一种改性富勒烯热轧润滑剂及其制备方法和应用 |
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| 申请号 | CN202310527882.6 | 申请日 | 2023-05-11 | 公开(公告)号 | CN116554946B | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 奎克化学(中国)有限公司; | 发明人 | 庄园; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种改性 富勒烯 热轧 润滑剂 及其制备方法和应用，所述改性富勒烯热轧润滑剂以重量份计包括以下组分：改性富勒烯0.5‑1.5份、天然油脂40‑70份、矿物油25‑45份、乳化剂0.5‑3份、分散剂1‑3.5份、助 溶剂 1‑4份。本发明提供的热轧润滑剂中经过硫化改性的富勒烯本身具有硫极压添加剂的性质，在极端高温和高压的情况下，改性富勒烯可以分解产生硫，硫在辊缝区形成硫极压膜，从而起到润滑的作用，改性富勒烯本身 稳定性 高，不易分解产生其他污染，相比传统极压添加剂有很大优势，对污 水 处理 和环保有很大的积极意义。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种改性富勒烯热轧润滑剂，其特征在于，所述改性富勒烯热轧润滑剂以重量份计包括以下组分： |
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| 说明书全文 | 一种改性富勒烯热轧润滑剂及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明属于高温润滑剂技术领域，具体涉及一种改性富勒烯热轧润滑剂及其制备方法和应用。 背景技术[0002] 近年来，由于汽车行业的不断发展，对汽车整体的安全性和轻量化提出了更高的要求。高强钢作为汽车外板和结构的主要构成材料，其强度和质量直接影响到汽车的安全性和轻量化指标。随着高强钢强度和质量的不断提高，其高温下加工的难度也不断提升，这对高强钢热轧的工艺也带来了很大的挑战。 [0003] 随着高强钢强度的不断提高，其在高温下的强度和抗加工能力也相应增加，热轧过程中非常容易出现由于润滑不足所导致的轧辊和钢板表面产生直接接触，造成轧辊和带钢的双重磨损，从而导致辊耗变高，换辊周期变短，带钢损耗增加等一系列增加生产成本的问题。 [0004] CN111909762A公开了一种水溶性钢管热轧用耐高温润滑剂，由以下重量分数的组分组成：三聚磷酸盐86‑94％、焦磷酸盐4‑7％、正磷酸盐0.5‑1％、三偏磷酸盐0.5‑2％和硬脂酸镁1‑4％。该方法采用多种磷酸盐作为高温润滑剂的核心成分，不含难熔物，在1000‑1200℃下即可完全融化，不会对管壁产生损伤，融化后可在管壁表面形成致密的膜层，起着高温抗氧化和高温润滑的作用。 [0005] CN104974826A公开了微合金钢控制热轧润滑剂组合物，采用HVI200基础油为基础油，配合多种添加剂，包括：油性剂、极压剂、抗磨剂、防锈剂、乳化剂、抗氧剂、抗泡剂、补强剂。该润滑剂组合物具有较高的吸附、扩散、浸润和承载能力，保证在控制热轧加工过程中，在型材表面形成一层均匀连续油膜，降低加工过程中的摩擦系数，使润滑剂保持一定的油膜厚度和强度，减少型材与设备的粘着和结焦以及型材表面缺陷。 [0006] CN109135895A公开了一种高润滑热轧油组合物及其用途。所述组合物以重量份数计由以下组份组成：组分a)：10～50份基础油；组分b)：10～65份油性剂；组分c)0.1～15份极压剂；组分d)：0.01～1份抗乳化剂；组分e)：1～20份增粘剂；组分f)0.01～1份降凝剂。该热轧油组合物可以较好的满足热轧工艺的润滑要求，可用于普碳钢热轧轧制的润滑。 [0007] 现有的用于高强钢热轧轧制液的润滑添加剂主要是传统的硫、磷极压添加剂和一部分油性添加剂，但这三类润滑添加剂应用于热轧过程中时，存在很多不足之处，具体表现在以下几点。(1)在高温辊缝区形成的磷极压膜虽抗磨性好，但其高温稳定性低，作用十分有限；硫极压膜的稳定高，但其抗磨性差，在热轧高温条件下，需要添加大量的硫添加剂，才能达到一定的极压润滑效果；油性剂挥发温度很低，只能起到相当有限的润滑效果；(2)因为大多数钢材适宜的热轧温度在1200‑1500℃，硫、磷、油性添加剂在高温条件下使用时，非常容易挥发或氧化生成硫/磷氧化物从而污染周围环境；(3)后道污水中含有大量的硫、磷，对污水处理带来很大影响，尤其是磷，会对水系统产生相当大的破坏。 [0008] 因此，开发一种耐高温高压、成本低、对环境友好的热轧润滑剂是本领域的研究重点。 发明内容[0009] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种改性富勒烯热轧润滑剂及其制备方法和应用，可以耐高温高压、成本低并且对环境友好。 [0010] 为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案： [0011] 第一方面，本发明提供一种，所述改性富勒烯热轧润滑剂以重量份计包括以下组分： [0012] [0013] 本发明提供的热轧润滑剂中改性富勒烯可以进入辊缝区中，将部分滑动摩擦变为滚动摩擦，极大地降低摩擦阻力，提高润滑；改性富勒烯的分子量相比富勒烯进一步增大，热稳定性进一步提高，非常适用于温度极高的热轧工艺润滑，而目前大多数富勒烯类润滑添加剂并不适用于高温条件下的润滑；少量改性富勒烯加到高强钢热轧油中，就能达到提高润滑、降低磨损、减轻粘辊的效果，大大降低轧制油的成本；改性富勒烯本身稳定性高，不易分解产生其他污染，相比传统极压添加剂有很大优势，对污水处理和环保有很大的积极意义。 [0014] 本发明提供的热轧润滑剂中改性富勒烯为0.5‑1.5份，当改性富勒烯低于0.5份时，润滑抗磨性有明显下降，当改性富勒烯高于1.5份时，润滑抗磨性相比1.5份不再有提升，同时制备成本提高； [0015] 所述改性富勒烯为0.5‑1.5份，例如可以为0.6份、0.8份、1份、1.2份或1.4份等。 [0016] 所述天然油脂为40‑70份，例如可以为45份、50份、55份、60份或65份等。 [0017] 所述矿物油为25‑45份，例如可以为30份、35份或40份等。 [0018] 所述乳化剂为0.5‑3份，例如可以为0.6份、0.8份、1份、1.5份、2份或2.5份等。 [0019] 所述分散剂为1‑3.5份，例如可以为1.5份、2份、2.5份或3份等。 [0020] 所述助溶剂为1‑4份，例如可以为1.5份、2份、2.5份、3份或3.5份等。 [0021] 上述各项数值范围中的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。 [0022] 优选地，所述改性富勒烯是将富勒烯进行硫化后得到。 [0023] 优选地，所述改性富勒烯中碳原子的个数为50‑60，例如可以为52、54、56或58等。 [0024] 优选地，所述改性富勒烯中硫元素的质量百分含量为5‑15％，例如可以为6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％或14％等，优选为10％。 [0025] 所述改性富勒烯硫元素的质量百分含量为5‑15％，以10％为最优含量。当硫元素含量低于5％时，润滑抗磨性有明显下降，当硫元素含量高于15％时，润滑抗磨性相比10％不再有提升，同时成本和制备难度显著提高。 [0026] 示例性地，改性富勒烯的分子结构式如下所示： [0027] [0028] 由于富勒烯和硫化工艺的复杂性，以上分子结构可能并不能准确地描述改性富勒烯的空间和化学结构，但本技术领域技术人员应当认识到，任何对富勒烯进行硫化处理后形成的分子结构都在本发明的保护范围内。 [0029] 经过硫化改性的富勒烯本身具有硫极压添加剂的性质，在极端高温和高压的情况下，改性富勒烯可以分解产生硫，硫在辊缝区形成硫极压膜，从而起到润滑的作用，极大地减少了因为分子被高温破坏或挥发而导致的润滑下降的可能，相比传统极压添加剂有非常大的优势。 [0031] 优选地，所述矿物油包括环烷基油和/或石蜡基油。 [0032] 优选地，所述矿物油在40℃下的粘度为80‑400cst，例如可以为100cst、150cst、200cst、250cst、300cst或350cst等。 [0033] 上述各项数值范围中的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。 [0034] 优选地，所述改性富勒烯热轧润滑剂中还包括抗氧剂。 [0035] 优选地，所述抗氧剂为0.5‑1份，例如可以为0.6份、0.7份、0.8份或0.9份等。 [0036] 优选地，所述抗氧剂包括二辛基二苯胺、对苯二酚或2，6‑二叔丁基α‑二甲基氨基对甲酚中的任意一种或至少两种的组合。 [0037] 优选地，所述乳化剂包括聚氧乙烯烷基胺、脂肪醇聚氧乙烯醚或高分子聚醚中的任意一种或至少两种的组合； [0038] 优选地，所述聚氧乙烯烷基胺中碳原子个数为12‑14，例如可以为12、13或14。 [0039] 优选地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚中碳原子个数为16‑18，例如可以为16、17或18.[0040] 优选地，所述高分子聚醚的重均分子量为4000‑10000，例如可以为5000、6000、7000、8000或9000等。 [0041] 优选地，所述分散剂包括聚异丁烯丁二酰亚胺、丁二酰亚胺、聚异丁烯丁二酸酯或聚异丁烯磷酸酯中的任意一种或至少两种的组合。 [0042] 优选地，所述聚异丁烯丁二酰亚胺的重均分子量为500‑3000，例如可以为800、1000、1500、2000或2500等。 [0043] 优选地，所述聚异丁烯丁二酸酯的重均分子量为500‑3000，例如可以为800、1000、1500、2000或2500等。 [0044] 优选地，所述聚异丁烯磷酸酯的重均分子量为500‑3000，例如可以为800、1000、1500、2000或2500等。 [0045] 优选地，所述助溶剂为有机钙盐。 [0046] 优选地，所述有机钙盐包括C10‑C12石油磺酸钙、C12‑C14石油磺酸钙或C14‑C16石油磺酸钙中的任意一种或至少两种的组合。 [0047] 上述各项数值范围中的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。 [0048] 第二方面，本发明提供一种如第一方面提供的改性富勒烯热轧润滑剂的制备方法，所述制备方法包括： [0049] 将所述天然油脂、矿物油、抗氧剂、改性富勒烯、乳化剂、分散剂和助溶剂混合，得到所述改性富勒烯热轧润滑剂。 [0050] 优选地，将所述天然油脂和矿物油混合，升温，加入所述抗氧剂，搅拌至抗氧剂完全溶解，降温，加入所述改性富勒烯、乳化剂、分散剂和助溶剂，混合均匀，得到所述改性富勒烯热轧润滑剂。 [0051] 优选地，所述升温的温度为80‑92℃，例如可以为82℃、84℃、86℃、88℃或90℃等。 [0052] 优选地，所述降温的温度为48‑57℃，例如可以为50℃、52℃、54℃或56℃等。 [0053] 上述各项数值范围中的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。 [0054] 第三方面，本发明提供一种如第一方面提供的改性富勒烯热轧润滑剂在高强钢热轧中的应用。 [0055] 优选地，所述高强钢热轧过程中，所述改性富勒烯热轧润滑剂以乳化液形式加入。 [0056] 优选地，所述乳化液中改性富勒烯热轧润滑剂的质量百分含量为0.5‑1％，例如可以为0.6％、0.7％、0.8％或0.9％等。 [0057] 优选地，所述乳化液中溶剂为去离子水。 [0058] 上述各项数值范围中的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。 [0059] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果： [0060] (1)本发明提供的热轧润滑剂中改性富勒烯可以进入辊缝区中，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，极大地降低摩擦阻力，提高润滑；改性富勒烯的分子量相比富勒烯进一步增大，热稳定性进一步提高，非常适用于高温条件下的润滑；经过硫化改性的富勒烯本身具有硫极压添加剂的性质，在极端高温和高压的情况下，改性富勒烯可以分解产生硫，硫在辊缝区形成硫极压膜，从而起到润滑的作用，极大地减少了因为分子被高温破坏或挥发而导致的润滑下降的可能，相比传统极压添加剂有非常大的优势； [0061] (2)少量改性富勒烯加到高强钢热轧油中，就能达到提高润滑、降低磨损、减轻粘辊的效果，大大降低轧制油的成本； [0062] (3)改性富勒烯本身稳定性高，不易分解产生其他污染，相比传统极压添加剂有很大优势，对污水处理和环保有很大的积极意义。 具体实施方式[0063] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。 [0064] 本文所用术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，还可包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。 [0065] “任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。 [0066] 本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。 [0067] 本发明所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例性地”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本文中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。 [0068] 以下实施例中试剂或仪器来源如下： [0069] 聚氧乙烯椰油基胺：购于江苏海安石油化工有限公司； [0070] 聚异丁烯丁二酰亚胺：购于山东领创科技有限公司； [0071] 石油磺酸钙：购于山东国化化学有限公司； [0072] 聚氧乙烯醚牛酯胺：购于江苏海安石油化工有限公司； [0073] 聚异丁烯丁二亚酰胺：购于山东领创科技有限公司； [0074] 石蜡基矿物油：粘度为100cst，购于苏州润克斯有限公司。 [0075] 制备例1 [0076] 本制备例提供一种改性富勒烯，其制备方法如下： [0077] 参照：Futagoishi T,Murata M,Wakamiya A,et al.Expansion of Orifices of Open C60 Derivatives and Formation of an Open C59S Derivative by Reaction with Sulfur[J].Org Lett,2013,15(11):2750‑2753提供的制备方法制备得到改性富勒烯。 [0079] 制备例2 [0080] 本制备例提供一种改性富勒烯，其制备方法如下： [0081] 参照：Futagoishi T,Murata M,Wakamiya A,et al.Expansion of Orifices of Open C60 Derivatives and Formation of an Open C59S Derivative by Reaction with Sulfur[J].Org Lett,2013,15(11):2750‑2753提供的制备方法制备得到改性富勒烯。 [0082] 利用X射线荧光光谱仪(XRF)对所述改性富勒烯进行含量检测，得出所述改性富勒烯中硫元素含量为5％。 [0083] 制备例3 [0084] 本制备例提供一种改性富勒烯，其制备方法如下： [0085] 参照：Futagoishi T,Murata M,Wakamiya A,et al.Expansion of Orifices of Open C60 Derivatives and Formation of an Open C59S Derivative by Reaction with Sulfur[J].Org Lett,2013,15(11):2750‑2753提供的制备方法制备得到改性富勒烯。 [0086] 利用X射线荧光光谱仪(XRF)对所述改性富勒烯进行含量检测，得出所述改性富勒烯中硫元素含量为15％。 [0087] 实施例1 [0088] 本实施例提供一种热轧润滑剂，所述热轧润滑剂的组分及各组分的重量份数，如下表所示： [0090] 按照前述配方量，将低倾点棕榈油、菜籽油、石蜡基矿物油加入反应瓶中，升温至90℃，再加入二辛基二苯胺，搅拌均匀，至二辛基二苯胺完全溶解，将反应瓶温度调整到50℃，加入改性富勒烯、聚氧乙烯椰油基胺、聚异丁烯丁二亚酰胺、石油磺酸钙，搅拌均匀，得到所述热轧润滑剂。 [0091] 实施例2 [0092] 本实施例提供一种热轧润滑剂，所述热轧润滑剂的组分及各组分的重量份数，如下表所示： [0093] [0094] [0095] 按照前述配方量，将棕榈仁油、菜籽油、石蜡基矿物油加入反应瓶中，升温至85℃，再加入2，6‑二叔丁基α‑二甲基氨基对甲酚，搅拌均匀，至2，6‑二叔丁基α‑二甲基氨基对甲酚完全溶解，将反应瓶温度调整到55℃，加入改性富勒烯、聚氧乙烯醚牛酯胺、聚异丁烯丁二亚酰胺、石油磺酸钙，搅拌均匀，得到所述热轧润滑剂。 [0096] 实施例3 [0097] 本实施例提供一种热轧润滑剂，所述热轧润滑剂的组分及制备方法如下： [0098] 其与实施例1的区别仅在于制备例1的改性富勒烯替换为等量的制备2的改性富勒烯，其他原料、用量及制备方法均与实施例1相同。 [0099] 实施例4 [0100] 本实施例提供一种热轧润滑剂，所述热轧润滑剂的组分及制备方法如下： [0101] 其与实施例1的区别仅在于制备例1的改性富勒烯替换为等量的制备3的改性富勒烯，其他原料、用量及制备方法均与实施例1相同。 [0102] 对比例1 [0103] 本对比例提供一种热轧润滑剂，所述热轧润滑剂的组分及制备方法如下： [0104] 其与实施例1的区别仅在于改性富勒烯为1.7份，其他原料、用量及制备方法均与实施例1相同。 [0105] 对比例2 [0106] 本对比例提供一种热轧润滑剂，所述热轧润滑剂的组分及制备方法如下： [0107] 其与实施例1的区别仅在于改性富勒烯为0.3份，其他原料、用量及制备方法均与实施例1相同。 [0108] 对比例3 [0109] 本对比例提供一种热轧润滑剂，所述热轧润滑剂的组分及制备方法如下： [0110] 其与实施例1的区别仅在于未加入改性富勒烯，其他原料、用量及制备方法均与实施例1相同。 [0111] 对比例4 [0112] 本对比例提供一种热轧润滑剂，所述热轧润滑剂的组分及制备方法如下： [0113] 其与实施例1的区别仅在于将改性富勒烯替换为等量的富勒烯，其他原料、用量及制备方法均与实施例1相同。 [0114] 参考例 [0115] 市售产品A：硫含量为10.0％，磷含量为0.2％； [0116] 市售产品B：硫含量为8.5％，磷含量为0.3％； [0117] 根据客户反馈，这两款产品在热轧现场应用多年，但是均会一定程度上存在粘辊，辊耗高，板面质量不稳定，污水处理成本高等问题。 [0118] 测试例1 [0119] 四球试验： [0120] 评估高强钢热轧轧制油的耐磨性能，使用四球测试仪，分别评价和比较实施例1‑4、对比例1‑4制备的热轧润滑剂、市场上常规同类高强钢热轧轧制油产品A、B，评价方法采用GB‑T 12583‑1998标准。其中，PB：最大无卡咬负荷，kgf，PD：最大烧结负荷，kgf，四球试验结果如表1所示。 [0121] 测试例2 [0122] 高温往复式摩擦试验： [0123] 评估高强钢热轧轧制油的在高温下的润滑性能，使用往复式摩擦试验仪，在500℃的高温下分别评价和比较实施例1‑4、对比例1‑4制备的热轧润滑剂、市场上常规同类高强钢热轧轧制油产品A、B的摩擦系数，评价结果如表1所示。 [0124] 测试例3 [0125] 总磷含量测试： [0126] 评估高强钢热轧轧制油使用后污水处理情况，参照GB/T 11893‑89标准，在相同条件下，分别测试使用实施例1‑4、对比例1‑4制备的热轧润滑剂、市场上常规同类高强钢热轧轧制油产品A、B后污水中总磷含量，评价结果如表1所示。 [0127] 表1 [0128] [0129] [0130] 根据表格数据可知，本发明提供的高强钢热轧润滑剂的PB值远大于市场同类常规高强钢热轧轧制油，表明了本发明的高强钢热轧润滑剂的油膜强度高，在辊缝区形成的油膜不易破裂，提高了润滑能力；PD值也远大于市场同类常规高强钢热轧轧制油，显著提高了油膜的抗烧结极限能力，表明了本发明提供的高强钢热轧轧制油有很强的抗耐磨性，降低了轧制过程中轧辊和钢材表面的直接接触，可以有效减轻热轧粘辊现象；当热轧润滑剂中改性富勒烯的含量过高时，相比最优的添加量润滑性和耐磨性不再有明显提升，当含量过低时，相比最优添加量润滑抗磨性明显下降，当不加入改性富勒烯时，相比实施例润滑抗磨性明显下降；当加入未改性的富勒烯时，润滑抗磨性结果略优于不加入富勒烯，但效果远不及实施例1‑2；当改性富勒烯中硫元素含量低时，润滑耐磨性有一定下降；当硫元素含量高时，相比最优的硫元素含量润滑性和耐磨性不再有明显提升。 [0131] 相较于参考例A和B，实施例1‑2提供的热轧润滑剂的摩擦系数比较低，表明实施例1和2提供的热轧润滑剂在高强钢高温轧制时，能提供很好的润滑，减少轧辊磨损，从而减少换辊次数，增加产量，大大提高生产效率；当热轧润滑剂中改性富勒烯的含量过高时，摩擦系数相较于实施例无明显提升，当含量过低时，摩擦系数增加，当不加入改性富勒烯时，摩擦系数明显增加；当加入未改性的富勒烯时，相较于未加入富勒烯有正向提升效果，但是与加入改性富勒烯相比摩擦系数明显增加。 |
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