1、前言

 

復合鋰基潤滑脂的稠化劑體系是由脂肪酸鋰皂和低分子酸鋰鹽共同結晶形成的，使得制備的潤滑脂滴點在260℃以上。根據所用低分子酸的不同，復合鋰基潤滑脂的稠化劑主要有12-羥基硬脂酸一壬二酸體系、12-羥基硬脂酸一癸二酸體系、12-羥基硬脂酸一硼酸體系、12-羥基硬脂酸一磷酸體系、12-羥基硬脂酸一水楊酸體系、12-羥基硬脂酸一癸二酸一硼酸體系等。稠化劑體系不同，生產工藝各異。國內生產復合鋰基潤滑脂主要采用12-羥基硬脂酸一癸二酸體系，也有少部分采用12-羥基硬脂酸一硼酸體系。對于12一羥基硬脂酸一癸二酸復合鋰基潤滑脂的生產，主要采用常壓反應釜一混合釜法和壓力反應釜一混合釜法生產工藝。生產工藝與鋰基潤滑脂的生產工藝相近，所不同的是皂化升溫有一個復合過程。因此，在生產工藝上有一步法和兩步法之分。

 

國際市場上，壬二酸主要有三家大的國際公司供應，產能最大的是意大利Matrica Spa公司，工廠位于撒丁島，總部位于米蘭，是由意大利ENI Versalis和Novamont 兩大化學公司合資，采用葵花籽油為原料，年產量12000噸。由于壬二酸用于復合鋰基潤滑脂的性能優勢，在歐美地區使用廣泛。國內市場壬二酸的供應缺乏，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。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。同樣成本下，壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂的性能優勢愈加凸顯。

 

下面就壬二酸和癸二酸在制備復合鋰基潤滑脂的性能做一比較。

 

2、試驗原料

 

為了比較壬二酸和癸二酸制備的復合鋰基潤滑脂的性能異同，我們在實驗室里使用下面配方制備鋰基脂，使用純度大于99.5%的癸二酸和純度為>92%Matrilox 001T壬二酸和純度>98%Matrilox 001M壬二酸做復合鋰基潤滑脂做了性能比較。

 

制備鋰基脂和復合鋰基脂的配方為：

潤滑脂配方

基礎油：PAO ISO46

稠化劑：LiOH + 12-羥基硬脂酸

+ 壬二酸（或癸二酸） (<5%)

添加劑:抗氧劑、腐蝕抑制劑、抗磨劑、聚合物稠化劑 

 

這里選用PAO目的在于獲得可比較的機械穩定性，添加劑為制備鋰基脂常規添加劑。

 

試驗使用的壬二酸性能如表1：

 

試驗使用的癸二酸性能如表2：

 

 

3、使用癸二酸和壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂的滴點和機械穩定性

 

3.1 使用癸二酸和壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂的滴點和機械穩定性的原理

 

使用壬二酸和癸二酸提高復合鋰基潤滑脂的滴點和機械穩定性的原理在于：

 

鋰基酯中，鋰皂(12 -羥基硬脂酸鋰)形成網格固定潤滑油，呈現半固態

 

鋰基酯中加入壬二酸或者癸二酸后，提高了潤滑脂的網格骨架結構，從而提高了復合鋰基潤滑脂的滴點和機械穩定性。

 

3.2 壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂比癸二酸的滴點更高

 

潤滑脂的滴點是指潤滑脂從半固態變為液態的溫度，測定方法為ASTM D566:流過標準開口容器的溫度。滴點表征了潤滑脂的耐溫性能，滴點提高，表明潤滑脂的耐溫性能改善。

 

使用壬二酸和癸二酸制備的復合鋰基潤滑脂與鋰基脂的滴點如圖3。

 

中可以明顯看出，使用壬二酸和癸二酸，都能明顯提高鋰基脂的滴點，而使用不同純度的壬二酸，要比癸二酸更能提高潤滑脂滴點。

 

3.3 壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂的機械穩定性高過癸二酸

 

錐入度測定潤滑脂的硬度和穩定性。采用ASTM D217方法測定，即在標準條件下，標準圓錐落入潤滑脂樣品的深度。美國潤滑脂學會NLGI根據60次沖程剪切后錐入度數值，對潤滑脂的硬度和穩定性做了分級，如表3。

 

本文試驗采用的鋰基脂和復合鋰基脂為NLGI 2#硬度。10000次沖程剪切和100000次沖程剪切后，測定潤滑脂的錐入度，可以比較潤滑脂在工作中的硬度和結構的穩定性。

 

中可以看出，使用壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂，在0和60次沖程剪切后，錐入度都小于癸二酸的，表明使用壬二酸制備的復合鋰基脂硬度好于癸二酸的。經過10000次沖程剪切后，壬二酸制備的復合鋰基脂的錐入度變化很小，而癸二酸復合鋰基脂的錐入度就增加了很多，表明壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂的機械穩定性遠好于癸二酸的。100000次沖程剪切后，純度較高的壬二酸Martilox 001M制備的復合鋰基潤滑脂的錐入度依舊變化很小，純度略低的壬二酸Matrilox 001T制備的復合鋰基潤滑脂的錐入度增加依舊小于10000次沖程剪切后癸二酸制備的復合鋰基脂的錐入度變化。可見壬二酸制備的復合鋰基脂的機械穩定性遠遠好于癸二酸的。

 

給出了壬二酸和癸二酸制備的復合鋰基潤滑脂隨著沖程剪切次數增加，錐入度的增加趨勢，可以明顯看出，壬二酸制備的復合鋰基脂的隨著沖程剪切次數增加，錐入度變化小。而100000次沖程剪切后，癸二酸復合鋰基脂的錐入度大幅度增加，表明復合鋰基脂的皂結構破壞，機械穩定性快速降低。 

 

用10000次沖程剪切后錐入度與60次沖程剪切后錐入度的差值，比較了實際工作中復合鋰基脂的機械穩定性和結構保持性的差異。可以看出癸二酸復合鋰基脂的錐入度差值是壬二酸復合鋰基脂的2-3倍。

 

3.4 滾筒剪切機械安定性比較

 

ASTM D1831方法測定潤滑脂的機械安定性，即在帶旋轉滾筒的氣缸中轉動72-100小時后，測定潤滑脂的錐入度變化。滾筒法機械安定性測定結果，表征了潤滑脂在使用壽命期限內潤滑脂的穩定性。

 

給出了壬二酸和癸二酸制備的復合鋰基脂的機械安定性差異，途中可以明顯看出壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂的機械安定性好于癸二酸的，滾筒剪切后，壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂的錐入度變化只有癸二酸的一半。

 

4、壬二酸和癸二酸制備復合鋰基潤滑脂的綜合比較

 

 

通過前面試驗數據匯總，以及制備工藝的比較，我們可以用圖8給出使用壬二酸制備復合鋰基潤滑脂與癸二酸制備復合鋰基脂的綜合比較。

 

使用壬二酸和癸二酸制備復合鋰基潤滑脂，其它原料相同時，可以得到相同滴點的復合鋰基脂。但是由于癸二酸的熔點130℃，高于壬二酸（110℃），為了保證癸二酸的熔解和充分反應，用癸二酸制備復合鋰基潤滑脂時，大多采用兩步法工藝：第一步皂化反應制備12-羥基硬脂酸鋰，升溫到110-130℃，由癸二酸發生第二步皂化反應。而使用壬二酸時，由于壬二酸的熔點與硬脂酸鋰皂化反應溫度接近，就不需要升溫熔解，可以一步法制成，這樣裝置工效會顯著提高，工人的工作強度也會明顯降低。

 

癸二酸制備的復合潤滑脂通常比壬二酸的軟一點，在實際使用中，遭受連續和強力機械應力剪切時，機械安定性和穩定性遠不如壬二酸制備的復合鋰基潤滑脂。這就是在歐美地區，盡管壬二酸價格遠高于癸二酸，壬二酸依舊大量用于復合鋰基潤滑脂的主要原因。

 

關于作者

 

萬書曉，特科多添加劑(深圳）有限公司市場經理，1999年畢業于中國石油化工科學研究院。長期從事車用潤滑劑、冷卻液、制動液和工業潤滑油脂添加劑和配方研發和市場推廣工作，曾經服務于多家國際知名潤滑劑功能化學品和添加劑公司，具有豐富的潤滑油脂和冷卻液、制動液現場技術服務和故障診斷經驗。發表多篇技術論文，著有《機動車發動機冷卻液》一書。