專利名稱：水基極壓潤(rùn)滑液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高極壓含水潤(rùn)滑液的制備方法，確切地說，是一種以層狀結(jié)構(gòu)的粘土和塑料為原料制備高極壓水基潤(rùn)滑液的方法。這種潤(rùn)滑液適用于金屬加工的潤(rùn)滑劑。
背景技術(shù)：
摩擦在拉拔工藝中起著關(guān)鍵性的作用，采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑能使拉拔的摩擦磨損減至最小。可以采用油基和水基潤(rùn)滑劑，選擇的依據(jù)是摩擦學(xué)特性和冷卻能力。在拉拔中常遇到的是混合潤(rùn)滑狀態(tài)，要求潤(rùn)滑劑有好的粘附性、耐壓性，能形成穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜，對(duì)線材、絲材和模具起冷卻和潤(rùn)滑作用，而且要求拉拔后潤(rùn)滑膜易于清除。例如冷塑成型純鐵和碳鋼時(shí)，采用傳統(tǒng)的工藝，工藝毛坯表面一般要經(jīng)過酸洗、磷化、皂化等表面處理和潤(rùn)滑處理，不但工序繁雜，費(fèi)時(shí)，清洗時(shí)造成的污染也很嚴(yán)重。CN 85102380A采用水基高分子固體潤(rùn)滑劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝，但清除潤(rùn)滑膜時(shí)仍存在固體石墨的黑色污染問題，而且還需要加熱烘干成膜。而使用高潤(rùn)滑性，高粘附性能而又易于清洗的含水潤(rùn)滑劑會(huì)帶來很大的方便。
聚酰胺(俗稱尼龍)是工程塑料的一大品種，具有優(yōu)良的物理、力學(xué)和機(jī)械性能，在五大工程塑料中應(yīng)用最廣。但尼龍既不溶于水也不溶于油，單純采用機(jī)械分散的方法又難以形成穩(wěn)定的分散體系，難以用來改善潤(rùn)滑油(潤(rùn)滑液)的潤(rùn)滑性。
近年來，采用粘土原位插層聚合的方法制備納米高分子材料的方法取得很大的進(jìn)展。CN 1138593A介紹了一種一步插層聚合法，使層狀硅酸鹽粘土通過庫侖力與聚酰胺基體結(jié)合，并以納米尺度均勻分散在聚酰胺基體中，制成高性能的聚酰胺/粘土納米復(fù)合材料。CN 1373787A介紹了一種粘土分散高分子數(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，使粘土的最小構(gòu)成單位的硅酸鹽板狀結(jié)構(gòu)剝離，用混合法制備了聚苯乙烯丙烯腈聚合體樹脂納米復(fù)合材料。CN 1308101、CN 1295095、CN 129362等分別介紹了納米粘土與硅橡膠，聚苯并惡嗪，聚烯烴制備的復(fù)合材料。粘土材料一般用于塑料的改性，提高塑料的強(qiáng)度、耐熱性和可加工性。
US 2，820，056介紹了由帶烷基的芳烴制備磺酸鹽的方法。用濃硫酸或發(fā)煙硫酸磺化烷基芳烴后用1.5倍以上的苯溶劑稀釋，再加大量的水靜置分層沉降，將油相蒸餾或用乙醇抽提，得到產(chǎn)品。但此法未曾涉及可以用來制備含塑料和粘土這些既不溶于油，也不溶于水的材料的磺酸鹽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種水基極壓潤(rùn)滑液的制備方法，采用該方法制備的潤(rùn)滑液具有良好的穩(wěn)定性、冷卻性、粘附性、潤(rùn)滑性和清洗性，無臭無毒，適合作為金屬加工過程中的潤(rùn)滑劑。
本發(fā)明提供的水基極壓潤(rùn)滑液的制備方法包括1)將有機(jī)改性粘土、分子中含有酯基或酰胺基的塑料以及載體油加熱、混融，冷卻固化；2)將固化產(chǎn)物與載體油混合，用磺化劑磺化，收集油相產(chǎn)物；3)在油相產(chǎn)物中加入堿，調(diào)節(jié)pH值大于7，得到最終產(chǎn)品。
所說的粘土為有機(jī)改性粘土，包括蒙脫土、膨潤(rùn)土、高嶺土、凹凸棒土等?？梢允翘烊坏恼惩?，也可以是人工合成的用作催化劑材料的層狀硅酸鹽或硅酸鋁，如人造云母-蒙脫土(SMM)，纖蛇紋石(Mg3(OH)4Si2O5)，海泡石(H6Mg8Si12O3(OH)10·6H2O)等。粘土是具有層狀結(jié)構(gòu)的各種形式的水合硅鋁酸鹽，層間存在著可交換的無機(jī)離子，如鉀，鈉，鎂，鋰等，對(duì)有機(jī)化合物呈疏性。有機(jī)改性的作用是利用粘土晶層間的金屬離子的可交換性，以有機(jī)陽離子交換金屬離子，使粘土有機(jī)化，使之與載體油更好的混合。有機(jī)改性粘土可以是市售商品，如浙江臨安市膨潤(rùn)土礦生產(chǎn)的有機(jī)改性膨潤(rùn)土，也可以按照常規(guī)改性的方法進(jìn)行自制。通常的做法是將原土粉碎，在水中分散并除去雜質(zhì)，再用離子交換的方法使粘土變?yōu)殁c型土，然后用酰胺基胺、季銨鹽等長(zhǎng)鏈有機(jī)化合物(如二甲基十八烷基卞基氯化銨)將鈉型粘土的親水表面覆蓋，使其憎水親油。具體操作方法可參看《潤(rùn)滑脂性能及應(yīng)用》一書(孫全淑編，石油加工出版社)。
所說分子中含有酯基或酰胺基的塑料，可以是聚酰胺、聚胺酯、聚酯(包括不飽和聚酯和飽和聚酯)等。這類塑料分子中含有酯基或酰胺基，較易通過水解的方式降解，水解后的產(chǎn)物中含有大量羥基或氨基，有利于對(duì)薄片粘土的分散和表面修飾。其中的聚酰胺塑料，俗稱尼龍，可以是尼龍6、尼龍66和尼龍610等。
所說的載體油，是能夠進(jìn)行磺化反應(yīng)的有機(jī)物，包括C12-C30的烷基苯、不飽和酯類油、動(dòng)植物油和礦物油等，也可以是它們的混合物。例如，油酸甲酯、三羥甲基丙烷油酸酯、季戊四醇油酸酯、妥爾油、菜籽油、蓖麻油、鄰苯二甲酸乙二醇酯、環(huán)烷基潤(rùn)滑油等。
步驟1中，粘土與塑料的重量比為1∶5-1∶80，優(yōu)選1∶10-1∶60。塑料和載體油的重量比為1∶0.1-1∶10，優(yōu)選1∶0.2-1∶5?；烊鄣臏囟仁?00-350℃，最好是250-300℃，反應(yīng)時(shí)間一般是0.5-10小時(shí)，最好是1-5小時(shí)。反應(yīng)最好在惰性氣體氣氛下進(jìn)行，防止載體油在高溫下氧化。反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)混合物倒出，冷卻固化后粉碎或搗碎，顆粒越小越有利于下一步充分反應(yīng)。
步驟2中，所說的磺化劑是濃硫酸或發(fā)煙硫酸，濃度為95-105％(體積比，其中含SO3)的濃硫酸，最好是98-102％的硫酸。
固化產(chǎn)物的加入量為載體油重量的0.1-20％，最好是1-17％。固化產(chǎn)物與載體油的總重量與硫酸的重量比為1∶0.05-1∶1.0，最好為1∶0.2-1∶0.7。反應(yīng)溫度控制在15-60℃，最好為25-45℃，反應(yīng)時(shí)間一般為0.5-4小時(shí)，最好為1-2小時(shí)。
反應(yīng)結(jié)束后緩慢加水終止反應(yīng)，沉降分離水相，油相加堿中和，所用的堿可以是有機(jī)堿，如醇胺，包括乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺和苯乙醇胺等，也可以是無機(jī)堿，如氫氧化鈉，氫氧化鉀等，控制pH為7.5-11，最好為8-10，必要時(shí)加水稀釋，得到粘稠的水基潤(rùn)滑液。
本發(fā)明把粘土的熔融插層作為制備水溶性潤(rùn)滑劑的一個(gè)中間步驟，先把尼龍等聚合物的熔體直接嵌入到有機(jī)粘土的夾層中，增加粘土的層間距，提高粘土的分散性，并將得到的固態(tài)的、不溶于水和油的復(fù)合材料通過磺化和堿中和反應(yīng)將其變?yōu)楦邩O壓水基潤(rùn)滑液的極壓抗磨組分。所制備的水基極壓潤(rùn)滑液，具有良好的穩(wěn)定性、冷卻性、粘附性和潤(rùn)滑性，同時(shí)清洗性也好，而且無臭無毒，適合作為金屬加工過程的潤(rùn)滑劑。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1向裝有溫度計(jì)，攪拌器的1000ml三口瓶中加入4g季胺鹽改性膨潤(rùn)土(Bentonite-34，美國(guó)鉛業(yè)公司生產(chǎn))，200g粒狀的尼龍6，以及200g季戊四醇油酸酯，通高純氮?dú)獬テ恐械难鯕?，保持氮?dú)饬髁繛?0-100ml/min，在攪拌下將溫度升到300-310℃，反應(yīng)5小時(shí)，然后將反應(yīng)混合物倒入不銹鋼容器中冷卻凝固，將固體搗碎為直徑約為1-2mm的顆粒。
在1000ml三口瓶中加入上述固體顆粒5g，季戊四醇油酸酯235g，在攪拌下逐漸添加100g 98％的濃硫酸，并保持溫度在50℃以下，然后繼續(xù)攪拌1小時(shí)后，逐漸加入500ml水終止反應(yīng)，沉降分離廢酸，逐漸加入107g二乙醇胺，攪拌1小時(shí)，然后加水稀釋，得到產(chǎn)品1400g，產(chǎn)品為桔黃色粘稠液體，按GB3142-82方法進(jìn)行四球?qū)嶒?yàn)，油膜強(qiáng)度PB為932N，燒結(jié)負(fù)荷PD為3434N。
實(shí)例2制備方法與實(shí)例1基本相同，但步驟1中，改性膨潤(rùn)土為8g，尼龍6為100g，載體油為200g的三羥甲基丙烷油酸酯，混熔溫度是250-260℃；步驟2中和的醇胺為三乙醇胺214g，得到產(chǎn)品1400g，四球?qū)嶒?yàn)油膜強(qiáng)度PB為1176N，燒結(jié)負(fù)荷PD為3087N。
實(shí)例3制備方法與實(shí)例1相似，但參與磺化反應(yīng)的載體油為十二烷基苯。在500ml的三口瓶中加入40g烷基苯及上述lg固化物，攪拌，緩慢滴加25ml發(fā)煙硫酸，保持溫度在40℃以下，滴加后繼續(xù)攪拌2小時(shí)，老化10小時(shí)?？刂茰囟仍?5℃以下，逐漸加入200ml水終止反應(yīng)，加入少量溶劑，并倒入分液漏斗中，靜止分離廢酸，分離油相60g。在油相中緩慢加入20重％的氫氧化鈉水溶液至pH值為7-8。加入200ml蒸餾水，靜置12小時(shí)后再次分油，油相為棕色，水相為淺棕色半透明。
取1g油相加入99g蒸餾水，測(cè)得油膜強(qiáng)度PB＝314N，燒結(jié)負(fù)荷PD＝1235N。蒸餾水的PB＜98N，PD＝980N，說明加入1重％本發(fā)明方法制備的添加劑(約含2ppm的片狀分散的粘土)能提高蒸餾水的PB值3倍，提高PD值20％，而且分散體系很穩(wěn)定。說明所制備的油相是提高水的承載能力的有效添加劑。
實(shí)例4制備方法與實(shí)例1相似，在100ml燒杯中加入上述2g固化物，在攪拌下滴加98％濃硫酸10g，蓖麻油13g，用水冷卻保持溫度在4℃以下。2小時(shí)后分次加入20ml水洗滌，并離心分離出廢酸。在攪拌下滴加15g二乙醇胺，得33.3克淺黃色膏狀產(chǎn)物。取膏狀物加入蒸餾水分別配成1％、5％、10％乳液，按GB3142-82方法測(cè)定油膜濃度PB和燒結(jié)負(fù)荷PD。數(shù)據(jù)見表1。
表1不同乳液濃度的PB和PD

權(quán)利要求
1.一種水基極壓潤(rùn)滑液的制備方法，包括1)將有機(jī)改性粘土、分子中含有酯基或酰胺基的塑料以及載體油加熱混融，冷卻固化；2)將固化產(chǎn)物與載體油混合，用磺化劑磺化，收集油相產(chǎn)物；3)在油相產(chǎn)物中加入堿，調(diào)節(jié)pH值大于7，得到水基潤(rùn)滑液。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所說的有機(jī)改性粘土選自有機(jī)化的蒙脫土、膨潤(rùn)土、高嶺土、凹凸棒土。
3.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所說分子中含有酯基或酰胺基的塑料是聚酰胺、聚胺酯、聚酯。
4.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所說的載體油是能夠進(jìn)行磺化反應(yīng)的有機(jī)物。
5.按照權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所說的載體油選自C12-C30的烷基苯、不飽和酯類油、動(dòng)植物油、礦物油以及它們的混合物。
6.按照權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所說的載體油選自油酸甲酯、三羥甲基丙烷油酸酯、季戊四醇油酸酯、妥爾油、菜籽油、蓖麻油、鄰苯二甲酸乙二醇酯、環(huán)烷基潤(rùn)滑油。
7.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，粘土與塑料的重量比為1∶5-1∶80，塑料和載體油的重量比為1∶0.1-1∶10。
8.按照權(quán)利要求1或7所述的制備方法，其特征在于，粘土與塑料的重量比為1∶10-1∶60，塑料和載體油的重量比為1∶0.2-1∶5。
9.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，混熔的溫度是200-350℃，反應(yīng)時(shí)間一般是0.5-10小時(shí)。
10.按照權(quán)利要求1或9所述的制備方法，其特征在于，混熔的溫度是250-300℃，反應(yīng)時(shí)間是1-5小時(shí)。
11.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所說的磺化劑是濃硫酸或發(fā)煙硫酸。
12.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，固化產(chǎn)物的加入量為載體油重量的0.1-20％，固化產(chǎn)物與載體油的總重量與硫酸的重量比為1∶0.05-1∶1.0％。
13.按照權(quán)利要求12所述的制備方法，其特征在于，固化產(chǎn)物的加入量為載體油重量的1-17％，固化產(chǎn)物與載體油的總重量與硫酸的重量比為1∶0.2-1∶0.7。
14.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，磺化反應(yīng)溫度為15-60℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5-4小時(shí)。
15.按照權(quán)利要求14所述的制備方法，其特征在于，磺化反應(yīng)溫度為25-45℃，反應(yīng)時(shí)間為1-2小時(shí)。
16.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，反應(yīng)結(jié)束后加堿中和，控制pH為7.5-11。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水基極壓潤(rùn)滑液的制備方法，包括1)將有機(jī)改性粘土、分子中含有酯基或酰胺基的塑料以及載體油加熱混融，冷卻固化；2)將固化產(chǎn)物與載體油混合，用磺化劑磺化，收集油相產(chǎn)物；3)在油相產(chǎn)物中加入堿，調(diào)節(jié)pH值大于7，得到水基潤(rùn)滑液。所說的有機(jī)改性粘土選自有機(jī)化的蒙脫土、膨潤(rùn)土、高嶺土、凹凸棒土，所說的塑料是聚酰胺、聚胺酯、聚酯。本發(fā)明所制備的水基極壓潤(rùn)滑液，具有良好的穩(wěn)定性、冷卻性、粘附性和潤(rùn)滑性，同時(shí)清洗性也好，而且無臭無毒，適合作為金屬加工過程的潤(rùn)滑劑。
文檔編號(hào)C10N30/06GK1782050SQ20041009631
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者韋淡平, 齊浩, 范靜蕓 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院