环保型润滑脂组合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环保型润滑脂组合物及制备方法。
【背景技术】
[0002] 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°C ;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。
[0003] 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。W003/018729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°C，最高为100°C，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】
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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，抗氧剂含量为〇. 1%~2%，优选0. 3%~1% ;防锈剂含量为0. 1%~ 2%，优选0. 2%~I. 5% ;极压抗磨剂含量为1%~8%，优选I. 5%~5%。
[0007] 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%。KKTC粘度为2~40mm2/s，最好为4~25mm 2/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。
[0008] 所述稠化剂为锂皂或复合锂皂。所述锂皂为至少一种ClO~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ClO~C20脂肪酸和低分子酸与氢氧化锂的反应 产物，其中，ClO~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。ClO~C20脂肪酸与低分子酸的摩尔比为1:0. 2~1.0,优选I :0.4~ 0· 8。
[0009] 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Inm~IOOnm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。
[0010] 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。
[0011] 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 (丁501)、二异辛基二苯胺（￥81)、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯（了512)、烷基二苯胺 (T534)中的一种或几种。
[0012] 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。
[0013] 本发明润滑脂中还可以含有其它必要添加剂。
[0014] 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。
[0015] 预制皂法：
[0016] 1、将ClO~C20脂肪酸在水介质中升温至80~KKTC，加入计算量氢氧化锂的水 溶液，反应〇. 5~2小时，然后在100~130°C下烘干制成脂肪酸锂皂。
[0017] 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°C，可转釜至调合釜中，并加入剩余基础油。循 环降温，于130°C以下加入添加剂，降温至110_120°C进行剪切，研磨20-30min，出釜包装得 到润滑脂成品。
[0018] 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%。
[0019] 直接皂化法：
[0020] 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~KKTC，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°C，可转釜至调合釜中，并加入剩余基础油。循环降温，于 130°C以下加入添加剂，降温至110-120°C进行剪切，研磨20-30min，出釜包装得到润滑脂 成品。
[0021] 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%。
[0022] 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】
[0023] 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。
[0024] 实施例中部分添加剂来源如下：
[0025] 纳米碳酸钙，40nm，北京博宇高科新材料技术有限公司；
[0026] 纳米聚四氟乙烯，lOOnm，上海艾迪德纳米材料科技有限公司；
[0027] 纳米二氧化娃，9nm，北京博宇高科新材料技术有限公司；
[0028] 纳米二氧化钛，20nm，北京博宇高科新材料技术有限公司；
[0029] 纳米氧化锌，60nm，北京博宇高科新材料技术有限公司；
[0030] 其它添加剂均为市售。
[0031] 实施例1 (预制皂法）
[0032] 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~KKTC，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IKTC下烘干30h制成十二羟 基硬脂酸锂皂。
[0033] 将38. Ikg的癸二酸二辛酯油和Ilkg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°C，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°C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. Okg的硼酸钾、0. 5kg的纳米碳酸钙，降温至120°C进行剪切研磨30min，出荃包装 得到润滑脂成品。各组分配比和理化性能见表1。
[0034] 实施例2 (预制皂法）
[0035] 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I. 5kg。各组分配 比和理化性能见表1。
[0036] 实施例3 (预制皂法）
[0037] 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I. 5kg。各组分配 比和理化性能见表1。
[0038] 实施例4 (预制皂法）
[0039] 如实施例1制成十二羟基硬脂酸锂皂。
[0040] 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°C，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°C加入0. 5kg的二异辛基二苯胺（V81)、0. 2kg的苯骈三