CN114958461B - 一种无水钙基润滑脂及其制备方法 - Google Patents

一种无水钙基润滑脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于润滑脂技术领域，具体涉及一种无水钙基润滑脂及其制备方法。以质量百分比计，所述无水钙基润滑脂包括无水钙基稠化剂8～20％和润滑基础油80～92％；所述无水钙基稠化剂通过高分子酸与氢氧化钙纳米粒子反应生成。所述制备方法包括以下步骤：将纳米氢氧化钙油性分散体、高分子酸和润滑基础油混合，依次进行皂化反应、脱水处理、炼制、均化脱气处理，即得；其中，所述纳米氢氧化钙油性分散体包含油性介质和分散在油性介质中的氢氧化钙纳米粒子。该无水钙基润滑脂使用范围广，最低使用温度‑20℃，最高使用温度120℃，且抗水性和机械安定性比普通方法制备的无水钙基润滑脂更好，存放性能稳定，无大量析油和硬化问题。

Description

一种无水钙基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，具体涉及一种无水钙基润滑脂及其制备方法。
背景技术
润滑脂是将稠化剂分散于液体润滑剂中所组成的一种稳定的固体或半固体产品。稠化剂、基础油和添加剂是润滑脂的三大主要组分。润滑脂不是一个新的化合物，但也不是简单的物理混合物，而是通过稠化剂和基础油的化学特性形成的稳定、分散均匀的体系。根据其所使用的稠化剂种类可以将其分为金属皂基润滑脂、有机润滑脂、烃基润滑脂及无机润滑脂。
在所有润滑脂中，锂基润滑脂曾因其较高的性价比，生产工艺简单，在国内很多行业领域中得到广泛使用，成为主流产品，占有重要地位。但随着近年来新能源汽车市场的爆发，对蓄电池的需求飞速增长，作为重要原材料的氢氧化锂也随之价格暴涨，锂基润滑脂产品成本随之急增。而氢氧化钙价格多年保持稳定，这就为钙基润滑脂的发展带来了契机。
现在市面上的钙基脂大部分是普通钙基脂，而普通的钙基脂，由于以水作为稳定剂，耐热性差，滴点低，限制了使用范围。所以业内人士在普通钙基脂基础上开发出无水钙基脂，但是国内外关于无水钙基脂生产报道比较少。
中国专利CN109797032A公开一种新型无水钙基润滑脂及制备方法。其制备方法包括以下步骤：稠化，把脂肪酸、氢氧化钙、1/3～2/3的基础油投入到压力釜中，加入水，搅拌混合，反应时间为1.5h～2.5h，压力釜内压力为0.11～0.20Mpa；脱水，升温至110℃～120℃，压力釜内压力为0.21～0.35Mpa，保持温度并持续搅拌30～50min；成脂，持续升温至125℃～140℃，保持温度4～8min后停止加热；将剩余的基础油加入到压力釜内，持续搅拌25～35min，皂化成脂。
高宇航等(无水钙基润滑脂的研制及性能评价，石油商技，2017年第4期)公开一种无水钙基润滑脂的制备方法，投料皂化：首先在压力釜中加入3/4的基础油，然后将12-羟基硬脂酸、氢氧化钙和一定量的水加入压力釜中，混合升温至(100±1)℃并持续加压开始皂化反应。升温炼制：继续缓慢加压升温至(140±1)℃后，保持一定的压力与时间，使酸、碱完全反应，不均匀或团聚物分散打开。泄压降温，泄压后，加入剩余急冷油降至一定温度后，保温30min，控制皂纤维结构的稳定形成。加剂后处理：温度降至(80±1)℃以下时，加入添加剂，再使用均质机处理并经脱气釜脱气完成生产。
上述文献的生产过程中突显出几个关键问题：由于钙基润滑脂的生产原料Ca(OH)2固体颗粒微溶于水，且溶解度随温度上升而下降，所以需要加水参与皂化反应；皂化反应中，未溶解氢氧化钙固体不能参与反应，易形成皂颗粒，过滤困难；另一方面，氢氧化钙在基础油中，与脂肪酸的皂化反应需要在100℃以上温度进行，且酸碱中和是放热反应，反应生成的水汽化导致出现涨罐现象；同时为防止皂颗粒形成，需加入大量水，导致泄压困难和皂跑出；排水过程也增加了能耗，延长了工时；此外产品中由于含水或排水不干净导致经常出现润滑脂较软或不成脂现象。
综上，现有无水钙基润滑脂生产过程中必须加入水，而加入水后带来的产品质量不稳定、增加能耗等问题一直都无法很好的解决。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型无水钙基润滑脂及其制备方法，其具有使用范围广，最低使用温度-20℃，最高使用温度120℃的优点，且抗水性和机械安定性比普通方法制备的无水钙基润滑脂更好，存放性能稳定，无大量析油和硬化问题。
具体来说，本发明提供了如下技术方案。
一种无水钙基润滑脂，以质量百分比计，包括无水钙基稠化剂8～20％和润滑基础油80～92％；
所述无水钙基稠化剂通过高分子酸与氢氧化钙纳米粒子反应生成。
优选的，上述无水钙基润滑脂中，所述氢氧化钙纳米粒子的粒径为30～100nm，为了确保产品具有良好的抗水性和机械安定性，本发明进一步优选所述氢氧化钙纳米粒子的粒径为30～50nm。
优选的，上述无水钙基润滑脂中，所述高分子酸选自硬脂酸、油酸、棕榈油酸中的至少一种。
优选的，上述无水钙基润滑脂中，所述润滑基础油的100℃运动粘度为10-18mm2/s，闪点为220-260℃。
优选的，上述无水钙基润滑脂中，所述润滑基础油选自矿物基础油、合成基础油或植物油基础油中的一种或几种，更优选为矿物基础油。
优选的，上述无水钙基润滑脂中，以质量百分比计，还包括添加剂0.2～3％。所述添加剂为润滑脂领域常用的添加剂种类，例如包括防锈剂、抗氧剂或极压抗磨剂中一种或几种。
本发明还提供一种上述无水钙基润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
将纳米氢氧化钙油性分散体、高分子酸和第一部分润滑基础油混合，依次进行皂化反应、脱水处理；
所述脱水处理后加入第二部分润滑基础油，进行炼制；加入剩余的润滑基础油，可选择性地加入添加剂，经均化脱气处理，即得无水钙基润滑脂；
其中，所述纳米氢氧化钙油性分散体包含油性介质和分散在油性介质中的氢氧化钙纳米粒子。
本发明提供的制备方法可以在不改变润滑脂生产工艺的同时大幅提高润滑脂生产过程中的皂化反应速度并使皂化反应完全，缩短反应工时；克服皂化反应过程中的跑皂，涨罐问题；同时由于其反应过程不用加水反应，即可直接生成皂基脂，降低了生产过程中能耗，所制得的润滑脂产品的性能大幅提高。
优选的，上述制备方法中，所述皂化反应的时间为5～30min；
和/或，所述皂化反应的温度为60-110℃；
和/或，所述脱水的温度为100-130℃；
和/或，所述炼制的温度为130-150℃。
优选的，上述制备方法中，所述纳米氢氧化钙油性分散体、高分子酸和润滑基础油的用量使得以得到的无水钙基润滑脂质量为基准，包括以下组分：无水钙基稠化剂8～20％和润滑基础油80～92％。
优选的，上述制备方法中，以所述纳米氢氧化钙油性分散体的总质量计，所述油性介质的含量为50～70％，所述氢氧化钙纳米粒子的含量为30～50％。
优选的，上述制备方法中，所述油性介质选自矿物基础油、合成基础油或植物油基础油中的一种或几种。
优选的，上述制备方法中，所述纳米氢氧化钙油性分散体中还包含表面活性剂，以所述纳米氢氧化钙油性分散体的总质量计，所述表面活性剂的含量为0.05～2％。
优选的，上述制备方法中，所述纳米氢氧化钙油性分散体采用下述方法制备：氢氧化钙颗粒或者氧化钙颗粒与水加入油性介质中，在高剪切环境下反应生成氢氧化钙纳米粒子并同时经表面活性剂改性得到。
优选的，上述制备方法中，所述第一部分润滑基础油、第二部分润滑基础油和剩余的润滑基础油的质量比为1～3:1～3:1～3。
本发明所取得的有益效果：
本发明提供的无水钙基润滑脂使用范围广，最低使用温度-20℃，最高使用温度120℃的优点，且抗水性和机械安定性比普通方法制备的无水钙基润滑脂更好，存放性能稳定，无大量析油和硬化问题；
本发明提供的无水钙基润滑脂的制备方法，皂化反应速度快，缩短反应工时；克服皂化反应过程中的跑皂，涨罐问题；同时由于反应过程不用加水反应，即可直接生成皂基脂，降低了生产过程中能耗，所制得的润滑脂产品的性能大幅提高。
附图说明
图1为本发明实施例1-6中所用纳米氢氧化钙油性分散体的电镜形貌。
图2为本发明对比例2中所用纳米氢氧化钙油性分散体的电镜形貌。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下实施例中，所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
以下实施例中，所述纳米氢氧化钙油性分散体的制备方法如下：将基础油(SN500)191克、氧化钙粉体150克、去离子水49克和苯磺酸10克混合，高速剪切分散，即得，剪切分散速度为2500rpm，剪切分散时间为50min。
制备得到的纳米氢氧化钙油性分散体中氢氧化钙含量为50wt％，其在室温条件下静置2个月没有任何沉降，对其中的颗粒进行SEM电镜分析测试，结果如图1所示，颗粒大小为30-50nm的规则颗粒。
实施例1
将240g矿物基础油和70g 12-羟基硬酯酸投入反应釜中，在搅拌同时升温至80-90°。硬脂酸在基础油中彻底融化后，加入35.6g纳米氢氧化钙油性分散体，继续搅拌并升温至75℃，开始皂化反应10分钟。继续升温至100℃进行脱水，脱水完全后加入100g矿物基础油，缓慢升温至140℃进行炼制，恒温5分钟。酸碱完全反应后，加入160g矿物基础油，进行冷却降温至80℃，加入5g对二辛基二苯胺，搅拌均匀，均化脱气处理，制得该无水钙基润滑脂。将其性能列于下表1。
实施例2
将240g合成基础油和70g 12-羟基硬酯酸投入反应釜中，在搅拌同时升温至85℃。硬脂酸在基础油中彻底融化后，加入35.6g纳米氢氧化钙油性分散体，继续搅拌并升温至95℃，开始皂化反应20分钟。继续升温至110℃进行脱水，脱水完全后加入100g合成基础油，缓慢升温至140℃进行炼制，恒温5分钟。酸碱完全反应后，加入160g合成基础油，进行冷却降温至85℃，加入5g对二辛基二苯胺，搅拌均匀，均化脱气处理，制得该无水钙基润滑脂。将其性能列于下表1。
实施例3
将240g矿物基础油和63g的氢化棕榈油酸(氢化棕榈油是棕榈油脂经加氢而成的，化学式为C3H5(C16H31O2)3。)投入反应釜中，在搅拌同时升温至80℃。棕榈油酸在基础油中彻底融化后，加入35.6g纳米氢氧化钙油性分散体，继续搅拌并升温至100℃，开始皂化反应30分钟。继续升温至110℃进行脱水，脱水完全后加入100g矿物基础油，缓慢升温至140℃进行炼制，恒温5分钟。酸碱完全反应后，加入160g矿物基础油，进行冷却降温至85℃，加入5g对二辛基二苯胺，搅拌均匀，均化脱气处理，制得该无水钙基润滑脂。将其性能列于下表1。
实施例4
将240g矿物基础油、69g的油酸(油酸是动植物油脂经加氢而成的，化学式为C3H5(C18H35O2)3。)和35.6g纳米氢氧化钙油性分散体投入反应釜中，在搅拌同时升温至80℃，开始皂化反应20分钟。皂化反应后加入100g矿物基础油，缓慢升温至115℃进行脱水稠化，恒温20分钟。继续升温至130℃，恒温5分钟。加入160g矿物基础油，进行冷却降温至85℃，加入5g对二辛基二苯胺，搅拌均匀，均化脱气处理，制得该无水钙基润滑脂。将其性能列于下表1。
实施例5
将240g矿物基础油和66g的硬酯酸(硬酯酸是动植物油脂经水解后加工精制而成。化学式为CH3(CH2)16COOH。)投入反应釜中，在搅拌同时升温至85℃。硬脂酸在基础油中彻底融化后，加入35.6g纳米氢氧化钙油性分散体，继续搅拌并升温至110℃，开始皂化反应30分。酸碱完全反应后，继续升温至110℃进行脱水，脱水完全后加入100g矿物基础油，缓慢升温至140℃进行炼制，恒温5分钟。加入160g矿物基础油，进行冷却降温至85℃，加入5g对二辛基二苯胺，搅拌均匀，均化脱气处理，制得该无水钙基润滑脂。将其性能列于下表1。
实施例6
将240g矿物基础油和70g 12-羟基硬酯酸投入反应釜中，在搅拌同时升温至85℃。硬脂酸在基础油中彻底融化后，加入35.6g纳米氢氧化钙油性分散体，封闭反应釜，升温至105℃停止加热，在此温度下，计时皂化10分钟。反应完毕，缓慢泄压、升温脱水，时间控制在20分钟，压力为零时打开釜盖。温度升到127℃，将160g矿物基础油一次性加入反应釜。缓慢升温至135℃，恒温5min，将釜内物料导入调和釜，100g矿物基础油一次性加入调和釜，进行搅拌冷却，温度降低到85℃，加入5g对二辛基二苯胺，搅拌均匀，均化脱气处理，制得该无水钙基润滑脂。将其性能列于下表1。
对比例1
将240g矿物基础油和70g 12-羟基硬酯酸投入反应釜中，在搅拌同时升温至80-90°。硬脂酸在基础油中彻底融化后，加入用40克水预先分散17.8g氢氧化钙粉体形成的乳液，将反应釜密闭，继续搅拌并升温至105℃，开始皂化反应2小时。反应完毕，打开泄压阀，缓慢升温脱水，时间控制在lh～l.5h，压力为零时打开釜盖。脱水完全后加入100g矿物基础油，缓慢升温至140℃进行炼制，恒温5分钟。酸碱完全反应后，加入160g矿物基础油，进行冷却降温至80℃，加入5g对二辛基二苯胺，搅拌均匀，均化脱气处理，制得该无水钙基润滑脂。将其性能列于下表1。
对比例2
对比例2所用氢氧化钙油性分散体的制备方法如下：将基础油(SN500)191克、氧化钙粉体150克、去离子水49克和苯磺酸10克混合，高速剪切分散，即得，剪切分散速度为1000rpm，剪切分散时间为60min。制备得到的氢氧化钙油性分散体中氢氧化钙含量为50wt％，对其中的颗粒进行SEM电镜分析测试，结果如图2所示，颗粒大小为1-5μm的不规则颗粒。
将240g矿物基础油和70g 12-羟基硬酯酸投入反应釜中，在搅拌同时升温至80-90°。硬脂酸在基础油中彻底融化后，加入35.6g氢氧化钙油性分散体，继续搅拌并升温至95℃，开始皂化反应1小时。继续升温至100℃进行脱水，脱水完全后加入100g矿物基础油，缓慢升温至140℃进行炼制，恒温5分钟。酸碱完全反应后，加入160g矿物基础油，进行冷却降温至80℃，加入5g对二辛基二苯胺，搅拌均匀，均化脱气处理，制得该无水钙基润滑脂。将其性能列于下表1。
表1为各实施例润滑脂的理化性能检测数据
Figure BDA0002949442370000091
由表1可知，实施例1-6制备得到的润滑脂滴点，抗剪切能力，抗水剪切能力，抗磨性能和其它性能都明显优于常规制备的无水钙基润滑脂，而且，其皂化形成的稠化剂稠化能力更好，能节省脂肪酸的用量，降低成本，并且生产周期缩短，生产能耗降低。综上，本发明在工艺上可以起到节能、提高生产效率的作用，产品性能、价格上优于现有同类产品。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种无水钙基润滑脂，其特征在于，以质量百分比计，包括无水钙基稠化剂8～20％和润滑基础油80～92％；
所述无水钙基稠化剂通过高分子酸与氢氧化钙纳米粒子反应生成；
所述无水钙基润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
将纳米氢氧化钙油性分散体、高分子酸和第一部分润滑基础油混合，依次进行皂化反应、脱水处理；
所述脱水处理后加入第二部分润滑基础油，进行炼制；加入剩余的润滑基础油，可选择性地加入添加剂，经均化脱气处理，即得无水钙基润滑脂；
其中，所述纳米氢氧化钙油性分散体包含油性介质和分散在油性介质中的氢氧化钙纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的无水钙基润滑脂，其特征在于，所述氢氧化钙纳米粒子的粒径为30～100nm。
3.根据权利要求2所述的无水钙基润滑脂，其特征在于，所述氢氧化钙纳米粒子的粒径为30～50nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的无水钙基润滑脂，其特征在于，所述高分子酸选自硬脂酸、油酸、棕榈油酸中的至少一种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的无水钙基润滑脂，其特征在于，所述润滑基础油的100℃运动粘度为10-18mm2/s，闪点为220-260℃。
6.权利要求1-5任一项所述的无水钙基润滑脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将纳米氢氧化钙油性分散体、高分子酸和第一部分润滑基础油混合，依次进行皂化反应、脱水处理；
所述脱水处理后加入第二部分润滑基础油，进行炼制；加入剩余的润滑基础油，可选择性地加入添加剂，经均化脱气处理，即得无水钙基润滑脂；
其中，所述纳米氢氧化钙油性分散体包含油性介质和分散在油性介质中的氢氧化钙纳米粒子。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述皂化反应的时间为5～30min；
和/或，所述皂化反应的温度为60-110℃；
和/或，所述脱水的温度为100-130℃；
和/或，所述炼制的温度为130-150℃。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述纳米氢氧化钙油性分散体、高分子酸和润滑基础油的用量使得以得到的无水钙基润滑脂质量为基准，包括以下组分：无水钙基稠化剂8～20％和润滑基础油80～92％。
9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，以所述纳米氢氧化钙油性分散体的总质量计，所述油性介质的含量为50～70％，所述氢氧化钙纳米粒子的含量为30～50％。
10.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述纳米氢氧化钙油性分散体中还包含表面活性剂，以所述纳米氢氧化钙油性分散体的总质量计，所述表面活性剂的含量为0.05～2％。
11.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述第一部分润滑基础油、第二部分润滑基础油和剩余的润滑基础油的质量比为1～3:1～3:1～3。
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