含硅油复合锂基润滑脂的制备及性能研究

含硅油复合锂基润滑脂的制备及性能研究李继泰;胡永明;殷恒波【摘要】In order to improve lithium complex lubricating and high temperature properties,the lithium complex grease was prepared by one-step method with the use of silicone oil and mineral oil as base oil,12-hydroxy stearic acid,adipic acid and lithium hydroxide as the materials of thickening agent.The effects of the amount of base oil,compound ratio of thickening agent,saponification temperature,saponification time,maximum refining temperature,mixed ratio of silicone oil and mineral oil were studied through characterizing the main parameters of droppingpoint,cone penetration and oil separa-tion of steel netting method.The results show that the combination of silicone oil and mineral oil improves the dropping point of the lithium complex greases,and lowers the separation and evaporation loss.The proper amount of silicone oil can reduce the friction coefficient of the greases.%为改善锂基润滑脂的耐高温性能，以硅油和矿物油为基础油，以12－羟基硬脂酸、己二酸和氢氧化锂为稠化剂的原料，采用一步法制备含硅油耐高温复合锂基润滑脂。

通过对其滴点、锥入度、钢网分油等重要参数的表征，研究基础油用量、复合稠化剂比例、皂化温度、皂化时间、最高炼制温度、硅油和矿物油比例等对复合锂基润滑脂性能的影响。

结果表明：硅油的加入使得复合锂基润滑脂具有相对较高的滴点、较低的分油量和低蒸发损失，同时适量的硅油还可降低复合锂基润滑脂的摩擦因数。

【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2016(041)009【总页数】6页(P74-79)【关键词】复合锂基润滑脂;高温性能;锥入度;滴点【作者】李继泰;胡永明;殷恒波【作者单位】江苏大学化学化工学院江苏镇江212013;江苏大学化学化工学院江苏镇江212013;江苏大学化学化工学院江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TE626.4润滑剂在工业生产中有极其重要的作用，它可以减小摩擦从而减少不必要的能量损失并保护机械延长其使用寿命[1-3]。

锂基润滑脂作为多效润滑脂已经在工业领域广泛应用，但随着现代工业的飞速发展，重载、高温、高速设备的使用，普通锂基润滑脂已不能满足设备的润滑要求[4-7]。

复合锂基润滑脂除具备锂基润滑脂优良的机械安定性、胶体安定性、氧化安定性外，还具有滴点高等高温使用性能[8-10]，因此越来越受到人们的重视和关注，在耐高温润滑脂中已占有相当大的比重[11]。

复合锂基润滑脂由基础油、稠化剂和添加剂构成，其中基础油占80%以上，因此基础油的各项指标对润滑脂的性能有着显著影响。

硅油为无色、无味、无毒及无刺激性产品，而且具有好的化学稳定性、耐热耐寒性、润滑性、高折射性等优良性能[12-14]。

硅油可以作为比较理想的润滑脂基础油[15]，但由于硅油与矿物油的互溶性较差，以硅油为基础油合成复合锂基润滑脂的难度比较大。

目前，含硅油的复合锂基润滑脂制备与性能研究报道还很少。

本文作者以硅油和矿物油为基础油，12-羟基硬脂酸、己二酸、氢氧化锂为原料，采用一步法合成了性能优异的复合锂基润滑脂，并分析硅油对复合锂基润滑脂性能的影响。

主要原料：硅油，工业品；KN4010环烷基橡胶油，工业品；12-羟基硬脂酸，工业品；氢氧化锂，工业品；己二酸，分析纯，上海市国药集团化学试剂有限公司生产。

主要仪器：电子分析天平，北京赛多利斯天平有限公司生产；101-3型电热鼓风干燥箱，上海沪南科学仪器联营厂生产；JJ-1型电动搅拌装置，江苏金坛市中大仪器厂生产；TC-15型套式恒温器，浙江海宁新华医疗器械厂生产；SWQC型数字程序控温仪，南京桑力电子设备厂生产；Nicolet Nexus 470红外光谱仪，美国尼高力公司生产；MS-10A杠杆式四球摩擦试机，厦门天机自动化有限公司生产。

复合锂基润滑脂的制备原理：将12-羟基硬脂酸与己二酸在一定条件下与氢氧化锂发生反应，生成2种相应的锂皂，形成共结晶对基础油进行稠化，得到润滑脂。

2种锂皂的反应方程式如下：CH3(CH2)5CHOH(CH2)10COOH +LiOH→CH3(CH2)5CHOH(CH2)10COOLi+H2OHOOC(CH2)4COOH+2 LiOH→复合锂基润滑脂制备过程如下：(1)将硅油、KN 4010基础油、12-羟基硬脂酸、己二酸按配方称量(其中基础油与硅油加入量为其总量的1/2)，加入三口烧瓶中，启动程序升温控制仪和搅拌装置，升温至80 ℃搅拌保温溶解1 h，使有机酸全部溶解在基础油中。

(2)加入氢氧化锂水溶液，升温至90～110 ℃，保温3～9 h，进行皂化反应。

(3)皂化反应完成后，升温至170 ℃，保温3 h并加快搅拌速度进行脱水，确保脱水完全。

(4)脱水完成后加入剩余基础油与硅油，缓慢升温至190～215 ℃，在最高炼制温度时保持0～5 min。

(5)将产物倒入不锈钢杯中，急冷。

完全冷却后研磨，即得复合锂基润滑脂。

基础油是润滑脂的重要组成部分，一般认为，皂基润滑脂是金属皂和吸留在皂里的基础油所构成的三维网状结构体系，皂基润滑脂是以油为分散介质和以皂-油凝胶粒子为分散相的结构分散体系[16]。

皂化反应时温度的控制也是至关重要的，温度过低反应活性低，反应需要的时间长；反应温度高，会导致水沸腾而发生喷发，皂化反应是属于离子反应，必须有水的存在才能反应。

从表1可以看出，基础油用量不变时，随着皂化温度的升高，滴点、锥入度、蒸发度并没有明显的变化，钢网分油量略有增加，铜片腐蚀无变化。

当皂化温度不变时，随着基础油用量的减少，滴点基本保持不变，而钢网分油量、锥入度、蒸发度明显降低，铜片腐蚀无变化。

这是因为，复合锂基润滑脂的滴点主要受基础油和稠化剂的性能影响，复合锂基润滑脂的滴点变化较小。

锥入度主要受皂纤维结构的影响，而皂纤维结构的形成除了冷却方式还有皂含量、炼制温度的影响。

复合锂基润滑脂的钢网分油量与其胶体安定性有关，胶体安定性好分油量少，反之则多。

基础油用量减少，相应的皂含量增加，单位体积的皂纤维数目增多，所以润滑脂的锥入度小、稠度大，而且基础油与金属皂的结合更为牢固，不易分油。

以表1结果可以看出，基础油用量为80%～95%，皂化温度为90～100 ℃时，均可制备出性能较好的复合锂基润滑脂。

复合锂基润滑脂是由12-羟基硬脂酸与二元酸复合锂皂作稠化剂制备而成的，2种锂皂的复合效果对复合锂基润滑脂的性能具有重要影响。

表2给出了2种锂皂稠化剂比例对复合锂基润滑脂性能的影响。

从表2可以看出，稠化剂中随着己二酸量的增加，复合锂基润滑脂的锥入度呈增长的趋势，钢网分油量呈先降后增的趋势，而滴点略有下降，蒸发度没有明显变化，铜片腐蚀无变化。

己二酸是短链二元羧基酸，酸性明显强于12-羟基硬脂酸，在皂化反应时，己二酸的加入时间以及加入量都会影响皂化反应的进行。

己二酸用量过多时，不利于12-羟基硬脂酸与氢氧化锂的反应，影响皂化反应的进行，进而影响复合反应的进行，最终影响复合锂基润滑脂的性能。

在12-羟基硬脂酸与己二酸用量比例大于3∶1时，所制得的复合锂基润滑脂具有较高的滴点、较小的锥入度与较小的钢网分油量。

皂化时间影响皂化反应的程度，是制备复合锂基润滑脂的的关键所在，若皂化不完全，不是局部游离碱过量，就是润滑脂的锥入度过高。

复合锂基润滑脂的皂化反应虽属酸碱中和反应，但它们是有机酸与无机碱的中和反应，且处于非均相中(脂肪酸不溶于水而溶在基础油中，而氢氧化锂又不能溶于油而要溶于水中)，因此该反应不能瞬间完成，皂化完全必有一定的时间过程。

从表3可以看出，随皂化时间的延长，滴点先升高而后基本保持不变，锥入度、铜网分油逐渐降低，蒸发度基本不变，铜片腐蚀无变化。

皂化时间短时，皂化反应不完全，不利于复合锂基润滑脂的复合；当皂化时间足够长时，皂化反应较为完全，复合锂基润滑脂的复合效果较好。

实验表明，皂化时间5 h以上可保证复合锂基润滑脂具有较高的滴点、较小的锥入度与较小的钢网分油量。

研究发现，润滑脂在达到最高炼制温度时，皂纤维与基础油处于熔融状态，两者基本形成了较稳定的溶胶状态[17]。

最高炼制温度对复合锂基润滑脂的性能有着重要影响。

从表4可以看出，随着最高炼制温度的升高，复合锂基润滑脂的滴点明显升高，而锥入度先降后升。

最高炼制温度偏低，则复合锂基润滑脂的皂纤维结构不牢固，滴点低，高温性能较差。

最高炼制温度过高，脂样易被氧化，皂纤维结构易被破坏，脂样颜色加深，影响复合锂基润滑脂的外观和性能。

实验结果表明，最高炼制温度为200～210 ℃时制备的润滑脂滴点较高、分油低、蒸发损失低。

硅油具有优异的耐热性、耐寒性、润滑性及憎水性，硅油的加入可以有效地提高复合锂基润滑脂的性能。

从表5可以看出，当硅油的加入量不变时，随着硅油黏度的增加，复合锂基润滑脂的锥入度减小、稠度增大。

硅油的加入可以有效地提高复合锂基润滑脂的滴点，最高可达到206 ℃，而从文献[13]可知，12-羟基硬脂酸/己二酸复合锂基脂的滴点为200 ℃左右。

对于高黏度的硅油，当硅油的质量分数达到30%时，复合锂基润滑脂的滴点反而降低了。

因为滴点主要受基础油和稠化剂的性能影响，硅油黏度大，加入量多时，与矿物油的相容性效果较差，不利于形成较稳定的皂纤维结构。

实验结果表明，硅油质量分数介于5%～20%制备的复合锂基润滑脂具有较高的滴点、较低的分油量、较低的锥入度。

在四球机主轴转数1 200 r/min、负荷392 N条件下不同黏度硅油及不同硅油用量对复合锂基润滑脂摩擦性能的影响如表6所示。