一种耐极端低温的润滑脂及其制备方法与流程
本发明涉及润滑脂，特别涉及一种耐极端低温的润滑脂及其制备方法。
背景技术：
1、润滑脂是一种由稠化剂、油和添加剂制得的半固体润滑剂，被广泛应用于机械的润滑、密封和保护。常用的油类有矿物油，合成油，硅油和植物油等，但是其中大部分油的倾点过高，在零下40-50℃左右的极端低温条件下会凝固并脆裂。其中，聚α烯烃合成油由于倾点低、性质稳定、在极低温下依然具有流动性，因此是制备耐低温润滑脂最常用的油之一。
2、使用聚α烯烃合成油和常用的锂皂稠化剂制得的润滑脂的粘温性能好，在零下50℃左右的极端低温下具有较好的润滑能力，但是该润滑脂的皂纤维结构规整度低，连续性较差，因此其抗剪切能力差。除此之外，二氧化硅纳米粒子作为一种常见的润滑脂添加剂，其可以作为无机稠化剂或单纯作为耐磨添加剂。当其作为耐磨添加剂时，其可以明显提高润滑脂的耐磨性能，但是在极端低温下，润滑脂的粘度不可避免的增大，而二氧化硅纳米粒子本身在油中分散性不好，可能会失去流动性。失去了流动性的二氧化硅纳米粒子反而会使润滑脂更容易发生脆裂。
3、专利cn200610165024公开了一种复合锂基润滑脂及其制备方法，该申请使用锂皂、聚α烯烃合成油和各种添加剂制备的锂基润滑脂具有耐低温，抗水耐磨等优点，但其没有解决聚α烯烃合成油和锂皂反应得到的润滑脂抗剪切能力差的问题；专利cn202010866886公开了一种汽车安全带系统润滑脂，该申请制备的润滑脂通过添加二氧化硅纳米粒子具有较好的耐磨耐热性能，但其没有解决在极端低温下二氧化硅纳米粒子可能会失去流动性，从而使润滑脂更易脆裂的问题。
4、因此，市面上急需开发一种抗剪切性能和耐低温性能优异的高聚α烯烃合成油类锂基润滑脂。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种耐极端低温的润滑脂及其制备方法。本发明的润滑脂以聚α烯烃合成油、改性蓖麻油、脂肪酸、氢氧化锂、改性二氧化硅纳米粒子、抗氧剂和防锈剂为原料制得，且具有较好的抗剪切性能和耐低温性能。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
3、本发明一方面提供了一种耐极端低温的润滑脂，按照重量份数计，包括以下原料：聚α烯烃合成油55-65份，改性蓖麻油20-25份，脂肪酸8-10份，氢氧化锂0.63-0.88份，改性二氧化硅纳米粒子2-3份，抗氧剂0.6-1.3份，防锈剂1.1-2.3份，水4-7份。
4、在本发明的一些实施方案中，所述聚α烯烃合成油为pao4、pao8和pao10中的至少一种。
5、pao4、pao8和pao10是常用的聚α烯烃合成油，其倾点低，具有良好的粘温性能和低温流动性，因此是制备耐极端低温润滑脂的较为理想的基础油。
6、在本发明的一些实施方案中，所述改性蓖麻油的制备方法如下：
7、s1：将异戊酸和硫酸溶液加入蓖麻油中，搅拌15-20min，在75-85℃下加热回流，反应2-3h，得到预产物溶液；
8、s2：在步骤s1制得的预产物溶液中加入去离子水进行萃取，分离油相，干燥，得到改性蓖麻油。
9、蓖麻油是一种天然植物油，申请人发现将蓖麻油和聚α烯烃合成油按一定质量进行复配再与锂皂反应得到的润滑脂，相比于单独使用聚α烯烃合成油与锂皂反应生成的润滑脂纤维长度均匀、规整度和结构稳定性更好，且润滑脂的抗剪切能力更高。但是蓖麻油本身的倾点较高，在低温下流动性差，和聚α烯烃合成油混合后降低了润滑脂的耐低温性能。申请人通过选用异戊酸对蓖麻油进行改性，异戊酸结构上的羧基会和蓖麻油结构中的羟基发生酯化反应，一方面，酯化反应在蓖麻油的分子链上引入了更多的支链，提高了支化度，从而明显提高了改性蓖麻油的耐低温性能；另一方面，改性消除了蓖麻油结构中大量的羟基，使其疏水性进一步提高，避免其吸湿使得润滑脂发生乳化。
10、在本发明的一些实施方案中，所述步骤s1中蓖麻油和异戊酸的质量比为1：(0.27-0.38)。
11、优选地，所述步骤s1中蓖麻油和异戊酸的质量比为1：0.33。
12、申请人发现蓖麻油和异戊酸的加入量及其比例会影响改性蓖麻油的支化度，从而改变其耐低温性能。申请人通过选用质量比为1：0.33的蓖麻油和异戊酸，使得改性蓖麻油的支化度最高，耐低温性能最好。
13、在本发明的一些实施方案中，所述脂肪酸为硬脂酸或12-羟基硬脂酸。
14、硬脂酸和12-羟基硬脂酸是制备锂皂最为常用的脂肪酸，其能与氢氧化锂溶液反应生成脂肪酸锂。而脂肪酸锂会在基础油中分散并形成结构骨架，使基础油吸附并固定在结构骨架中，从而形成半固体的润滑脂。
15、在本发明的一些实施方案中，所述改性二氧化硅纳米粒子的制备方法如下：
16、(1)：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和丁二酸酐加入n,n-二甲基甲酰胺中，搅拌，在45-55℃的温度下反应1.5-2.5h，加入二氧化硅纳米粒子，在相同温度下反应5-6h，反应结束后离心，洗涤，烘干，得到羧基化二氧化硅纳米粒子；
17、(2)：将步骤(1)制得的羧基化二氧化硅纳米粒子、对甲基苯乙醇和硫酸溶液加入甲苯中，搅拌20-25min，在70-80℃下加热回流，反应1.5-2.5h，反应结束后过滤，洗涤，干燥，得到改性二氧化硅纳米粒子。
18、二氧化硅纳米粒子是润滑脂的常见添加剂，其可以作为无机稠化剂或耐磨添加剂。作为耐磨添加剂时，二氧化硅纳米粒子能明显提高润滑脂的耐磨性能，但在极端低温环境中，润滑脂的粘性变大，而二氧化硅纳米粒子本身在脂中的分散性差，可能会失去流动性，反而使润滑脂更容易发生脆裂。申请人通过选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷和丁二酸酐，在二氧化硅纳米粒子的表面修饰上羧基，再利用对甲基苯乙醇的羟基与纳米粒子发生酯化反应，从而在二氧化硅纳米粒子的表面引入了苯烷基链。一方面，苯烷基链能明显提高纳米粒子的亲油性，提升了其在润滑脂中的分散性和流动性，使得改性二氧化硅纳米粒子在极端低温的条件下依然保持流动性，防止润滑脂发生脆裂；另一方面，申请人意外发现苯烷基链的引入使得润滑脂的耐高温性能提高，这可能是因为苯环上的共轭大π键会和改性蓖麻油结构中双键的π键发生分子间的π-π堆积，从而提高了润滑脂的耐高温性能。
19、在本发明的一些实施方案中，所述步骤(2)中羧基化二氧化硅纳米粒子与对甲基苯乙醇的质量比为1：(0.11-0.17)。
20、优选地，所述步骤(2)中羧基化二氧化硅纳米粒子与对甲基苯乙醇的质量比为1：0.14。
21、改变羧基化二氧化硅纳米粒子和对甲基苯乙醇的加入比例会影响酯化的效果，从而影响改性二氧化硅纳米粒子的流动性。申请人通过选用质量比为1：0.14的羧基化二氧化硅纳米粒子与对甲基苯乙醇，使得改性二氧化硅纳米粒子在润滑脂中分散性和流动性最好。
22、在本发明的一些实施方案中，所述抗氧剂为二苯胺或2,2,4-三甲基二氢喹啉。
23、二苯胺和2,2,4-三甲基二氢喹啉是润滑脂的常用添加剂，其可以消除刚产生的游离自由基，或促使过氧化物的分解，从而防止润滑脂的主体成分被氧化。
24、在本发明的一些实施方案中，所述防锈剂为二硫化钨、氟化石墨和石墨烯中的一种或多种。
25、二硫化钨、氟化石墨和石墨烯可以在润滑脂与腐蚀性介质接触时提高润滑脂的防锈防腐蚀能力，从而延长润滑脂的使用寿命。
26、本发明另一方面还提供了上述技术方案所述的耐极端低温的润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
27、ⅰ.在反应容器中依次加入三分之二的聚α烯烃合成油、三分之二的改性蓖麻油、脂肪酸、改性二氧化硅纳米粒子、抗氧剂和防锈剂，加热到85-95℃，搅拌至脂肪酸完全溶解，得到混合溶液；
28、ⅱ.将氢氧化锂溶解在热水中得到氢氧化锂溶液，将其加入步骤ⅰ制得的混合溶液中，在85-95℃下反应1-1.5h，反应完成后继续在190-200℃炼制0.5-1h，得到初成品；
29、ⅲ.将步骤ⅱ制得的初成品冷却至80-85℃，加入剩余的聚α烯烃合成油和改性蓖麻油，搅拌，研磨，即得所述耐极端低温的润滑脂。
30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
31、(1)本发明将聚α烯烃合成油和改性蓖麻油作为主体成分，再加入脂肪酸、氢氧化锂、改性二氧化硅纳米粒子、抗氧剂和防锈剂，制得了一种在零下40-50℃左右具有良好润滑能力和抗剪切性能的润滑脂。
32、(2)本发明将改性蓖麻油和聚α烯烃合成油按一定质量份数混合后再加入锂皂稠化剂制得的润滑脂，相比于单一聚α烯烃合成油与锂皂制得的润滑脂，具有更规整的皂纤维结构，稳定性更强，明显提高了抗剪切能力。
33、(3)本发明利用异戊酸对蓖麻油进行改性，提高了其支化度，克服了蓖麻油倾点高和低温下流动性差的缺点，使得本发明制得的润滑脂在零下40-50℃的环境下依然具有良好的润滑效果。
34、(4)本发明利用对甲基苯乙醇对羧基化修饰的二氧化硅纳米粒子进行改性，一方面，苯烷基链的引入提高了耐磨填料二氧化硅纳米粒子在润滑脂中的分散性和流动性，克服了其在极端低温下可能会失去流动性，从而使润滑脂更易脆裂的缺点；另一方面，申请人意外发现润滑脂的耐高温性能提高了，可能是因为引入的苯环上的共轭大π键会和改性蓖麻油结构中碳碳双键的π键发生分子间的π-π堆积。
技术特征：
1.一种耐极端低温的润滑脂，其特征在于，按照重量份数计，包括以下原料：聚α烯烃合成油55-65份，改性蓖麻油20-25份，脂肪酸8-10份，氢氧化锂0.63-0.88份，改性二氧化硅纳米粒子2-3份，抗氧剂0.6-1.3份，防锈剂1.1-2.3份，水4-7份。
2.根据权利要求1所述的一种耐极端低温的润滑脂，其特征在于，所述聚α烯烃合成油为pao4、pao8和pao10中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种耐极端低温的润滑脂，其特征在于，所述改性蓖麻油的制备方法如下：
4.根据权利要求3所述的一种耐极端低温的润滑脂，其特征在于，所述步骤s1中蓖麻油和异戊酸的质量比为1：(0.27-0.38)。
5.根据权利要求1所述的一种耐极端低温的润滑脂，其特征在于，所述脂肪酸为硬脂酸或12-羟基硬脂酸。
6.根据权利要求1所述的一种耐极端低温的润滑脂，其特征在于，所述改性二氧化硅纳米粒子的制备方法如下：
7.根据权利要求6所述的一种耐极端低温的润滑脂，其特征在于，所述步骤(2)中羧基化二氧化硅纳米粒子与对甲基苯乙醇的质量比为1：(0.11-0.17)。
8.根据权利要求1所述的一种耐极端低温的润滑脂，其特征在于，所述抗氧剂为二苯胺或2,2,4-三甲基二氢喹啉。
9.根据权利要求1所述的一种耐极端低温的润滑脂，其特征在于，所述防锈剂为二硫化钨、氟化石墨和石墨烯中的一种或多种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的耐极端低温的润滑脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
技术总结
本发明提供了一种耐极端低温的润滑脂及其制备方法，按照重量份数计，所述润滑脂包括以下原料：聚α烯烃合成油55‑65份，改性蓖麻油20‑25份，脂肪酸8‑10份，氢氧化锂0.63‑0.88份，改性二氧化硅纳米粒子2‑3份，抗氧剂0.6‑1.3份，防锈剂1.1‑2.3份，水4‑7份。本发明提供的耐极端低温的润滑脂在零下50℃依然具有良好的润滑性能和抗剪切性能。
技术研发人员：罗刚,杨乃堂,安晓非,吕银姝,成方丽
受保护的技术使用者：山东北方淄特特种油股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23