復合鋰基潤滑脂由羥基脂肪酸鋰皂與低分子酸（二元或三元酸）鋰鹽復合生成的復合皂稠化基礎油并加入添加劑制備的潤滑脂，具有優異的高溫性能，可以用于汽車、鋼鐵、鐵路、航空等多個領域，是一種多效、長壽命潤滑脂。且在潤滑脂中所占比例呈逐年上升的趨勢[1]。壬二酸在歐美地區被廣泛用于復合鋰基潤滑脂，使用壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂與癸二酸制備的復合鋰基潤滑脂相比：具有更好的微動磨損性能，抗剪切性能，更好的耐高溫性能；而且，壬二酸的熔點只有106℃，因此在最佳復合溫度（130℃）時相較于癸二酸（熔點134 ℃）具有更佳的反應效率，使得一步法合成工藝更簡單高效。

 

 

復合鋰基潤滑脂的稠化劑體系是由脂肪酸鋰皂與低分子酸鋰鹽（二元或三元酸）共同復合形成的，使得制備的潤滑脂的滴點在260℃以上[1]。目前國內生產復合鋰基潤滑脂主要采用12-羥基硬脂酸-癸二酸體系，也有少部分采用12-羥基硬脂酸-硼酸體系。但是，隨著環保和減排的壓力加大，國內癸二酸工廠生產受到很大限值，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，導致癸二酸在國內的市場價格不斷攀升，價格幾乎翻倍[2]。而意大利Matrica公司（由意大利ENI Versalis和Novamont兩大化學公司合資）選用穩定的原材料葵花籽油為原料，采用專有生物技術生產出的高品質﹑高純度的價格及供應穩定的壬二酸，其國內的銷售價格與目前癸二酸價格相當，甚至更低。

 

歐美國家會為什么大批量采用12-羥基硬脂酸-壬二酸體系制備復合鋰基潤滑脂呢？采用12-羥基硬脂酸-壬二酸體系制備復合鋰基潤滑脂，與癸二酸體系相比在工藝上或性能上具有哪些優勢或差別呢。

 

本文就壬二酸和癸二酸體系制備復合鋰基潤滑脂的工藝做一些比較。

 

2.1原料

 

基礎油：PAO 8（美孚聚-α烯烴，40℃粘度為：46mm2/s）

 

氫氧化鋰：LiOH的含量不低于56.5%（市售）

 

12-羥基硬脂酸：皂化值不小于180mgKOH/g（市售）

 

壬二酸：純度不低于92%（意大利Matrica公司：92%含量的LA001T及98%含量的LA001M）

 

癸二酸：純度不低于99.5%（市售）

 

添加劑：抗氧劑，防腐防銹劑，極壓抗磨劑，粘度改進劑（市售）。

 

注：添加劑為國標鋰基脂中常規使用的添加劑。

 

2.2制備工藝設計

 

本文共進行了8組試驗，以潤滑脂的滴點﹑60次工作錐入度及10萬次剪切變化值的結果為指標，評價了同種工藝條件下不同的稠化體系，同種配方體系下不同工藝（皂化或復合溫度﹑保溫時間的長短﹑是否有急冷工藝﹑）的影響。

 

具體的制備工藝如下兩圖所示：

圖1

 

其中，1-4組是采用壬二酸作為復合劑的一步法試驗，5和6是采用癸二酸作為復合劑的一步法工藝，7和8是采用癸二酸作為復合劑的兩步法工藝。

 

詳細的溫度控制工藝如下兩表所示：

 

表1

 

編號 1 2 3 4 5 6 7 8

 

起始溫度 80°C 80°C 80°C 80°C 80°C 80°C 80°C 80°C

 

皂化時間 (min) 35 60 25 25 25 25 25 25

 

升溫時間 (min) 35 35 25 25 35 35 40 40

 

復合溫度 150°C 150°C 130°C 120°C 121°C 121°C 120°C 120°C

 

復合時間 (min) 65 30 50 50 50 50 65 65

 

高溫煉制溫度 204°C 204°C 204°C 204°C 210°C 204°C 204°C 204°C

 

加急冷油時間 (min) 0 25 23 25 0 0 25 0

 

2.3不同工藝制備的復合鋰基潤滑脂測試結果分析

 

表2 壬二酸合成復合鋰基潤滑脂

 

編號 不工作錐入度 60次工作錐入度 10萬次剪切錐入度 剪切變化值 滴點℃

 

1 272 287 317 30 273

 

2 253 265 294 29 278

 

3 251 260 280 20 294

 

4 269 283 312 29 276

 

采用相同的配方，對不同的工藝制備12-羥基硬脂酸-壬二酸體系復合鋰樣品進行性能分析；從而確定使用壓力釜生產壬二酸體系復合鋰基潤滑脂的最佳的合成工藝。

 

本實驗所采用的壓力釜生產壬二酸體系復合鋰基潤滑脂工藝為現有成熟的工藝，通過對其中4個較為關鍵的工藝條件：皂化時間﹑復合時間﹑復合溫度﹑是否加急冷油分別進行調整，來進行比對。樣品結果測試分析見表2。

 

 

1）皂化反應的時間長短對壬二酸體系復合鋰基潤滑脂的性能幾乎無影響；

 

2）復合反應的時間長短對壬二酸體系復合鋰基潤滑脂的性能影響較大；復合反應時間至少需要1h才能制備出滴點及稠度等性能較好的產品，反之若復合時間不足的話制備出的潤滑脂產品由于復合不完全，耐高溫性能﹑稠度及抗剪切均會降低。

 

3）復合反應的溫度對壬二酸體系復合鋰基潤滑脂的性能影響較大：最佳的復合溫度為130~150℃，低于該溫度會導致復合反應不完全從而使得潤滑脂的耐高溫性能﹑稠度及抗剪切性能降低。

 

4）是否加急冷油對壬二酸體系復合鋰基潤滑脂的性能影響有一定的影響：通過急冷的方式可以使潤滑脂的晶體結構更完善，從而提高其耐高溫性能。

 

綜上所述，采用壬二酸制備復合鋰基潤滑脂的較佳工藝條件為：皂化反應溫度為90~95℃﹑復合反應溫度為130~150℃﹑復合反應時間為至少1h以上﹑高溫煉制后能夠采用急冷工藝為最佳。

 

2.4相同工藝，不同復合體系制備的復合鋰基潤滑脂測試結果分析

 

采用相同的工藝，對不同的體系：12-羥基硬脂酸-壬二酸體系﹑12-羥基硬脂酸-癸二酸體系制備復合鋰樣品進行性能分析；從而比較不同復合體系對潤滑脂性能的影響。

 

本實驗通過對其中3個較為通用的性能條件：錐入度﹑滴點﹑10萬次剪切變化值，來進行對比。樣品結果測試分析見表3。

 

表3 癸二酸合成復合鋰基潤滑脂

 

編號 不工作錐入度 60次工作錐入度 10萬次剪切錐入度 剪切變化值 滴點℃

 

5 271 285 327 42 243

 

6 275 289 334 45 245

 

7 272 284 323 39 268

 

8 273 282 316 38 272

 

綜合分析表1和表3數據可知：

 

1）復合鋰基潤滑脂結構穩定性及抗剪切性能好壞，是通過十萬次剪切測定潤滑脂的錐入度變化來進行評價的。從上述數據中可以看出，壬二酸復合鋰基潤滑脂剪切前后錐入度變化為25個單位，而癸二酸復合鋰基潤滑脂剪切前后錐入度變化為40個單位，說明采用壬二酸體系制備的復合鋰基潤滑脂具有更高的結構穩定性及抗剪切性能，即機械安定性好。

 

2）同等工藝及其他配方相同的條件下：壬二酸體系復合鋰基潤滑脂滴點要高于癸二酸體系復合鋰基潤滑脂（高20~30℃），即耐高溫性能好。

 

3）同等工藝及其他配方相同的條件下：壬二酸體系復合鋰基潤滑脂稠度要高于癸二酸體系復合鋰基潤滑脂（高10~20），即成脂能力強﹑皂化能力好。

 

4）使用壬二酸體系制備復合鋰基潤滑脂時，采用一步法工藝能夠使得反應更充分，提高復合效率，進而縮短總體的反應時間，降低能耗，從而節約成本。

 

綜上所述，采用壬二酸制備復合鋰基潤滑脂相對于采用癸二酸制備的復合鋰基潤滑脂具有更好的耐高溫性能，更好的稠化能力及更好的機械安定性，更能夠節約成本。

 

3.結論

 

1）壬二酸制備復合鋰基潤滑脂的較佳工藝條件為：采用一步法工藝，皂化反應溫度為90~95℃﹑復合反應溫度為130~150℃﹑復合反應時間≥1h﹑加急冷油或倒釜急冷。

 

2）由于壬二酸制備復合鋰基潤滑脂的性能優勢，因此其在歐美地區被廣泛使用。而國內市場由于壬二酸的供應缺乏，而且小規模工廠的生產成本高，一般用于醫藥和化妝品，很少用于復合鋰基潤滑脂。而癸二酸由于國內價格優勢，使用很多。但隨著環保和減排的壓力加大，國內癸二酸工廠生產受到很大限值，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，癸二酸在國內的市場價格不斷攀升，癸二酸的成本優勢減弱。因此在同樣成本下，使用壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂可以獲得更好的性能，其優勢愈加凸顯[2]。

 

參考文獻

[1]：朱延彬.潤滑脂技術大全（第二版）[M].北京：中國石化出版社，2009；

[2]：萬書曉.壬二酸在復合鋰基潤滑脂中的應用[R].廣州：中國潤滑油技術創新及行業發展論壇，2019。

 

作者簡介

1. 艾罡：深圳，廣研德孚科技發展（深圳）有限公司-市場部經理，2012年畢業于中北大學理學院（高分子化學與物理專業）。長期從事潤滑脂配方研發和產品應用工作，具有豐富的潤滑油脂的合成及應用經驗。

2. 萬書曉：深圳，特科多添加劑（深圳）有限公司-總經理；

3. LLARIA TORRISI：意大利，Matrica公司-全球市場經理