接觸器生產(chǎn)復合磺酸鈣基潤滑脂

1、接觸器生產(chǎn)復合磺酸鈣基潤滑脂潘仁發(fā) 曾德委（ 成都蜀光石油化學有限公司610083）摘要： 通過實驗室對工藝配方的篩選 , 采用接觸器生產(chǎn)的環(huán)保型復合磺酸 鈣基潤滑脂，在不加任何功能添加劑的情況下具有優(yōu)良的 性能。關(guān)鍵詞：復合磺酸鈣基潤滑脂、接觸器、生產(chǎn)一、 前言1.1 復合磺酸鈣基脂的發(fā)展磺酸鈣早期用作清凈分散劑和防銹劑。 20 世紀 50 年代 , 國外有人以磺 酸鈣為稠化劑制成了磺酸鈣基潤滑脂。60年代70年代，國外找到了使牛頓體的磺酸鈣轉(zhuǎn)變成為具有觸變性能的非牛頓體的方法，并且在磺酸鈣 基潤滑脂的制備過程中引入了磺酸鈣的高堿化技術(shù)，制成了高堿值磺酸鈣 基脂。 由于相當粘稠， 低溫泵送性

2、差， 因此妨礙了它的應用。 80 年代中期， 人們將非牛頓流體磺酸鈣進一步與脂肪酸、硼酸鹽復合制成的復合磺酸鈣 基脂具有優(yōu)良的高溫性能、機械安定性能、膠體安定性、氧化安定性、抗 水性、抗腐蝕性、 防銹性和極壓抗磨性， 被稱為是 “新一代的高效潤滑脂” 。 1.2 復合磺酸鈣基脂的研究意義隨著目前國內(nèi)大型重工業(yè)的發(fā)展，大量重負荷設備的采用和使用環(huán) 境的苛刻。對潤滑脂提出了更高的要求，如：（ 1 ）在重負荷、高溫和高速運行條件下能更有效地降低摩擦和磨損； （ 2）在惡劣工況下有很好的穩(wěn)定性和潤滑性，并具有更長的使用壽命； （ 3）具有較強的密封能力，防止塵埃、水和其他有害介質(zhì)進入潤滑部位； （ 4

3、）具有優(yōu)良的防銹性、耐腐蝕性和抗乳化性。（ 5 ）要求良好的環(huán)保性。復合磺酸鈣基脂在不加任何功能添加劑的情況下其優(yōu)異的綜合性 能，完全能滿足上述工況的使用要求，并且原料易得、生產(chǎn)成本較低。相 同工況下與其他普通潤滑脂相比其用量大大減少、減少維修停工時間，因 此可以節(jié)省大量資金。國外現(xiàn)在已經(jīng)著手研究環(huán)保型復合磺酸鈣基脂，國 內(nèi)對復合磺酸鈣基脂尚未作為一大類產(chǎn)品在工業(yè)上廣泛推廣應用。所以， 復合磺酸鈣基脂具有廣闊的市場前景。二、 配方的確定2.1 主要原材料高堿值磺酸鈣 T106 :紅棕色透明粘稠液體，總堿值300mgKOH/g；鈣含量 12% 閃點（開口）170 C復合轉(zhuǎn)化劑I :工業(yè)純，乳白色

4、物質(zhì)復合轉(zhuǎn)化劑II :工業(yè)純，無色透明物質(zhì)12-羥基硬脂酸：白色片狀，酸值172183mgKOH/g,皂化值176 188mgKOH/g,羥值 145mgKOHT g硬脂酸：白色顆粒，酸值 205210 mgKOH/g,皂化值206211mgKOH/gCaO:白色粉末，有效含量92%冰醋酸：無色透明液體熔點16 C,沸點118 C3硼酸：白色粉狀結(jié)晶相對密度1.43kg/m ,雜質(zhì)0.1%基礎油：機械油 A,粘度指數(shù)80，閃點230 C,傾點-8 C,KH150BS,俄羅斯進口，粘度指數(shù)95，閃點295 C,傾點-8 CX調(diào)和油,國外進口 ,粘度指數(shù)120，閃點265 C,傾點-25 C2.2

5、配方的確定通過實驗室的系統(tǒng)研究，用正交實驗確定復合磺酸鈣基脂的配方，典型的幾個產(chǎn)品理化指標見下表1 :分析項目配方A配方B配方C外觀均勻油膏均勻油膏均勻油膏針入度，1/10mm337284319滴點，C320+320+300+鋼網(wǎng)分油，%3.582.452.89水淋（79 C, 1h）,%2.091.601.8945#鋼片腐蝕合格合格合格T2銅片腐蝕1級1級1級十萬次錐入度，1/10mm356299341加水10%，十萬次,1/10mm343324350四球，Pb, N9807841176四球，Pd, N490058803087氧彈實驗，壓力降0.015-表1 優(yōu)化產(chǎn)品的有關(guān)理化指標研究認為

6、對復合磺酸鈣基脂 性能影響較大 五個因素為 基礎油、脂肪 酸、冰醋酸、T106、硼酸。綜合考慮后認為配方A為最佳配方。在確定了復合磺酸鈣基脂的配方以后，我們對復合磺酸鈣基脂的生產(chǎn)工藝進行了大量的實驗工作，分別對轉(zhuǎn)化溫度、轉(zhuǎn)化時間、反應步驟、復 合時間、煉制溫度、后處理工藝等因素進行了一定的考察，確定了復合磺 酸鈣基脂的工藝有三種：“先反后轉(zhuǎn)法”、“先轉(zhuǎn)后反法”、“分步綜合法”由表1可見，復合磺酸鈣基脂的優(yōu)化配方A其各項理化指標都很優(yōu)異，具有放大生產(chǎn)的價值和潛力，于是決定用接觸器進行試生產(chǎn)驗證配方和工藝 的可靠性和穩(wěn)定性。三、接觸器生產(chǎn)復合磺酸鈣基脂3.1主要生產(chǎn)原材料和設備主要原材料與實驗室調(diào)

7、制小樣所用的相同。主要的生產(chǎn)設備有：接觸器、移動泵、調(diào)和釜、過濾器、高壓均質(zhì)機、脫氣罐、真空泵等。主要 設備參數(shù)如下表：主要參數(shù)接觸器均質(zhì)機調(diào)和釜設備產(chǎn)地成都市上海市成都市3設備容積，m2.02.04.0設備直徑，mm1200-18003有效工作容積，m1.21.53.02加熱面積，m15-5最高壓力，MPa0.835-工作壓力，MPa0.430常壓最高工作溫度，C300120300電機、泵功率，KW22457攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，r/mi n960/1450-1200攪拌、葉輪直徑，mm300-1500加熱、冷卻方式導熱油水導熱油生產(chǎn)方式連續(xù)間隙連續(xù)表2主要生產(chǎn)設備的有關(guān)參數(shù)3.2復合磺酸鈣基脂的制備工

8、藝復合磺酸鈣基脂的制備工藝可以分成4個階段：一是轉(zhuǎn)化階段；二是反應復合階段；三是高溫稠化階段；四是后處理階段。雖然復合磺酸鈣基脂的生產(chǎn)工藝有三種：“先反后轉(zhuǎn)法”、“先轉(zhuǎn)后反法”、“分步綜合法”，但是對接觸器生產(chǎn)而言，綜合考慮生產(chǎn)安全、設備的固有特性和潤滑脂生產(chǎn) 多年的經(jīng)驗，宜采用“分步綜合法”，其產(chǎn)品質(zhì)量應當會更好。其生產(chǎn)過程示意圖如下：醋酸、有機酸油、石灰石灰水、硼酸油、脂肪酸圖1制脂工藝流程示意圖3.2.1 轉(zhuǎn)化非牛頓體磺酸鈣是由牛頓體高堿性磺酸鈣轉(zhuǎn)化而來，牛頓體高堿性磺酸鈣是油溶性的光亮透明液體，主要由磺酸鈣正鹽和碳酸鈣堿式鹽組成。當牛頓體的磺酸鈣轉(zhuǎn)化后，其體系發(fā)生了明顯的變化，從外觀上

9、看是變成 了粘稠的物體，從微觀上看是體系中的碳酸鈣由原來的無定型變?yōu)榍蛐徒Y(jié) 晶堆積體。在研究中曾采用了多種轉(zhuǎn)化劑，有水、甲醇、乙醇、磷酸、冰 醋酸、硼酸等。水是最理想的轉(zhuǎn)化劑，但轉(zhuǎn)化時間太長；冰醋酸和磷酸有 明顯轉(zhuǎn)化效果，但需要添加碳酸鈣等能釋放二氧化碳的物質(zhì)，否則對產(chǎn)品 的質(zhì)量有不利影響。為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的復合磺酸鈣基脂，經(jīng)過做了大量篩選實驗，最終決定在生產(chǎn)中采用其他復合劑，并通過改進使轉(zhuǎn)化效果非常優(yōu)異。經(jīng)過多次實驗確定了理想轉(zhuǎn)化工藝為：T106用量占總質(zhì)量的 15%- 40%;水的加入量占 T106的30%50%,并且與復合劑配成乳液；復合劑的用量占 T106 的 3%- 6%。轉(zhuǎn)化階段將部分

10、基礎油和T106 進行混合均勻，再將水與復合劑按比例配成乳液,水量要足夠,緩慢升溫,并且同時進行攪拌并 打回流，在100120 C之間進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時間在120180分鐘之間?；A油應該適量,否則過多轉(zhuǎn)化時會發(fā)生接觸器憋壓,過少則轉(zhuǎn)化產(chǎn)物會 很粘稠，不利于轉(zhuǎn)化和后續(xù)反應的進行。 （注：轉(zhuǎn)化得好 T106 的顏色已不 再是紅棕色而是呈淡乳黃白色，也不再是透明粘稠液體，而是膏狀體，外 觀細膩光滑、不會粗糙或發(fā)砂、手感滑潤似奶油凝脂。 ）3.2.2 反應階段在反應階段接觸器的溫度應該控制在150 C以內(nèi)，壓力控制在 0.4Mpa以下，轉(zhuǎn)速采用 960r/min 檔。將物料用基礎油配好后轉(zhuǎn)入接觸器內(nèi)，

11、宜 先加入硼酸和水進行適當加熱溶解，再加入氫氧化鈣進行反應，如果先加 入氫氧化鈣后加入硼酸，由于硼酸的溶解度不高，若硼酸沒有反應完全就 會在局部受熱（因反應用的接觸器換熱壁溫度很高）的情況下分解，有可 能會產(chǎn)生白色的顆粒，很難在后期繼續(xù)反應，這樣會影響成脂的效果和潤 滑脂的性能。說明：因硼酸的化學性質(zhì)很特殊。硼酸（H3BO3） 受熱脫水生成偏硼酸（HBO）;而偏硼酸在超過其熔點的高溫作用下脫水生成玻璃態(tài) 物質(zhì)硼酐（BQ）,在低溫受熱下脫水生成片狀結(jié)構(gòu)的晶狀物（B2C3）,其化學反應是個可逆反應。因 B-O 鍵的鍵能很大（ 560kJ/mol ），所以三氧化二 硼的熱穩(wěn)定性很高。要注意水不能加得

12、過多，能夠保證物料可以均勻分散 及攪拌就行，否則不利于反應（因水過多則物料濃度太低，其反應時間會 延長，同時產(chǎn)生的大量的水蒸汽導致接觸器的壓力不易控制）。也不能太少，否則物料接觸不完全，不利于接觸器效能的充分發(fā)揮，也會延長反應 時間。對潤滑脂的生產(chǎn)來說，配方和工藝都很重要，所以即使配方的組分含 量相同，但若生產(chǎn)工藝控制點掌握不準，有時也會影響潤滑脂的理化指標 和使用性能。3.2.3 高溫稠化階段復合磺酸鈣基脂的稠化體系主要由兩部分組成：一部分是非牛頓體的 碳酸鈣，另一部分是復合鈣皂。復合磺酸鈣基脂正是依靠碳酸鈣的立體堆 積結(jié)構(gòu)、復合鈣皂的纖維結(jié)構(gòu)以及醋酸鈣和磺酸鈣的氫鍵締合結(jié)構(gòu)，將基 礎油稠化

13、為潤滑脂。生產(chǎn)中高溫稠化階段的溫度控制一般在180 C240 C之間，根據(jù)工藝配方的不同而有所波動。最高煉制溫度的不同，對脂的剪切安定性和抗水 性以及鋼網(wǎng)分油也有不同程度的影響，而且對脂的硬化也有所影響。我們 優(yōu)化選擇的結(jié)果是用1450擋高速攪拌在 200220 C為最佳煉制溫度，在210 C有利于減少油的揮發(fā)和變質(zhì)，也減少了熱能的消耗，并且能使物料 充分反應和稠化。煉制完成后需要轉(zhuǎn)釜且不停的攪拌剪切直到溫度降到120 C以下，因120 C左右皂可能繼續(xù)膨化。如果溫度過高停止剪切則脂的最佳性能還不能體現(xiàn)，從而引起稠度的波動。3.2.4 后處理階段在后處理階段，宜用高壓均質(zhì)機在30Mpa以上壓力

14、進行均化（也可采用膠體磨或三輥磨對潤滑脂進行研磨），可防止未均化而存在的皂分不均造成外觀粗糙、少油性、理化指標波動較大（尤其對極壓性能的影響很大） 均化后的復合磺酸鈣基潤滑脂的外觀細膩、光滑、有油性。均化后的脫氣工序?qū)秃匣撬徕}基潤滑脂的影響也很大，主要表現(xiàn)在 如不脫氣：外觀有泡不均勻、抗氧化安定性變差、鋼網(wǎng)分油增大、錐入度 變大、四球有不利影響。同時檢測數(shù)據(jù)容易失真，從而誤導生產(chǎn)。3.2.5 產(chǎn)品的理化指標分析項目021218 批030125 批06.12.8 復查外觀均勻油膏均勻油膏均勻油膏針入度，mm330328325滴點，C320+320+320+鋼網(wǎng)分油，%1.441.201.50水

15、淋，%0.380.350.40鋼片腐蝕合格合格合格T2銅片腐蝕1級1級1級十萬次錐入度，mm326331318加水10%，十萬次302308-加水20%，十萬次310312308四球，PB, N980980980四球，PD, N4900490049000.8MPa氧彈實驗0.010-0.012表3產(chǎn)品的有關(guān)理化指標由表1和表3的對比研究可以看出，通過接觸器放大生產(chǎn)復合磺酸鈣 基脂，其理化指標比實驗室的更好。如外觀更好、剪切安定性指標( 十萬 次錐入度)變化 4 個單位，而實驗室變化 19 個單位；鋼網(wǎng)分油由實驗室 的 3.58 減小到 1.44 ；水淋由 2.09 減小到 0.38 ；氧彈實驗

16、由 0.015 減小 到 0.010 ；四球極壓性優(yōu)異，尤其是長磨磨斑直徑減小。由此可見我們實 驗室優(yōu)化出的工藝配方并采用接觸器生產(chǎn)是可行的。四、復合磺酸鈣基脂的性能(1) 高溫性能 復合磺酸鈣基脂具有杰出的耐高溫性能，錐入度0#以上的脂，其滴點都高于 300 C ,加熱到300 C以上后冷至室溫仍能恢復到原 來的結(jié)構(gòu)。曾用烘箱在150 C溫度下，靜態(tài)連續(xù)烘烤該脂360小時，而脂除表面有約1mm氧化變色、表面有裂紋、有一些硬化以外，其他理化指標 變化不大。復合磺酸鈣基脂有良好的高溫性能，這已被工業(yè)應用所證實， 并在非常苛刻的高溫環(huán)境中也表現(xiàn)出良好的性能。(2) 剪切安定性復合磺酸鈣基脂的剪切安

17、定性非常好，脂經(jīng)10萬次剪切后的錐入度變化不大(在10%以內(nèi))。滾筒穩(wěn)定性試驗中脂膜不破損，在高溫滾筒穩(wěn)定性試驗中也能運行較長時間。因體系中主要以碳酸鈣、醋 酸鈣、硼酸鈣、磺酸鈣等顆粒為主，脂受剪切后，除了脂肪酸鈣皂纖維產(chǎn) 生部分斷裂外，其它的很難破壞，從而使得復合磺酸鈣基脂具有較好的剪 切安定性。(3) 抗水性 加水 10%和 20的磺酸鈣基脂經(jīng)10萬次剪切后的錐入度變化也不大。 潤滑脂的抗水淋試驗在5%以下 , 磺酸鈣基脂有良好的抗水性。(4) 防銹蝕性 復合磺酸鈣基脂本身具有防銹和抗蝕性能，通過鋼片、 銅片腐蝕試驗和鹽霧試驗證明，復合磺酸鈣基脂具有優(yōu)異的防銹性能和抗 腐蝕性。(5) 極壓

18、性和抗磨性 評定潤滑脂極壓性能的臺架試驗是梯姆肯0K負荷試驗和四球機極壓特性試驗。不添加功能添加劑的復合磺酸鈣基脂的梯姆OK值達200N以上；四球長磨(392N，30min )平均磨痕直徑為 0.50mm 以下；Pb值達980N以上；四球燒結(jié)負荷達4900N。說明復合磺酸鈣基指具有優(yōu)異的極壓性能。(6) 氧化安定性 在氧彈法測定潤滑脂的氧化安定性試驗中，復合磺 酸鈣基脂試驗 500h 后的壓力降為 0.03MPa 以下。這說明復合磺酸鈣基脂 具有良好的氧化安定性，其性能超過其他許多潤滑脂。(7) 復合磺酸鈣基脂潤滑脂的低析油性、表面硬化和老化傾向小。2002年 12 月曾對用接觸器放大生產(chǎn)的兩批考察樣進行系統(tǒng)的理化分析和觀察 外觀等的變化，經(jīng)過 2003 至 2007 年近 5 年連續(xù)的觀察和檢測分析，除表面凹槽處有明顯分油以外，其各項常規(guī)理化指標均與當初的檢測指標變化不大（如滴點仍然 320 C以上，錐入度變化5個單位，四球等指標仍然良好），說明該脂原有的優(yōu)異性能仍然保持著。五、總結(jié)本文主要從原材料的選取，配方的優(yōu)化以及用接觸器生產(chǎn)的