环保型润滑脂组合物及其制备方法.pdf

一种环保型润滑脂组合物，包括由基础油和稠化剂组成的基础脂以及添加剂，其中所述基础油选自合成油基础油，所述稠化剂为锂皂或复合锂皂稠化剂，所述添加剂中至少含有选自硼酸盐、纳米极压剂中的极压抗磨剂，以及抗氧剂和防锈剂，该润滑脂具有较好的生物降解性，同时具有良好的高低温特性、良好的极压抗磨性能和低的启动转矩和运转转矩，适用于铁路转辙机使用。

1.  一种环保型润滑脂组合物，包括由基础油和稠化剂组成的基础脂以及添加剂，其中所述基础油选自合成油基础油，所述稠化剂为锂皂或复合锂皂稠化剂，所述添加剂中至少含有选自硼酸盐、纳米极压剂中的极压抗磨剂，以及抗氧剂和防锈剂，以润滑脂基础脂重量为基准，基础油含量为65%～95%，锂皂或复合锂皂稠化剂的含量为5%～35%，极压抗磨剂含量为1%～8%，抗氧剂含量为0.1%～2%，防锈剂含量为0.1%～2%。 

2.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，以润滑脂基础脂重量为基准，基础油含量为70%～90%，锂皂或复合锂皂稠化剂的含量为10%～30%，极压抗磨剂含量为1.5%～5%，抗氧剂含量为0.3%～1%，防锈剂含量为0.2%～1.5%。 

3.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，所述合成油基础油为合成烃油、酯类油或合成烃油和酯类油的混合油，100℃粘度为2～40mm²/s。 

4.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，所述酯类油选自癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、三羟甲基丙烷酯、季戊四醇脂肪酸酯和双季戊四醇六酯中的一种或几种。 

5.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，所述合成烃油选自聚α烯烃合成油和/或烷基苯合成油。 

6.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，所述锂皂为至少一种C10～C20脂肪酸与氢氧化锂的反应产物；所述复合锂皂为至少一种C10～C20脂肪酸和分子量小于150的低分子酸与氢氧化锂的反应产物。 

7.  按照权利要求6所述的润滑脂组合物，其中，C10～C20脂肪酸选自月桂酸、十二羟基硬脂酸或硬脂酸，所述低分子酸选自硼酸、甲酸、乙酸、苯甲酸、水杨酸、癸二酸、壬二酸和己二酸中的一种或多种，C10～C20脂肪酸与低分子酸的摩尔比为1:0.2～1.0。 

8.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中硼酸盐选自硼酸钠和/ 或硼酸钾。 

9.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，所述纳米极压剂的粒径范围在1nm～100nm之间，选自纳米碳酸钙、纳米聚四氟乙烯、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌中的一种或几种。 

10.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，所述极压抗磨剂是硼酸盐和纳米极压剂的组合，硼酸盐和纳米极压剂的重量比例为1:0.1～1:10。 

11.  按照权利要求10所述的润滑脂组合物，其中，硼酸盐和纳米极压剂的重量比例为1:0.5～1:5。 

12.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，所述抗氧剂选自胺类或酚类抗氧剂中的一种或几种。 

13.  按照权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，所述防锈剂选自羧酸及其盐类、咪唑啉类、酯型或有机胺类中的一种或几种。 

14.  一种环保型润滑脂的制备方法，包括， 
1）将C10～C20脂肪酸在水介质中升温至80～100℃，加入计算量氢氧化锂的水溶液，反应0.5～2小时，然后在100～130℃下烘干制成脂肪酸锂皂。 
2）将相当于全部基础油总量的30～70％的基础油和一种或几种脂肪酸锂皂投入制脂釜中，混合升温反应，升温至205～230℃，加入剩余基础油，循环降温，加入添加剂，降温、研磨，得到润滑脂成品。 

15.  一种环保型润滑脂的制备方法，包括，将相当于全部基础油总量的30～70％的合成烃油和脂肪酸或脂肪酸和低分子酸投入制脂釜中，混合升温至80～100℃，加入计算量氢氧化锂的水溶液反应，升温跑水，待水跑完后继续升温至205～230℃，加入剩余基础油，循环降温，加入添加剂，降温、剪切，研磨，得到润滑脂成品。 

环保型润滑脂组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保型润滑脂组合物及制备方法。
背景技术
铁路转辙机主要用在铁路道岔的转换，是确保列车转轨正常运行的关键设备。转辙机在工作时是靠主轴上的齿轮带动下方的齿条,使动杆伸出或拉入，带动道岔尖轨转换位置并能将尖轨固定。用于铁路转辙机的润滑脂由于其要不受地域限制，湿热带、干热带、温带、寒带广大地域的铁路道岔都能顺利使用，需要具有优异的高低温特性，良好的抗水淋性能，尤其低温有时要求至-60℃；铁路转辙机在发生挤岔时,外力达到3～3.5吨，同时要求润滑脂具有良好的极压抗磨性；对于电动转辙机其动作电流、故障电流都较小，所以要求润滑脂具有较低的启动转矩和运转转矩。
随着人们环境保护意识日益增强，因润滑剂造成的环境污染问题也引起广泛关注。润滑脂相对于润滑油不易循环利用，也无法回收，直接排放至土壤、水和空气等自然环境，造成生态环境和生态平衡的破坏。生物降解型润滑脂最早由欧洲于20世纪八十年代提出，研究对象是以菜籽油为基础油制备润滑脂。以后各国以植物油为基础油的研究迅速开展起来，如US5595965其基础油是植物油中的甘油三酯、JP8020788A2其基础油是菜籽油、CN1504552A其基础油是蓖麻油或蓖麻油和菜籽油的混合物等。WO03/018729公开了一种无毒、可生物降解的润滑脂，也是以植物油作为基础油，一种或几种硬脂酸盐，一种或几种长链酯和膨润土粗粉、抗氧剂以及少量的聚四氟乙烯组成。该润滑脂具有良好的润滑性、氧化安定性和极压抗磨性。但由于植物油的缺点是氧化安定性差和低温性能差，使用温度范围小，通常使用温度是60℃，最高为100℃，极大的限制了它的应用范围。CN102199471A公开的环保型润滑脂是采用改性植物油与聚α烯烃油的混合物作为基础油，复合锂基稠化剂，并加有抗氧剂、极压抗磨剂、防锈剂等，具有宽的高低温适应性以及较好 的生物降解性，同时还具有优良的抗氧化性、耐剪切性、极压抗磨性、良好的防锈剂缓蚀性能，适合作为铁路牵引机车电动机轴承润滑脂。
发明内容
本发明提供一种环保型润滑脂的组成及其制备方法，该润滑脂具有较好的生物降解性，同时具有良好的高低温特性、良好的极压抗磨性能和低的启动转矩和运转转矩，适用于铁路转辙机使用。
本发明润滑脂包括由基础油和稠化剂组成的基础脂以及添加剂，其中所述基础油选自合成油基础油，所述稠化剂为锂皂或复合锂皂稠化剂，所述添加剂中至少含有选自硼酸盐、纳米极压剂中的极压抗磨剂，以及抗氧剂、防锈剂。
根据本发明润滑脂，以润滑脂基础脂重量为基准，基础油含量为65%～95%，优选70%～90%；锂皂或复合锂皂稠化剂的含量为5%～35%，优选10%～30%；所述添加剂中，以润滑脂基础脂重量为基准，抗氧剂含量为0.1%～2%，优选0.3%～1%；防锈剂含量为0.1%～2%，优选0.2%～1.5%；极压抗磨剂含量为1%～8%，优选1.5%～5%。
所述合成油基础油为合成烃油、酯类油或合成烃油和酯类油的混合油，其生物降解率大于60%。100℃粘度为2～40mm²/s，最好为4～25mm²/s。所述酯类油包括双酯、多元醇酯和复酯等，如癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、三羟甲基丙烷酯、季戊四醇脂肪酸酯、双季戊四醇六酯等。所述合成烃油包括聚α烯烃合成油、烷基苯合成油等。
所述稠化剂为锂皂或复合锂皂。所述锂皂为至少一种C10～C20脂肪酸与氢氧化锂的反应产物；所述复合锂皂为至少一种C10～C20脂肪酸和低分子酸与氢氧化锂的反应产物，其中，C10～C20脂肪酸优选月桂酸、十二羟基硬脂酸、硬脂酸，所述低分子酸选自分子量小于150的无机酸、脂肪酸或芳香酸，优选硼酸、甲酸、乙酸、苯甲酸、水杨酸、癸二酸、壬二酸、己二酸等。C10～C20脂肪酸与低分子酸的摩尔比为1:0.2～1.0，优选1：0.4～0.8。
所述极压抗磨剂选自硼酸盐和纳米极压剂中的一种或几种，所述硼 酸盐优选硼酸钠和/或硼酸钾；所述纳米极压剂的粒径范围在1nm～100nm之间，优选纳米碳酸钙、纳米聚四氟乙烯、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等中的一种或几种。
所述极压抗磨剂优选硼酸盐和纳米极压剂的组合，其中硼酸盐和纳米极压剂的重量比例为1:0.1～1:10，优选1:0.5～1:5。
所述抗氧剂选自胺类或酚类抗氧剂中的一种或几种，优选2，6-二叔丁基对甲酚（T501）、二异辛基二苯胺（V81）、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯（T512）、烷基二苯胺（T534）中的一种或几种。
所述防锈剂选自羧酸及其盐类、咪唑啉类、酯型或有机胺类中的一种或几种，优选环烷酸锌（T704）、苯骈三氮唑（T706）、烯基丁二酸（T746）中的一种或几种。
本发明润滑脂中还可以含有其它必要添加剂。
本发明润滑脂可以根据基础油和稠化剂的种类采用不同的制备方法。对于稠化剂为锂皂的润滑脂，如果基础油为合成烃油或合成烃油与酯类油的混合油，则既可以采用预制皂法制备，也可以采用直接皂化法制备，直接皂化时，一般酯类油仅可以作为急冷油使用。但如果基础油仅为酯类油，则优选采用预制皂法制备。对于复合锂皂润滑脂，通常采用直接皂化法制备。
预制皂法：
1、将C10～C20脂肪酸在水介质中升温至80～100℃，加入计算量氢氧化锂的水溶液，反应0.5～2小时，然后在100～130℃下烘干制成脂肪酸锂皂。
2、将相当于全部基础油总量的30～70％的基础油和一种或几种脂肪酸锂皂投入制脂釜中，混合升温反应，升温至205～230℃，可转釜至调合釜中，并加入剩余基础油。循环降温，于130℃以下加入添加剂，降温至110-120℃进行剪切，研磨20-30min，出釜包装得到润滑脂成品。
其中，脂肪酸和氢氧化锂的摩尔比为1:1，氢氧化锂可适当过量。反应生成的脂肪酸锂皂是稠化剂，基础油和稠化剂组成的基础脂中，基础油含量为65%～95%，优选70%～90%；锂皂稠化剂的含量为5%～ 35%，优选10%～30%。
直接皂化法：
将相当于全部基础油总量的30～70％的合成烃油和脂肪酸或脂肪酸和低分子酸投入制脂釜中，混合升温至80～100℃，加入计算量氢氧化锂的水溶液反应，升温跑水，待水跑完后继续升温至205～230℃，可转釜至调合釜中，并加入剩余基础油。循环降温，于130℃以下加入添加剂，降温至110-120℃进行剪切，研磨20-30min，出釜包装得到润滑脂成品。
其中，脂肪酸和低分子酸与氢氧化锂的摩尔比为1:1，氢氧化锂可适当过量。反应生成的复合锂皂是稠化剂，基础油和稠化剂组成的基础脂中，基础油含量为65%～95%，优选70%～90%；复合锂皂稠化剂的含量为5%～35%，优选10%～30%。
本发明提供的环保型润滑脂组合物，具有较好的生物降解性，同时具有良好的高低温特性、良好的极压抗磨性能和低的启动转矩和运转转矩。本发明润滑脂适合于各种气候环境广大地域使用的zd6型、s700k型、zd（j）9系列电动转辙机润滑使用，应用前景较好。
具体实施方式
下面提供实施例对本发明作进一步说明，但不因此而限制本发明。
实施例中部分添加剂来源如下：
纳米碳酸钙，40nm，北京博宇高科新材料技术有限公司；
纳米聚四氟乙烯，100nm，上海艾迪德纳米材料科技有限公司；
纳米二氧化硅，9nm，北京博宇高科新材料技术有限公司；
纳米二氧化钛，20nm，北京博宇高科新材料技术有限公司；
纳米氧化锌，60nm，北京博宇高科新材料技术有限公司；
其它添加剂均为市售。
实施例1（预制皂法）
先将15kg的十二羟基硬脂酸和20kg水加入常压制脂釜中，升温至80～100℃，加入计算量2.2kg氢氧化锂的水溶液，皂化反应1小时，然后在110℃下烘干30h制成十二羟基硬脂酸锂皂。
将38.1kg的癸二酸二辛酯油和11kg十二羟基硬脂酸锂皂投入制脂釜中，混合升温反应，升温至220℃，转釜至调合釜中，并加入剩余50.9kg癸二酸二辛酯油。循环降温，130℃加入0.5kg的二异辛基二苯胺（V81）、0.5kg的环烷酸锌（T704）、0.2kg的苯骈三氮唑(T706)、1.0kg的硼酸钾、0.5kg的纳米碳酸钙，降温至120℃进行剪切研磨30min，出釜包装得到润滑脂成品。各组分配比和理化性能见表1。
实施例2（预制皂法）
制备方法同实施例1，只是不加硼酸钾，但纳米碳酸钙加入量为1.5kg。各组分配比和理化性能见表1。
实施例3（预制皂法）
制备方法同实施例1，只是不加纳米碳酸钙，但硼酸钾加入量为1.5kg。各组分配比和理化性能见表1。
实施例4（预制皂法）
如实施例1制成十二羟基硬脂酸锂皂。
将31.6kg的邻苯二甲酸二辛酯油、8kg十二羟基硬脂酸锂皂投入制脂釜中，混合升温反应，升温至210℃，转釜至调合釜中，并加入剩余60.4kg邻苯二甲酸二辛酯油,循环降温，130℃加入0.5kg的二异辛基二苯胺(V81)、0.2kg的苯骈三氮唑(T706)、3.2kg的硼酸钠，1.6kg的纳米二氧化钛，降温至123℃进行剪切研磨28min左右，出釜包装得到润滑脂成品。各组分配比和理化性能见表1。
实施例5（预制皂法）
制备方法同实施例4，只是不加硼酸钠，但纳米二氧化钛加入量为4.8kg。各组分配比和理化性能见表1。
实施例6（预制皂法）
制备方法同实施例4，只是不加纳米二氧化钛，但硼酸钠加入量为4.8kg。各组分配比和理化性能见表1。
实施例7（直接皂化法）
将44.6kg的聚α烯烃油（100℃黏度4mm²/s）基础油和7.5kg十二羟基硬脂酸投入制脂釜中，混合升温至84℃，加入1.3kg氢氧化锂的水 溶液反应，升温跑水，待水跑完后继续升温至205℃，转釜至调合釜中，并加入47.9kg癸二酸二辛酯油。循环降温，125℃加入0.6kg的烷基二苯胺（T534）、0.45kg的环烷酸锌（T704）、2.0kg的硼酸钾，2.0kg的纳米聚四氟乙烯，降温至105℃进行剪切研磨35min，出釜包装得到润滑脂成品。各组分配比和理化性能见表1。
实施例8（直接皂化法）
将44.2kg的聚α烯烃油（100℃黏度8mm²/s）基础油和9kg的12羟基硬脂酸和3kg的癸二酸投入制脂釜中，混合升温至92℃，加入2.6kg氢氧化锂的水溶液反应，升温跑水，待水跑完后继续升温至205℃，转釜至调合釜中，并加入43.8kg三羟甲基丙烷酯油。循环降温，120℃加入0.18kg的2，6-二叔丁基对甲酚（T501）、0.27kg的3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯（T512）、0.45kg的苯骈三氮唑（T706）、1.0kg的硼酸钠，2.0kg的纳米聚四氟乙烯，降温至110℃进行剪切研磨35min，出釜包装得到润滑脂成品。各组分配比和理化性能见表1。
实施例9
制备方法同实施例8，只是不加纳米聚四氟乙烯，但是硼酸钠加入量为3.0kg。各组分配比和理化性能见表1。
实施例10
制备方法同实施例8，只是不加硼酸钠，但是纳米聚四氟乙烯加入量为3.0kg。各组分配比和理化性能见表1。
实施例11（直接皂化法）
将40.2kg的聚α烯烃油（100℃黏度10mm²/s）基础油和10.8kg的12羟基硬脂酸和0.35kg的硼酸和0.85kg的水杨酸投入制脂釜中，混合升温至82℃，加入2.1kg氢氧化锂的水溶液反应，升温跑水，待水跑完后继续升温至205℃，转釜至调合釜中，并加入47.8kg季戊四醇四C5～C9脂肪酸酯油。循环降温，120℃加入0.18kg的2，6-二叔丁基对甲酚（T501）、0.45kg的苯骈三氮唑（T706）、0.6kg的硼酸钾，3.0kg的纳米二氧化硅，降温至110℃进行剪切研磨35min，出釜包装得到润滑脂成品。各组分配比和理化性能见表1。
实施例12（直接皂化法）
将44.6kg的烷基苯合成油（100℃黏度7mm²/s）基础油和9kg12羟基硬脂酸和4.5kg己二酸投入制脂釜中，混合升温至84℃，加入3.9kg氢氧化锂的水溶液反应，升温跑水，待水跑完后继续升温至205℃，转釜至调合釜中，并加入36.9kg癸二酸二辛酯油。循环降温，125℃加入0.88kg的烷基二苯胺（T534）、0.45kg的环烷酸锌（T704）、2.0kg的硼酸钠，1.6kg的纳米氧化锌，降温至105℃进行剪切研磨35min，出釜包装得到润滑脂成品。各组分配比和理化性能见表1。
实施例13
制备方法同实施例12，只是不加硼酸钠，但是纳米氧化锌加入量为3.6kg。各组分配比和理化性能见表1。
实施例14
制备方法同实施例12，只是不加纳米氧化锌，但是硼酸钠加入量为3.6kg。各组分配比和理化性能见表1。
对比例1
本对比例与实施例1采用相同的制备方法和相同的基础油、稠化剂、抗氧剂、防锈剂，只是极压剂换成加入含硫磷的3.0kg氨基硫代酯（T323）和1.5kg磷酸酯（T451）。各组分配比和理化性能见表1。
对比例2
本对比例与实施例6采用相同的制备方法和相同的基础油、稠化剂、抗氧剂、防锈剂，只是极压剂换成加入含硫、磷的2.5kg硫磷丁辛基锌盐（T202）。各组分配比和理化性能见表1。
由表1可以看出，按本发明提供的润滑脂与对比例脂相比，具有更好的生物降解性，同时具有高低温特性和低的启动转矩和运转转矩。适合于各种气候环境广大地域使用的铁路转辙机润滑使用。硼酸盐和纳米极压剂的组合使用比单独使用获得了更加良好的极压性能。表1中：
*添加剂加入量按润滑脂基础脂重量计算；**生物降解性测试方法为重量法，参照CEC L33-A-82方法。