CN101058762A

CN101058762A - 一种环境友好的润滑脂及其制备方法

Info

Publication number: CN101058762A
Application number: CN 200710072039
Authority: CN
Inventors: 曲建俊; 陈继国
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2007-10-24

Abstract

一种环境友好的润滑脂及其制备方法，它涉及一种润滑脂及其制备方法。本发明解决了现有润滑脂生物降解率不高的问题。它由占润滑脂重量15～95％的基础油、占润滑脂重量5～85％的稠化剂和占润滑脂重量0.01～5％的添加剂组成。本发明方法的步骤如下：一、将基础油和稠化剂混合、搅拌、升温，至稠化剂完全溶解在基础油中，保温0～8小时；二、将混合物升温，搅拌，保温0～5分钟；三、将混合物冷却，加入添加剂，研磨或剪切后。本发明的产品提高工作锥入度、滴点、氧化安定性和环境友好性。本发明方法具有工艺简单的优点。

Description

一种环境友好的润滑脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种润滑脂及其制备方法。

背景技术：

在润滑脂应用的许多场合，比如重型施工和采矿设备、转向轮、钢轨和轮轴、农业机械等，可能会发生甩脂现象，最终会污染土壤、水源和空气，破坏生态环境和生态平衡。根据资料报道，德国和瑞士政府下令禁止使用操舟机的船只或7kw以上的操舟机使用矿物润滑剂，为了防止润滑剂污染Bodeness湖，这也是最早提出的使用可生物降解润滑剂。目前，在欧洲特别是在北欧、德国、瑞士及奥地利对环境友好润滑剂非常重视，并制定了环保法限制矿物油的使用。欧洲环保法规定，到2000年，用于摩托车、操舟机、除草机、雪橇、链锯以及其他的二冲程操舟机油必须是可生物降解的。除了欧洲外，北美环境友好润滑剂已经广泛用于液压***和林业，其他领域的环境友好润滑剂也正在被应用或处于工业试验中。国际海洋环境协会(IMEC)于1992年4月1日对船用发动机润滑油增补了“生物降解能力必须大于67％”的指标要求，生物降解性能不合要求的润滑油已被禁止在河流、湖泊和海洋中行驶的船舶上使用。传统润滑油品由于生物降解性能差，正面临着环境要求的严峻挑战。

工业化发达国家的各大石化公司、润滑剂厂商竞相研制开发生产可生物降解的润滑剂及添加剂系列产品，以替代对生物圈中碳循环产生的不利影响的矿物润滑油。世界各国润滑油及添加剂公司先后开发了各种环境友好润滑剂来满足用户的需要，有些公司有自己专用的环境友好产品。国外一些公司还开发出以植物油和合成脂为基础油的环境友好的润滑油产品，并且已经商品化，如Kluber公司的Kluber Bio 42M 112润滑脂、Denco Lube公司的Bio grease 00润滑脂等。美国以多种植物油混合配制的一种植物发动机油，使废气排放量减少20～30％，其他性能与传统机油没有区别。美国计划5年内用这种混合机油占机油消耗总量的1/3，英国和香港用混合配制的菜籽油作润滑油，发展环境友好润滑油是补充石油资源短缺的措施之一。在我国，发展环境友好润滑剂已经列为“九五”攻关课题，国内石化研究总院、中科院兰州化学物理研究所等研究机构等正在开展环境友好润滑剂的研究工作。

WO03/018729A1公开了不具有毒性的生物降解润滑脂，是由棉花籽油、豆油、甘油酯油、棕榄油、亚麻籽油等为基础油，锂、镁、钙或锌类型硬脂酸稠化剂，及抗氧化剂配制而成。US 5595965公开了一种生物降解润滑脂，是由植物油或甘油三酸酯为基础油，(B1)碱土或碱土金属与(B2)羟基酸或酯的反应物为稠化剂，及添加剂配制而成。US 4115282公开了一种生物降解润滑脂的组成，是由10％～95％的水，0.2％～10％易溶于水的胺与碱金属等植物稠化剂，1％～50％的植物或动物脂肪、油或相对应的甘油酯，0.05％～5％钠、钾、油酸盐、硬脂酸盐、丙三醇等为乳化剂配制而成。CN 1393538A公开了一种生物降解的润滑脂，是由蓖麻油或蓖麻油与菜籽油的混合油、碳原子数为16～20脂肪羟基酸与氢氧化锂反应生成的单锂皂、胺类抗氧化剂或酚类与胺类混合抗氧化剂配制而成。CN 1504552A公开了一种生物降解的润滑脂，是由40℃的动力粘度100～250mm²/sec为植物油、膨润土或C₁～C₂₀的有机酸与氢氧化钙、氧化钙、氢氧化锂或氧化锂反应生成的单皂或复合皂、胺类抗氧化剂或酚类与胺类混合抗氧化剂配制而成。上述具有生物降解特性的润滑脂，一般主要以锂皂、钙皂、复合锂皂、碱金属皂等为稠化剂，加上基础油与添加剂，配制成可适用各种机械润滑需要的润滑脂，但部分润滑脂还存在降解率不高的缺点。传统润滑脂的理化指标包括滴点(≥180℃)，1/4工作锥入度(0.1mm)(≥55或≤60)、氧化安定性(99℃，100h，0.76MPa)(≤35MPa)等。

发明内容：

本发明的目的是为了解决现有润滑脂降解率不高的问题，提供了一种环境友好的润滑脂及其制备方法。本发明的产品在保证减少摩擦、降低磨损、改善润滑条件、节约能源的基础上，提高了产品的生物降解率。本发明的一种环境友好的润滑脂包含占润滑脂重量15～95％的基础油和占润滑脂重量5～85％的稠化剂；还包含占润滑脂重量0～5％的添加剂。本发明一种环境友好的润滑脂优选配比：基础油占润滑脂重量15～94％，稠化剂占润滑脂重量6～85％，添加剂占润滑脂重量0.05～5％。

本发明制备一种环境友好的润滑脂方法的步骤如下：一、将占润滑脂重量15～95％基础油和占润滑脂重量5～85％的稠化剂混合、搅拌、升温至50～160℃，至稠化剂完全溶解在基础油中，保温0～8小时；二、将经步骤一处理后的混合物升温至180～230℃，在搅拌速度15～60转/分条件下，保温0～5分钟；三、将经步骤二处理后的混合物冷却至120～50℃，加入占润滑脂重量0～5％的添加剂，根据需要研磨或剪切后即得到环境友好的润滑脂。

还可以在步骤一中加入1/5～1/3占润滑脂重量15～95％的基础油，在步骤三冷却之前再加入剩余的基础油作为急冷油。

本发明的润滑脂的滴点≥238℃，可达到288℃；1/4工作锥入度(0.1mm)能达到64；氧化安定性(99℃，100h，0.76MPa)为0.052MPa。

本发明所述的润滑脂产品，主要以钛皂为稠化剂的润滑脂，其不仅具备传统润滑脂的优良性能，而且在工作锥入度、滴点、氧化安定性等性能上有所提高，特别是具有良好的环境友好性。本发明提供的润滑脂适用于农业、林业、船舶、建筑、食品以及铁路等行业机械设备，要求润滑脂对环境或生态***不造成破坏的场合，以及普通润滑脂适用的润滑部位和钢铁厂等要求严格的润滑部位。

本发明提供的环境友好的润滑脂既有优良的常规理化性能，又有普通润滑脂不具有的环境友好性或生态学特性，在使用中即使泄漏，随着时间的流逝也会自然降解为水和二氧化碳或其他无污染物质，例如21天内，降解率可以达到75％以上，因此不会污染环境和破坏生态***，符合环保要求。本发明的方法工艺简单。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式中一种环境友好的润滑脂由占润滑脂重量15～95％的基础油和占润滑脂重量5～85％的稠化剂。

具体实施方式二：本实施方式一种环境友好的润滑脂增加了占润滑脂重量0～5％的添加剂。

具体实施方式三：本实施方式中一种环境友好的润滑脂由占润滑脂重量15～94％的基础油、占润滑脂重量6～85％的稠化剂和占润滑脂重量0.05～5％的添加剂组成。

具体实施方式四：本实施方式中一种环境友好的润滑脂由占润滑脂重量80％的基础油、占润滑脂重量18％的稠化剂和占润滑脂重量2％的添加剂组成。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是基础油为植物油、合成酯、矿物油或复合油。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式中植物油为豆油、改性豆油或菜籽油。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式中合成酯为复酯、双酯或多元酯。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：本实施方式中复酯为己二酸异庚醇酯、己二酸异辛醇酯、己二酸异壬醇酯、己二酸异癸醇酯、壬二酸异癸醇酯、壬二酸异辛醇酯、癸二酸异庚醇酯、癸二酸异辛醇酯、癸二酸异壬醇酯、癸二酸异癸醇酯、十三碳二酸异庚醇酯、十三碳二酸异辛醇酯、十三碳二酸异壬醇酯、十三碳二酸异癸醇酯、邻苯二甲酸异庚醇酯、邻苯二甲酸异辛醇酯或邻苯二甲酸异癸醇酯。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式中双酯为二元酸双酯、癸二酸酯或壬二酸酯。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式十：本实施方式中多元酯为新戊基多元醇酯。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式十一：本实施方式中合成酯为二元酸双酯、癸二酸酯、壬二酸酯、新戊基多元醇酯、己二酸异庚醇酯、己二酸异辛醇酯、己二酸异壬醇酯、壬二酸异癸醇酯、壬二酸异辛醇酯、癸二酸异庚醇酯、癸二酸异辛醇酯、癸二酸异壬醇酯、癸二酸异癸醇酯、十三碳二酸异庚醇酯、十三碳二酸异辛醇酯、十三碳二酸异壬醇酯、十三碳二酸异癸醇酯、邻苯二甲酸异庚醇酯、邻苯二甲酸异辛醇酯或邻苯二甲酸异癸醇酯。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十二：本实施方式中矿物油为32号矿物油。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十三：复合油为豆油与菜籽油、改性豆油与菜籽油、豆油与合成酯、改性豆油与合成酯、菜籽油与合成酯、豆油与矿物油、改性豆油与矿物油、菜籽油与矿物油、矿物油与合成酯或矿物油与植物油按1∶0.1～1的质量比复合。其它与具体实施方式五相同。

本实施方式中矿物油为32号矿物油，合成酯为二元酸双酯、癸二酸酯、壬二酸酯、新戊基多元醇酯、己二酸异庚醇酯、己二酸异辛醇酯、己二酸异壬醇酯、己二酸异癸醇酯、壬二酸异癸醇酯、壬二酸异辛醇酯、癸二酸异庚醇酯、癸二酸异辛醇酯、癸二酸异壬醇酯、癸二酸异癸醇酯、十三碳二酸异庚醇酯、十三碳二酸异辛醇酯、十三碳二酸异壬醇酯、十三碳二酸异癸醇酯、邻苯二甲酸异庚醇酯、邻苯二甲酸异辛醇酯或邻苯二甲酸异癸醇酯。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是稠化剂为硬脂酸钛皂、12-羟基硬脂酸钛皂或二聚油酸钛皂。其它与具体实施方式一至四相同。

本实施方式中的钛皂由钛羟酸盐等含钛材料、硬脂酸(也可用12-羟基硬脂酸或二聚油酸)、1～25％的多元羟基酸或复合多元羟基酸制备而成；所述的多元羟基酸为己二酸或硼酸，所述的复合多元羟基酸为己二酸与硼酸、癸二酸与硼酸、壬二酸与硼酸、水杨酸与硼酸、苯甲酸与硼酸、壬二酸与水杨酸或癸二酸与水杨酸按1∶0～1∶1的摩尔比复合。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是稠化剂为12-羟基硬脂酸钛皂。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是本实施方式中添加剂为抗氧化剂、极压抗磨剂、稀土添加剂和微纳米添加剂。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式十七：本实施方式中抗氧化剂为植物油抗氧化剂、复合植物油抗氧化剂、二苯胺、二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、苯基a-萘胺中的一种或几种的组合。其它与具体实施方式十六相同。

具体实施方式十八：本实施方式中植物油抗氧化剂为异黄酮。其它与具体实施方式十七相同。

具体实施方式十九：本实施方式中复合植物油抗氧化剂为二叔丁基羟基甲苯。其它与具体实施方式十七相同。

具体实施方式二十：本实施方式中抗氧化剂为二苯胺、二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、苯基a-萘胺中的一种或几种的组合。其它与具体实施方式十六相同。

具体实施方式二十一：本实施方式中极压抗磨剂为二硫化钼、二烷基二硫代氨基甲酸盐等。其它与具体实施方式十六相同。

具体实施方式二十二：本实施方式中稀土添加剂为稀土金属、稀土无机化合物或稀土配合物，稀土金属为铈或镧，稀土无机化合物为LaF₃或CeF₃，稀土配合物为水杨醛二肼化丙二酰镧配合物、二烷基二硫代氨基甲酸稀土配合物或棕榈酸稀土配合物；微纳米添加剂为纳米铜粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、0.1～25微米的超细铜粉或微米聚四氟乙烯。其它与具体实施方式十六相同。

具体实施方式二十三：本实施方式制备一种环境友好的润滑脂方法的步骤如下：一、将占润滑脂重量15～95％基础油和占润滑脂重量5～85％的稠化剂混合、搅拌、升温至50～160℃，至稠化剂完全溶解在基础油中，保温0～8小时；二、将经步骤一处理后的混合物升温至180～230℃，在搅拌速度15～60转/分条件下，保温0～5分钟；三、将经步骤二处理后的混合物冷却至120～50℃，加入占润滑脂重量0～5％的添加剂，根据需要研磨或剪切后即得到环境友好的润滑脂。

具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式二十三不同的是在步骤一中加入1/5～1/3占润滑脂重量15～95％的基础油，在步骤三冷却之前再加入剩余的基础油作为急冷油。其它与具体实施方式二十三相同。

具体实施方式二十五：本实施方式中润滑脂由下列成份组成：占润滑脂重量75.2％的复合油作为基础油，其中复合油由摩尔比为1∶0.25的豆油和矿物油组成；占润滑脂重量23.8％的12-羟基硬脂酸钛皂作为稠化剂，其中12-羟基硬脂酸钛皂主要由钛羟酸盐等含钛材料、12-羟基硬脂酸、硼酸制备；占润滑脂重量0.5％的二叔丁基羟基甲苯(简称为BHT)、占润滑脂重量0.25％的异黄酮和占润滑脂重量0.25％的二苯胺作为添加剂。本实施方式润滑脂制备方法如下：将润滑油基础油和稠化剂混合、搅拌、升温至120～160℃，至稠化剂完全溶解在基础油中，保温3小时，然后缓慢升温至210℃，保温5分钟，在搅拌速度30转/分条件下，冷却，加入添加剂，研磨五次即得到环境友好的润滑脂。本实施方式得到的润滑脂性能见表1。

具体实施方式二十六：本实施方式中润滑脂由下列成份组成：占润滑脂重量75.2％的复合油作为基础油，其中复合油由摩尔比为1∶1的豆油和合成酯组成，合成酯为复酯、双酯或多元酯；占润滑脂重量23.8％的12-羟基硬脂酸钛皂作为稠化剂，其中12-羟基硬脂酸钛皂主要由钛羟酸盐等含钛材料、12-羟基硬脂酸、摩尔比为1∶0.5的癸二酸和硼酸制备；占润滑脂重量0.5％的二叔丁基羟基甲苯(简称为BHT)和占润滑脂重量0.5％的异黄酮作为添加剂。本实施方式润滑脂制备方法如下：将润滑油基础油和稠化剂混合、搅拌、升温至50～120℃，至稠化剂完全溶解在基础油中，保温6小时，然后缓慢升温至200℃，保温5分钟，在搅拌速度30转/分条件下，冷却，加入添加剂，研磨五次即得到环境友好的润滑脂。本实施方式得到的润滑脂性能见表1。

具体实施方式二十七：本实施方式中润滑脂由下列成份组成：占润滑脂重量75.2％的复合油作为基础油，其中复合油由摩尔比为1∶0.25的豆油和菜籽油组成；占润滑脂重量23.8％的12-羟基硬脂酸钛皂作为稠化剂，其中12-羟基硬脂酸钛皂主要由钛羟酸盐等含钛材料、12-羟基硬脂酸、摩尔比为1∶0.5的壬二酸和硼酸制备；占润滑脂重量0.5％的二叔丁基羟基甲苯(简称为BHT)和占润滑脂重量0.5％的异黄酮作为添加剂。本实施方式润滑脂制备方法如下：将润滑油基础油和稠化剂混合、搅拌、升温至50～160℃，至稠化剂完全溶解在基础油中，保温2.5小时，然后缓慢升温至205℃，保温5分钟，在搅拌速度30转/分条件下，冷却，加入添加剂，研磨五次即得到环境友好的润滑脂。本实施方式得到的润滑脂性能见表1。

表1

表1中的重量法是参照CEC L-33-A-82方法，通过选用污水处理厂中的活性污泥作为菌体，确定底物浓度为1％，在150ml的矿物盐培养液中加入2ml的接种菌和约1g的润滑脂，在25℃下培养21天，用润滑脂在生物降解过程中的消耗量来表征润滑脂的生物降解性。其中矿物盐溶液组成为：0.6g/l的KH₂PO₄、2.0g/l的Na₂HPO₄、0.1g/l的MgSO₄、0.4g/l的(NH₄)₂SO₄、0.3g/l的NH₄NO₃、0.1g/l的CaCl₂和0.005g/l的微量元素。

Claims

1、一种环境友好的润滑脂，其特征在于它包含占润滑脂重量15～95％的基础油和占润滑脂重量5～85％的稠化剂。

2、根据权利要求1所述的一种环境友好的润滑脂，其特征在于它还包含添加剂，添加剂占润滑脂重量的0.01～5％。

3、根据权利要求1或2所述的一种环境友好的润滑脂，其特征在于基础油为植物油、合成酯、矿物油或复合油。

4、根据权利要求3所述的一种环境友好的润滑脂，其特征在于植物油为豆油、改性豆油或菜籽油；合成酯为复酯、双酯或多元醇酯，其中复酯为为己二酸异庚醇酯、己二酸异辛醇酯、己二酸异壬醇酯、己二酸异癸醇酯、壬二酸异癸醇酯、壬二酸异辛醇酯、癸二酸异庚醇酯、癸二酸异辛醇酯、癸二酸异壬醇酯、癸二酸异癸醇酯、十三碳二酸异庚醇酯、十三碳二酸异辛醇酯、十三碳二酸异壬醇酯、十三碳二酸异癸醇酯、邻苯二甲酸异庚醇酯、邻苯二甲酸异辛醇酯或邻苯二甲酸异癸醇酯，双酯为二元酸双酯、癸二酸酯或壬二酸酯，多元醇酯为新戊基多元醇酯；矿物油为32号矿物油；复合油为豆油与菜籽油、改性豆油与菜籽油、豆油与合成酯、改性豆油与合成酯、菜籽油与合成酯、豆油与矿物油、改性豆油与矿物油、菜籽油与矿物油、矿物油与合成酯或矿物油与植物油按1∶0.1～1的质量比复合。

5、根据权利要求3所述的一种环境友好的润滑脂，其特征在于合成酯为二元酸双酯、癸二酸酯、壬二酸酯、新戊基多元醇酯、己二酸异庚醇酯、己二酸异辛醇酯、己二酸异壬醇酯、壬二酸异癸醇酯、壬二酸异辛醇酯、癸二酸异庚醇酯、癸二酸异辛醇酯、癸二酸异壬醇酯、癸二酸异癸醇酯、十三碳二酸异庚醇酯、十三碳二酸异辛醇酯、十三碳二酸异壬醇酯、十三碳二酸异癸醇酯、邻苯二甲酸异庚醇酯、邻苯二甲酸异辛醇酯或邻苯二甲酸异癸醇酯。

6、根据权利要求1或2所述的一种环境友好的润滑脂，其特征在于稠化剂为硬脂酸钛皂、12-羟基硬脂酸钛皂或二聚油酸钛皂。

7、根据权利要求1或2所述的一种环境友好的润滑脂，其特征在于稠化剂为12-羟基硬脂酸钛皂。

8、根据权利要求2所述的一种环境友好的润滑脂，其特征在于添加剂为抗氧化剂、极压抗磨剂、稀土添加剂和微纳米添加剂；抗氧化剂为植物油抗氧化剂、复合植物油抗氧化剂、二苯胺、二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、苯基a-萘胺中的一种或几种的组合，其中植物油抗氧化剂为异黄酮，复合植物油抗氧化剂为二叔丁基羟基甲苯；极压抗磨剂为二硫化钼或二烷基二硫代氨基甲酸盐；稀土添加剂为稀土金属、稀土无机化合物或稀土配合物，稀土金属为铈或镧，稀土无机化合物为LaF₃或CeF₃，稀土配合物为水杨醛二肼化丙二酰镧配合物、二烷基二硫代氨基甲酸稀土配合物或棕榈酸稀土配合物；微纳米添加剂为纳米铜粉、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、0.1～25微米的超细铜粉或微米聚四氟乙烯。

9、如权利要求1或2所述的一种环境友好的润滑脂的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：一、将占润滑脂重量15～95％基础油和占润滑脂重量5～85％的稠化剂混合、搅拌、升温至50～160℃，至稠化剂完全溶解在基础油中，保温0～8小时；二、将经步骤一处理后的混合物升温至180～230℃，在搅拌速度15～60转/分条件下，保温0～5分钟；三、将经步骤二处理后的混合物冷却至120～50℃，加入占润滑脂重量0～5％的添加剂，根据需要研磨或剪切后即得到环境友好的润滑脂。

10、根据权利要求9所述的一种环境友好的润滑脂的制备方法，其特征在于在步骤一中加入1/5～1/3占润滑脂重量15～95％的基础油，在步骤三冷却之前再加入剩余的基础油作为急冷油。