TW202208603A - 非延燒性滑脂組成物 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種滑脂組成物，其係維持以往的非延燒性滑脂組成物之耐荷重性，且非延燒性係較以往的非延燒性滑脂組成物更為提升者。

本發明對於上述課題之解決手段為一種非延燒性滑脂組成物，係含有：於40℃之動黏度為300mm2/s以上的基油、脲系增稠劑、硫系荷重添加劑及以組成物的總質量為基準計係0.2至10質量%之選自由甘油、三羥甲基乙烷、及三羥甲基丙烷所組成群組中之至少一種多元醇；

其中，以組成物的總質量為基準計，組成物所含之硫元素的濃度為0.59至2.70質量%，組成物所含之磷元素的濃度最高為100ppm。

Description

非延燒性滑脂組成物
本發明係關於可使用在製鐵設備等軸承和齒輪之非延燒性滑脂組成物。詳而言之，本發明係關於一種非延燒性滑脂組成物，其係能夠使用於高溫的鏽皮(scale)等飛散、滑脂著火、有火災疑慮的處所。
於製鐵設備、鍛造設備等塑性加工設備之軸承和齒輪的潤滑方面，常使用滑脂。製鐵設備所使用的軸承之潤滑環境嚴苛，連續鑄造設備之軸承係於高溫環境中以極低速旋轉、荷重亦大，因此在軸承的軌道面之潤滑膜的形成會變得不充分，再者，由於還混入水和鏽皮，因此軸承係在極為嚴苛的環境中運作。
鐵鋼用壓延機的滾動軸承和壓鍛機的軸頸軸承等具有多個潤滑處，該潤滑處係關於要求耐熱性、耐荷重性及耐久性之製鐵用機械等施加特別嚴苛的荷重之旋轉、滑動機構。
此等設備係暴露於高溫，故使用過後的滑脂會垂落堆積於設備之下，當所堆積的滑脂暴露於高溫、鏽皮飛散時，滑脂會著火，由此所引起的火災係成為問題。為了不發生如此之火災，通常會以手去除垂落的滑脂。但是，垂落堆積在手難以觸及之狹窄場所的滑脂係難以去除。萬一發生火災 時，雖然若是立刻就發現火災便能容易地進行滅火，但往自動化發展之設備的人力較少，而未必能夠立刻發現火災。當較晚發現火災時，則可能會變得難以滅火或者無法滅火。因此，要求滑脂的自熄性。
專利文獻1揭露一種自熄性優異的滑脂組成物。
專利文獻2揭露一種著火溫度高且自熄性及荷重性為優異的滑脂組成物。
專利文獻3揭露使用多元醇做為滑脂組成物之滅火助劑的一例。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-067843號公報
[專利文獻2]日本特開2011-105828號公報
[專利文獻3]日本特開2018-115264號公報
本發明之目的在於提供一種滑脂組成物，其係維持住以往的非延燒性滑脂組成物的耐熱性及耐荷重性，而且非延燒性較以往的非延燒性滑脂組成物更為提升者。
本發明的另一目的在於一種軸承或齒輪，其係封入有前述非延燒性滑脂組成物。
1.一種非延燒性滑脂組成物，其係含有：
於40℃之動黏度為300mm2/s以上的基油，
脲系增稠劑，
硫系耐荷重添加劑，及
以組成物的總質量為基準計係0.2至10質量%之選自由甘油、三羥甲基乙烷、及三羥甲基丙烷所組成群組中之至少一種多元醇；並且
以組成物的總質量為基準計，組成物所含之硫元素的濃度為0.59至2.70質量%，
組成物所含之磷元素的濃度最高為100ppm。
2.如前述1所述之滑脂組成物，其中，多元醇為甘油。
3.如前述1或2項所述之滑脂組成物，其中，硫系耐荷重添加劑係選自由硫化烯烴、聚烯烴及硫化油脂所組成群組中之至少一種。
4.如前述1至3中任一項所述之滑脂組成物，其中，脲系增稠劑為脂肪族二脲化合物。
5.如前述4所述之滑脂組成物，其中，脂肪族二脲化合物為4.4’-二苯基甲烷二異氰酸酯與辛基胺之反應物。
6.如前述1至5中任一項所述之滑脂組成物，其中，基油為礦物油。
7.一種軸承或齒輪，其係將前述1至6中任一項所述之滑脂組成物封入而成。
8.如前述7所述之軸承或齒輪，其係製鐵設備用。
本發明之非延燒性滑脂組成物係維持耐熱性及耐荷重性能，且非延燒性較以往的非延燒性滑脂組成物更為提升。因此，本發明之滑脂組成物的耐熱性亦為優異，且能夠承受在高荷重(高表面壓力下之荷重，於熱軋時會有所要求)或衝撃荷重(急劇地施加之荷重，於鍛造設備會有所要求)之條件下的運轉，另一方面，因為即使在製鐵設備等設備會暴露於高溫之環境下使用，也能夠自然地熄滅而不易延燒，故火災之危險性低。
〔基油〕
本發明所使用之基油於40℃之動黏度為300mm2/s以上，較佳為300至1000mm2/s，更佳為300至700mm2/s，又更佳為400至550mm2/s。於40℃之動黏度為300mm2/s以上，且可充分地發揮非延燒性。
基油係可使用礦物油、合成油、或此等之混合物。其中，當產生由設備垂落堆積的滑脂之情形下，若是考慮到使用集中供脂用滑脂且係大量使用之情事，從經濟效益的觀點來看，係以礦物油為較佳。
本發明之滑脂組成物中之基油的含量係以50至98質量%為較佳，以80至97%為更佳。就自熄性之點而言，基油的含量係以於如此之範圍內為較佳。
又，在本說明書中，「非延燒性」與「自熄性」為同義。當於後述之滑脂燃燒性試驗係於300秒以內滅火時，則視為「非延燒性」乃至「自熄性」之滑脂。
〔增稠劑〕
本發明所使用的增稠劑為脲系增稠劑。脲系增稠劑可列舉：芳香族脲化合物、脂肪族脲化合物、脂環式脲化合物、脂環式-脂肪族脲化合物、脂肪族-芳香族脲化合物、或此等之2種以上的組合。
構成芳香族脲化合物之胺可列舉碳數6至12的芳香族胺。芳香族脲化合物之例可列舉：源自胺的兩末端為苯基之二脲。
構成脂肪族脲化合物之胺可列舉：碳數8至22之脂肪族胺。脂肪族脲化合物之例可列舉：源自胺的兩末端為C8烷基之二脲、源自胺的兩末端為C18烷基之二脲、及源自胺的一末端為C8烷基、另一末端為C18烷基之二脲。
構成脂環式脲化合物之胺可列舉：碳數6至10之脂環式胺。脂環式脲化合物之例可列舉：源自胺的兩末端為環己基之二脲。
構成脂環式-脂肪族脲化合物之胺可列舉：碳數6至10之脂環式胺及碳數8至22之脂肪族胺。脂環式-脂肪族脲化合物之例可列舉：源自胺的一末端為環己基、另一末端為C18烷基之二脲。
構成脂肪族-芳香族脲化合物之胺可列舉：碳數8至22之脂肪族胺、及碳數6至12的芳香族胺。脂肪族-芳香族脲化合物之例可列舉：源自胺的一末端為C8烷基、另一末端為苯基之二脲；源自胺的一末端為C18烷基、另一末端為苯基之二脲。較佳為將C8烷基胺或C18烷基胺與苯胺之莫耳比設為5：5至8：2，並藉由與二異氰酸酯反應而得之脂肪族-芳香族脲化合物(亦即，脂肪族-芳香族脲化合物、脂肪族-脂肪族脲化合物、與芳香族-芳香族脲化合物之混合物)。
構成脲系增稠劑之二異氰酸酯可列舉：二苯基甲烷二異氰酸酯或甲伸苯基二異氰酸酯。從所得到的二脲之非延燒性的觀點來看，係以二苯基甲烷二異氰酸酯為較佳。
其中，當進行機械設備的集中供脂之情形下，係以包含使滑脂容易壓送之脂肪族脲化合物為較佳。尤其，以脲系增稠劑的總質量為基準計，所包含的脂肪族脲化合物的量較佳係以成為50至100質量%，更佳為70至100質量%，又更佳為80至100質量%為宜。更佳為包含源自胺的兩末端為C8烷基或C18烷基之脂肪族二脲；及一末端為C8烷基、另一末端為C18烷基之脂肪族二脲。特佳為包含兩末端為C8烷基之脂肪族二脲。尤佳係兩末端為C8烷基之脂肪族二脲、與兩末端為苯基之芳香族二脲的組合。此組合較佳為將個別地存在之屬於C8烷基的脂肪族二脲、與兩末端為苯基之芳香族二脲進行物理性混合而成者。再者，前者與後者之質量比係以前者：後者=5：5至8：2之組合為更佳，以前者：後者=8：2之組合為最佳。此時，構成脲化合物之二異氰酸酯係以二苯基甲烷二異氰酸酯為較佳。
本發明之組成物中的增稠劑的含量若是能夠得到所期望的稠度即可，相對於滑脂組成物整體，較佳為3至30質量%，更佳為3至15%。
〔耐荷重添加劑〕
可使用於滑脂之耐荷重添加劑，一般而言，大致可以分為：於分子內具有硫元素之硫系耐荷重防止劑、於分子內具有磷元素之磷系耐荷重防止劑、於分子內具有硫元素與磷元素之硫-磷系耐荷重防止劑。
本發明所使用的耐荷重添加劑為硫系耐荷重添加劑。本發明之滑脂組成物較佳為既不含磷系耐荷重防止劑、也不含硫-磷系耐荷重防止劑。一 般而言，作為滑脂所能夠包含之磷成分，除了可以有源自耐荷重防止劑[例如，二硫代磷酸鋅(ZnDTP)和二硫代磷酸鉬(MoDTP)、胺基磷酸酯]者之外，還可以有源自摩擦調整劑(例如，磷酸酯)等者，惟本發明之滑脂組成物之磷元素的濃度最高為100ppm。標準為在代表性的耐荷重防止劑之ZnDTP之情形下，0.1至0.125質量%相當於100ppm。當為代表性的摩擦調整劑之磷酸酯之情形下，例如，為磷酸丁酯和三級烷基胺基二甲基磷酸酯之情形下，0.07至0.106質量%相當於100ppm。雖然不拘於任何理論，但咸認本發明之滑脂組成物中的磷濃度最高為100ppm，藉此，其中多個燃燒點雖然包含較滑脂之使用環境溫度更低之在200℃前後之多元醇，但是可以發揮非延燒性。
本發明可使用之硫系耐荷重添加劑係可列舉：硫化烯烴、多硫化物及硫化油脂。此等係可單獨使用，也可以將2種以上組合使用。
本發明所使用的硫化烯烴係可以下述通式表示。
R1S-(Sx-R2-Sy)n-R1
(式中，x表示0或是1或2的整數，y表示1至3的整數，n表示1至10的整數，R1及R2為分別獨立地表示碳原子數4至10之飽和或不飽和烴基。)
硫化烯烴係可藉由公知的方法合成，亦可使用市售品。市售品可列舉：ANGLAMOL33(日本Lubrizol(股份公司))、NA-LUBEEP-5120(KING INDUSTRIES公司)、NA-LUBEEP-5130LC(KING INDUSTRIES公司)、NA-LUBEEP-5415(KING INDUSTRIES公司)等。
本發明所使用的多硫化物係可藉由公知的方法合成，亦可使用市售品。市售的多硫化物可列舉：DAILUBEIS-30、DAILUBEGS-460(DIC(股份公司))、TPS-20、TPS-32(Arkema(股份公司))等。
本發明所使用的硫化油脂係可藉由公知的方法合成，亦可使用市售品。作為市售的硫化油脂，可列舉：DAILUBEFS-150(DIC(股份公司))、DAILUBES-290(DIC(股份公司))、DAILUBES-310KD(DIC(股份公司))、DAILUBEGS-110(DIC(股份公司))等。
作為本發明所使用的硫系耐荷重添加劑，係以多硫化物為較佳。將2種以上併用之情形下，係以包含多硫化物為較佳。此時，從自熄性的觀點來看，多硫化物與其他的硫系耐荷重添加劑若以質量比計，則係以成為多硫化物：其他的硫系耐荷重添加劑=1：2至2：1之比例為較佳。
本發明之組成物中的荷重添加劑的含量係以0.3至5質量%為較佳，更佳係以0.3至1.5質量%為較佳。藉由以如此之範圍包含耐荷重添加劑，可不使非延燒性降低，而且可以擔保耐荷重性。
構成滑脂之基油亦有如礦物油般包含硫成分之情形。本發明之滑脂組成物中所含之硫成分(亦即，當存在源自添加劑的硫成分之情形下，則為其與源自基油之硫成分的總量)換算為硫元素時，係以0.59至2.70質量%為較佳，以0.60至1.50質量%為更佳，以0.60至0.90質量%為又更佳。
〔多元醇〕
本發明所使用的多元醇係選自由甘油、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷所組成的群組中。亦可併用2種以上。此等之中，尤以甘油為較佳。
本發明之組成物中的多元醇的含量係0.2至10質量%，較佳為0.2至1質量%。在如此之範圍內，不僅非延燒性優異，耐熱性亦為優異。
〔任意成分〕
本發明之非延燒性滑脂組成物中，只要不損及本發明之效果，便可視需要而添加通常能夠使用於滑脂組成物之添加劑，例如，防鏽劑、抗蝕劑、抗氧化劑、油性劑等。當將本發明之滑脂組成物使用於製鐵設備之情形下，係以包含防鏽劑為較佳。以組成物的總質量為基準計，此等成分的含量之合計通常係0.1至10質量%左右、較佳為0.5至5質量%。但是，如先前所述，滑脂組成物所含之磷元素濃度係成為100ppm以下的量。
〔防鏽劑〕
防鏽劑可適合使用例如：羧酸及其衍生物、羧酸金屬鹽、磺酸鹽、脂肪酸酯、胺系防鏽劑等。
〔抗蝕劑〕
本發明之非延燒性滑脂組成物中，可視需要而添加通常能夠使用於滑脂組成物之金屬抗蝕劑。例如，可列舉氧化鋅和苯并三唑所代表的金屬抗蝕劑。
〔抗氧化劑〕
抗氧化劑係作為滑脂之氧化劣化抑制劑而為人所知。本發明所能使用之抗氧化劑係可列舉：酚系抗氧化劑、胺系抗氧化劑等。酚系抗氧化劑可列舉：2,6-二-三級丁基-對甲酚(BHT)、2,2’-亞甲基雙(4-甲基-6-三級丁基酚)、4,4’-亞丁基雙(3-甲基-6-三級丁基酚)、2,6-二-三級丁基-酚、2,4-二甲基-6-三級丁基酚、三級丁基羥大茴香醚(BHA)、 4,4’-亞丁基雙(3-甲基-6-三級丁基酚)、4,4’-亞甲基雙(2,3-二-三級丁基酚)、4,4’-硫代雙(3-甲基-6-三級丁基酚)等。胺系抗氧化劑可列舉：N-正丁基-對胺基酚、4,4’-四甲基-二-胺基二苯基甲烷、α-萘基胺、N-苯基-α-萘基胺、啡噻嗪等。
〔油性劑〕
可更包含油性劑。能夠使用於本發明之油性劑係可列舉：高級醇、油脂、酯等。
〔稠度〕
本發明之滑脂組成物的稠度係調配使用目的而調整，惟較佳為220至430，更佳為280至430。當將本發明之滑脂組成物作為對鐵鋼/鍛造設備用之軸承集中供脂用的滑脂而使用之情形下，稠度為310至385時係容易壓送滑脂，故為較佳。又，本說明書中，用語之「稠度」係指60次混合稠度(60 stroke worked penetration)。稠度可依JIS K2220 7.進行測定。
本發明之非延燒性滑脂組成物係可採用在基油中使相當的胺與異氰酸酯反應，之後使其加熱分散之方法來製造。再者，可於製造步驟中途添加添加劑。
本發明之非延燒性滑脂組成物可封入軸承或齒輪而使用。尤其，適合使用作為集中供脂用滑脂組成物，特別是適合使用作為製鐵設備用滑脂組成物。再者，尤以封入製鐵設備用之軸承或齒輪而使用為較佳。
(實施例)
用於調製試驗滑脂組成物之成分係如以下所述。
<基油>
‧礦物油：於40℃之動黏度：480mm2/s
‧礦物油：於40℃之動黏度：320mm2/s
‧礦物油：於40℃之動黏度：132mm2/s
基油的於40℃之動黏度係依JIS K 2220 23.進行測定。
<耐荷重添加劑>
硫化烯烴：ANGLAMOL33(日本Lubrizol(股份公司))
多硫化物：TPS-32(Arkema France)
硫化油脂：DAILUBEGS-110(DIC(股份公司))
ZnDTP：Lubrizol 1395(日本Lubrizol(股份公司))
0.滑脂組成物的製造
(1)實施例1至16及比較例1至13之滑脂組成物的製造
在基油中，以辛基胺2莫耳相對於4.4’-二苯基甲烷二異氰酸酯1莫耳之比率反應，冷卻而得到包含脂肪族脲之基本滑脂(base grease)。使用環己胺取代辛基胺，得到包含脂環式脲之基本滑脂。使用苯胺取代辛基胺，得到包含芳香族脲之基本滑脂。以示於表1及2之比例採取上述各基本滑脂，並在其中以示於表1及表2之比例(表中的數字係以組成物的總質量為基準之質量%)來調配添加劑，且以增稠劑量成為示於表1及表2之比例的方式來添加追加的基油，藉由3輥研磨機進行分散而調製成滑脂組成物。滑脂組成物的稠度係310至340。
(2)比較例14之滑脂組成物的製造
在基油中，將硬脂酸鋰進行混合加熱溶解，冷卻後，以3輥研磨機進行混練，得到比較例14之滑脂組成物。滑脂組成物的稠度係325。
1.耐熱性評估
依照JIS K2220.8所規定的滑脂之滴點試驗方法測定出滑脂的滴點，並藉此評估耐熱性。
2.耐荷重性之評估
採用ASTMD2596所規定的高速四球試驗，測定產生熔著時之荷重(熔著荷重)，藉此評估耐荷重性。
3.非延燒性評估
將滑脂組成物100g放入橫155×縱126×深度27mm之金屬容器(不鏽鋼槽)中，於其中放入已加熱至規定溫度(950℃)之鋼球(直勁26.98mm)，測定從著火燃燒直到結束為止之時間。
燃燒時間超過300秒時，則判斷為不具非延燒性，並進行滅火以中止試驗。
4.磷成分濃度測定
滑脂組成物中的磷濃度係使用感應耦合電漿質量分析裝置(Thermo Scientific製iCAP-6300)進行測定。
在事前對試料使用Analytik Jena製 微波試料分解裝置：TOPwave，以微波將有機物進行酸分解，並將分解後的水溶液用純水稀釋，而由標準液之校準曲線算出濃度。
5.硫濃度之測定
滑脂組成物中的硫濃度係依照JIS K 2541-3進行測定。表1及表2中的質量%係以滑脂組成物的總質量為基準之值。
將結果示於表1及表2。
判斷基準
以下之情形係設為合格(○)。
‧耐熱性係滑脂之滴點為210℃以上。
‧耐荷重性係熔著荷重為1961N以上。
‧非延燒性係於950℃在300秒以內滅火。
‧磷濃度係100ppm以下。
綜合判定
耐荷重性、非延燒性及磷濃度之任一者均合格之情形係設為合格(○)。
Figure 110123808-A0202-12-0014-1
Figure 110123808-A0202-12-0014-2

Claims (8)

  1. 一種非延燒性滑脂組成物，其係含有：
    於40℃之動黏度為300mm2/s以上的基油，
    脲系增稠劑，
    硫系耐荷重添加劑，及
    以組成物的總質量為基準計係0.2至10質量%之選自由甘油、三羥甲基乙烷、及三羥甲基丙烷所組成群組中之至少一種多元醇；並且
    以組成物的總質量為基準計，組成物所含之硫元素的濃度為0.59至2.70質量%，
    組成物所含之磷元素的濃度最高為100ppm。
  2. 如請求項1所述之非延燒性滑脂組成物，其中，多元醇為甘油。
  3. 如請求項1或2所述之非延燒性滑脂組成物，其中，硫系耐荷重添加劑係選自由硫化烯烴、聚烯烴及硫化油脂所組成群組中之至少一種。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之非延燒性滑脂組成物，其中，脲系增稠劑係含有脂肪族二脲化合物50至100質量%。
  5. 如請求項4所述之非延燒性滑脂組成物，其中，脂肪族二脲化合物為4.4’-二苯基甲烷二異氰酸酯與辛基胺之反應物。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之非延燒性滑脂組成物，其中，基油為礦物油。
  7. 一種軸承或齒輪，其係封入請求項1至6中任一項所述之非延燒性滑脂組成物而成。
  8. 如請求項7所述之軸承或齒輪，其係製鐵設備用。
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