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CN108300552A - 一种可生物降解的开式齿轮脂及其制备方法 - Google Patents

一种可生物降解的开式齿轮脂及其制备方法 Download PDF

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CN108300552A CN201810218940.6A CN201810218940A CN108300552A CN 108300552 A CN108300552 A CN 108300552A CN 201810218940 A CN201810218940 A CN 201810218940A CN 108300552 A CN108300552 A CN 108300552A
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gear grease
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马士建
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Nator Lubrication Technology Jiangsu Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：稠化剂2～6%，基础油20～40%，生物酯类油30～45%，粘附剂1～30%，阻燃剂1~5%，固体抗磨剂10～15%，液态防锈剂1～2%，抗氧剂1～2%。本发明产品剪切粘度适中，具有优良的泵送性，突出的极压抗磨性能，粘附性能，抗水性能；并且组分简单，工艺简洁，结构稳定，温度稳定性好，还具有优良的润滑性较低的高温燃烧风险，并且具有一定程度的生物降解性能，对环境污染小。

Description

一种可生物降解的开式齿轮脂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种润滑脂，具体是一种可生物降解的开式齿轮脂及其制备方法。
背景技术
现代工业中，齿轮扮演了非常重要的角色，开放式齿轮是一种得到动能的很普遍传输方法，尤其是在较为苛刻的条件下，如矿山或者冶金行业的球磨机，水泥厂的回转窑，研磨机，烘干机，管磨机，起重机等，使用开式齿轮具有非常经济的优势。开式齿轮的运行工况较为苛刻，如低速、重载，齿面较为粗糙，并且啮合齿面上局部过载和过强的摩擦力，并且因为直接暴露在周边环境中，外部介质诸如灰尘、杂质、水雾等容易附着在啮合齿面上，对开式齿轮造成腐蚀和破坏。因此，合适的润滑剂对于开式齿轮的的使用寿命有很大的影响。
对于开式齿轮的润滑，要求润滑剂具有较高的极压和抗磨性能，好的粘附性，耐腐蚀，可以形成合适的油膜厚度，并且对于大型的开式齿轮尤其要求易于泵送，可以使用机械设备加脂。目前用于开式齿轮的润滑剂主要有沥青型开式齿轮油、高粘度齿轮油、开式齿轮润滑脂等。
沥青质齿轮油属于传统用油，但因为要使用溶剂稀释沥青，所以高低温性能较差，某些情况下需要预先加热才能使用，并且容易堵塞出油口，容易沾附污染物，换油频繁，沥青较难清理，溶剂容易造成空气污染和安全隐患等问题。
高粘度齿轮油虽然能够改善低温流动性问题，但因为使用添加剂的限制，抗磨极压性能不足，并且在使用过程中容易出现粘度降低的问题。
对于开式齿轮润滑脂，可以通过添加剂的加入提高抗磨和极压性能。高稠度的开式齿轮润滑脂因为本身不具有流动性，主要用于小型手工润滑。半流体型开式齿轮润滑脂当具有合适的剪切粘度时，可以满足泵送性和粘附性的要求，可以作为大型开式齿轮的润滑剂。国内外对半流体开式齿轮润滑脂都有有相关的研究，不过，有些产品因为剪切粘度较大，泵送时需要增加压力；而有些虽具有较好的泵送性能，但存在成本较高的问题，或者组分复杂，并且容易造成环境污染。在实际应用中亟需泵送性能好，成本低，并且环境友好的产品以满足实际生产的需要。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种可生物降解的开式齿轮脂及其制备方法，所得油脂便于泵送，并且具有优良粘附性和一定可生物降解性能。
本发明采用的技术方案是：一种可生物降解的开式齿轮脂，包括以下质量百分比的组分：稠化剂2～6%，基础油20～40%，生物酯类油30～45%，粘附剂1～30%，阻燃剂1~5%，固体抗磨剂10～15%，液态防锈剂1～2%，抗氧剂1～2%。其中，基础油、生物酯类油与粘附剂的配比需要保证调合后的40℃粘度为1500~3500mm2/s。
所述稠化剂为锂皂，复合锂皂或复合铝皂。
所述锂皂为硬脂酸锂或者十二羟基硬脂酸锂，氢氧化锂和脂肪酸的摩尔比例在遵循化学配比的前提下，氢氧化锂的相应比例略微增加1.5~3%。
所述复合锂皂为硬脂酸锂或者十二羟基硬脂酸锂与癸二酸锂复配得到，或者十二羟基硬脂酸锂与硼酸锂复配得到，氢氧化锂和脂肪酸的摩尔比例在遵循化学配比的前提下，氢氧化锂的相应比例略微增加1.5~3%。
所述复合铝皂由异丙醇铝三聚体油溶液和芳香酸、脂肪酸反应制得，其中，酸与铝基的摩尔比为1.7~2.3：1，芳香酸与脂肪酸的摩尔比为0.6～0.9:1。
所述基础油为石蜡基基础油如150BS，光亮油如150BS(III)或环烷基油等，所述生物酯类油为天然压榨亚麻油、油菜籽油、花生油、大豆油、葵花籽油、橄榄油、红花油、玉米油等天然植物提取油中的至少一种。
所述粘附剂为聚丁烯，三元乙丙橡胶或乙烯丙烯共聚物树脂。其中，对于粘附剂聚丁烯，在润滑脂的制备生产时直接加入；对于粘附剂三元乙丙橡胶，乙烯丙烯共聚物树脂等高分子聚合物，需预先使用相应的基础油在160℃加热溶解，按10%的质量百分比分散在基础油里，再在润滑脂的制备生产时直接加入。
所述阻燃剂为轻质碳酸钙、氢氧化镁、聚磷酸铵、氮系阻燃剂如三聚氰胺氰尿酸盐等、氯代烷烃阻燃剂如氯化石蜡等、溴代苯化物阻燃剂如十溴二苯醚、十溴二苯乙烷等、氯代磷酸酯阻燃剂（如磷酸三氯乙酯、磷酸三氯丙酯）中的一种或者多种混合物。
所述固体抗磨剂由10%左右的胶体石墨粉，以及1～5%的二硫化钼和/或二(二丁基二硫代氨基甲酸)氧化钼组成。
所述液态防锈剂为二巯基噻二唑衍生物，磺酸盐，羧酸类防锈剂，有机胺和咪唑啉类防锈剂等中的至少一种，如T701、T705、T746、T703等。
所述抗氧剂为酚类或者胺类抗氧剂，如T501、T512，T534等。
上述可生物降解的开式齿轮脂的制备方法，包括以下步骤：（1）在基础油中加入一种或者多种有机酸（如硬脂酸、十二羟基硬脂酸、癸二酸、苯甲酸中的一种或者两种；若是使用硼酸复配，硼酸在加入氢氧化锂后加入），加热溶解，在温度低于100℃的条件下，加入氢氧化锂水溶液或者分散在基础油里的异丙醇铝油溶液，100~110℃下脱除低沸点物质，升温至210~215℃高温炼制，冷却，温度低于100℃时在三辊磨上研磨三遍，或者经过胶体磨研磨三遍，或者均质机循环剪切，得到稠化剂；（2）然后在50～60℃下，使用生物酯类油和粘附剂，调和到额定稠度；（3）加入抗氧剂，阻燃剂，固体抗磨剂，液态防锈剂充分搅拌混合均匀，出料，在三辊磨上研磨三遍，或者经过胶体磨研磨三遍，或者均质机循环剪切，使用流变仪测定剪切粘度，表征结果。
本发明的开式齿轮润滑脂的技术特征如下：
遵循GB/T 269，不工作锥入度为385～445（25℃，0.1mm）；
遵循GB/T 3498，滴点≥180 ℃；
遵循SH/T 0324，钢网分油量≤10.0%（100℃，30h）；
遵循GB/T 7325，蒸发损失≤5.0%（100℃，22h）；
遵循SH/T 0203，四球极压性能最大无卡咬负荷PB≥1186N，烧结负荷PD≥7845N；
遵循SH/T 0204，四球磨斑直径≤0.5（392N，60min）。
本发明的有益效果是：1、剪切粘度适中，具有优良的泵送性，突出的极压抗磨性能，粘附性能，抗水性能；并且组分简单，工艺简洁，结构稳定，温度稳定性好。2、具有优良的润滑性较低的高温燃烧风险，并且具有一定程度的生物降解性能，对环境污染小。3、本发明产品可以在一定范围内对润滑脂的稠度和剪切粘度进行调节，并且可以在较宽的温度范围内保持合适的粘度，在保障便于泵送的情况下仍能保持很好的粘附性。4、本发明产品可以使用多种设备进行后处理，包括三辊磨，胶体磨和均质机，可以提高生产效率，保证产量。
附图说明
图1为实施例1-3开式齿轮脂的剪切粘度随剪切速率的变化曲线；
图2为实施例2、4、5开式齿轮脂的剪切粘度随剪切速率的变化曲线。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1-3：使用150BS作为基础油，制备复合锂皂，添加大豆油和和粘附剂进行调和（当选用粘附剂三元乙丙橡胶时，需使用相应的基础油在160℃加热溶解，制备为质量百分比为10%的三元乙丙橡胶（OCP）溶胶）。实施例1，2，3选用150BS作为基础油，使用三辊磨进行后续处理，各组分比例如下表所示：
。
复合锂皂由150BS基础油，十二-羟基硬脂酸，氢氧化锂，癸二酸按常规方法制备：在反应釜内加入150BS基础油，搅拌，加热到50℃左右，加入十二-羟基硬脂酸和癸二酸，持续加热，使固体溶解，温度不高于100℃的条件下，加入氢氧化锂溶液；100~110℃敞口加热，脱除水分后升温至210~215℃，炼制20min，冷却至100℃以下，进行均质后处理，得到稠化剂复合锂皂。
上表中，实施例1中制备复合锂皂使用以下百分比的组分原料：150BS基础油20%，十二-羟基硬脂酸1.28%，癸二酸0.38%，氢氧化锂0.34%。实施例2：150BS基础油32.49%，十二-羟基硬脂酸2.58%，癸二酸0.75%，氢氧化锂0.68%。实施例3：150BS基础油40%，十二-羟基硬脂酸3.86%，癸二酸1.13%，氢氧化锂1.01%。
产品的其它性能测定数据见下表：
。
图1为实施例1-3开式齿轮脂的剪切粘度随剪切速率的变化曲线，从图1可以看出，不同稠化剂含量的产品，都具有优异的抗磨和极压性能。除此之外产品的稠度和剪切粘度与稠化剂的变化相对应，可以通过稠化剂的含量调整产品的剪切粘度，便于泵送设备的泵送。
实施例4-5：以实施列2为基础，分别使用胶体磨和均质机进行后续处理，以示范不同设备对产品性能的控制。
产品的性能测定数据见下表：
。
图2为实施例2、4、5开式齿轮脂的剪切粘度随剪切速率的变化曲线；从图2中可以看出，经过三辊磨、胶体磨和均质机处理后的产品，剪切粘度的大小分别为实施例2＞实施例4＞实施例5。显示对于该产品，使用胶体磨或者均质机可以得到更低的剪切粘度，泵送时需要的剪应力更小，更适合泵送。可以通过后处理设备得到在使用过程中具有不同流动能力和泵送性能的产品。
本发明产品具有优异的泵送性能，以剪切粘度反映泵送性能，剪切粘度可以在较宽的范围内进行调节，通过稠化剂含量和基础油的不同配伍以及后处理设备实现了。同时针对泵送性能，采用合适的表征方法，确定产品的适用范围，使用流变表征该开式齿轮润滑脂的剪切粘度随剪切速率的变化的性能。使用ASTM 4049抗水淋喷雾测试和表征该产品的粘附性和防水性能。

Claims (10)

1.一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：稠化剂2～6%，基础油20～40%，生物酯类油30～45%，粘附剂1～30%，阻燃剂1~5%，固体抗磨剂10～15%，液态防锈剂1～2%，抗氧剂1～2%。
2.根据权利要求1所述的一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，所述稠化剂为锂皂，复合锂皂或复合铝皂。
3.根据权利要求2所述的一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，所述锂皂为硬脂酸锂或者十二羟基硬脂酸锂；所述复合锂皂为硬脂酸锂或者十二羟基硬脂酸锂与癸二酸锂复配得到，或者十二羟基硬脂酸锂与硼酸锂复配得到；所述复合铝皂由异丙醇铝三聚体油溶液和芳香酸、脂肪酸反应制得。
4.根据权利要求1所述的一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，所述基础油为石蜡基基础油或环烷基油，所述生物酯类油为天然压榨亚麻油、油菜籽油、花生油、大豆油、葵花籽油、橄榄油、红花油、玉米油中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，所述粘附剂为聚丁烯，三元乙丙橡胶或乙烯丙烯共聚物树脂。
6.根据权利要求1所述的一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，所述阻燃剂为轻质碳酸钙、氢氧化镁、聚磷酸铵、氮系阻燃剂、氯代烷烃阻燃剂、溴代苯化物阻燃剂、氯代磷酸酯阻燃剂中的一种或者多种混合物。
7.根据权利要求1所述的一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，所述固体抗磨剂为胶体石墨粉，二硫化钼，二(二丁基二硫代氨基甲酸)氧化钼中的一种或多种混合物。
8.根据权利要求1所述的一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，所述液态防锈剂为二巯基噻二唑衍生物，磺酸盐，羧酸类防锈剂，有机胺和咪唑啉类防锈剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种可生物降解的开式齿轮脂，其特征在于，所述抗氧剂为酚类或者胺类抗氧剂。
10.一种制备权利要求1所述的可生物降解的开式齿轮脂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在基础油中加入一种或者多种有机酸，加热溶解，在温度低于100℃的条件下，加入氢氧化锂水溶液或者分散在基础油里的异丙醇铝油溶液，100~110℃下脱除低沸点物质，升温至210~215℃高温炼制，冷却，温度低于100℃时在三辊磨上研磨三遍，或者经过胶体磨研磨三遍，或者均质机循环剪切，得到稠化剂；（2）然后在50～60℃下，使用生物酯类油和粘附剂，调和到额定稠度；（3）加入抗氧剂，阻燃剂，固体抗磨剂，液态防锈剂充分搅拌混合均匀，出料，在三辊磨上研磨三遍，或者经过胶体磨研磨三遍，或者均质机循环剪切，使用流变仪测定剪切粘度，表征结果。
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