對苯二甲酸復合鋰基潤滑脂的研究

朱國靖，楊操，朱會林，嚴軍表

(江蘇龍蟠科技股份有限公司，江蘇 南京 210046)

0 引言

從20世紀80年代開始，復合鋰基潤滑脂的生產和應用取得了較大的進展[1]。復合鋰基潤滑脂是一款通用型高溫潤滑脂，被廣泛地應用于礦山、冶金、軋鋼、汽車、鐵路、船舶等行業設備機械的潤滑。其優點是滴點高，適用溫度范圍寬，優異的膠體安定性和抗剪切穩定性，具有較長的使用壽命，在一定意義上延長了設備維護保養壽命的周期。

復合鋰基潤滑脂的稠化劑體系很復雜，所以目前的復合鋰基潤滑脂生產工藝、配方較多，但在復合鋰基脂稠化劑的組成上，二元酸與12-羥基硬脂酸的模式仍占據著主要地位[2]。

本文所制備的復合鋰基潤滑脂是采用對苯二甲酸和12-羥基硬脂酸制備的較高滴點的潤滑脂，通過考察潤滑脂的膠體安定性、機械穩定性以及耐高低溫性能，并與癸二酸和12-羥基硬脂酸制備的復合鋰基潤滑脂進行對比，為復合鋰基潤滑脂的發展研究提供了一定的參考意義。

1 實驗部分

1.1實驗原料

基礎油

150BS：泰國國家石油公司；

500SN：泰國國家石油公司；

稠化劑

12-羥基硬脂酸：工業級，東營市順利化工有限公司；

對苯二甲酸：工業級，江蘇恒力石化有限公司；

單水氫氧化鋰：工業級，新疆昊鑫鋰鹽開發有限公司。

1.2制備工藝

對苯二甲酸型復合鋰基潤滑脂的制備工藝如下：

向制脂釜中依次加入1/2～2/3基礎油、12-羥基硬脂酸、對苯二甲酸，混合加熱至80～85 ℃；緩慢滴加氫氧化鋰水溶液，在95～105 ℃下皂化反應2～2.5 h。

升溫至140～145 ℃脫水，保溫30 min后，繼續升溫至210～220 ℃，保溫5～10 min。

加入降溫油，冷卻至室溫，經三輥研磨機均化研磨成脂。

2 性能評價

根據上面的工藝制備出的復合鋰基潤滑脂，以150BS與500SN混合油(40 ℃基礎油黏度160 mm2/s)作為基礎油，根據石油產品實驗標準方法進行分析。

2.112-羥基硬脂酸與對苯二甲酸摩爾比

復合鋰基脂的皂纖維是由高級脂肪酸鋰皂和低分子酸鋰皂或多種化合物共結晶而成，因此改變脂肪酸和復合劑之間的比例對于復合鋰基脂的稠度、滴點以及鋼網分油都會有一定的影響。為考察12-羥基硬脂酸與對苯二甲酸的摩爾比對成脂性能的影響，選擇考察摩爾比分別為1∶0.3；1∶0.4；1∶0.5；1∶0.6，試驗結果列入表1。

表1 對苯二甲酸型復合鋰基潤滑脂的理化性能指標

從表1可以看出：

12-羥基硬脂酸與對苯二甲酸的摩爾比在1∶0.3以上，潤滑脂的滴點都在265 ℃以上，并且隨著對苯二甲酸比例的提高，滴點也在提高。

隨著對苯二甲酸比例的提高，潤滑脂的的鋼網分油和機械穩定性等指標也變得更好。

當對苯二甲酸比例提高至1∶0.5時，潤滑脂稠化能力更好，而當進一步提高比例時，稠化能力變差。

根據各項性能指標上看，確定12-羥基硬脂酸與對苯二甲酸的摩爾比在1∶0.5較好。

2.2高溫性能

隨著工業化水平的提升和各行業的發展，越來越多機械設備的潤滑部位處于高溫環境，因此選擇具有杰出高溫性能的潤滑脂對滿足設備的高溫潤滑要求無疑具有重要的意義。為了解對苯二甲酸型復合鋰基潤滑脂的性能優勢，選擇同樣工藝制備癸二酸性復合鋰基潤滑脂做對比試驗，結果如表2所示。

表2 復合鋰基潤滑脂的高溫性能指標

從表2可見，對苯二甲酸型復合鋰基脂的耐高溫性能較癸二酸型復合鋰基脂更好，高溫稠度變化及高溫錐網分油小；采用對苯二甲酸鋰皂替代部分癸二酸鋰皂，可提高癸二酸型復合鋰基脂的耐高溫性能。

2.312-羥基硬脂酸與對苯二甲酸、癸二酸摩爾比

采用對苯二甲酸及癸二酸混合二元酸與12-羥基硬脂酸制備的復合鋰基潤滑脂，能夠改善癸二酸型復合鋰基脂的分油及耐高溫性能，因此考察12-羥基硬脂酸與對苯二甲酸、癸二酸的摩爾比對成脂性能的影響，選擇考察摩爾比分別為1∶0.1∶0.4；1∶0.2∶0.3；1∶0.3∶0.2；1∶0.4∶0.1，試驗結果列入表3。結果如表3所示。

表3 12-羥基硬脂酸與對苯二甲酸、癸二酸摩爾的考察

從表3可以看出：

隨著對苯二甲酸比例的提高，混合型復合鋰基脂的的鋼網分油、耐高溫等性能得到提升。

但是也隨著對苯二甲酸比例的提高，潤滑脂的極壓性能降低。

采用12-羥基硬脂酸與對苯二甲酸及癸二酸混合二元酸制備的復合鋰基潤滑脂，綜合各項性能，比例在1∶0.2∶0.3時，性能較為優異。

復合鋰基脂高溫烘烤顏色變化如圖1、圖2所示。

圖1 高溫烘烤實驗前

圖2 高溫烘烤實驗后

2.4對苯二甲酸、癸二酸加入方式的考察

制備復合鋰基潤滑脂時，對苯二甲酸、癸二酸的加入方式主要有3種，12-羥基硬脂酸與對苯二甲酸、癸二酸的摩爾比采用1∶0.2∶0.3。

①先加對苯二甲酸，后加癸二酸：即在皂化時，先加12-羥基硬脂酸、對苯二甲酸與單水氫氧化鋰反應完全后，再加入癸二酸繼續反應；

②對苯二甲酸與癸二酸一起加入：即在皂化時，將12-羥基硬脂酸、對苯二甲酸及癸二酸同時加入，再與單水氫氧化鋰進行反應；

③先加癸二酸，后加對苯二甲酸：即在皂化時，先加12-羥基硬脂酸、癸二酸與單水氫氧化鋰反應完全后，再加入對苯二甲酸繼續反應。

對采用上述3種加入方式制備的復合鋰基潤滑脂的性能進行考察，結果如表4所示。

表4 對苯二甲酸、癸二酸加入方式的考察

由表4可以看出，采用在皂化時，先加12-羥基硬脂酸、癸二酸與單水氫氧化鋰反應完全后，再加入對苯二甲酸繼續反應的生產工藝，制備的復合鋰基脂的各項性能指標更佳。

3 結果分析

對苯二甲酸復合鋰基脂分油比癸二酸復合鋰基脂的小，特別是高溫錐網分油要小，并且高溫稠度和顏色變化小，這是由于稠化劑中引入了芳香酸，是兩個羧基分別于苯環中相對的兩個碳原子相連接而成的二元芳香羧酸，引入了苯環結構，使得稠化劑具有更好的耐高溫性能和皂纖維結構緊密度。見圖3。

圖3 三種復合鋰基潤滑脂的SEM圖

從圖3電鏡的結果可以看出，對苯二甲酸復合鋰基脂的皂纖維結構相互交叉纏繞，形成的三維空間網絡皂纖維結構要比癸二酸復合鋰基脂更加緊湊和密實。因此對苯二甲酸復合鋰基脂要比癸二酸復合鋰基脂具有更加優異的控油能力，因此耐分油能力更強。

4 結論

(1)對苯二甲酸型復合鋰基脂與癸二酸型復合鋰基脂相比，具有較小的分油，高溫下稠度變化小。

(2)在癸二酸型復合鋰基脂中，采用對苯二甲酸鋰皂替代部分癸二酸鋰皂，可提高癸二酸型復合鋰基脂的分油性能和耐高溫性能;12-羥基硬脂酸與對苯二甲酸及癸二酸的比例為1∶0.2∶0.3制備的潤滑脂性能較佳。

(3)采用先加12-羥基硬脂酸、癸二酸與單水氫氧化鋰反應完全后，再加入對苯二甲酸繼續反應的生產工藝，制備的復合鋰基脂的各項性能指標更佳。

參考文獻：

[1] 朱廷彬.潤滑脂技術大全 [M]. 2版.北京：中國石化出版社，2009.

[2]李輝，張秉智.一種新的復合鋰基潤滑脂——對苯二甲酸·12-羥基硬脂酸復合鋰[J]. 石油學報，1988(4):81-88.

[3]李輝，張秉智.對苯二甲酸·12-羥基硬脂酸復合皂基潤滑脂的研究[J]. 石油學報，1990(4):83-88.