复合铝基润滑脂的制备研究.docx

《复合铝基润滑脂的制备研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复合铝基润滑脂的制备研究.docx（8页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、复合铝基润滑脂的制备争论刘显秋;李茂森;段庆华【摘 要】The preparation of aluminum complex grease using aluminum isopropoxide as raw material was studied.The effects of the reaction temperature,the reaction sequence of organic acid saponification,the amount of quench oil,the composition of aluminum complex soap and the type o

2、f the base oils on the physicochemical properties of the product were investigated.Infrared spectroscopy was used to monitor the synthesis of aluminum complex soap and complex grease.The scale up test was conducted on pilot plant.The materials used are 150BS,where 1/3 is used as quench oil,stearic a

3、cid and benzoic acid which react with aluminum isopropoxide at the same time.The optimal reaction conditions are:the molar ratio of stearic acid,benzoic acid and aluminum isopropoxide is 1 1 1.2,the maximum refining temperature is controlled at 180-190 .The preparation process can be well monitored

4、by infrared spectroscopy.The aluminum complex grease prepared has a good performance in mechanical stability,colloidal stability,anti-corrosion and anti-rust,water resistance and abrasion resistance,and meets the US Navy ship grease AA-50433 specification.%以异丙醇铝为原料制备复合铝基润滑脂,考察最高炼制温度、皂化有机酸的反响挨次、急冷油参加

5、量、复合铝皂稠化剂的组成、根底油种类等对复合铝基润滑脂理化性能的影响;通过红外光谱分析手段监控争论复合铝皂的生成和复合铝基润滑脂的制备过程;依据试验得到的最正确生产工艺和配方,在中型装置上进展放大试验.结果说明:复合铝基润滑脂的最正确制备条件为根底油选择 150BS,用1/3 质量的 150BS 作急冷油,硬脂酸和苯甲酸同时与异丙醇铝反响,硬脂酸、苯甲酸、异丙醇铝的摩尔比为 111.2,最高炼制温度掌握在 180190;利用红外光谱分析可以很好地监测该制备过程;所研制的复合铝基润滑脂产品具有良好的机械安定性、胶体安定性、防腐防锈性、抗水性和抗磨性,可满足美国海军舰船用润滑脂 A- A-5043

6、3 标准要求.【期刊名称】石油炼制与化工【年(卷),期】2023(048)011【总页数】6 页(P89-94)【关键词】润滑脂;复合铝皂;异丙醇铝;红外光谱【作 者】刘显秋;李茂森;段庆华【作者单位】石油化工科学争论院,北京 100083;石油化工科学争论院,北京 100083;石油化工科学争论院,北京 100083【正文语种】中 文复合铝基润滑脂的争论开发较晚，20 世纪 50 年月才开头消灭复合铝基润滑脂的专利报道，但并没有引起人们的重视；国外在 60、70 年月开展了对复合铝基脂的争论1-4，国内在 70 年月也开头了相应争论，始终持续到 80、90 年月，复合铝基脂渐渐得到进展，品种

7、渐渐丰富。2023 年，全球复合铝基脂的产量为 34230.27 t，占润滑脂总产量的 3.05%；在中国，复合铝基润滑脂产量为 4 394.40 t， 占我国润滑脂总产量的 1.05%5。复合铝基脂具有良好的高温性、胶体安定性、氧化安定性和抗水性，最为突出的是良好的泵送性，适用于集中润滑系统，目前已经在钢铁厂、汽车制造厂、罐头食品厂和火车气动刹车装置上使用。从地球资源角度考虑，地壳中铝的丰度为 7.7%，是最为丰富的金属元素，因此复合铝基脂被认为是最有进展前景的润滑脂品种。进入 21 世纪以来，复合铝基脂的进展相对较慢， 这主要是受到了复合锂基润滑脂、复合磺酸钙基润滑脂、聚脲润滑脂的挑战，另

8、外， 复合铝基润滑脂的生产工艺相对其它润滑脂的生产要简单些。但是复合铝基润滑脂 在构造和性能方面有独特之处，对其进展争论具有肯定的理论意义和应用价值。依据铝源不同复合铝基润滑脂的制备方法分为两类：异丙醇铝法和异丙醇铝三聚体法。由于异丙醇铝三聚体法的生产工艺掌握相对简洁，润滑脂产品质量稳定，大多数争论都是围绕该方法探讨根本组成和工艺对润滑脂性能的影响6-9。但是，合成异丙醇铝三聚体的过程简单，同时需要处理大量的异丙醇，从安全和经济效益考虑，国内生产厂家已经停顿了三聚体的生产，从而导致复合铝基润滑脂生产中最重要的铝源来之不易，本钱很高。而异丙醇铝则较为易得且廉价，因此，李凯等10- 13对以异丙醇

9、铝为原料生产复合铝基润滑脂的工艺进展了争论。本课题以异丙醇铝为原料制备复合铝基润滑脂，考察最高炼制温度、皂化有机酸的反响挨次、急冷油参加量、复合铝皂稠化剂的组成、根底油种类等对复合铝基润滑脂理化性能的影响；针对根底脂抗磨性差的状况，考察添加常规抗磨剂和填料对润滑脂抗磨性能的改善效果；通过红外光谱分析手段监控争论复合铝皂的生成和复合铝基润滑脂的制备过程；依据试验得到的最正确生产工艺和配方，在中型装置上进展放大重复试验。1.1 原料与设备原料：三异丙氧基铝，化学纯，上虞华伦化工生产；硬脂酸、苯甲酸，均为分析纯，国药集团化学试剂生产。设备：复合铝基润滑脂试验室考察设备为自制 2 L 润滑脂制脂釜；中

10、型生产设备为100 L 润滑脂制脂釜；NICOLET AVATAR360 红外光谱仪，美国 Thermo Fisher 公司生产。1.2 技术路线三异丙氧基铝(异丙醇铝)与硬脂酸和苯甲酸反响的化学方程式为：式中：RO为异丙氧基；R1COOH 为硬脂酸；R2COOH 为苯甲酸。根本制备工艺：将根底油、硬脂酸和苯甲酸混合物加热至 80 ，参加异丙醇铝， 在 90100 皂化反响 1 h，然后参加水，反响 10 min，升温至最高炼制温度， 加急冷油(根底油)降温至 100 ，研磨成脂。2.1 最高炼制温度的影响依据根本制备工艺，考察最高炼制温度对润滑脂性能的影响，结果见表 1。由表 1 可以看出，

11、最高炼制温度为 180190 ，润滑脂的稠度、机械安定性、胶体安定性和滴点等综合性能指标较好。2.2 有机酸反响挨次的影响在最高炼制温度为 180 时，考察硬脂酸、苯甲酸与异丙醇铝反响的挨次对润滑脂性能的影响，结果见表 2，其中 A 试验按根本制备工艺进展；B 试验为先将根底油和硬脂酸混合，加热至 80 后参加异丙醇铝，在 90100 保持 1 h，皂化反响 0.5 h，然后参加苯甲酸，与异丙醇铝反响 0.5 h。由表 2 可以看出，B 试验样品的机械安定性、胶体安定性和滴点等与 A 试验样品相当，但润滑脂较稠。2.3 急冷油参加量的影响在润滑脂制备过程中，加热到最高炼制温度后，需参加急冷油降

12、温，使稠化剂形成结晶，并进一步形成稠化剂纤维。分别取 12、23 和 34 的根底油与硬脂酸和苯甲酸混合，依据根本制备工艺进展反响，到达最高炼制温度(180 )后，分别参加剩下的 12、13 和 14 根底油(急冷油)降温至 100 ，考察急冷油参加量对润滑脂性能的影响，结果见表 3。由表 3 可以看出，当急冷油占根底油总量的比例为 13 时， 所得润滑脂样品的机械安定性最好。2.4 原料配比的影响依据根本制备工艺，在最高炼制温度为 180 时考察原料配比对润滑脂理化性能的影响，结果见表 4。由表 4 可以看出，原料配比对润滑脂的滴点影响不大，在硬脂酸、苯甲酸、异丙醇铝的摩尔比为 111.2

13、时制备的复合铝基脂的稠度最低， 机械安定性最好。2.5 根底油种类的影响分别以精制石蜡基矿物油 150BS、环烷基矿物油大港锂料和进口 PAO-10 油为根底油，依据根本制备工艺，将 23 质量的根底油与硬脂酸、苯甲酸混合并加热至80 ，然后参加异丙醇铝，其中硬脂酸、苯甲酸、异丙醇铝的摩尔比为111.2，在 90100 皂化反响 1 h，然后加水反响 10 min，升温至 180 ， 加剩余 13 质量的根底油降温至 100 ，研磨，分别制备成复合铝基润滑脂并评价其理化性能，结果见表 5。对每种根底油分别制备了 2 个不同稠化剂用量稠化剂质量分数=m(硬脂酸+苯甲酸)m(硬脂酸+苯甲酸+根底油

14、)100%的样品，其中环烷基根底油的苯胺点低，对复合铝皂的溶解度高，在润滑脂到达同样的稠度时稠化剂用量少。润滑脂的抗水喷雾性与稠化剂的憎水性有关，同时抗水喷雾性还与润滑脂的稠度和根底油的黏度有关。相像黏度表达了润滑脂的低温使用性能和泵送性，与根底油的低温性能和黏度有关，同样与润滑脂的稠化剂量和润滑脂的稠度有关。由表 5 可以看出，150BS 根底油的黏度较高，稠化力量适当，所得润滑脂的机械安定性、抗水喷雾性和相像黏度都良好。2.6 抗磨性考察在复合铝基润滑脂根底脂中分别参加不含磷的抗磨添加剂噻二唑衍生物 A 和硫代酯 B，通过四球试验考察其抗磨性，结果见表 6。由表 6 可以看出，复合铝基润滑

15、脂根底脂的抗磨性较差，参加添加剂后对抗磨性没有改善。在复合铝基润滑脂根底脂中分别添加无毒固体填料 A 和 B，通过四球试验考察其抗磨性结果见表 7。由表 7 可以看出，添加填料 A 后可以改善润滑脂的抗磨性，钢球磨斑直径较小。综合以上考察结果，复合铝基润滑脂的最正确制备条件为：根底油选择 150BS，用13 质量的 150BS 作急冷油，硬脂酸和苯甲酸同时与异丙醇铝反响，硬脂酸、苯甲酸、异丙醇铝的摩尔比为 111.2，最高炼制温度掌握在 180190 。在润滑脂的争论和生产中，除了常规的检测手段外，可以借鉴红外光谱技术分析润滑脂的组成、监测掌握反响过程、分析组成含量。复合铝皂的特征吸取峰为波数

16、 15651 610 cm-1 间的三重峰和 3 670 cm-1 左右的羟基峰，其中 1 5651 610 cm-1 间的三重峰为两个苯甲酸盐和一个硬脂酸盐的重叠，硬脂酸铝的 AlOH 吸取峰在 3 690 cm-1 左右。图 1 和图 2 分别为硬脂酸铝和复合铝基脂的红外光谱， 两者的羟基峰位置有明显的区分，可以通过羟基峰和三重峰判定是否生成复合铝皂。为了更好地监控反响过程，本争论承受两步法制备复合铝基润滑脂，即三异丙醇铝 分两次参加，分别与苯甲酸和硬脂酸进展反响。由于苯甲酸的活性高于硬脂酸，所 以先加硬脂酸与局部三异丙醇铝反响，然后参加苯甲酸，最终参加剩余的三异丙醇 铝。在整个反响过程中

17、，分别取刚参加硬脂酸与三异丙醇铝反响时的样品、参加苯 甲酸反响后的样品、加完剩余三异丙醇铝反响后的样品、加水反响后的样品、升温 到最高炼制温度(190 )保温 30 min 前后及加急冷油降温后的样品进展红外光谱分析，结果见图 3图 9。由图 3图 9 可以看出：刚参加硬脂酸时，由于其还未与异丙醇铝反响生成硬脂酸铝，所以样品的谱图中没有硬脂酸铝的 AlOH 吸取峰；参加苯甲酸反响后，样品的谱图中消灭了复合铝皂的两个特征峰，即 1 5691 604 cm-1 间的三重峰和 3 668 cm-1 处的羟基峰，并且始终保持到加急冷油降温后；另外，由于硬脂酸过量，会生成二硬脂酸铝，参加苯甲酸反响后，苯

18、甲酸替换掉二硬脂酸铝中的一个硬脂酸，样品的红外谱图中消灭了替换下来的硬脂酸的羰基峰(1700 cm-1)，而再参加剩余的三异丙醇铝反响后，硬脂酸的羰基峰消逝；在190 保温 30 min 后可以提高三重峰中间峰即硬脂酸羰基峰的高度。依据上述试验室考察总结的制备方法及最正确制备条件，在中型装置进展 3 个三批次放大试验，结果见表 8。由表 8 可以看出：中型放大试验得到的润滑脂产品外观均匀光滑，滴点大于 280 ，蒸发率小于 1%，相像黏度小于 500 Pas，说明具有良好的高温、低温性能；10 万次剪切后润滑脂的软化率小于 5%，钢网分油率也小于 5%，说明具有良好的机械安定性和胶体安定性；铜

19、片腐蚀试验结果为 1b 级，轴承防锈试验结果为 1 级，说明具有良好的防腐防锈性；抗水喷雾性试验的最大损失率小于 25%，说明具有良好的黏附性和抗水性；氧化安定性试验的压力降小于 20 kPa，说明具有良好的氧化安定性；与丁腈橡胶片的相容性试验中体积膨胀率为 6.78%，说明具有良好的与橡胶密封件的相容性；四球抗磨性试验的钢球磨斑直径小于 0.5 mm，说明具有良好的抗磨性；除钢-钢环块摇摆磨损试验因分析设备局限未完成外，中型放大试验1)单位为 lbin2，1 lbin2=6.894103 Pa。样品的分析结果完全符合美国海军 A-A-50433 标准要求。另外，本争论在制备复合铝基润滑脂的过

20、程中用到的添加剂不含磷等有毒元素，所以润滑脂在使用过程中(尤其在高温环境下)不会释放有害气体，适合应用在海军舰船等狭小密闭空间。以三异丙氧基铝为原料制备复合铝基润滑脂的最正确条件为：根底油选择 150BS， 用 13 质量的 150BS 作急冷油，硬脂酸和苯甲酸同时与异丙醇铝反响，硬脂酸、苯甲酸、异丙醇铝的摩尔比为 111.2，最高炼制温度掌握在 180190 。红外光谱分析可以很好地监测该制备过程。所研制的复合铝基润滑脂产品具有良好的机械安定性、胶体安定性、防腐防锈性、抗水性和抗磨性，可满足美国海军舰船用润滑脂 A-A-50433 标准要求。【相关文献】1 Plumer E L.Formul

21、ation，characterization and performance of aluminum complex amino-acid greaseJ.NLGI Spokesman ，1964，28(5)：142-1452 Drerher J L，Koundakjian T H.Manufacture and properties of aluminum complex greaseJ.NLGI Spokesman，1965，29(8)：107-1133 Kruschwifz H W.The development of formulation for aluminum complex t

22、hickener systemJ.NLGI Spokesman，1976，40(2)：51-594 Coleman R L，Witte A C.High dropping point grease thickenersJ.NLGI Spokesman ， 1978，42(2)：56-605 姚立丹，杨海宁，孙洪伟，等.2023 年中国及全球润滑脂生产状况分析C第 18 届全国润滑脂技术沟通会论文集.上海：石油商技编辑部，2023：9-196 姜丕业.根本组成对复合铝基润滑脂性能的影响C第 1 届全国润滑脂技术沟通会论文集.北京：石油炼制编辑部，1982：106-1117 廖顺知.根底油的性质对

23、复合铝基润滑脂胶体构造影响的探讨C第 8 届全国润滑脂技术沟通会论文集.北京：石油炼制与化工编辑部，1995：94-978 蒋明俊，郭小川，熊晓龙.复合铝基润滑脂的制备及性能争论J.石油学报(石油加工)，2023， 27(S)：16-199 申华峰.脂肪酸对复合铝基脂制备的影响J.石油学报(石油加工)，2023，27(S)：20-2310 李凯，马悦波.复合铝基润滑脂的争论C第 9 届全国润滑脂技术沟通会论文集.北京：石油炼制与化工编辑部，1997：123-12611 谭戈.复合铝基润滑脂生产工艺的探讨C第 13 届全国润滑脂技术沟通会论文集.北京：石油学报(石油加工)编辑部，2023：123-12512 李来红.复合铝基润滑脂的研制J.炼油与化工，2023，17(1)：23-26，3813 郭永刚，董霞，何娟.复合铝基润滑脂的制备与性能争论J.润滑油，2023，27(3)：6-9