轮的磨损并能够延长换油周期，节约维修成本和换油成本，且具有环保、刺激性气味小的特点。
具体实施方式
本发明提供了一种合成型开式齿轮润滑油，按质量份数计，制备原料包括：
合成基础油89.0～98.0份，所述合成基础油为聚α-烯烃合成油和聚酯基础油的混合物；
抗氧剂0.3～2.0份；
金属钝化剂0.1～1.0份；
极压抗磨剂1.0～5.0份，所述极压抗磨剂为季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物；
防锈剂0.1～1.0份；
黏附剂0.5～2.0份。
在本发明中，若无特殊说明，所用制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品或采用本领域技术人员熟知的方法制备得到即可。
按质量份数计，本发明所述合成型开式齿轮润滑油的制备原料包括合成基础油89.0～98.0份，优选为91.0～95.0份。在本发明中，所述合成基础油为聚α-烯烃合成油和聚酯基础油的混合物，所述聚α-烯烃合成油与聚酯基础油的质量比优选为(84～93)：5，更优选为(86～90)：5。在本发明中，所述聚α-烯烃合成油100℃运动黏度优选为40～2200mm2/s；所述聚α-烯烃合成油优选为合成油LUCANT HC-2000与合成油PAO40的混合物，或者为合成油LUCANT HC-2000与合成油PAO100的混合物，更优选为合成油LUCANT HC-2000与合成油PAO40的混合物；所述合成油LUCANT HC-2000与合成油PAO40的质量比优选为(53.0～82.5)：(10.5～31.0)，更优选为(60.5～71.0)：(19.0～25.5)。在本发明的实施例中，所述合成油LUCANT HC-2000在100℃运动黏度优选为1980mm2/s，合成油PAO40在100℃运动黏度优选为40.93mm2/s。在本发明中，所述聚酯基础油100℃运动黏度优选为1800～2200mm2/s，更优选为1900～2100mm2/s，进一步优选为2000mm2/s；所述聚酯基础油优选为基础油Priolube 3986或基础油Ketjenlube 9505。在本发明的实施例中，所述合成油PAO40或合成油PAO100购自Mobile公司，所述合成油LUCANT HC-2000购自Mitsui Chemicals公司；所述基础油Priolube 3986购自Croda公司，所述基础油Ketjenlube 9505购自Italmatch公司。本发明采用聚α-烯烃合成油和聚酯基础油的混合物作为基础油组分，在充分利用α-烯烃合成油低温性能优势的同时，又改善了单独使用聚α-烯烃合成油时润滑性差以及对其它各添加剂溶解性差的弊端，使得基础油组分保持了良好的综合性能。
以所述合成基础油的质量份数为基准，本发明所述合成型开式齿轮润滑油的制备原料包括抗氧剂0.3～2.0份，优选为0.6～1.0份。在本发明中，所述抗氧剂优选为二烷基二硫代氨基甲酸酯、2,6-二叔丁基对甲酚与二烷基二苯胺的混合物，所述二烷基二硫代氨基甲酸酯、2,6-二叔丁基对甲酚与二烷基二苯胺的质量比优选为(0.05～0.50)：(0.20～1.00)：(0.05～0.50)，更优选为(0.15～0.25)：(0.50～0.80)：(0.15～0.25)。在本发明中，所述二烷基二苯胺进一步优选为丁辛基二苯胺。在本发明中，所述二烷基二硫代氨基甲酸酯优选为Vanderbilt公司的VANLUBE 7723，2,6-二叔丁基对甲酚优选为LANSESS公司的Additin RC7110，丁辛基二苯胺优选为BASF公司的IRGANOX L57。本发明优选采用二烷基二硫代氨基甲酸酯、2,6-二叔丁基对甲酚与二烷基二苯胺的混合物作为抗氧剂，能够提升润滑油的抗氧化性能，防止过早氧化衰退。
以所述合成基础油的质量份数为基准，本发明所述合成型开式齿轮润滑油的制备原料包括金属钝化剂0.1～1.0份，优选为0.25～0.60份。在本发明中，所述金属钝化剂优选为苯三唑衍生物，所述苯三唑衍生物优选为N,N-二丁基氨甲基亚甲基苯三唑、甲基苯三唑或N,N-二(2-乙基己基)-4-甲基-1H-苯并三唑-1-甲胺，更优选为N,N-二丁基氨甲基亚甲基苯三唑。在本发明中，所述N,N-二丁基氨甲基亚甲基苯三唑优选为长沙望城石油化工有限公司的T551。本发明优选采用苯三唑衍生物作为金属钝化剂，能够提升对开式齿轮的防腐蚀保护性能。
以所述合成基础油的质量份数为基准，本发明所述合成型开式齿轮润滑油的制备原料包括极压抗磨剂1.0～5.0份，优选为1.5～2.5份。在本发明中，所述极压抗磨剂为季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物；所述季膦盐多库酯离子液体的质量优选为合成型开式齿轮润滑油总质量的0.5～1.0％，更优选为0.6～0.9％；所述烷基多硫化物与烷基磷酸酯胺盐的质量比优选为(1.5～3.5)：1.0，更优选为3：1。在本发明中，所述季膦盐多库酯离子液体优选为三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体；所述烷基多硫化物优选为二叔丁基五硫化物；所述烷基磷酸酯胺盐优选为二辛基磷酸酯十八胺盐或二丁基磷酸酯十二胺盐。在本发明中，所述二叔丁基五硫化物优选为LANSESS公司的Additin RC2540，二辛基磷酸酯十八胺盐优选为太原安润石油润滑油添加剂有限公司的ZR85。本发明对所述三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到即可(Fan Mingjin,Yang Desuo,Wang Xiaoling,etal.DOSS-Based QAILs:As Both Neat Lubricants and Lubricant Additives withExcellent Tribological Properties and Good Detergency.Industrial&EngineeringChemistry Research,2014,53(46):17952-17960)。
本发明采用季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物作为极压抗磨剂，各组分相互之间具有较好的正协同作用，与传统润滑油中硫化异丁烯相比，能够大幅提升润滑油的极压抗磨性能，而且避免了活性硫带来的腐蚀磨损问题，解决了极压性和抗腐蚀性之间的矛盾，实现了润滑油整体性能的平衡；同时能够提高润滑油的承载能力，还消除了刺激性气味问题。
以所述合成基础油的质量份数为基准，本发明所述合成型开式齿轮润滑油的制备原料包括防锈剂0.1～1.0份，优选为0.25～0.50份。在本发明中，所述防锈剂优选为烷基苯磺酸盐，所述烷基苯磺酸盐优选为低碱值C22-24烷基苯磺酸盐。在本发明中，所述低碱值C22-24烷基苯磺酸盐优选为Afton公司的Hitec 614。本发明优选采用烷基苯磺酸盐作为防锈剂，不仅具有较好的防锈性能，而且与其它添加剂具有较好的配伍性。
以所述合成基础油的质量份数为基准，本发明所述合成型开式齿轮润滑油的制备原料包括黏附剂0.5～2.0份，优选为1.0～1.5份。在本发明中，所述黏附剂优选为氢化苯乙烯双烯共聚物，所述氢化苯乙烯双烯共聚物优选为氢化苯乙烯异戊二烯星状共聚物。在本发明中，所述氢化苯乙烯异戊二烯星状共聚物优选为Shell公司的SV260。本发明优选采用氢化苯乙烯双烯共聚物作为黏附剂，有利于提高润滑油的黏附性能，同时不会大幅增加润滑油的黏度。
本发明提供了上述技术方案所述合成型开式齿轮润滑油的制备方法，包括以下步骤：
将合成基础油、抗氧剂、金属钝化剂、极压抗磨剂、防锈剂与黏附剂混合，得到合成型开式齿轮润滑油。
本发明优选在60～80℃且搅拌条件下向所述合成基础油中加入所述抗氧剂、金属钝化剂、极压抗磨剂、防锈剂与黏附剂，加料完毕后继续在60～80℃条件下搅拌3～5h，至所得混合物料均匀透明，冷却后得到合成型开式齿轮润滑油。在本发明的实施例中，所述混合优选在带搅拌器的不锈钢调合釜内进行。
本发明提供了上述技术方案所述合成型开式齿轮润滑油或上述技术方案所述制备方法制得到的合成型开式齿轮润滑油在开式齿轮传动系统润滑中的应用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例以及对比例中涉及的部分制备原料来源包括：
聚α-烯烃合成油PAO40购自Mobile公司，100℃运动黏度为40.93mm2/s；
聚α-烯烃合成油LUCANT HC-2000购自Mitsui Chemicals公司，100℃运动黏度为1980mm2/s；
聚酯基础油Priolube 3986购自Croda公司，100℃运动黏度为2000mm2/s；
二烷基二硫代氨基甲酸酯为Vanderbilt公司的VANLUBE 7723；
2,6-二叔丁基对甲酚为LANSESS公司的Additin RC7110；
丁辛基二苯胺为BASF公司的IRGANOX L57；
N,N-二丁基氨甲基亚甲基苯三唑为长沙望城石油化工有限公司的T551；
二叔丁基五硫化物为LANSESS公司的Additin RC2540；
二辛基磷酸酯十八胺盐为太原安润石油润滑油添加剂有限公司的ZR85；
低碱值C22-24烷基苯磺酸盐为Afton公司的Hitec 614；
氢化苯乙烯异戊二烯星状共聚物为Shell公司的SV260。
实施例1
向31.0g聚α-烯烃合成油PAO40中加入53.0g聚α-烯烃合成油LUCANT HC-2000和5.0g聚酯基础油Priolube 3986，升温至70±5℃并进行搅拌，再加入0.5g二烷基二硫代氨基甲酸酯、1.0g的2,6-二叔丁基对甲酚、0.5g丁辛基二苯胺、1.0g的N,N-二丁基氨甲基亚甲基苯三唑、1.0g三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体、3.0g二叔丁基五硫化物、1.0g二辛基磷酸酯十八胺盐、1.0g低碱值C22-24烷基苯磺酸盐和2.0g氢化苯乙烯异戊二烯星状共聚物，在70±5℃条件下搅拌3h，冷却至室温(25℃)即得合成型开式齿轮润滑油。
实施例2
向19.0g聚α-烯烃合成油PAO40中加入71.0g聚α-烯烃合成油LUCANT HC-2000和5.0g聚酯基础油Priolube 3986，升温至70±5℃并进行搅拌，再加入0.25g二烷基二硫代氨基甲酸酯、0.5g的2,6-二叔丁基对甲酚、0.25g丁辛基二苯胺、0.25g的N,N-二丁基氨甲基亚甲基苯三唑、0.9g三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体、1.2g二叔丁基五硫化物、0.4g二辛基磷酸酯十八胺盐、0.25g低碱值C22-24烷基苯磺酸盐和1.0g氢化苯乙烯异戊二烯星状共聚物，在70±5℃条件下搅拌3h，冷却至室温即得合成型开式齿轮润滑油。
实施例3
向10.5g聚α-烯烃合成油PAO40中加入82.5g聚α-烯烃合成油LUCANT HC-2000和5.0g聚酯基础油Priolube 3986，升温至70±5℃并进行搅拌，再加入0.05g二烷基二硫代氨基甲酸酯、0.2g的2,6-二叔丁基对甲酚、0.05g丁辛基二苯胺、0.1g的N,N-二丁基氨甲基亚甲基苯三唑、0.5g三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体、0.375g二叔丁基五硫化物、0.125g二辛基磷酸酯十八胺盐、0.1g低碱值C22-24烷基苯磺酸盐和0.5g氢化苯乙烯异戊二烯星状共聚物，在70±5℃条件下搅拌3h，冷却至室温即得合成型开式齿轮润滑油。
对比例1
按照实施例3制备合成型开式齿轮润滑油，不同之处仅在于将0.5g三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体、0.375g二叔丁基五硫化物和0.125g二辛基磷酸酯十八胺盐，替换成0.75g二叔丁基五硫化物和0.25g二辛基磷酸酯十八胺盐。
对比例2
按照实施例3制备合成型开式齿轮润滑油，不同之处仅在于将0.5g三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体、0.375g二叔丁基五硫化物和0.125g二辛基磷酸酯十八胺盐，替换成1.0g硫化异丁烯。
对实施例以及对比例制备的合成型开式齿轮润滑油进行性能测试，结果见表1。
表1实施例以及对比例制备的合成型开式齿轮润滑油的性能测试结果
Figure BDA0003552862590000091
由表1可知，本发明提供的合成型开式齿轮润滑油具有突出的黏温性能(黏度指数大于160)、优异的极压抗磨性能和抗氧化性能、良好的抗腐蚀防锈性能和抗泡沫性能。同时，与对比例1相比，实施例3制备的合成型开式齿轮润滑油极压抗磨性能优异，说明本发明采用三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体能够与二叔丁基五硫化物和二辛基磷酸酯十八胺盐产生较好的正协同效果，有利于提升润滑油的极压抗磨性能；与对比例2相比，实施例3制备的合成型开式齿轮润滑油抗腐蚀和抗磨性能优异，说明本发明采用三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体、二叔丁基五硫化物以及二辛基磷酸酯十八胺盐复配，能够替代传统硫化异丁烯极压抗磨添加剂使用，在有利于提升润滑油极压性能的基础上，还可以改善使用硫化异丁烯时的抗腐蚀和抗磨性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种合成型开式齿轮润滑油，按质量份数计，制备原料包括：
合成基础油89.0~98.0份，所述合成基础油为聚α-烯烃合成油和聚酯基础油的混合物；
抗氧剂0.3~2.0份，所述抗氧剂为二烷基二硫代氨基甲酸酯、2，6-二叔丁基对甲酚与二烷基二苯胺的混合物，所述二烷基二硫代氨基甲酸酯、2，6-二叔丁基对甲酚与二烷基二苯胺的质量比为(0.05~0.50)：(0.20~1.00)：(0.05~0.50)；
金属钝化剂0.1~1.0份；
极压抗磨剂1.0~5.0份，所述极压抗磨剂为季膦盐多库酯离子液体、烷基多硫化物和烷基磷酸酯胺盐的混合物；所述季膦盐多库酯离子液体为三辛基十六烷基季膦盐多库酯离子液体；所述烷基多硫化物为二叔丁基五硫化物；所述烷基磷酸酯胺盐为二辛基磷酸酯十八胺盐或二丁基磷酸酯十二胺盐；所述季膦盐多库酯离子液体的质量为合成型开式齿轮润滑油总质量的0.5~1.0%；所述烷基多硫化物与烷基磷酸酯胺盐的质量比为(1.5~3.5)：1.0；
防锈剂0.1~1.0份；
黏附剂0.5~2.0份。
2.根据权利要求1所述的合成型开式齿轮润滑油，其特征在于，所述聚α-烯烃合成油100℃运动黏度40~2200mm2/s，聚酯基础油100℃运动黏度1800~2200mm2/s；所述聚α-烯烃合成油与聚酯基础油的质量比为(84~93)：5。
3.根据权利要求1所述的合成型开式齿轮润滑油，其特征在于，所述金属钝化剂为苯三唑衍生物。
4.根据权利要求1所述的合成型开式齿轮润滑油，其特征在于，所述防锈剂为烷基苯磺酸盐。
5.根据权利要求1所述的合成型开式齿轮润滑油，其特征在于，所述黏附剂为氢化苯乙烯双烯共聚物。
6.权利要求1~5任一项所述合成型开式齿轮润滑油的制备方法，包括以下步骤：
将合成基础油、抗氧剂、金属钝化剂、极压抗磨剂、防锈剂与黏附剂混合，得到合成型开式齿轮润滑油。
7.权利要求1~5任一项所述合成型开式齿轮润滑油或权利要求6所述制备方法制得到的合成型开式齿轮润滑油在开式齿轮传动系统润滑中的应用。
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