1、前言

 

復(fù)合鋰基潤滑脂的稠化劑體系是由脂肪酸鋰皂和低分子酸鋰鹽共同結(jié)晶形成的，使得制備的潤滑脂滴點在260℃以上。根據(jù)所用低分子酸的不同，復(fù)合鋰基潤滑脂的稠化劑主要有12-羥基硬脂酸一壬二酸體系、12-羥基硬脂酸一癸二酸體系、12-羥基硬脂酸一硼酸體系、12-羥基硬脂酸一磷酸體系、12-羥基硬脂酸一水楊酸體系、12-羥基硬脂酸一癸二酸一硼酸體系等。稠化劑體系不同，生產(chǎn)工藝各異。國內(nèi)生產(chǎn)復(fù)合鋰基潤滑脂主要采用12-羥基硬脂酸一癸二酸體系，也有少部分采用12-羥基硬脂酸一硼酸體系。對于12一羥基硬脂酸一癸二酸復(fù)合鋰基潤滑脂的生產(chǎn)，主要采用常壓反應(yīng)釜一混合釜法和壓力反應(yīng)釜一混合釜法生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)工藝與鋰基潤滑脂的生產(chǎn)工藝相近，所不同的是皂化升溫有一個復(fù)合過程。因此，在生產(chǎn)工藝上有一步法和兩步法之分。

 

國際市場上，壬二酸主要有三家大的國際公司供應(yīng)，產(chǎn)能最大的是意大利Matrica Spa公司，工廠位于撒丁島，總部位于米蘭，是由意大利ENI Versalis和Novamont 兩大化學(xué)公司合資，采用葵花籽油為原料，年產(chǎn)量12000噸。由于壬二酸用于復(fù)合鋰基潤滑脂的性能優(yōu)勢，在歐美地區(qū)使用廣泛。國內(nèi)市場壬二酸的供應(yīng)缺乏，而且小規(guī)模工廠的生產(chǎn)成本高，一般用于醫(yī)藥和化妝品，很少用于復(fù)合鋰基潤滑脂。而癸二酸由于國內(nèi)價格優(yōu)勢，使用很多。隨著環(huán)保和減排的壓力加大，國內(nèi)癸二酸工廠生產(chǎn)受到很大限值，加上癸二酸的原料蓖麻油主要原料來源國印度受天氣原因大量減產(chǎn)，癸二酸在國內(nèi)的市場價格不斷攀升，癸二酸的成本優(yōu)勢減弱。同樣成本下，壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的性能優(yōu)勢愈加凸顯。

 

下面就壬二酸和癸二酸在制備復(fù)合鋰基潤滑脂的性能做一比較。

 

2、試驗原料

 

為了比較壬二酸和癸二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的性能異同，我們在實驗室里使用下面配方制備鋰基脂，使用純度大于99.5%的癸二酸和純度為>92%Matrilox 001T壬二酸和純度>98%Matrilox 001M壬二酸做復(fù)合鋰基潤滑脂做了性能比較。

 

制備鋰基脂和復(fù)合鋰基脂的配方為：

潤滑脂配方

基礎(chǔ)油：PAO ISO46

稠化劑：LiOH + 12-羥基硬脂酸

+ 壬二酸（或癸二酸） (<5%)

添加劑:抗氧劑、腐蝕抑制劑、抗磨劑、聚合物稠化劑 

 

這里選用PAO目的在于獲得可比較的機械穩(wěn)定性，添加劑為制備鋰基脂常規(guī)添加劑。

 

試驗使用的壬二酸性能如表1：

 

試驗使用的癸二酸性能如表2：

 

 

3、使用癸二酸和壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的滴點和機械穩(wěn)定性

 

3.1 使用癸二酸和壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的滴點和機械穩(wěn)定性的原理

 

使用壬二酸和癸二酸提高復(fù)合鋰基潤滑脂的滴點和機械穩(wěn)定性的原理在于：

 

鋰基酯中，鋰皂(12 -羥基硬脂酸鋰)形成網(wǎng)格固定潤滑油，呈現(xiàn)半固態(tài)

 

鋰基酯中加入壬二酸或者癸二酸后，提高了潤滑脂的網(wǎng)格骨架結(jié)構(gòu)，從而提高了復(fù)合鋰基潤滑脂的滴點和機械穩(wěn)定性。

 

3.2 壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂比癸二酸的滴點更高

 

潤滑脂的滴點是指潤滑脂從半固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度，測定方法為ASTM D566:流過標(biāo)準(zhǔn)開口容器的溫度。滴點表征了潤滑脂的耐溫性能，滴點提高，表明潤滑脂的耐溫性能改善。

 

使用壬二酸和癸二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂與鋰基脂的滴點如圖3。

 

中可以明顯看出，使用壬二酸和癸二酸，都能明顯提高鋰基脂的滴點，而使用不同純度的壬二酸，要比癸二酸更能提高潤滑脂滴點。

 

3.3 壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的機械穩(wěn)定性高過癸二酸

 

錐入度測定潤滑脂的硬度和穩(wěn)定性。采用ASTM D217方法測定，即在標(biāo)準(zhǔn)條件下，標(biāo)準(zhǔn)圓錐落入潤滑脂樣品的深度。美國潤滑脂學(xué)會NLGI根據(jù)60次沖程剪切后錐入度數(shù)值，對潤滑脂的硬度和穩(wěn)定性做了分級，如表3。

 

本文試驗采用的鋰基脂和復(fù)合鋰基脂為NLGI 2#硬度。10000次沖程剪切和100000次沖程剪切后，測定潤滑脂的錐入度，可以比較潤滑脂在工作中的硬度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

 

中可以看出，使用壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂，在0和60次沖程剪切后，錐入度都小于癸二酸的，表明使用壬二酸制備的復(fù)合鋰基脂硬度好于癸二酸的。經(jīng)過10000次沖程剪切后，壬二酸制備的復(fù)合鋰基脂的錐入度變化很小，而癸二酸復(fù)合鋰基脂的錐入度就增加了很多，表明壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的機械穩(wěn)定性遠(yuǎn)好于癸二酸的。100000次沖程剪切后，純度較高的壬二酸Martilox 001M制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的錐入度依舊變化很小，純度略低的壬二酸Matrilox 001T制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的錐入度增加依舊小于10000次沖程剪切后癸二酸制備的復(fù)合鋰基脂的錐入度變化。可見壬二酸制備的復(fù)合鋰基脂的機械穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于癸二酸的。

 

給出了壬二酸和癸二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂隨著沖程剪切次數(shù)增加，錐入度的增加趨勢，可以明顯看出，壬二酸制備的復(fù)合鋰基脂的隨著沖程剪切次數(shù)增加，錐入度變化小。而100000次沖程剪切后，癸二酸復(fù)合鋰基脂的錐入度大幅度增加，表明復(fù)合鋰基脂的皂結(jié)構(gòu)破壞，機械穩(wěn)定性快速降低。 

 

用10000次沖程剪切后錐入度與60次沖程剪切后錐入度的差值，比較了實際工作中復(fù)合鋰基脂的機械穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)保持性的差異。可以看出癸二酸復(fù)合鋰基脂的錐入度差值是壬二酸復(fù)合鋰基脂的2-3倍。

 

3.4 滾筒剪切機械安定性比較

 

ASTM D1831方法測定潤滑脂的機械安定性，即在帶旋轉(zhuǎn)滾筒的氣缸中轉(zhuǎn)動72-100小時后，測定潤滑脂的錐入度變化。滾筒法機械安定性測定結(jié)果，表征了潤滑脂在使用壽命期限內(nèi)潤滑脂的穩(wěn)定性。

 

給出了壬二酸和癸二酸制備的復(fù)合鋰基脂的機械安定性差異，途中可以明顯看出壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的機械安定性好于癸二酸的，滾筒剪切后，壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂的錐入度變化只有癸二酸的一半。

 

4、壬二酸和癸二酸制備復(fù)合鋰基潤滑脂的綜合比較

 

 

通過前面試驗數(shù)據(jù)匯總，以及制備工藝的比較，我們可以用圖8給出使用壬二酸制備復(fù)合鋰基潤滑脂與癸二酸制備復(fù)合鋰基脂的綜合比較。

 

使用壬二酸和癸二酸制備復(fù)合鋰基潤滑脂，其它原料相同時，可以得到相同滴點的復(fù)合鋰基脂。但是由于癸二酸的熔點130℃，高于壬二酸（110℃），為了保證癸二酸的熔解和充分反應(yīng)，用癸二酸制備復(fù)合鋰基潤滑脂時，大多采用兩步法工藝：第一步皂化反應(yīng)制備12-羥基硬脂酸鋰，升溫到110-130℃，由癸二酸發(fā)生第二步皂化反應(yīng)。而使用壬二酸時，由于壬二酸的熔點與硬脂酸鋰皂化反應(yīng)溫度接近，就不需要升溫熔解，可以一步法制成，這樣裝置工效會顯著提高，工人的工作強度也會明顯降低。

 

癸二酸制備的復(fù)合潤滑脂通常比壬二酸的軟一點，在實際使用中，遭受連續(xù)和強力機械應(yīng)力剪切時，機械安定性和穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如壬二酸制備的復(fù)合鋰基潤滑脂。這就是在歐美地區(qū)，盡管壬二酸價格遠(yuǎn)高于癸二酸，壬二酸依舊大量用于復(fù)合鋰基潤滑脂的主要原因。

 

關(guān)于作者

 

萬書曉，特科多添加劑(深圳）有限公司市場經(jīng)理，1999年畢業(yè)于中國石油化工科學(xué)研究院。長期從事車用潤滑劑、冷卻液、制動液和工業(yè)潤滑油脂添加劑和配方研發(fā)和市場推廣工作，曾經(jīng)服務(wù)于多家國際知名潤滑劑功能化學(xué)品和添加劑公司，具有豐富的潤滑油脂和冷卻液、制動液現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)和故障診斷經(jīng)驗。發(fā)表多篇技術(shù)論文，著有《機動車發(fā)動機冷卻液》一書。