生產(chǎn)工藝對(duì)二聚脲基潤滑脂滴點(diǎn)的影響

中國石化潤滑油有限公司潤滑脂分公司

聚脲基潤滑脂是以脲基化合物為稠化劑，以礦物油或合成油為基礎(chǔ)油的一種無灰潤滑脂，通常具有耐熱性、抗氧化性好、壽命長、抗水性好、對(duì)介質(zhì)的穩(wěn)定性及抗輻射的性能。

聚脲稠化劑于1954年首次發(fā)現(xiàn)，Swaken等人在考察硅油的熱穩(wěn)定性和氧化安定性時(shí)，發(fā)現(xiàn)聚脲稠化劑具有優(yōu)良性能。最早發(fā)現(xiàn)的是單脲，但由于其稠化能力很低，未在潤滑脂中得到較廣泛的應(yīng)用，隨即出現(xiàn)了以芳基二脲和烷基二脲為典型的二聚脲結(jié)構(gòu)稠化劑，在稠化能力和其他性能方面優(yōu)于單脲，并得到了較為廣泛的應(yīng)用。

我國聚脲基潤滑脂研究起步于20世紀(jì)70年代，但是進(jìn)展相對(duì)緩慢，到目前為止，國內(nèi)外聚脲基潤滑脂的主要產(chǎn)量和品種仍是二聚脲基潤滑脂[1]，它也是高溫及長壽命型潤滑脂的典型代表，廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)、造紙工業(yè)、汽車行業(yè)、電氣工業(yè)、航空工業(yè)等。四聚脲基潤滑脂是20世紀(jì)90年代后期發(fā)展起來的，由于原材料組合調(diào)整范圍寬，性能的改進(jìn)空間大，大部分四聚脲基潤滑脂具有更為優(yōu)良的稠化能力和高溫性能，發(fā)展前景較好，但控制因素更加復(fù)雜，對(duì)后產(chǎn)設(shè)備及后產(chǎn)工藝要求高，由于成本高，僅在部分領(lǐng)域得到應(yīng)用，未被廣泛推廣。

聚脲基潤滑脂的后產(chǎn)工藝復(fù)雜，市售品牌眾多但質(zhì)量參差不齊。本文主要就聚脲基潤滑脂后產(chǎn)過程控制的關(guān)鍵因素進(jìn)行探索。耐溫性是聚脲基潤滑脂諸多性能中較為突出的，因具有獨(dú)特的抗酸、堿能力，通常被認(rèn)為是高端潤滑脂。表征潤滑脂的耐溫性有很多評(píng)判方法，如滴點(diǎn)、高溫錐入度、軸承漏失量（高溫）等，本文對(duì)后產(chǎn)工藝過程關(guān)鍵因素對(duì)二聚脲基潤滑脂滴點(diǎn)的影響進(jìn)行了研究。

試驗(yàn)部分

滴點(diǎn)測試方法

測試方法采用GB/T 3498—2008《潤滑脂寬溫度范圍滴點(diǎn)測定法》，即在規(guī)定的加熱條件下，測定潤滑脂從儀器的脂杯中滴出第一滴流體并到達(dá)試管底部時(shí)的溫度。

稠化劑選擇

本文采用性價(jià)比較高的烷基胺A、芳香胺B與4.4’-二苯基甲烷二異氰酸酯（簡稱MDI） 反應(yīng)后成的二聚脲潤滑脂。含脲基有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 含脲基有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)工藝及設(shè)備

潤滑脂制作過程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理變化過程，通常是：反應(yīng)釜加入基礎(chǔ)油——加入胺和MDI——反應(yīng)——升溫——最高煉制溫度及恒溫——加入調(diào)和油——加入必備添加劑——調(diào)整稠度至目標(biāo)范圍——加入功能添加劑——灌裝成品。

后產(chǎn)裝置為行業(yè)內(nèi)常用的“反應(yīng)釜+中間釜+調(diào)和釜”的釜式方式，物料加入過程為自動(dòng)化控制。

關(guān)鍵因素影響

由于后產(chǎn)過程涉及因素多，各種因素均對(duì)潤滑脂的結(jié)構(gòu)及性能有較大的影響。筆者根據(jù)后產(chǎn)過程的各種因素分析，著重從激化溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、最高恒溫溫度、調(diào)和油溫度、添加劑A加入溫度及加劑量五個(gè)方面開展試驗(yàn)，并就不同的關(guān)鍵因素變化對(duì)產(chǎn)品的影響進(jìn)行了分析。

本文研究的二聚脲基潤滑脂，除特別說明，通常的后產(chǎn)工藝條件見表1。

表1 生產(chǎn)工藝條件

反應(yīng)階段激化溫度的影響

反應(yīng)溫度是潤滑脂后產(chǎn)的關(guān)鍵因素。MDI溶液和胺液快速接觸后發(fā)后放熱反應(yīng)，反應(yīng)的最高溫度為激化溫度，激化溫度跟胺溶液濃度及溫度、MDI濃度及溫度有關(guān)。一般條件下，胺溶液和MDI溶液的濃度和溫度越高，激化溫度越高；胺溶液和MDI溶液的濃度和溫度越低，則激化溫度則越低。

提前配制一定濃度原料，并加熱至一定溫度的胺溶液和MDI溶液，使之反應(yīng)后激化溫度分別達(dá)到指定溫度，檢測反應(yīng)后滴點(diǎn)，結(jié)果見表2。

表2 不同激化溫度下的反應(yīng)滴點(diǎn)

通常情況二聚脲基潤滑脂的激化溫度在105～110 ℃，激化后物料溫度略有下降需配合供熱媒來保持反應(yīng)階段的恒溫，但通過摸索，發(fā)現(xiàn)此種原料組合激化溫度在100～105 ℃時(shí)，對(duì)滴點(diǎn)效果更好，從而指導(dǎo)調(diào)整胺液和MDI溶液的濃度，以及配合熱媒的溫度，使反應(yīng)效果達(dá)到最好。同時(shí)，結(jié)合紅外光譜儀，查看稠化劑結(jié)構(gòu)及原料吸收峰殘留，均未見異常，二脲基潤滑脂反應(yīng)結(jié)束后紅外光譜圖見圖2。

圖2 二脲基潤滑脂反應(yīng)結(jié)束后紅外光譜圖

攪拌速度對(duì)滴點(diǎn)的影響

因“釜式”后產(chǎn)法特點(diǎn)是釜壁溫度高，靠物料自身運(yùn)動(dòng)將熱量交換或傳遞至釜心物料，造成釜心物料溫度低的缺陷，本文考察了在激化反應(yīng)開始前的低、中、高三種攪拌速度（其他條件相同），對(duì)滴點(diǎn)影響見表3。

表3 攪拌速度對(duì)滴點(diǎn)影響

由表2可見，攪拌轉(zhuǎn)速越高，滴點(diǎn)越高。但由于物料溫度高，高轉(zhuǎn)速下注意物料的飛濺，防止?fàn)C傷，因此，在后產(chǎn)過程中，需要根據(jù)實(shí)際條件給出合適的攪拌轉(zhuǎn)速。同時(shí)，從表2還可以看出（雖然本文未對(duì)錐入度進(jìn)行著重研究），轉(zhuǎn)速越高，錐入度越小，表明潤滑脂越硬，同條件下，高轉(zhuǎn)速攪拌能夠促進(jìn)二脲基結(jié)構(gòu)發(fā)揮更強(qiáng)的稠化能力。

最高恒溫溫度對(duì)滴點(diǎn)的影響

最高煉制溫度下的恒溫過程是復(fù)合型潤滑脂性能的關(guān)鍵影響階段，經(jīng)驗(yàn)的說法是“分子重新排列過程”，理論研究對(duì)這種微觀變化不夠深入，但在宏觀性能下，表現(xiàn)出的差異較大。但每種潤滑脂的最高恒溫溫度沒有嚴(yán)格的劃定，更多是通過實(shí)踐摸索得出的。本文分別考察了3個(gè)溫度區(qū)間，分別考察恒溫前和恒溫后對(duì)滴點(diǎn)的影響，結(jié)果見表4。

表4 最高恒溫溫度區(qū)間對(duì)滴點(diǎn)的影響

由表4可以看出，升溫到最高煉制溫度時(shí)，恒溫前的滴點(diǎn)小于恒溫后，并且溫度相差較大；不同最高恒溫溫度對(duì)滴點(diǎn)的影響更大，180～190 ℃更加適合作為此種原料的二聚脲基潤滑脂的最高恒溫溫度。

后調(diào)油溫度對(duì)滴點(diǎn)的影響

潤滑脂在完成最高恒溫后，一般通過反應(yīng)釜內(nèi)急冷和倒釜急冷的方式，給高溫下的物料降溫，但這個(gè)過程由于稠化劑纖維結(jié)構(gòu)剛剛完成重組，結(jié)構(gòu)還比較脆弱，并不能適應(yīng)常溫下的基礎(chǔ)油降溫，因此，不同的后調(diào)油的溫度對(duì)滴點(diǎn)的影響就值得研究。通過研究相同質(zhì)量不同溫度基礎(chǔ)油對(duì)反應(yīng)物料冷卻，發(fā)現(xiàn)這種二聚脲基脂產(chǎn)品需要的后調(diào)油溫度為120 ℃以上。不同后調(diào)油溫度對(duì)滴點(diǎn)影響見表5。

表5 不同后調(diào)油溫度對(duì)滴點(diǎn)影響

添加劑A對(duì)滴點(diǎn)的影響

添加劑A通常被用于聚脲潤滑脂的商業(yè)化原料，用來提高其滴點(diǎn)和熱穩(wěn)定性。普通添加劑通常在調(diào)和釜中加入，用來提高潤滑脂在使用過程中的某些性能，其作用在潤滑過程中發(fā)揮出來，而添加劑A的作用不同，它能夠提升二聚脲基脂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，尤其是在高溫下的表現(xiàn)?？疾炝思尤霚囟燃凹觿┝繉?duì)滴點(diǎn)的影響，具體見表6。

表6 添加劑A加入溫度和加劑量對(duì)滴點(diǎn)的影響

由表6可見，添加劑A的加入溫度和加劑量均對(duì)此二聚脲基潤滑脂的滴點(diǎn)影響較大。可以得出，在物料溫度在130 ℃加入時(shí)，滴點(diǎn)效果最好，同時(shí)，隨著加劑量加大，滴點(diǎn)效果有所改善，但加入到4%時(shí)，效果與2%的效果相當(dāng)，從經(jīng)濟(jì)性考慮，在130 ℃時(shí)加入2%的效果最好。

結(jié)論

☆激化溫度、攪拌速度、后調(diào)油溫度、最高恒溫溫度幾個(gè)關(guān)鍵后產(chǎn)因素，均對(duì)滴點(diǎn)有較大的影響，在后產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)控制，能夠穩(wěn)定和提升產(chǎn)品質(zhì)量；

☆添加劑A雖與其他添加劑一樣在反應(yīng)完成后加入，其對(duì)此種二聚脲基脂的滴點(diǎn)影響較大。通過控制其加入時(shí)機(jī)和加劑量，大幅度提高了產(chǎn)品滴點(diǎn)，穩(wěn)固了產(chǎn)品高溫性能。

☆聚脲基潤滑脂產(chǎn)品原料組合復(fù)雜，每種組合均有相應(yīng)的后產(chǎn)工藝控制關(guān)鍵因素，需要根據(jù)組合情況摸索不同原料的適合工藝參數(shù)并深入研究。