CN102234557B - 一种锆基润滑脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锆基润滑脂及其制备方法，以润滑脂重量为基准，该润滑脂包括：基础油50～95％，锆基稠化剂5～50％，添加剂余量，所述锆基稠化剂是由一元羧酸和二元羧酸的混合物与ZrO(OH)2·xH2O反应生成的锆皂。本发明提供的锆基润滑脂具有优良的胶体安定性、机械安定性和极压抗磨性。该润滑脂可用于高速、重负荷运转、油田钻井等轴承润滑。
Description
技术领域
本发明属于润滑剂，确切地说是润滑脂。
背景技术
锆作为一种过渡金属元素属于IVB族，位于第5周期。含锆化合物具有优良的润滑作用，常被用作润滑添加剂，如CN101113382和JP1973038444将锆的氧化物作为润滑剂添加剂改善了磨损性；WO2007143414和US20060063682介绍了四氟化锆可作为减磨添加剂成为润滑剂的组分之一；US20060254823发现含有2-乙基己酸锆盐的润滑剂表现出很好的耐重负荷和抗磨性能；US20050043189发现氟锆酸盐如氟锆酸铝可作为氧化抑制剂用在润滑剂中；DE102004021812发现将碳酸锆、磺酸锆或磷酸锆等无机盐加入到润滑脂里面可以提高抗磨损性。
以锆盐作为稠化剂制备锆基润滑脂的专利有US4189387，稠化剂是由有机次磷酸或一元羧酸与氢氧化锆反应制得，所制得的脂具有较好的极压性，实施例中用到了C10F21COOH一元酸。
发明内容
本发明旨在提供一种锆基润滑脂，该润滑脂具有良好的胶体安定性，而且还具有优良的极压抗磨性等特点。
本发明还提供上述锆基润滑脂的制备方法。
本发明提供的润滑脂，以润滑脂重量为基准，包含：基础油50～95％，优选65～92％，更优选75～90％，锆基稠化剂5～50％，优选8～35％，更优选10～25％，添加剂余量。
所述的基础油100℃粘度为2～150mm2/s，优选5～100mm2/s，最好为8～50mm2/s，可以为矿物油、酯类油、合成烃(如聚α-烯烃合成油等)或植物油等。
所述锆基稠化剂是由一元羧酸和二元羧酸的混合物与新制的湿氢氧化锆反应而成的锆皂。
所述新制的湿氢氧化锆通常表示为ZrO(OH)2·xH2O，其中x表示结晶水的数目，其可以通过ZrOX2·gH2O(X为F、Cl、Br或I)或ZrO(NO3)2·2H2O等与碱反应获得，其中的碱可以是NaOH、KOH、浓氨水等，优选ZrOCl2·8H2O与NaOH反应。
所述一元羧酸结构式为R1-(CHOH)-R2-COOH或R3-COOH，其中R1和R3可为H、烷基、烯基、炔基、芳基、氟代或全氟代的烷基或芳基，R2可为烷基、烯基、炔基、芳基、氟代或全氟代的烷基或芳基。一元羧酸的分子量为170～1050，优选220～330，可以选自月桂酸、油酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸等中的一种或几种，优选12-羟基硬脂酸。
所述二元羧酸结构式为(HOOC)-R4-(COOH)，其中R4可为烷基、烯基、炔基、芳基、氟代或全氟代的烷基或芳基。二元羧酸的分子量为90～600，优选170～220，可以选自乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、月桂二酸等中的一种或几种，优选己二酸、壬二酸、癸二酸中的一种或几种。
二元羧酸与一元羧酸的摩尔比为0.2～1.2∶1，优选0.5～1∶1。
理论上二元羧酸和一元羧酸所含H+的摩尔数之和等于新制的湿氢氧化锆ZrO(OH)2·xH2O所含OH-的摩尔数，但湿氢氧化锆ZrO(OH)2·xH2O的摩尔数可以过量1～5％。
本发明润滑脂中可以含或不含添加剂。所述添加剂可以是抗氧剂、抗磨剂、防锈剂、极压剂等中的一种或几种，还可以是其它添加剂。
本发明润滑脂的制备方法包括：首先将部分基础油(约占全部基础油重量的30～60％)与一元羧酸和二元羧酸在常温下混合，升温至60～90℃，加入新制的氢氧化锆沉淀ZrO(OH)2·xH2O，排水皂化，升温到160～210℃，加入余量基础油，降温，必要时加入添加剂，并于80～120℃2研磨均化，得到锆基润滑脂。
本发明提供的锆基润滑脂具有优良的胶体安定性、机械安定性和极压抗磨性。该润滑脂可用于高速、重负荷运转、油田钻井等轴承润滑。
具体实施方式
实施例1
48g ZrOCl2·8H2O溶于250g水，将150g含有12g NaOH的水溶液，缓缓加入上述ZrOCl2的水溶液中，快速搅拌，立即有大量白色沉淀出现，过滤得到沉淀，沉淀用大量水洗涤后备用。
将280g 500SN油(100℃粘度11mm2/s)、45g 12-羟基硬脂酸和15g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌，升温到90℃后变成均一体系，此时将上述新制的沉淀缓慢加入其中，升温至105℃排水皂化2小时，后升温至205℃，加180g急冷油500SN，搅拌降温，并常温研磨，得到锆基润滑脂。润滑脂组成：基础油86％，稠化剂14％，其中二元酸与一元酸摩尔比为0.5∶1。所得脂各理化性能详见下表。
实施例2
48g ZrOCl2·8H2O溶于250g水，将150g含有17g KOH的水溶液，缓缓加入上述ZrOCl2的水溶液中，快速搅拌，立即有大量白色沉淀出现，过滤得到沉淀，沉淀用大量水洗涤后备用。
将500g 150BS(100℃粘度31mm2/s)、34.6g 12-羟基硬脂酸和17.4g壬二酸加入常压制脂釜中，搅拌，升温到90℃后变成均一体系，此时将上述新制的沉淀缓慢加入其中，升温至105℃排水皂化2小时，后升温至205℃，加250g急冷油150BS，搅拌降温，并常温研磨，得到锆基润滑脂。润滑脂组成：基础油92％，稠化剂8％，其中二元酸与一元酸摩尔比为0.8∶1。所得脂各理化性能详见下表。
实施例3
48g ZrOCl2·8H2O溶于250g水，将50g含有12g NH3·H2O的浓氨水溶液，缓缓加入上述ZrOCl2的水溶液中，快速搅拌，立即有大量白色沉淀出现，过滤得到沉淀，沉淀用大量水洗涤后备用。
将280g聚α-烯烃油PAO 10(100℃粘度11mm2/s)、28g硬脂酸和20g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌，升温到90℃后变成均一体系，此时将上述新制的沉淀缓慢加入其中，升温至105℃排水皂化2小时，后升温至205℃，加180g急冷油500SN，搅拌降温，并常温研磨，得到锆基润滑脂。润滑脂组成：基础油88％，稠化剂12％，其中二元酸与一元酸摩尔比为1∶1。所得脂各理化性能详见下表。
实施例4
48g ZrOCl2·8H2O溶于250g水，将150g含有12g NaOH的水溶液，缓缓加入上述ZrOCl2的水溶液中，快速搅拌，立即有大量白色沉淀出现，过滤得到沉淀，沉淀用大量水洗涤后备用。
将200g聚α-烯烃油PAO 40(100℃粘度41mm2/s)、30g 12-羟基硬脂酸和20g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌，升温到90℃后变成均一体系，此时将上述新制的沉淀缓慢加入其中，升温至105℃排水皂化2小时，后升温至205℃，加100g急冷油500SN，搅拌降温，并常温研磨，得到锆基润滑脂。润滑脂组成：基础油82％，稠化剂18％，其中二元酸与一元酸摩尔比为1∶1。所得脂各理化性能详见下表。
对比例1
48g ZrOCl2·8H2O溶于250g水，将150g含有12g NaOH的水溶液，缓缓加入上述ZrOCl2的水溶液中，快速搅拌，立即有大量白色沉淀出现，过滤得到沉淀，沉淀用大量水洗涤后备用。
将280g 500SN油(100℃粘度11mm2/s)、90g 12-羟基硬脂酸加入常压制脂釜中，搅拌，升温到90℃后变成均一体系，此时将上述新制的沉淀缓慢加入其中，升温至105℃排水皂化2小时，后升温至205℃，加180g急冷油500SN，搅拌降温，并常温研磨，得到锆基润滑脂。润滑脂组成：基础油81％，稠化剂19％。所得脂各理化性能详见下表。
对比例2
将280g 500SN油(100℃粘度11mm2/s)、45g 12-羟基硬脂酸和15g癸二酸加入常压制脂釜中，搅拌，升温到90℃后变成均一体系，此时将50g溶有12.3gLiOH·H2O的水溶液缓慢加入其中，升温至105℃排水皂化2小时，后升温至205℃，加180g急冷油500SN，搅拌降温，并常温研磨，得到锆基润滑脂。润滑脂组成：基础油88％，稠化剂12％，其中二元酸与一元酸摩尔比为0.5∶1。所得脂各理化性能详见下表。
表1润滑脂理化性能
从表1可以看出，本发明方法制备的润滑脂，具有良好的胶体安定性和优异的极压抗磨性能。相对于对比例1而言，按本发明润滑脂各方面性能均更好。相对于对比例2而言，在PD值和磨痕直径接近的情况下，按本发明方法制备的润滑脂的PB值要好很多，同时胶体安定性更好。在此基础上可以加入各种添加剂得到更好性能的润滑脂。
Claims (10)
1.一种锆基润滑脂，以润滑脂重量为基准，包括：基础油50～95％，锆基稠化剂5～50％，添加剂余量，所述锆基稠化剂是由一元羧酸和二元羧酸的混合物与ZrO(OH)2·xH2O反应生成的锆皂，所述的基础油选自矿物油、酯类油、聚α-烯烃合成油或植物油中的一种或几种，所述一元羧酸结构式为R1-(CHOH)-R2-COOH或R3-COOH，其中R1和R3为H、烷基、烯基、炔基或芳基，R2为烷基、烯基、炔基或芳基，所述二元羧酸结构式为(HOOC)-R4-(COOH)，其中R4为烷基、烯基、炔基或芳基。
2.按照权利要求1所述的润滑脂，其中，以润滑脂重量为基准，包括：基础油65～92％，锆基稠化剂8～35％，添加剂余量。
3.按照权利要求1所述的润滑脂，其中，以润滑脂重量为基准，包括：基础油75～90％，锆基稠化剂10～25％，添加剂余量。
4.按照权利要求1所述的润滑脂，所述的基础油100℃粘度为2～150mm2/s。
5.按照权利要求1所述的润滑脂，所述的基础油100℃粘度为5～100mm2/s。
6.按照权利要求1所述的润滑脂，所述的基础油100℃粘度为8～50mm2/s。
7.按照权利要求1所述的润滑脂，其中，一元羧酸的分子量为170～1050，二元羧酸的分子量为90～600，二元羧酸与一元羧酸的物质的量之比为0.2～1.2∶1。
8.按照权利要求1所述的润滑脂，其中，一元羧酸的分子量为220～500，二元羧酸的分子量为170～300，二元羧酸与一元羧酸的物质的量之比为0.5～1∶1。
9.按照权利要求1所述的润滑脂，其中，一元羧酸选自月桂酸、油酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸中的一种或几种，二元羧酸选自乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、月桂二酸中的一种或几种。
10.权利要求1～9之一所述润滑脂的制备方法，包括：将部分基础油与一元羧酸和二元羧酸在常温下混合，升温至60～90℃，加入新制的氢氧化锆沉淀ZrO(OH)2·xH2O，排水皂化，升温到160～210℃，加入余量基础油，降温，加入添加剂，并于80～120℃研磨均化，得到锆基润滑脂。
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