通過(guò)工藝控制改善無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂滴點(diǎn)的研究

朱國(guó)靖

南京弗洛蒙科技有限公司

鈣基潤(rùn)滑脂[1]是最早應(yīng)用的一款潤(rùn)滑脂產(chǎn)品，由于生產(chǎn)工藝和設(shè)備簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，在早期得到廣泛的應(yīng)用。但鈣基潤(rùn)滑脂最大的缺點(diǎn)就是滴點(diǎn)低，當(dāng)使用溫度過(guò)高時(shí)，結(jié)構(gòu)就容易遭到破壞而失去潤(rùn)滑作用。隨著機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，對(duì)于潤(rùn)滑脂的要求越來(lái)越高，鈣基潤(rùn)滑脂逐漸不能滿足設(shè)備應(yīng)用的需要。

普通的鈣基潤(rùn)滑脂骨架纖維結(jié)構(gòu)中由于含有結(jié)構(gòu)水，當(dāng)使用溫度超過(guò)100 ℃時(shí)，鈣基潤(rùn)滑脂的結(jié)構(gòu)容易因失水而被破壞。而無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)中不含水，一般滴點(diǎn)可超過(guò)140 ℃，短期的使用溫度可達(dá)120 ℃。其抗水性和機(jī)械安定性好，同時(shí)不會(huì)發(fā)生儲(chǔ)存硬化和受熱硬化的問(wèn)題，而且生產(chǎn)制造成本低，性價(jià)比高。

據(jù)統(tǒng)計(jì)[2,3]，自2015年以來(lái)，國(guó)內(nèi)鋰基潤(rùn)滑脂每年的總產(chǎn)量是每年遞減的，而無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的總產(chǎn)量是每年都在增長(zhǎng)（參見(jiàn)表1）。其主要原因是因?yàn)榻陙?lái)隨著新能源市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，鋰作為新能源車動(dòng)力電池必不可少材料出現(xiàn)供應(yīng)短缺，氫氧化鋰的價(jià)格也隨之暴漲，自然鋰基潤(rùn)滑脂的價(jià)格也隨之急增（參見(jiàn)圖1），而氫氧化鈣的價(jià)格多年來(lái)價(jià)格穩(wěn)定，因而市場(chǎng)對(duì)于價(jià)格有明顯優(yōu)勢(shì)的無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的需求就隨之增加了（主要應(yīng)用于工況嚴(yán)苛程度較低的場(chǎng)合）。

表1 2015—2021年中國(guó)鋰基潤(rùn)滑脂和無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂產(chǎn)量對(duì)比

高宇航等[4]研究表明，與鋰基潤(rùn)滑脂相比，無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂具有更好的低溫性能、抗水性能以及對(duì)于添加劑的感受性能，特別是在使用溫度低于120 ℃時(shí)具有更好的形變控制力、潤(rùn)滑性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。但是受限于滴點(diǎn)較低，一般不超過(guò)150 ℃，高溫性能較差，使得這種潤(rùn)滑脂的應(yīng)用受到了局限。因此，為了提高無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的應(yīng)用范圍，就必須突破這一瓶頸。

本文擬采用通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)工藝控制的方法來(lái)制備高滴點(diǎn)的無(wú)水鈣基脂，在生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單可控、不增加額外生產(chǎn)成本的前提下，達(dá)到提升無(wú)水鈣基脂產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)原料

基礎(chǔ)油

低凝300#：市售。

稠化劑

12-羥基硬脂酸：工業(yè)級(jí)；

本文選擇在常壓釜制備無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂，通過(guò)改進(jìn)加水皂化反應(yīng)工藝以及脫水溫度控制，在不增加額外生產(chǎn)成本的前提下，提升無(wú)水鈣基脂產(chǎn)品質(zhì)量，滴點(diǎn)最高可達(dá)158 ℃的同時(shí)，提高了機(jī)械穩(wěn)定性、膠體安定性和耐熱性。

堿：氫氧化鈣，工業(yè)級(jí)。

無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的制備

無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的制備工藝如圖2所示。

潤(rùn)滑脂的性能評(píng)定項(xiàng)目及方法

潤(rùn)滑脂的性能評(píng)定項(xiàng)目及方法見(jiàn)表2。

表2 潤(rùn)滑脂性能評(píng)定儀器及方法

無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的質(zhì)量指標(biāo)

工藝改進(jìn)后的無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的性能質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 工藝改進(jìn)后的無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比

表4 加水皂化工藝改進(jìn)前后的理化指標(biāo)對(duì)比結(jié)果

表5 不同脫水溫度下無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的理化指標(biāo)對(duì)比結(jié)果

結(jié)果與討論

潤(rùn)滑脂的組成[5]中，膠溶劑對(duì)皂-油體系（皂纖維骨架結(jié)構(gòu)）中有很大的影響，這些膠溶劑一般是一些極性較強(qiáng)的半極性化合物，而其中水是唯一例外的膠溶劑。膠溶劑添加量的過(guò)多或者過(guò)少對(duì)體系影響很大，而在無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂生產(chǎn)過(guò)程中，水不僅起到促進(jìn)皂化反應(yīng)進(jìn)程的作用，也起到膠溶劑的作用，因此加水皂化過(guò)程的反應(yīng)控制程度，直接影響了潤(rùn)滑脂的品質(zhì)。由于此種反應(yīng)控制工藝的特殊性，采用常壓釜才能更好的完成，因此不對(duì)其他生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行過(guò)多討論。

加水皂化工藝對(duì)產(chǎn)品性能的影響

無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂中加水皂化控制溫度在100～105 ℃，在此過(guò)程中

劑的含量過(guò)高，降低了皂-油之間的吸附力，因而導(dǎo)致了體系稠度和膠體安定性的降低；脫水溫度的過(guò)高，破壞了皂纖維結(jié)構(gòu)間的氫鍵骨架結(jié)構(gòu)，無(wú)法固定更多的油，因而也導(dǎo)致了體系稠度和膠體安定性的降低。從上面的結(jié)果可以看出，分別在110～115 ℃和115～120 ℃完成脫水，稠度、機(jī)械穩(wěn)定性和膠體安定性都較好，滴點(diǎn)也達(dá)到了150 ℃以上。因此，最佳脫水溫度應(yīng)控制在110～120 ℃之間較好。

對(duì)修改后的工藝進(jìn)行批量大生產(chǎn)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 改進(jìn)工藝后無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂大生產(chǎn)數(shù)據(jù)

由表6可見(jiàn)，改進(jìn)后無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的生產(chǎn)檢測(cè)結(jié)果能夠達(dá)到設(shè)計(jì)初衷，滴點(diǎn)超過(guò)150 ℃，機(jī)械安定性和膠體安定性都很穩(wěn)定，批量化生產(chǎn)穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

結(jié)論

☆通過(guò)改進(jìn)加水皂化反應(yīng)進(jìn)程的控制，在不增加生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高產(chǎn)品品質(zhì)，最高滴點(diǎn)達(dá)到了158 ℃。

☆通過(guò)控制脫水溫度，調(diào)整無(wú)水鈣基脂皂纖維骨架間的膠溶劑（水）的含量，最佳脫水溫度應(yīng)控制在110～120 ℃之間較好。

☆本文通過(guò)提高無(wú)水鈣基潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)、機(jī)械穩(wěn)定性和膠體安定性，提升了潤(rùn)滑脂的耐熱性能，對(duì)其衍生產(chǎn)品的工藝改進(jìn)也提供了一定的參考。

圖3 膠溶劑的添加量與皂-油體系黏度（稠度）的關(guān)系