甘油對鋰基潤滑脂性能的影響

朱國靖，楊操

(江蘇龍蟠科技股份有限公司，江蘇 南京 210038)

0 引言

在皂基潤滑脂制備過程中，特別是以脂肪三酸酯為原料時，潤滑脂中往往會有甘油存在，它對皂基潤滑脂的滴點、稠度和膠體安定性有相當大的影響。國外研究者，就甘油對皂-油體系體系的溶膠作用研究的比較早，而國內(nèi)的相關(guān)文獻相對較少。

Lawrence研究了包括甘油在內(nèi)的幾種醇對皂-油體系的溶膠作用[1-2]。他指出這些極性的添加物與皂的極性組有吸附作用。它降低了皂的表面張力和皂膠團的內(nèi)聚力，具體表現(xiàn)于皂-油溶解度的增大和皂-油體系相轉(zhuǎn)變點的降低。Galley和Puddington也詳細地觀察了甘油的添加對皂-油體系某些物理性質(zhì)的影響[3-5]。發(fā)現(xiàn)添加少量甘油會導致皂-油體系的高溫相轉(zhuǎn)變消失、沉降體積增大、表面張力降低。

盧培剛等[6]研究了甘油在鋰基潤滑脂的極壓增效作用，指出甘油在鋰基潤滑脂基礎(chǔ)脂中的極壓增效能力不大，但在含硫化物的極壓鋰基脂中，對極壓性能能夠起到明顯的增效作用。張玉萌[7]也研究了將甘油作為添加劑加入后對鋰基潤滑脂滴點、稠度和成膜特性的影響。

本文選擇在制備鋰基潤滑脂的皂化階段加入甘油，考察了其不同添加量對鋰基潤滑脂常規(guī)理化性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

基礎(chǔ)油：500SN，泰國國家石油公司；

稠化劑：長碳鏈脂肪酸，12-羥基硬脂酸，工業(yè)級；

甘油：工業(yè)級；

堿：單水氫氧化鋰，工業(yè)級。

1.2 潤滑脂的制備

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(chǔ)油、12-羥基硬脂酸、甘油，混合加熱至80～85 ℃；緩慢滴加氫氧化鋰水溶液，在100～115 ℃下皂化反應2～2.5 h。

升溫至140～145 ℃脫水，保溫30 min后，繼續(xù)升溫至210～215 ℃，保溫5～10 min。

加入降溫油，冷卻至室溫，經(jīng)三輥研磨機均化研磨成脂。

1.3 潤滑脂的性能評定項目及方法

潤滑脂的性能評定項目及方法見表1。

表1 潤滑脂性能評定儀器及方法

2 性能評價

此處在研究過程中，甘油是在皂化階段加入的，因此在考察其影響時，在皂分相同的情況下，選擇甘油添加量在0%～1.0%之間，在此基礎(chǔ)上進行考察。

2.1 潤滑脂性能指標分析

(1)由圖1可以看出，隨著甘油添加比例的增加，潤滑脂的工作錐入度是變大的，說明甘油的添加對潤滑脂的稠度影響較大。

圖1 潤滑脂工作錐入度的變化

(2)由圖2可以看出，隨著甘油添加比例的增加，潤滑脂的10萬次延長工作錐入度是變大的；增長到一定值后，隨著甘油的增加，10萬次延長工作錐入度變小，說明甘油的添加對潤滑脂的剪切穩(wěn)定性影響較大。

圖2 潤滑脂的剪切安定性

(3)由圖3可以看出，隨著甘油添加比例的增加，潤滑脂的滴點大體上是呈下降的趨勢，說明甘油的添加對潤滑脂的滴點影響較大。

圖3 潤滑脂的滴點

(4)由圖4可以看出，隨著甘油添加比例的增加，潤滑脂的鋼網(wǎng)分油各有差異，可能是由于檢測誤差導致的，大體上甘油的添加對潤滑脂的鋼網(wǎng)分油影響不大。

圖4 潤滑脂的鋼網(wǎng)分油

(5)由圖5可以看出，隨著甘油添加比例的增加，潤滑脂的壓力分油大體上是呈上升的趨勢，然后趨于平穩(wěn)。這與潤滑脂的稠度也有一定的關(guān)系，但總的說甘油的添加對潤滑脂的壓力分油影響較大。

圖5 潤滑脂的壓力分油

(6)由圖6可以看出，隨著甘油添加比例的增加，潤滑脂的相似黏度主要呈下降趨勢，后趨于平穩(wěn)，說明甘油的添加對潤滑脂的流動性具有一定的改善作用。

圖6 潤滑脂的低溫性能

(7)由圖7可以看出，隨著甘油添加比例的增加，潤滑脂的極壓性能變化并不明顯，說明甘油的添加對潤滑脂的極壓性能影響不大。

圖7 潤滑脂的極壓性能

2.2 電鏡纖維結(jié)構(gòu)

選取0%、0.5%和1.0%甘油的潤滑脂的SEM掃描電鏡的纖維結(jié)構(gòu)做對比見圖8。

(a)添加0%甘油 (b)添加0.5%甘油 (c)添加1.0%甘油

由圖8可以看出：由于甘油的添加，改變了潤滑脂稠化劑皂纖維的結(jié)構(gòu)，由原來較為細長的扭帶裝纖維結(jié)構(gòu)變得短而粗大，使得潤滑脂的機械穩(wěn)定性和高溫性能影響較大，從而導致潤滑脂的稠度、10萬次延長錐入度、滴點變差，而潤滑脂的低溫流動性變好；皂纖維的間隙也增大，從而導致潤滑脂的壓力分油變化非常明顯。也進一步說明，甘油的加入，增加了皂的溶解度，降低了皂的表面張力和皂膠團的內(nèi)聚力，抑制了皂纖維的生長?？赡苁怯捎诟视蛯υ矸肿訕O性端進行了吸附，從而皂纖維中的皂分子的排列距離相應的增大了，這表明皂的溶解度增大，潤滑脂的稠度增大。

3 結(jié)論

(1)本文選擇在皂化階段加入甘油，考察了其不同添加量對鋰基潤滑脂的影響，得到其對鋰基潤滑脂的稠度、機械穩(wěn)定性、滴點、壓力分油和低溫流動性影響加大。

(2)隨著甘油添加比例的增加，潤滑脂的鋼網(wǎng)分油和極壓性能變化較小，說明影響不大。

(3)甘油的添加，改變了潤滑脂稠化劑皂纖維的結(jié)構(gòu)，由原來較為細長的扭帶裝纖維結(jié)構(gòu)變得短而粗大，皂纖維的間隙也增大。

(4)甘油對皂分子極性端進行了吸附，從而皂纖維中的皂分子排列距離就相應的增大，降低了皂的表面張力和皂膠團的內(nèi)聚力，抑制皂纖維的生長。