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壬二酸在复合锂基润滑脂中的应用

发布时间:2019-11-10
万书晓
(特科多添加剂(深圳)有限公司)
  1 前言
  复合锂基润滑脂的稠化剂体系是由脂肪酸锂皂和低分子酸锂盐共同结晶形成的,使得制备的润滑脂滴点在260℃以上。根据所用低分子酸的不同,复合锂基润滑脂的稠化剂主要有12-羟基硬脂酸一壬二酸体系、12-羟基硬脂酸一癸二酸体系、12-羟基硬脂酸一硼酸体系、12-羟基硬脂酸一磷酸体系、12-羟基硬脂酸一水杨酸体系、12-羟基硬脂酸一癸二酸一硼酸体系等。稠化剂体系不同,生产工艺各异。国内生产复合锂基润滑脂主要采用12-羟基硬脂酸一癸二酸体系,也有少部分采用12-羟基硬脂酸一硼酸体系。对于12一羟基硬脂酸一癸二酸复合锂基润滑脂的生产,主要采用常压反应釜一混合釜法和压力反应釜一混合釜法生产工艺。生产工艺与锂基润滑脂的生产工艺相近,所不同的是皂化升温有一个复合过程。因此,在生产工艺上有一步法和两步法之分。
  国际市场上,壬二酸主要有三家大的国际公司供应,产能最大的是意大利Matrica Spa公司,工厂位于撒丁岛,总部位于米兰,是由意大利ENI Versalis和Novamont两大化学公司合资,采用葵花籽油为原料,年产量12000吨。由于壬二酸用于复合锂基润滑脂的性能优势,在欧美地区使用广泛。国内市场壬二酸的供应缺乏,而且小规模工厂的生产成本高,一般用于医药和化妆品,很少用于复合锂基润滑脂。而癸二酸由于国内价格优势,使用很多。随着环保和减排的压力加大,国内癸二酸工厂生产受到很大限值,加上癸二酸的原料蓖麻油主要原料来源国印度受天气原因大量减产,癸二酸在国内的市场价格不断攀升,癸二酸的成本优势减弱。同样成本下,壬二酸制备的复合锂基润滑脂的性能优势愈加凸显。
  下面就壬二酸和癸二酸在制备复合锂基润滑脂的性能做一比较。
  2 试验原料
  为了比较壬二酸和癸二酸制备的复合锂基润滑脂的性能异同,我们在实验室里使用下面配方制备锂基脂,使用纯度大于99.5%的癸二酸和纯度为>92%Matrilox 001T壬二酸和纯>98%Matrilox 001M壬二酸做复合锂基润滑脂做了性能比较。制备锂基脂和复合锂基脂的配方为:
  基础油::PAO ISO46
  稠化剂:LiOH+12-羟基硬脂酸,+壬二酸(或癸二酸)(<5%)
  添加剂:抗氧剂,腐蚀抑制剂,抗磨剂,聚合物稠化剂
  这里选用PAO目的在于获得可比较的机械稳定性,添加剂为制备锂基脂常规添加剂。

  3 使用癸二酸和壬二酸制备的复合锂基润滑脂的滴点和机械稳定性
  3.1使用癸二酸和壬二酸制备的复合锂基润滑脂的滴点和机械稳定性的原理
  使用壬二酸和癸二酸提高复合锂基润滑脂的滴点和机械稳定性的原理在于:
  图1,锂基酯中,锂皂(12-羟基硬脂酸锂)形成网格固定润滑油,呈现半固态。
  图2,锂基酯中加入壬二酸或者癸二酸后,提高了润滑脂的网格骨架结构,从而提高了复合锂基润滑脂的滴点和机械稳定性。
  3.2壬二酸制备的复合锂基润滑脂比癸二酸的滴点更高
  润滑脂的滴点是指润滑脂从半固态变为液态的温度,测定方法为ASTM D566:流过标准开口容器的温度。滴点表征了润滑脂的耐温性能,滴点提高,表明润滑脂的耐温性能改善。
  使用壬二酸和癸二酸制备的复合锂基润滑脂与锂基脂的滴点如图3。
  从图3中可以明显看出,使用壬二酸和癸二酸,都能明显提高锂基脂的滴点,而使用不同纯度的壬二酸,要比癸二酸更能提高润滑脂滴点。
  3.3壬二酸制备的复合锂基润滑脂的机械稳定性高过癸二酸的
  锥入度测定润滑脂的硬度和稳定性。采用ASTM D217方法测定,即在标准条件下,标准圆锥落入润滑脂样品的深度。美国润滑脂学会NLGI根据60次冲程剪切后锥入度数值,对润滑脂的硬度和稳定性做了分级,如表3。
  本文试验采用的锂基脂和复合锂基脂为NLGI 2#硬度。10000次冲程剪切和100000次冲程剪切后,测定润滑脂的锥入度,可以比较润滑脂在工作中的硬度和结构的稳定性。
  图4中可以看出,使用壬二酸制备的复合锂基润滑脂,在0和60次冲程剪切后,锥入度都小于癸二酸的,表明使用壬二酸制备的复合锂基脂硬度好于癸二酸的。经过10000次冲程剪切后,壬二酸制备的复合锂基脂的锥入度变化很小,而癸二酸复合锂基脂的锥入度就增加了很多,表明壬二酸制备的复合锂基润滑脂的机械稳定性远好于癸二酸的。100000次冲程剪切后,纯度较高的壬二酸Martilox 001M制备的复合锂基润滑脂的锥入度依旧变化很小,纯度略低的壬二酸Matrilox 001T制备的复合锂基润滑脂的锥入度增加依旧小于10000次冲程剪切后癸二酸制备的复合锂基脂的锥入度变化。可见壬二酸制备的复合锂基脂的机械稳定性远远好于癸二酸的。
  图5给出了壬二酸和癸二酸制备的复合锂基润滑脂随着冲程剪切次数增加,锥入度的增加趋势,可以明显看出,壬二酸制备的复合锂基脂的随着冲程剪切次数增加,锥入度变化小。而100000次冲程剪切后,癸二酸复合锂基脂的锥入度大幅度增加,表明复合锂基脂的皂结构破坏,机械稳定性快速降低。
  图6用10000次冲程剪切后锥入度与60次冲程剪切后锥入度的差值,比较了实际工作中复合锂基脂的机械稳定性和结构保持性的差异。可以看出癸二酸复合锂基脂的锥入度差值是壬二酸复合锂基脂的2-3倍。
  3.4滚筒剪切机械安定性比较
  ASTM D1831方法测定润滑脂的机械安定性,即在带旋转滚筒的气缸中转动72-100小时后,测定润滑脂的锥入度变化。滚筒法机械安定性测定结果,表征了润滑脂在使用寿命期限内润滑脂的稳定性。
  图7给出了壬二酸和癸二酸制备的复合锂基脂的机械安定性差异,途中可以明显看出壬二酸制备的复合锂基润滑脂的机械安定性好于癸二酸的,滚筒剪切后,壬二酸制备的复合锂基润滑脂的锥入度变化只有癸二酸的一半。
  4 壬二酸和癸二酸制备复合锂基润滑脂的综合比较
  通过前面试验数据汇总,以及制备工艺的比较,我们可以用图8给出使用壬二酸制备复合锂基润滑脂与癸二酸制备复合锂基脂的综合比较。
  使用壬二酸和癸二酸制备复合锂基润滑脂,其它原料相同时,可以得到相同滴点的复合锂基脂。但是由于癸二酸的熔点130℃,高于壬二酸(110℃),为了保证癸二酸的熔解和充分反应,用癸二酸制备复合锂基润滑脂时,大多采用两步法工艺:第一步皂化反应制备12-羟基硬脂酸锂,升温到110-130℃,由癸二酸发生第二步皂化反应。而使用壬二酸时,由于壬二酸的熔点与硬脂酸锂皂化反应温度接近,就不需要升温熔解,可以一步法制成,这样装置工效会显著提高,工人的工作强度也会明显降低。
  癸二酸制备的复合润滑脂通常比壬二酸的软一点,在实际使用中,遭受连续和强力机械应力剪切时,机械安定性和稳定性远不如壬二酸制备的复合锂基润滑脂。这就是在欧美地区,尽管壬二酸价格远高于癸二酸,壬二酸依旧大量用于复合锂基润滑脂的主要原因。
  万书晓,特科多添加剂(深圳)有限公司市场经理,1999年毕业于中国石油化工科学研究院。长期从事车用润滑剂、冷却液、制动液和工业润滑油脂添加剂和配方研发和市场推广工作,曾经服务于多家国际知名润滑剂功能化学品和添加剂公司,具有丰富的润滑油脂和冷却液、制动液现场技术服务和故障诊断经验。发表多篇技术论文,著有《机动车发动机冷却液》一书。


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