CN1328361C - 水基极压润滑液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水基极压润滑液的制备方法，包括：1)将有机改性粘土、分子中含有酯基或酰胺基的塑料以及载体油加热混融，冷却固化；2)将固化产物与载体油混合，用磺化剂磺化，收集油相产物；3)在油相产物中加入碱，调节pH值大于7，得到水基润滑液。所说的有机改性粘土选自有机化的蒙脱土、膨润土、高岭土、凹凸棒土，所说的塑料是聚酰胺、聚胺酯、聚酯。本发明所制备的水基极压润滑液，具有良好的稳定性、冷却性、粘附性和润滑性，同时清洗性也好，而且无臭无毒，适合作为金属加工过程的润滑剂。

Description

水基极压润滑液的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高极压含水润滑液的制备方法，确切地说，是一种以层状结构的粘土和塑料为原料制备高极压水基润滑液的方法。这种润滑液适用于金属加工的润滑剂。

背景技术

摩擦在拉拔工艺中起着关键性的作用，采用适当的润滑剂能使拉拔的摩擦磨损减至最小。可以采用油基和水基润滑剂，选择的依据是摩擦学特性和冷却能力。在拉拔中常遇到的是混合润滑状态，要求润滑剂有好的粘附性、耐压性，能形成稳定的润滑膜，对线材、丝材和模具起冷却和润滑作用，而且要求拉拔后润滑膜易于清除。例如冷塑成型纯铁和碳钢时，采用传统的工艺，工艺毛坯表面一般要经过酸洗、磷化、皂化等表面处理和润滑处理，不但工序繁杂，费时，清洗时造成的污染也很严重。CN 85102380A采用水基高分子固体润滑剂代替传统工艺，但清除润滑膜时仍存在固体石墨的黑色污染问题，而且还需要加热烘干成膜。而使用高润滑性，高粘附性能而又易于清洗的含水润滑剂会带来很大的方便。

聚酰胺(俗称尼龙)是工程塑料的一大品种，具有优良的物理、力学和机械性能，在五大工程塑料中应用最广。但尼龙既不溶于水也不溶于油，单纯采用机械分散的方法又难以形成稳定的分散体系，难以用来改善润滑油(润滑液)的润滑性。

近年来，采用粘土原位插层聚合的方法制备纳米高分子材料的方法取得很大的进展。CN 1138593A介绍了一种一步插层聚合法，使层状硅酸盐粘土通过库仑力与聚酰胺基体结合，并以纳米尺度均匀分散在聚酰胺基体中，制成高性能的聚酰胺/粘土纳米复合材料。CN 1373787A介绍了一种粘土分散高分子数脂复合材料的制备方法，使粘土的最小构成单位的硅酸盐板状结构剥离，用混合法制备了聚苯乙烯丙烯腈聚合体树脂纳米复合材料。CN 1308101、CN 1295095、CN 129362等分别介绍了纳米粘土与硅橡胶，聚苯并恶嗪，聚烯烃制备的复合材料。粘土材料一般用于塑料的改性，提高塑料的强度、耐热性和可加工性。

US 2,820,056介绍了由带烷基的芳烃制备磺酸盐的方法。用浓硫酸或发烟硫酸磺化烷基芳烃后用1.5倍以上的苯溶剂稀释，再加大量的水静置分层沉降，将油相蒸馏或用乙醇抽提，得到产品。但此法未曾涉及可以用来制备含塑料和粘土这些既不溶于油，也不溶于水的材料的磺酸盐。

发明内容

本发明提供了一种水基极压润滑液的制备方法，采用该方法制备的润滑液具有良好的稳定性、冷却性、粘附性、润滑性和清洗性，无臭无毒，适合作为金属加工过程中的润滑剂。

本发明提供的水基极压润滑液的制备方法包括：

1)将有机改性粘土、分子中含有酯基或酰胺基的塑料以及载体油加热、混熔，冷却固化；

2)将固化产物与载体油混合，用磺化剂磺化，收集油相产物；

3)在油相产物中加入碱，调节pH值大于7，得到最终产品。

所说的粘土为有机改性粘土，包括蒙脱土、膨润土、高岭土、凹凸棒土等。可以是天然的粘土，也可以是人工合成的用作催化剂材料的层状硅酸盐或硅酸铝，如人造云母—蒙脱土(SMM)，纤蛇纹石(Mg₃(OH)₄Si₂O₅)，海泡石(H₆Mg₈Si₁₂O₃(OH)₁₀·6H₂O)等。粘土是具有层状结构的各种形式的水合硅铝酸盐，层间存在着可交换的无机离子，如钾，钠，镁，锂等，对有机化合物呈疏性。有机改性的作用是利用粘土晶层间的金属离子的可交换性，以有机阳离子交换金属离子，使粘土有机化，使之与载体油更好的混合。有机改性粘土可以是市售商品，如浙江临安市膨润土矿生产的有机改性膨润土，也可以按照常规改性的方法进行自制。通常的做法是将原土粉碎，在水中分散并除去杂质，再用离子交换的方法使粘土变为钠型土，然后用酰胺基胺、季铵盐等长链有机化合物(如二甲基十八烷基卞基氯化铵)将钠型粘土的亲水表面覆盖，使其憎水亲油。具体操作方法可参看《润滑脂性能及应用》一书(孙全淑编，石油加工出版社)。

所说分子中含有酯基或酰胺基的塑料，可以是聚酰胺、聚胺酯、聚酯(包括不饱和聚酯和饱和聚酯)等。这类塑料分子中含有酯基或酰胺基，较易通过水解的方式降解，水解后的产物中含有大量羟基或氨基，有利于对薄片粘土的分散和表面修饰。其中的聚酰胺塑料，俗称尼龙，可以是尼龙6、尼龙66和尼龙610等。

所说的载体油，是能够进行磺化反应的有机物，包括C12-C30的烷基苯、不饱和酯类油、动植物油和矿物油等，也可以是它们的混合物。例如，油酸甲酯、三羟甲基丙烷油酸酯、季戊四醇油酸酯、妥尔油、菜籽油、蓖麻油、邻苯二甲酸乙二醇酯、环烷基润滑油等。

步骤1中，粘土与塑料的重量比为1∶5-1∶80，优选1∶10-1∶60。塑料和载体油的重量比为1∶0.1-1∶10，优选1∶0.2-1∶5。混熔的温度是200-350℃，最好是250-300℃，反应时间一般是0.5-10小时，最好是1-5小时。反应最好在惰性气体气氛下进行，防止载体油在高温下氧化。反应结束后将反应混合物倒出，冷却固化后粉碎或捣碎，颗粒越小越有利于下一步充分反应。

步骤2中，所说的磺化剂是浓硫酸或发烟硫酸，浓度为95-105％(体积比，其中含SO₃)的浓硫酸，最好是98-102％的硫酸。

固化产物的加入量为载体油重量的0.1-20％，最好是1-17％。固化产物与载体油的总重量与硫酸的重量比为1∶0.05-1∶1.0，最好为1∶0.2-1∶0.7。反应温度控制在15-60℃，最好为25-45℃，反应时间一般为0.5-4小时，最好为1-2小时。

反应结束后缓慢加水终止反应，沉降分离水相，油相加碱中和，所用的碱可以是有机碱，如醇胺，包括乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺和苯乙醇胺等，也可以是无机碱，如氢氧化钠，氢氧化钾等，控制pH为7.5-11，最好为8-10，必要时加水稀释，得到粘稠的水基润滑液。

本发明把粘土的熔融插层作为制备水溶性润滑剂的一个中间步骤，先把尼龙等聚合物的熔体直接嵌入到有机粘土的夹层中，增加粘土的层间距，提高粘土的分散性，并将得到的固态的、不溶于水和油的复合材料通过磺化和碱中和反应将其变为高极压水基润滑液的极压抗磨组分。所制备的水基极压润滑液，具有良好的稳定性、冷却性、粘附性和润滑性，同时清洗性也好，而且无臭无毒，适合作为金属加工过程的润滑剂。

具体实施方式

实例1

向装有温度计，搅拌器的1000ml三口瓶中加入4g季胺盐改性膨润土(Bentonite-34，美国铅业公司生产)，200g粒状的尼龙6，以及200g季戊四醇油酸酯，通高纯氮气除去瓶中的氧气，保持氮气流量为30-100ml/min，在搅拌下将温度升到300-310℃，反应5小时，然后将反应混合物倒入不锈钢容器中冷却凝固，将固体捣碎为直径约为1-2mm的颗粒。

在1000ml三口瓶中加入上述固体颗粒5g，季戊四醇油酸酯235g，在搅拌下逐渐添加100g 98％的浓硫酸，并保持温度在50℃以下，然后继续搅拌1小时后，逐渐加入500ml水终止反应，沉降分离废酸，逐渐加入107g二乙醇胺，搅拌1小时，然后加水稀释，得到产品1400g，产品为桔黄色粘稠液体，按GB3142-82方法进行四球实验，油膜强度P_B为932N，烧结负荷P_D为3434N。

实例2

制备方法与实例1基本相同，但步骤1中，改性膨润土为8g，尼龙6为100g，载体油为200g的三羟甲基丙烷油酸酯，混熔温度是250-260℃；步骤2中和的醇胺为三乙醇胺214g，得到产品1400g，四球实验油膜强度P_B为1176N，烧结负荷P_D为3087N。

实例3

制备方法与实例1相似，但参与磺化反应的载体油为十二烷基苯。在500ml的三口瓶中加入40g烷基苯及上述1g固化物，搅拌，缓慢滴加25ml发烟硫酸，保持温度在40℃以下，滴加后继续搅拌2小时，老化10小时。控制温度在55℃以下，逐渐加入200ml水终止反应，加入少量溶剂，并倒入分液漏斗中，静止分离废酸，分离油相60g。在油相中缓慢加入20重％的氢氧化钠水溶液至pH值为7-8。加入200ml蒸馏水，静置12小时后再次分油，油相为棕色，水相为浅棕色半透明。

取1g油相加入99g蒸馏水，测得油膜强度P_B＝314N，烧结负荷P_D＝1235N。蒸馏水的P_B＜98N，P_D＝980N，说明加入1重％本发明方法制备的添加剂(约含2ppm的片状分散的粘土)能提高蒸馏水的P_B值3倍，提高P_D值20％，而且分散体系很稳定。说明所制备的油相是提高水的承载能力的有效添加剂。

实例4

制备方法与实例1相似，在100ml烧杯中加入上述2g固化物，在搅拌下滴加98％浓硫酸10g，蓖麻油13g，用水冷却保持温度在4℃以下。2小时后分次加入20ml水洗涤，并离心分离出废酸。在搅拌下滴加15g二乙醇胺，得33.3克浅黄色膏状产物。取膏状物加入蒸馏水分别配成1％、5％、10％乳液，按GB3142-82方法测定油膜浓度P_B和烧结负荷P_D。数据见表1。

表1不同乳液浓度的P_B和P_D

乳液浓度，％	PB，N	PD，N
			1510	451784883	157019622453

Claims (16)

1.一种水基极压润滑液的制备方法，包括：

1)将有机改性粘土、分子中含有酯基或酰胺基的塑料以及载体油加热混熔，冷却固化；

2)将固化产物与载体油混合，用磺化剂磺化，收集油相产物；

3)在油相产物中加入碱，调节pH值大于7，得到水基润滑液。

2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所说的有机改性粘土选自有机化的蒙脱土、膨润土、高岭土、凹凸棒土。

3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所说分子中含有酯基或酰胺基的塑料是聚酰胺、聚胺酯、聚酯。

4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所说的载体油是能够进行磺化反应的有机物。

5.按照权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所说的载体油选自C12-C30的烷基苯、不饱和酯类油、动植物油、矿物油以及它们的混合物。

6.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所说的载体油选自油酸甲酯、三羟甲基丙烷油酸酯、季戊四醇油酸酯、妥尔油、菜籽油、蓖麻油、邻苯二甲酸乙二醇酯、环烷基润滑油。

7.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，粘土与塑料的重量比为1∶5-1∶80，塑料和载体油的重量比为1∶0.1-1∶10。

8.按照权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，粘土与塑料的重量比为1∶10-1∶60，塑料和载体油的重量比为1∶0.2-1∶5。

9.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混熔的温度是200-350℃，反应时间是0.5-10小时。

10.按照权利要求1或9所述的制备方法，其特征在于，混熔的温度是250-300℃，反应时间是1-5小时。

11.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所说的磺化剂是浓硫酸或发烟硫酸。

12.按照权利要求11所述的制备方法，其特征在于，固化产物的加入量为载体油重量的0.1-20％，固化产物与载体油的总重量与硫酸的重量比为1∶0.05-1∶1.0。

13.按照权利要求12所述的制备方法，其特征在于，固化产物的加入量为载体油重量的1-17％，固化产物与载体油的总重量与硫酸的重量比为1∶0.2-1∶0.7。

14.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，磺化反应温度为15-60℃，反应时间为0.5-4小时。

15.按照权利要求14所述的制备方法，其特征在于，磺化反应温度为25-45℃，反应时间为1-2小时。

16.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，反应结束后加碱中和，控制pH为7.5-11。