一种复合锂基润滑脂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种润滑剂材料，确切的说是涉及一种复合锂基润滑脂及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 复合锂基润滑脂是20世纪60年代发展起来的高温多效润滑脂，它比锂基润滑脂 的滴点高，更适合在高温下使用，具有良好的多效性能，如良好的胶体安定性、剪切安定性、 抗水性和长寿命，且对各种类型的矿物油和合成油都有很强的稠化能力。但是随着现代工 业的发展，轴承、汽车、印染、矿山、冶金、宇航等工业部门对润滑脂的抗氧化性、耐高低温性 能和极压抗磨性、抗水性、机械安定性等提出了越来越苛刻的要求。基础脂的使用性能往往 不能满足实际要求，于是有大量探讨添加其他化合物和各种添加剂来改善复合锂基润滑脂 的性能的研究。
[0003] 近年来，复合锂基润滑脂在国内外取得了很大的发展。如US3681242、US3929651、 US3711407、CN1052890A、CN1052891A、CN1055384A、CN101705141A 报道了复合锂基润滑脂的 组成和制备方法，采用12-羟基硬脂酸锂与二元酸或者硼酸、水杨酸的锂盐二组分复合而 成，也有采用三组分复合的；CN101993769A、CN101481637A、CN102358863A分别对制脂的工 艺进行了改进，降低了生产成本、提高了润滑脂的氧化安定性、缩短了皂化时间，减少能耗， 提升了生产效率和可操作性。CN101200670A提供了一种综合性能较好的复合锂基润滑脂的 制备方法，通过纳米铜粉的加入尤其对受损伤轴承具有修复功能。CN101921650A通过向配 方中加入表面活性剂，使其与皂分子形成协同作用，进而改善皂分子的排列方式和固化基 础油的能力从而提高了润滑脂的滴点。
[0004] 为了改善复合锂基润滑脂的性能，在添加剂的方面也做了大量的研究，例如抗氧 齐IJ、极压抗磨剂、防锈剂等。纳米材料也逐渐用于锂基润滑脂的应用中，如纳米二氧化硅、纳 米金刚石、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等，但至今仍没有石墨烯在润滑脂中的应用的相关研 究。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种新的复合锂基润滑脂及其制备方法。
[0006] 本发明的发明人在研究中发现，将石墨烯作为稠化剂的一部分尤其在反应初期加 入到基础油中，与复合锂基稠化剂一起反应生成含石墨烯的复合锂基润滑脂，所得到的复 合锂基润滑脂不仅具有良好的导电性能，而且该方法能够明显缩短复合锂基润滑脂的制备 时间。
[0007] 本发明的一方面提供了一种复合锂基润滑脂，以润滑脂重量为基准，包括以下组 分：65-95%的润滑基础油，6-20%的复合锂基稠化剂，0. 5-15%的石墨烯。
[0008] 优选情况下，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：75-88%的润滑基础油，8-18% 的复合裡基桐化剂，1 _12%的石墨稀。
[0009] 本发明的第二方面提供了一种复合锂基润滑脂的制备方法，该方法包括：将石墨 烯、复合锂基稠化剂和部分基础油混合均匀，在180_230°C恒温炼制，冷却，加入剩余的基础 油，加入必要的添加剂，得到成品。
[0010] 本发明的第三方面提供了一种复合锂基润滑脂的制备方法，该方法包括：
[0011] 将基础油、石墨烯、高分子酸和低分子酸混合、加热，升温至80-105°C，加入氢氧化 锂的水溶液进行皂化反应，反应完全后升温至190-220°C，进行高温炼制炼制，加入剩余的 基础油冷却至100-120°C，之后加入必要的添加剂，碾磨成脂，得到成品，所述酸为含有高分 子酸和低分子酸的混合酸，所述高分子酸为C12-C20脂肪酸和/或C12-C20羟基脂肪酸，可 以是月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸中的一种或多种混合物，优选硬脂酸、12-羟 基硬脂酸；所述低分子酸为C2-C11的有机酸，可以是醋酸、丙酸、乙二酸、己二酸、壬二酸、 癸二酸、对苯二甲酸中的一种或多种，优选所述低分子酸为C5-C11的有机二元羧酸，更优 选为癸二酸、壬二酸、己二酸、对苯二甲酸中的一种或多种。
[0012] 本发明的第四方面提供了上述方法制得的复合锂基润滑脂。
[0013] 本发明合成的含有石墨烯的复合锂基润滑脂具有传统复合锂基脂的优点，如良好 的胶体安定性、极佳的机械安定性、长寿命等，同时石墨烯的加入更提高了其抗氧化能力。 此外，通过石墨烯在制脂的前期阶段加入，其作为晶核使得稠化剂依附于其周围形成类胶 团的结构，石墨烯与皂分子之间的这种协同作用增强了皂分子固化基础油的能力，大大提 升了成脂速度，缩短了皂化时间，并且对其抗水淋也有一定程度的改善，更提高了脂的极压 抗磨性，并使得该脂能够胜任于高温、高速、高负荷、多水等苛刻工况条件。
【具体实施方式】
[0014] 本发明的一方面提供了一种复合锂基润滑脂，以润滑脂重量为基准，包括以下组 分：65-95%的润滑基础油，6-20%的复合锂基稠化剂，0. 5-15%的石墨烯。
[0015] 优选情况下，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：75-88%的润滑基础油，8-18% 的复合裡基桐化剂，1 _12%的石墨稀。
[0016] 在本发明的复合锂基润滑脂中，石墨烯的用量可以较大，与复合锂基稠化剂共同 作为稠化剂，而非常规的导电剂，一方面使得所得复合锂基润滑脂保持了一般复合锂基润 滑脂的优点，如良好的胶体安定性、高温性、低温性、极压抗磨性等，同时石墨烯的加入更提 高了其抗氧化能力。另一方面通过将石墨烯在制脂的前期阶段加入，使得大大提升了成脂 速度，缩短了皂化时间，而且还使得得到的复合锂基润滑脂能够胜任于高温、高速、高负荷、 多水等苛刻工况条件。
[0017] 石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是目前世上最薄却也是最 坚硬的纳米材料，其导热系数高达5300W/m · K，高于碳纳米管和金刚石，而其电阻率比铜或 银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也 适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池，其广泛应用于纳米电子学、纳米复 合物、电池、超级电容器、氢贮藏以及生物应用等领域。
[0018] 本发明中，所述石墨烯可以是现有的各种规格的石墨烯，可以通过商购获得，也可 以通过现有的各种方法获得。优选情况下，所述石墨烯通过包括以下步骤的方法获得：
[0019] 将石墨鳞片和硝酸钠、浓硫酸在冰浴中混合均匀，搅拌下缓慢加入高锰酸钾，在 5-20°C下搅拌反应，升温至30-45°C继续搅拌反应，然后加入去离子水稀释。向体系中加 入过氧化氢溶液还原高锰酸钾，然后经酸洗、水洗、干燥得到氧化石墨烯。将制得的氧化石 墨烯加入水中进行超声波处理后，加入水合肼，油浴反应充分后，得到的黑色絮状沉淀经水 洗、抽滤、干燥，最后得到的粉末即为石墨烯。所述超声波的频率优选为25-40kHz。
[0020] 采用上述方法得到的石墨烯(称作自制石墨烯）与市售石墨烯在粒径分布、导电 性、稳定性和分散性上有显著优势，具体性能指标见下表1。
[0021] 表 1
[0022]
【主权项】
1. 一种复合锂基润滑脂，其特征在于，以润滑脂重量为基准，包括以下组分：65-95%的 润滑基础油，6-20%的复合锂基稠化剂，0. 5-15%的石墨烯。
2. 根据权利要求1所述的复合锂基润滑脂，其中，润滑脂重量为基准，包括以下组分： 75-88%的润滑基础油，8-18%的复合锂基稠化剂，1-12%的石墨烯。
3. 根据权利要求1或2所述的复合锂基润滑脂，其中，所述石墨烯在Iml基础油中能够 分散而不沉淀的最大量为8-12mg。
4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的复合锂基润滑脂，其中，所述石墨烯的粒径为 80-800nm，电导率为 700-900S/cm，分解温度为 430-480°C。
5. 根据权利要求1或2所述的复合锂基润滑脂，其中，所述复合锂基稠化剂通过酸与 氢氧化锂反应生成，所述酸为含有高分子酸和低分子酸的混合酸，所述高分子酸为碳原子 数为C12-C25的脂肪酸和/或羟基脂肪酸，所述低分子酸为C2-C11的有机酸中的一种或多 种。
6. 根据权利要求5所述的复合锂基润滑脂，其中，所述高分子酸为月桂酸、棕榈酸、硬 脂酸、12-羟基硬脂酸中的一种或多种；所述低分子酸为对苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二 酸中的一种或多种。
7. 根据权利要求5或6所述的复合锂基润滑脂，其中，所述反应的条件包括温度为 80-95°C，时间为0· 2-L 5小时。
8. 根据权利要求1-7中任意一项所述的复合锂基润滑脂，其中，所述润滑基础油的 100°C运动粘度为5-60mm2/s。
9. 根据权利要求1-8中任意一项所述的复合锂基润滑脂，其中，该复合锂基润滑脂还 含有0. 5-15重量％的添加剂。
10. -种复合锂基润滑脂的制备方法，该方法包括： 将部分基础油、石墨烯、高分子酸和低分子酸混合、加热，升温至80-105°C，加入氢氧 化锂的水溶液进行阜化反应，反应完全后升温至190-220°C,进行高温炼制,加入剩余的 基础油冷却至100-120°C，之后加入必要的添加剂，碾磨成脂，得到成品，所述高分子酸为 C12-C20脂肪酸和/或C12-C20羟基脂肪酸，所述低分子酸为C2-C11的有机酸中的一种或 多种。
11. 根据权利要求10所述的制备方法，其中，所述皂化反应的温度为80-95°C，皂化反 应的时间为〇. 2-1. 5小时。
12. 根据权利要求10或11所述的制备方法，其中，石墨烯、酸、氢氧化锂和基础油的用 量使得以得到的润滑脂重量为基准，包括以下组分：65-95%的润滑基础油，6-20%的复合锂 基稠化剂，〇. 5-15%的石墨烯，所述部分基础油：剩余的基础油=40-75 :25-60。
13. 根据权利要求10-12中任意一项所述的制备方法，其中，所述石墨烯在Iml基础油 中能够分散而不沉淀的最大量为8-12mg。
14. 根据权利要求10-13中任意一项所述的制备方法，其中，所述石墨烯的粒径为 80-800nm，电导率为 700-900S/cm，分解温度为 430-480°C。
15. 根据权利要求10-14中任意一项所述的制备方法，其中，所述高分子酸为月桂酸、 棕榈酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸中的一种或多种；所述低分子酸为对苯二甲酸、己二酸、壬 二酸、癸二酸中的一种或多种。
16. 根据权利要求10-15中任意一项所述的制备方法，其中，所述高分子酸与低分子酸 的摩尔比为1:0. 1-1。
17. 权利要求10-16中任意一项所述的制备方法得到的复合锂基润滑脂。
【专利摘要】本发明公开了一种复合锂基润滑脂及其制备方法。以润滑脂重量为基准，该复合锂基润滑脂包括以下组分：65-95%的润滑基础油，6-20%的复合锂基稠化剂，0.5-15%的石墨烯。本发明的复合锂基润滑脂具有优异的耐高温性、抗水性和粘附性、胶体安定性、极压抗磨性、润滑寿命、防腐蚀性和抗盐雾性等性能。
【IPC分类】C10M113-02, C10M123-02
【公开号】CN104560264
【申请号】CN201310516331
【发明人】郑会, 孙洪伟, 么佳耀, 何懿峰, 段庆华, 张建荣, 陈政, 刘中其, 姜靓
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月28日