以层状磷酸钾钙作为固体润滑添加剂的锂基润滑脂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种以层状磷酸钾钙作为固体润滑添加剂的锂基润滑脂及其制备方法。该锂基润滑脂由以下质量份数的组分制成：基础锂基润滑脂74.0‑98.95份，层状磷酸钾钙CaKPO

说明书

技术领域

本发明涉及一种润滑脂、润滑脂固体润滑添加剂及其制备方法，具体涉及一种以层状磷酸钾钙作为固体润滑添加剂的锂基润滑脂及其制备方法，属于润滑脂及其添加剂制备技术领域。

背景技术

润滑脂是一种稠厚的油脂状半固体，用于机械的摩擦部位，起润滑和密封等作用，主要由基础油、稠化剂、添加剂三部分组成。锂基润滑脂是20世纪40年代至今发展最快，当前生产量最大，应用领域最广的一种多效润滑脂，在多种工业部门包括轴承、汽车、印染、矿山、冶金、宇航等广泛应用。美国润滑脂协会将一个国家的锂基润滑脂所占比例作为衡量其润滑脂工业技术水平的标志。锂基润滑脂本身在抗磨损、承载性能方面存在一定的缺陷，为了达到理想使用效果，需要在锂基润滑脂中加入合适的添加剂。固体润滑添加剂是锂基润滑脂中非常重要的一类添加剂，最重要的作用是改善脂的润滑性、抗磨性和抗擦伤性，增强密封性和防护性，提高脂的强度和热安定性，减少从摩擦部件中甩出的脂量等。近年来随着现代工业的发展，很多润滑部位都是一次性充脂，后续不再补充或更换，对锂基润滑脂的抗磨性能提出越来越苛刻的要求。因此开发含有新型优质固体润滑添加剂的润滑脂，以适应多种苛刻工况的需求势在必行。

实际机械运转工况中，润滑材料的选择需要考虑经济成本，资源丰富，价格低廉的材料值得重视。钙是地壳中分布最广泛的元素之一，占第五位，质量百分含量达到3.64 %。磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O是一种无机化合物，由CaO₆八面体、PO₄四面体层板构成，钾离子和水分子存在于层板间[Louër,>

发明内容

本发明的内容是提供一种具有良好承载抗磨减摩性能的锂基润滑脂固体润滑添加剂制备及其应用方法。

本发明提供了一种以层状磷酸钾钙作为固体润滑添加剂的锂基润滑脂，润滑脂的质量份数组成为：基础锂基润滑脂74.0 - 98.95 份，层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O1.0>

所述的层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O，制备方法采用水热合成方法，具体来讲是将一定配比的原料钙源、磷源、无机钾盐，温度范围25>

如上所述的抗氧剂包括2, 6-二叔丁基对甲苯酚、吩噻嗪、二苯胺中的一种。

如上所述的防锈剂包括烯基丁二酸、苯并三氮唑中的一种。

如上所述的极压剂包括ZDDP、硫化异丁烯、磷酸三甲酚酯中的一种。

如上所述的钙源选自氯化钙、醋酸钙、氢氧化钙或硫酸钙中的一种。

如上所述的磷源选自磷酸、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾中的一种。

如上所述的无机钾盐选自氯化钾、硫酸钾或醋酸钾中的一种。

如上所述配比为磷钙摩尔比（1~10）:1，钾钙摩尔比（1~10）:1和水钙摩尔比（5~100）:1。

本发明润滑脂的制备方法包括如下步骤：将基础锂基润滑脂、层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O、抗氧剂、防锈剂和极压剂在室温>

如上所述的基础锂基润滑脂由包括脂肪酸，基础油和氢氧化锂在内的原料混合反应而成，其中脂肪酸5.0 - 30.0 份，基础油70.0 - 95.0 份，氢氧化锂0.2 - 3.0 %份；锂基基础润滑脂的制备方法：将1 / 3 基础油倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至70 -80 ℃，投入脂肪酸，待脂肪酸完全溶解，再加入预先溶于水的氢氧化锂溶液，温度控制在120 - 130 ℃之间，反应1 - 5 h。皂化结束后加入1 / 3基础油，温度控制在200 - 220 ℃之间，持续10 min 后，停止加热。温度降到160 - 190 ℃时，加入1 / 3 基础油，体系降温至100 ℃时，停止搅拌，用三辊研磨机或高压均质机研磨均匀后即得锂基基础润滑脂。

如上所述的脂肪酸包括12-羟基硬脂酸或硬脂酸。

如上所述的基础油选自烃类基础油、酯类基础油和硅油类基础油中的一种或几种，任意比混合。

所述的烃类基础油是指PAO系列合成油、石蜡基矿物油、环烷基矿物油、中间基矿物油中的一种。

所述酯类基础油是指双酯油、多元醇酯油、复酯油或偏苯三酸酯油中的一种。

所述硅油类基础油是指甲基硅油、乙基硅油、甲苯基硅油或二苯基硅油。

本发明的优点和有益效果如下：

(1) 本发明首次采用水热合成方法，制备出层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O，合成方法简便、原料来源丰富、条件温和，便于实现产品的质量控制。

(2) 本发明中，作为锂基润滑脂固体润滑添加剂的层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O成本低，适合工业大规模生产应用的需要。

(3) 本发明提供的层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O为固体润滑添加剂的润滑脂具有良好的极压承载抗磨减摩能力。

附图说明

图1为实施例1所得层状磷酸钾钙的XRD图。

具体实施方式

下面是本发明的具体的实施方式，实施例仅是说明性的，不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例 1

将31.7 g PAO9倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至70 ℃，投入5.0 g 12-羟基硬脂酸，待12-羟基硬脂酸完全溶解，再加入预先溶于水的氢氧化锂溶液(含氢氧化锂0.2 g)，温度控制在130 ℃，反应1 h。皂化结束后加入31.7 g PAO9，温度控制在200 ℃，持续10min后，停止加热。温度降到190 ℃时，加入31.7 g PAO9，体系降温至100 ℃时，停止搅拌，用三辊研磨机研磨均匀后即得基础锂基润滑脂。

在30 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料1.11 g氯化钙、1.74 g 磷酸氢二钾，在0.9 mL水溶液中反应。温度100 ℃，反应3天，经过滤、蒸馏水洗涤，室温干燥后即可获得层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O。图1即为该产品的XRD图。

选用层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O>

利用四球摩擦磨损试验机, 根据国标GB/T 3142-82和SH/T 0204-92对所制得润滑脂产品的润滑性质进行评价，承载能力P_B值和极压能力P_D值显著提升，磨斑直径（WSD）和摩擦系数（µ）明显减小。

实施例 2

将25.0 g 100 SN倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至80 ℃，投入25.0 g 硬脂酸，待硬脂酸完全溶解，再加入预先溶于水的氢氧化锂溶液(含氢氧化锂2.5 g)，温度控制在125 ℃，反应5 h。皂化结束后加入25.0 g 100 SN，温度控制在210 ℃，持续10 min后，停止加热。温度降到170 ℃时，加入25.0 g 100 SN，体系降温至100 ℃时，停止搅拌，用三辊研磨机研磨均匀后即得基础锂基润滑脂。

在30 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.40 g 醋酸钙、1.86 g 氯化钾和2.45g 磷酸，在22.5 mL水中反应。温度150 ℃，反应2天，经过滤、蒸馏水洗涤，室温干燥后即可获得层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O。

选用层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O>

利用四球摩擦磨损试验机, 根据国标GB/T 3142-82和SH/T 0204-92对所制得润滑脂产品的润滑性质进行评价，承载能力P_B值和极压能力P_D值显著提升，磨斑直径（WSD）和摩擦系数（µ）明显减小。

实施例 3

将23.3 g 液体石蜡倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至80 ℃，投入30.0 g硬脂酸，待硬脂酸完全溶解，再加入预先溶于水的氢氧化锂溶液(含氢氧化锂3.0g)，温度控制在120 ℃，反应1 h。皂化结束后加入23.3 g 液体石蜡，温度控制在220 ℃，持续10 min后，停止加热。温度降到160 ℃时，加入23.3 g 液体石蜡，体系降温至100 ℃时，停止搅拌，用高压均质机研磨均匀后即得基础锂基润滑脂。

在30 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料1.36 g 硫酸钙、6.8 g 磷酸二氢钾和4.9 g 醋酸钾，在18 mL水中反应。温度25 ℃，反应7天，经过滤、蒸馏水洗涤，室温干燥后即可获得层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O。

选用层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O>

利用四球摩擦磨损试验机, 根据国标GB/T 3142-82和SH/T 0204-92对所制得润滑脂产品的润滑性质进行评价，承载能力P_B值和极压能力P_D值显著提升，磨斑直径（WSD）和摩擦系数（µ）明显减小。

实施例 4

将30.0 g 季戊四醇酯倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至80 ℃，投入10.0 g硬脂酸，待硬脂酸完全溶解，再加入预先溶于水的氢氧化锂溶液（含氢氧化锂2.0 g），温度控制在128 ℃，反应3 h。皂化结束后加入30.0 g 季戊四醇酯，温度控制在210 ℃，持续10 min后，停止加热。温度降到180 ℃时，加入30.0 g 季戊四醇酯，体系降温至100 ℃时，停止搅拌，用三辊研磨机研磨均匀后即得基础锂基润滑脂。

在30 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料1.58 g 醋酸钙、4.9 g 磷酸和8.7 g硫酸钾，在20 mL水中反应。温度250 ℃，反应0.1天，经过滤、蒸馏水洗涤，室温干燥后即可获得层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O。

选用层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O>

利用四球摩擦磨损试验机, 根据国标GB/T 3142-82和SH/T 0204-92对所制得润滑脂产品的润滑性质进行评价，承载能力P_B值和极压能力P_D值显著提升，磨斑直径（WSD）和摩擦系数（µ）明显减小。

实施例 5

将28.0 g PAO6倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至70 ℃，投入16.0 g 12-羟基硬脂酸，待12-羟基硬脂酸完全溶解，再加入预先溶于水的氢氧化锂溶液(含氢氧化锂1.0 g)，温度控制在125 ℃，反应1 h。皂化结束后加入28.0 g PAO6，温度控制在210 ℃，持续10min后，停止加热。温度降到180 ℃时，加入28.0 g PAO6，体系降温至100 ℃时，停止搅拌，用三辊研磨机研磨均匀后即得基础锂基润滑脂。

在30 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.74 g 氢氧化钙、5. 88 g 醋酸钾和2.94 g磷酸，在10 mL水中反应。温度100 ℃，反应5天，经过滤、蒸馏水洗涤，室温干燥后即可获得层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O。

选用层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O>

利用四球摩擦磨损试验机, 根据国标GB/T 3142-82和SH/T 0204-92对所制得润滑脂产品的润滑性质进行评价，承载能力P_B值和极压能力P_D值显著提升，磨斑直径（WSD）和摩擦系数（µ）明显减小。

实施例 6

将25.0 g 100 SN和50.0 g PAO8混合均匀，取25.0 g 混合油倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至75 ℃，投入25.0 g 硬脂酸，待硬脂酸完全溶解，再加入预先溶于水的氢氧化锂溶液(含氢氧化锂2.5 g)，温度控制在125 ℃，反应5 h。皂化结束后加入25.0 g 混合油，温度控制在210 ℃，持续10 min后，停止加热。温度降到170 ℃时，加入25.0 g 混合油，体系降温至100 ℃时，停止搅拌，用高压均质机研磨均匀后即得基础锂基润滑脂。

在30 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.79 g 醋酸钙、1.49 g 氯化钾和0.98g 磷酸，在5 mL水中反应。温度150 ℃，反应2天，经过滤、蒸馏水洗涤，室温干燥后即可获得层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O。

选用层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O>

利用四球摩擦磨损试验机, 根据国标GB/T 3142-82和SH/T 0204-92对所制得润滑脂产品的润滑性质进行评价，承载能力P_B值和极压能力P_D值显著提升，磨斑直径（WSD）和摩擦系数（µ）明显减小。

实施例 7

将23.3 g 液体石蜡和46.7 g PAO6混合均匀，取23.3 g混合油倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至80 ℃，投入30.0 g硬脂酸，待硬脂酸完全溶解，再加入预先溶于水的氢氧化锂溶液(含氢氧化锂3.0g)，温度控制在120 ℃，反应1 h。皂化结束后加入23.3 g 混合油，温度控制在220 ℃，持续10 min后，停止加热。温度降到160 ℃时，加入23.3 g 混合油，体系降温至100 ℃时，停止搅拌，用高压均质机研磨均匀后即得基础锂基润滑脂。

在30 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.68 g 硫酸钙、2.04 g 磷酸二氢钾和1.49 g 氯化钾，在20 mL水中反应。温度25 ℃，反应7天，经过滤、蒸馏水洗涤，室温干燥后即可获得层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O。

选用层状磷酸钾钙CaKPO₄·H₂O>

利用四球摩擦磨损试验机, 根据国标GB/T 3142-82和SH/T 0204-92对所制得润滑脂产品的润滑性质进行评价，承载能力P_B值和极压能力P_D值显著提升，磨斑直径（WSD）和摩擦系数（µ）明显减小。

性能检测数据分析：利用厦门天机MS-10A型四球摩擦磨损试验机，根据GB/T3142-82和SH/T 0204-92评价钙基润滑脂的润滑性质，极压能力P_D值有效提高，承载能力P_B值提升显著，磨斑直径WSD减小明显，摩擦系数μ有效减小，说明添加磷酸钾钙材料到基础锂基脂中后，可有效提升润滑脂的极压、承载、抗磨、减摩能力。