一种含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂及其制备方法和应用 |
|||||||
| 申请号 | CN202410006720.2 | 申请日 | 2024-01-02 | 公开(公告)号 | CN117866685A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 太原理工大学; | 发明人 | 汤琼; 韩军; 刘雷; 赵志萍; 徐红; 董晋湘; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种含环状 侧链 烷基 萘 化合物的锂基 润滑脂 及其制备方法和应用，属于润滑脂技术领域。本发明所述的含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂的制备方法具体包括以下步骤：将由萘、多环烷 烃 和 离子液体 催化剂混合进行催化反应得到的环状侧链烷基萘化合物与聚α烯烃合成油混合，后将部分 基础 油、十二羟基 硬脂酸 、部分硬脂酸与氢 氧 化锂 水 溶液混合进行 皂化 反应，后依次加入剩余硬脂酸、剩余 基础油 反应，最后晶化得到润滑脂。本发明通过在基础油中添加环状侧链烷基萘化合物，改善了聚α烯烃合成油的稠化性能，可以降低稠化剂的使用量，同时具有良好的润滑性能，解决了环烷基油资源短缺的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂，其特征在于，包括以下质量百分含量的制备原料：基础油75～95％，混合脂肪酸4～20％，单水氢氧化锂0.5～20％； |
||||||
| 说明书全文 | 一种含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂及其制备方法和应用 技术领域[0001] 本发明涉及润滑脂技术领域，尤其涉及一种含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂及其制备方法和应用。 背景技术[0003] 基础油作为润滑脂中比例最大的成分，很大程度上影响润滑脂的性能。高性能润滑脂市场需求攀升，优质基础油不可或缺。与传统矿物油相比，环烷基润滑基础油是性质优良的润滑脂基础油，但是其资源稀缺，价格昂贵。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂及其制备方法和应用，所述含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂成本低且具有良好的润滑性能。 [0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案： [0007] 所述基础油为环状侧链烷基萘化合物和聚α烯烃合成油的混合物； [0008] 所述环状侧链烷基萘化合物由萘、多环烷烃和离子液体催化剂混合进行催化反应得到。 [0009] 优选的，所述基础油中环状侧链烷基萘化合物和聚α烯烃合成油的质量比为1:9～4:6。 [0010] 优选的，所述混合脂肪酸为十二羟基硬脂酸和硬脂酸，所述十二羟基硬脂酸和硬脂酸的质量比为4～2:1。 [0011] 本发明提供了上述技术方案所述的含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂的制备方法，包括以下步骤； [0012] 将环状侧链烷基萘化合物与聚α烯烃合成油混合，得到基础油； [0013] 将部分基础油、十二羟基硬脂酸、部分硬脂酸与氢氧化锂水溶液混合，进行第一皂化反应，得到皂化产物； [0014] 向所述皂化产物中加入剩余硬脂酸，进行第二皂化反应后，晶化，得到润滑脂。 [0015] 优选的，所述氢氧化锂水溶液中单水氢氧化锂与水的质量比为1:3～5。 [0016] 优选的，所述部分基础油的质量占全部基础油的质量百分比为70～80％；所述部分硬脂酸的质量占全部脂肪酸的质量百分比为10～20％。 [0018] 优选的，加入剩余硬脂酸后，在140～150℃反应15～50min，再加入剩余基础油作为升温油。 [0019] 优选的，所述晶化的温度为200～220℃，所述晶化的时间为5～15min。 [0020] 本发明提供了上述技术方案所述的含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂或上述技术方案所述制备方法制备得到的含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂在工业设备中的应用。 [0021] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下的有益效果： [0022] (1)本发明通过在基础油中添加环状侧链烷基萘化合物，改善了聚α烯烃合成油的稠化性能，可以降低稠化剂的使用量，节约原料使用生产成本，同时合成的锂基润滑脂具有良好的润滑性能；揭示了环状侧链烷基萘作为润滑脂基础油的潜力，为润滑脂技术领域在优质基础油方面提供了更多的选择性。 [0023] (2)本发明采用的环状侧链烷基萘是一类具有特殊结构的芳香族化合物，具有密度大、倾点低、溶解性好、粘度低和热稳定性好等优异性能，其分子结构和性能与环烷基油相似，可以补充现有的资源型环烷基基础油，解决了环烷基油资源短缺的问题。附图说明 [0024] 图1为对比例1与实施例2润滑脂样品的模量曲线图； [0026] 图3为实施例2润滑脂样品润滑后上试件钢球的磨损体积图。 具体实施方式[0027] 本发明提供了一种含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂，包括以下质量百分含量的制备原料：基础油75～95％，混合脂肪酸4～20％，单水氢氧化锂0.5～20％； [0028] 所述基础油为环状侧链烷基萘化合物和聚α烯烃合成油的混合物； [0029] 所述环状侧链烷基萘化合物由萘、多环烷烃和离子液体催化剂混合进行催化反应得到。 [0030] 在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。 [0031] 在本发明中，所述基础油的质量百分含量优选为75～95％，进一步优选为83.6～87.9％。 [0032] 在本发明中，所述基础油中环状侧链烷基萘化合物和聚α烯烃合成油的质量比优选为1:9～4:6，进一步优选为1:9～3:7。 [0033] 在本发明中，所述环状侧链烷基萘化合物优选为由萘、多环烷烃和离子液体催化剂混合进行催化反应得到。 [0034] 在本发明中，所述多环烷烃优选为十氢萘或四氢二环戊二烯，所述萘与多环烷烃的摩尔比优选为1:1～1:10，进一步优选为1:1～1:5，所述萘与离子液体催化剂的摩尔比优选为2:1～14:1，进一步优选为6:1～12:1。 [0035] 在本发明中，所述离子液体催化剂优选由金属氯化物、有机配体和溶剂制备得到，所述金属氯化物优选为无水氯化铝、无水氯化铁和无水氯化铜中的一种或几种，所述有机配体优选为三乙胺盐酸盐、二乙胺盐酸盐、乙胺盐酸盐、三甲胺盐酸盐、二甲胺盐酸盐、甲胺盐酸盐、三丙胺盐酸盐、二丙胺盐酸盐和丙胺盐酸盐中的一种或几种，所述溶剂优选为癸烷。 [0036] 在本发明中，所述金属氯化物与有机配体的摩尔比优选为1:1～5:1，进一步优选为1:1～3:1，所述金属氯化物与溶剂的用量比优选为1～10mmol:10mL，进一步优选为1～5mmol:10mL。 [0037] 在本发明中，所述离子液体催化剂的制备方法优选为在惰性气氛下，将金属氯化物、有机配体和溶剂混合，反应得到离子液体催化剂，所述反应的温度优选为20～80℃，进一步优选为40～60℃；所述反应的时间优选为0.5～1h，进一步优选为0.75～1h。 [0038] 在本发明中，所述催化反应的温度优选为20～120℃，进一步优选为40～100℃；所述催化反应的时间优选为2～10h，进一步优选为5～8h。 [0039] 本发明所述催化反应过程在干燥的高纯氩气气氛中进行；反应结束后，将混合物静置过夜，使其分层，取上层液体产物进行水洗，除去残余的离子液体催化剂，然后通过减压蒸馏除去惰性有机溶剂正癸烷和未反应完的萘和十氢萘。 [0040] 在本发明中，所述混合脂肪酸的质量百分含量优选为4～20％，进一步优选为10.6～14.3％。 [0041] 在本发明中，所述混合脂肪酸优选为十二羟基硬脂酸和硬脂酸，所述十二羟基硬脂酸和硬脂酸的质量比优选为4～2:1，进一步优选为3～2:1。 [0042] 在本发明中，所述单水氢氧化锂的质量百分含量优选为0.5～20％，进一步优选为1.5～2.1％。 [0043] 本发明提供了上述技术方案所述的含环状侧链烷基萘化合物的锂基润滑脂的制备方法，包括以下步骤； [0044] 将环状侧链烷基萘化合物与聚α烯烃合成油混合，得到基础油； [0045] 将部分基础油、十二羟基硬脂酸、部分硬脂酸与氢氧化锂水溶液混合，进行第一皂化反应，得到皂化产物； [0046] 向所述皂化产物中加入剩余硬脂酸，进行第二皂化反应后，晶化，得到润滑脂。 [0047] 在本发明中，所述氢氧化锂水溶液中单水氢氧化锂与水的质量比优选为1:3～5。 [0048] 在本发明中，所述部分基础油的质量占全部基础油的质量百分比优选为70～80％，进一步优选为72～78％；所述部分硬脂酸的质量占全部脂肪酸的质量百分比为10～ 20％，进一步优选为17.9～18.6％。 [0049] 在本发明中，所述部分基础油、十二羟基硬脂酸、部分硬脂酸与氢氧化锂水溶液混合优选为先将部分基础油、十二羟基硬脂酸与部分硬脂酸混合，搅拌升温至75℃，待脂肪酸全部溶解后加入氢氧化锂水溶液，升温至所述第一皂化反应的温度后，进行第一皂化反应。 [0050] 在本发明中，所述第一皂化反应的温度优选为110～120℃，进一步优选为110～115℃，所述第一皂化反应的时间为1～2h，进一步优选为1.2～1.5h； [0051] 在本发明中，所述加入剩余硬脂酸后，升温至所述第二皂化反应的温度，进行第二皂化反应；所述第二皂化反应的温度优选为140～150℃，进一步优选为140～145℃，所述第二皂化反应的时间优选为15～50min；进一步优选为20～40min。 [0052] 第二皂化反应结束后，优选继续升温至150～160℃，进一步优选为150～155℃，后加入剩余基础油作为升温油继续升温，升温至所述晶化的温度。 [0053] 在本发明中，所述晶化的温度为200～220℃，进一步优选为210～220℃，所述晶化的时间为5～15min，进一步优选为8～10min。 [0055] 下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。 [0056] 以下实施例中，所用环状侧链烷基萘的制备方法，包括以下步骤： [0057] 依次将AlCl3(3mmol)、三乙胺盐酸盐(1.5mmol)和惰性有机溶剂正癸烷(10ml)加入三口烧瓶中，在60℃的恒温油浴中连续搅拌0.5h，得到离子液体催化剂； [0058] 按萘与十氢萘摩尔比为1:3，萘与离子液体催化剂的摩尔比为10:1，先将萘加入离子液体催化剂中，待萘溶于其中后，将十氢萘加入其中在60℃下搅拌反应6h，整个反应过程在干燥的高纯氩气气氛中进行；反应结束后，将混合物静置过夜，使其分层，取上层液体产物进行水洗，除去残余的离子液体催化剂，然后通过减压蒸馏除去惰性有机溶剂正癸烷和未反应完的萘和十氢萘，得到环状侧链烷基萘产物。 [0059] 实施例1 [0060] 按照表1的原料配比称取对应的原料，将全部基础油质量的75％加入反应器中，再加入十二羟基硬脂酸与部分硬脂酸，搅拌升温至75℃；待脂肪酸全部融化后，加入配制好的氢氧化锂水溶液(单水氢氧化锂与水的质量比为1:3)；升温至115℃进行皂化反应，反应时间为1.5h；皂化完毕后，升温至145℃，加入剩余硬脂酸反应30min；继续升温至155℃，将剩余基础油作为升温油加入反应器中，反应5min；继续升温至210℃，晶化10min，停止加热，将所得的混合物冷却至室温后，用三辊研磨机研磨三遍，得到润滑脂成品。 [0061] 实施例2 [0062] 制备过程与实施例1相同，实施例2所用原料的种类和质量百分含量列于表1中。 [0063] 实施例3 [0064] 制备过程与实施例1相同，实施例3所用原料的种类和质量百分含量列于表1中。 [0065] 实施例4 [0066] 制备过程与实施例1相同，实施例4所用原料的种类和质量百分含量列于表1中。 [0067] 实施例5 [0068] 制备过程与实施例1相同，实施例5所用原料的种类和质量百分含量列于表1中。 [0069] 对比例1 [0070] 制备过程与实施例1相同，对比例1所用原料的种类和质量百分含量列于表1中。 [0071] 表1实施例1～5及对比例1所用原料的种类和质量百分含量 [0072] [0073] [0074] 性能与测试 [0075] 1)在GB/T 3498‑2008条件下，对实施例1～5与对比例1得到的润滑脂进行滴点测试，结果如表2。 [0076] 2)在NB/SH/T 0324‑2010条件下，对实施例1～5与对比例1得到的润滑脂进行钢网分油测试，结果如表2。 [0077] 表2实施例1～5及对比例1的滴点及钢网分油测试结果 [0078] [0079] 基于表2可知，所有润滑脂的滴点均大于200℃，根据实施例1～5与对比例1的测试结果可知，在稠化剂量相同的情况下，添加环状侧链烷基萘的锂基润滑脂的分油量均低于纯PAO8锂基润滑脂；这是因为环状侧链烷基萘的极性较高，金属锂皂有更好的溶解性，增强了基础油分子和金属锂皂分子间的相互作用。因此，环状侧链烷基萘的引入可以有效减少润滑脂的分油，增强其稠化性能。 [0080] 3)使用奥地利Anton Paar公司MCR302流变仪测试对比例1和实施例2润滑脂样品的粘弹性，在频率为1Hz、应变幅度在0.01～100％范围内研究了润滑脂储能模量(G')和损耗模量(G”)的变化，结果如图1所示；基于图1可知，实施例2润滑脂样品的储能模量G'与损耗模量G”明显高于对比例1，说明润滑脂的结构强度增加，环状侧链烷基萘中富电子萘环的存在使其具有较高的极性，能与金属锂皂更好地相容，可以有效增加稠化剂对基础油的稠化效果，从而可以在减少皂分的条件下，实现与之相接近的结构强度。 [0081] 4)使用德国Optimol公司SRV‑V摩擦磨损试验机测试对比例1与实施例2润滑脂样品的摩擦学性能，具体测试条件为：温度为85℃，频率为50Hz，步长为1mm，载荷为200N，测试时长为30min。利用美国Zygo公司生产的型号为ZeGage的3D白光干涉仪测量上试件钢球的磨损体积，结果如图2～3所示；基于图2～3可知，添加环状侧链烷基萘锂基润滑脂的钢球的磨损体积要低于纯PAO8锂基脂，这是由于PAO8基础油的极性较低，但通过引入含有大π‑电子共轭体系的环状侧链烷基萘，能在金属接触表面形成更稳定的润滑膜，可以及时补充到磨损表面，阻止了摩擦副的直接接触，从而提高了润滑脂的抗磨性能。 [0082] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈