CN1008529B - 二元金属皂润滑脂组成物及其制备方法 - Google Patents
二元金属皂润滑脂组成物及其制备方法Info
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Abstract
本发明是有关高温、极压和腐蚀介质条件下润滑用的硷金属和硷土金属皂润滑脂组成物及其制备方法的。
该组成物含有润滑基础油和稠化剂，稠化剂是(a)和(b)两种酸的复合碱金属和碱土金属皂，(a)是从C12～C24的羟基脂肪酸和C10～C34的脂肪酸中选择的至少一个酸，(b)是对苯二甲酸或对苯二甲酸与C2～C12的脂肪二元酸的混合酸。
Description
本发明是有关高温、极压和腐蚀介质条件下润滑用的碱金属和碱土金属皂润滑脂组成物及其制备方法的。更具体地说，本发明涉及的是用碱金属和碱土金属的碱，用从C12～C24的羟基脂肪酸和C10～C34的脂肪酸中选择的至少一个酸和对苯二甲酸或对苯二甲酸与C2～C12的脂肪二元酸的混合酸，在润滑基础油中“就地”反应生成的二元金属皂润滑脂组成物及其制备方法。
以前，用一个种类的酸，如高级羟基脂肪酸或高级脂肪酸，用碱金属和碱土金属的碱，如锂和钙和碱、或钠和钙的碱来制备碱金属和碱土金属混合皂润滑脂组成物。
制备这样的混合皂润滑脂组成物，就是想获得碱金属皂润滑脂的高滴点，同时，用碱土金属皂又赋予润滑脂一定的抗水性。但是，用一个种类的酸和两个种类的碱制备的混合皂润滑脂组成物，滴点不太高，仍然无法适于高温润滑的使用。
两个族的金属的皂可以互相取长补短，两个种类的酸容易使皂发生复合。因此，在寻找综合性能优越的润滑脂组成物时，显然，复合碱金属和碱土金属皂润滑脂组成物是引人注目的。
最近，已经有用两个种类的酸、碱金属和碱土金属的碱来制备的润滑脂组成物。但是，一个种类的酸通常为高级羟基脂肪酸或高级脂肪酸，另一个种类的酸为芳香族一元羟酸或脂肪二元酸。采用对苯二甲酸或对苯二甲酸与脂肪二元酸的混合酸的碱金属和碱土金属皂润滑脂组成物还是新的。
本发明的目的在于提供一种新的碱金属和碱土金属皂润滑脂组成物。本发明充分发挥了两个族的金属的皂在性能上的互补作用，即用碱金属皂保持复合碱金属皂润滑脂的优良的高温性能，用碱土金属皂又改进了润滑脂组成物的极压、抗水和抗HCl等腐蚀介质的性能，两个族的金属的皂复合，还产生一定的协和效应。在某些性能上，碱金
属和碱土金属皂润滑脂组成物甚至优于其中任何一个金属的复合皂润滑脂组成物。
本发明的润滑脂组成物含有润滑基础油和稠化剂，该稠化剂是（a）和（b）两种酸的复合碱金属和碱土金属皂，（a）是从C12～C24的羟基脂肪酸和C10～C34的脂肪酸中选择的至少一个酸，（b）是对苯二甲酸或对苯二甲酸与C2～C12的脂肪二元酸的混合酸。
上述组成物中，（a）和（b）两种酸的摩尔比（b）/（a）＝0.1～2.0，两种金属的摩尔比碱金属/碱土金属＝0.1～10.0。
两种酸的摩尔比（b）/（a）小于0.1时，不易形成高滴点的润滑脂组成物，大于2.0时，润滑脂组成物的稠度不足，两种金属的摩尔比碱金属/碱土金属小于0.1时，润滑脂组成物的高温性能变差，大于10.0时，不能很好发挥碱土金属皂对润滑脂组成物的极压性能、抗水和抗腐蚀介质性能的改进作用。
这里所说的碱金属可以是锂、钠或钾等，碱土金属可以是钙、锶或钡等。碱金属和碱土金属皂，通常可以从锂和钙皂、锂和钡皂、钠和钙皂以及钠和钡皂四组，最好从锂和钙皂以及锂和钡皂两组中来选择一组。
选择C12～C24的羟基脂肪酸时，从价格便宜、供应充足和性能优良三个方面综合起来看，最好选用C16～C20的羟基脂肪酸，尤其是从动植物油脂获得的12-羟基硬脂酸、加氢蓖麻油脂肪酸（主要成分：12-羟基硬脂酸）和加氢马桑籽油脂肪酸（主要成分：13-羟基硬脂酸）可供选用，特别可以选用12-羟基硬脂酸。
选择C10～C34的脂肪酸时，最好选用C16～C22的脂肪酸，特别可以选用硬脂酸。
可以从上述的羟基脂肪酸和脂肪酸中选择一个酸或多个酸来制备本发明的组成物。在制备本发明的组成物时，虽然也可以使用上述酸的甘油酯，但最好使用游离酸与碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物反应。
选用对苯二甲酸作（b）的酸来制备皂时，不仅可以使用游离的酸，而且也可以使用对苯二甲酸的二低级烷基酯，特别是二甲酯与碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物反应。
选用对苯二甲酸与C2～C12的脂肪二元酸的混合酸作（b）的酸时，最好使用对苯二甲酸与C6～C10的脂肪二元酸，特别可以使用对苯二甲酸与癸二酸、对苯二甲酸与壬二酸或对苯二甲酸与己二酸的混合酸。对苯二甲酸与脂肪二元酸的摩尔比，虽然没有特别的限定，但最好从0.1～10.0的范围来选择。
本发明的润滑脂组成物中，稠化剂用量可以为3-40重量%，最好为10-35重量%。稠化剂用量不足3重量%时，润滑脂组成物的稠度不足，超过40重量%时，润滑脂组成物变得过硬，不宜使用。
本发明使用的润滑基础油可以从各种已知的矿油和合成润滑油中来选择。通常选用矿油、聚硅氧烷、全成烃（烷基苯和聚α烯烃等）、酯类油（双酯和多元醇酯等）和聚二醇醚等，最好从矿油、聚硅氧烷和合成烃等中来选择。润滑基础油可以具有50℃下3-400厘斯的运动粘度，最好具有8-200厘斯。
本发明的润滑脂组成物，对各种常用的添加剂，如抗氧剂（二苯胺和苯基α萘胺等）、极压剂和抗腐蚀剂等有很好的适应性。因此，根据需要，该润滑脂组成物还可以按照平常的用量含有各种类型的添加剂。
本发明的制备方法包括下列步骤：把从C12～C24的羟基脂肪酸和C10～C34的脂肪酸中选择的至少一个酸加入润滑基础油中，并加热溶热，加入两步皂化所必需的全部碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物的混合饱和或过饱和水溶液进行第一步皂化，在约130℃下，加入对苯二甲酸或对苯二甲酸与C2～C12的脂肪二元酸进行第二步皂化，并形成碱金属和碱土金属皂润滑脂组成物。其中，碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物，通常可以从氢氧化锂和氢氧化钙、氢氧化锂和氢氧化钡、氢氧化钠和氢氧化钙以及氢氧化钠和氢氧化钡四组，最好从氢氧化锂和氢氧化钙以及氢氧化锂和氢氧化钡两组中来选择一组。
本发明的制备方法除了包括上述特征步骤以外，还可以根据情况包括其它常用的后处理的步骤。皂化完成后，追加一定量的润滑基础油，升温到190℃～210℃，冷却，加入适量的添加剂，最后进行适当的均化处理和脱气，得到均匀和光滑的润滑脂组成物。
本发明的润滑脂组成物兼备高温润滑脂和极压润滑脂的性能，还具有较好的抗水和抗腐蚀介质性能等。本发明的润滑脂组成物的综合性能大致介于碱金属皂润滑脂与碱土金属皂润滑脂之间。因此，本发明的润滑脂组成物特别适于作各种用途使用的通用润滑脂。
为了更好地说明本发明，举出下列实施例。但是，本发明的范围并不仅仅局限于此，其要求保护的范围记载于权利要求中。
实施例1
将165克（0.55摩尔）的12-羟基硬脂酸加入700克的精制矿油（运动粘度：100℃时为20厘斯）中，加热熔解，加入含有10.8克（0.19摩尔）的氧化钙和43.3克（1.03摩尔）的单水合氢氧化锂的混合水溶液进行皂化，升温脱水，温度保持在130℃左右，加入56克（0.34摩尔）的对苯二甲酸，反应约10分钟，升温至160℃，追加575克的同一种矿油，继续升温到210℃，冷却至120℃～150℃，加入适量（0.5重量%）的二苯胺抗氧剂，研磨均化，得到滴点＞300℃，在25℃下微针入度为68的润滑脂。
实施例2
除了用120克（0.4摩尔）的12-羟基硬脂酸，56克（0.34摩尔）的对苯二甲酸，500克和追加320克的精制矿油（运动粘度：100℃时为20厘斯）分别代替实施例1中的相应成分，用90克（0.29摩尔）的八水合氢氧化钡和27克（0.64摩尔）的单水合氢氧化锂的混合水溶液代替实施例1中的混合水溶液以外，完全按照实施例1的处理方法，得到滴点271℃，在25℃下微针入度为71的润滑脂。
实施例3
除了用22克（0.073摩尔）的硬脂酸代替实施例1中的12-羟基硬脂酸，用7.5克（0.045摩尔）的对苯二甲酸，1.4克（0.025摩尔）的氧化钙和5.8克（0.138摩尔）的单水合氢氧化锂的混合水溶液，100克和追加70克的精制矿油（运动粘度：100℃时为20厘斯）分别代替实施例1中的相应成分以外，完全按照实施例1的处理方法，得到滴点280℃，在25℃下微针入度为70的润滑脂。
实施例4
除了用24克（0.084摩尔）的硬脂酸代替实施例1中的12-羟基硬脂酸，用18克（0.057摩尔）的八水合氢氧化钡和5.4克（0.135摩尔）的单水合氢氧化锂的混合水溶液代替实施例1中的混合水溶液，用11.2克（0.067摩尔）的对苯二甲酸，100克和追加64克的精制矿油（运动粘度：100℃时为20厘斯）分别代替实施例1中的相应成分以外，完全按照实施例1的处理方法，得到滴点265℃，在25℃下微针入度为63的润滑脂。
本发明的实施例1-4的润滑脂的组成列在表1中。
实施例5
评价了本发明实施例1和例2以及比较的参考例1和例2的润滑脂组成物的性肥。试验结果给在表2中。
注1）含对苯二甲酸钙，12-羟基硬脂酸钙，20号航空润滑油的复合钙皂润滑脂组成物。
注2）含对苯二甲酸锂，12-羟基硬脂酸锂，20号航空润滑油的复合锂皂润滑脂组成物。
注3）试验方法：在一个透明的干燥器中，放5ML浓盐酸，将涂有润滑脂试样的钢片悬挂在干燥器中，于130℃，14小时，观察试验结果，并评定级别。
评定标准
1：润滑脂滑落极少，表观变化极小。
2：润滑脂滑落较多，表观变化较明显。
3：润滑脂滑落极严重。
注4）试验方法：三个脂杯，装满待测脂样，表面刮平，置于规定温度的烘箱中，恒温30分钟，从烘箱中取出脂杯，迅速刮平表面，立即测定微针入度值（不工作），每个脂杯只测一次，求三个脂杯的测定值的平均值。
由表2数据可以看出，本发明的碱金属和碱土金属皂润滑脂组成物，同相应的复合锂皂润滑脂组成物和复合碱土金属皂润滑脂组成物一样，具有较高的滴点和足够的高温稠度，具有较好的极压性能和耐HCl的性能。本发明的润滑脂组成物，同相应的复合锂皂润滑脂组成物和复合碱土金属皂润滑脂组成物相比，具有更加优良的高温性能（如高温钢网分油比较小）和抗水性能。
表1
润滑脂 实施例
配料，摩尔 1 2 3 4
12-羟基硬脂酸 0.55 0.40
硬脂酸 0.073 0.084
对苯二甲酸 0.34 0.34 0.045 0.067
单水氢氧化锂 1.03 0.64 0.138 0.135
氧化钙 0.19 0.025
八水合氢氧化钡 0.29 0.057
精制矿油（运动粘度： 1275 820 170 164
100℃时为20
厘斯），（克）
稠化剂总含量， 15.5 21 15.6 21.2
（重量%）
实施例5
评价了本发明实施例1和例2以及比较的参考例1和例2的润滑脂组成物的性能，试验结果给在表2中。
表2
润滑脂 实施例 参考例 分析方法
项目 1 2 1 2
（注1） （注2）
稠化剂用量， 15.5 21 25.6 12.4
重量%
滴点，℃ ＞300 270 ＞300 ＞300 GB3498-83
微针入度，1/10
毫米（25℃） 68 71 71 67 SY2724-76
（150℃） 76 77 64 86 （注4）
钢网分油（150℃，
30h），% 0.18 0.76 4.60 1.62 SY2729-81
抗水性（38℃）， SY2718-77
% 0.90 0.78 2.20 6.96
润滑极压性（室 GB3142-82
温，1500rPm），
磨迹d40 30，毫米 0.56 0.52 0.53 0.57
临界负荷PB，Kg 53 63 95 50
烧结负荷PD，Kg 250 315 315 200
综合磨损指数 32 35 44 25
耐HCl性能，级 2 1 1 3 （注3）
Claims (12)
1、一种碱金属和碱土金属皂润滑脂组成物，含有润滑基础油和稠化剂，本发明的特征在于该稠化剂是(a)和(b)两种酸的复合碱金属和碱土金属皂，(a)是从12-24C的羟基脂肪酸和10-34C的脂肪酸中选择的至少一个酸，(b)是对苯二甲酸或对苯二甲酸与2-12C的脂肪二元酸的混合酸，(a)和(b)两种酸的摩尔比(b)/(a)=0.1-2.0，两种金属的摩尔比碱金属/碱土金属=0.1-10.0，稠化剂用量为3-40重量%。
2、根据权利要求1所述的组成物，其特征是碱金属和碱土金属皂为锂和钙皂。
3、根据权利要求1所述的组成物，其特征是碱金属和碱土金属皂为锂和钡皂。
4、根据权利要求1至3中任何一个所述的组成物，其特征是（a）为12-羟基硬脂酸，（b）为对苯二甲酸。
5、根据权利要求1至3中任何一个所述的组成物，其特征是（a）为硬脂酸，（b）为对苯二甲酸。
6、根据权利要求1至3中任何一个所述的组成物，其特征是（a）为12-羟基硬脂酸，（b）为对苯二甲酸与癸二酸的混合酸。
7、根据权利要求1至3中任何一个所述的组成物，其特征是（a）为12-羟基硬脂酸，（b）为对苯二甲酸与壬二酸的混合酸。
8、根据权利要求1至3中任何一个所述的组成物，其特征是（a）为12-羟基硬脂酸，（b）为对苯二甲酸与己二酸的混合酸。
9、根据权利要求1至3中任何一个所述的组成物，其特征是（a）为硬脂酸，（b）为对苯二甲酸与癸二酸的混合酸。
10、根据权利要求1至3中任何一个所述的组成物，其特征是（a）为硬脂酸，（b）为对苯二甲酸与壬二酸的混合酸。
11、根据权利要求1至3中任何一个所述的组成物，其特征是（a）为硬脂酸，（b）为对苯二甲酸与己二酸的混合酸。
12、一种碱金属和碱土金属皂润滑脂组成物的制备方法，其特征在于把从12-24C的羟基脂肪酸和10-34C的脂肪酸中选择的至少一个酸加入润滑基础油中，并加热溶解，加入两步皂化所必须的全部氢氧化锂和氢氧化钙或氢氧化锂和氢氧化钡的混合饱和或过饱和水溶液进行第一步皂化，在约130℃下，加入对苯二甲酸或对苯二甲酸与2-12C的脂肪二元酸进行第二步皂化并形成碱金属和碱土金属皂润滑脂组成物。
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