润滑脂无机稠化剂的研究进展-石油圈

润滑脂是现代工业和军事领域中一类非常重要的润滑材料，按其组成分为基础油、稠化剂和添加剂。人们习惯于按稠化剂的种类将润滑脂分为皂基润滑脂、烃基润滑脂、有机润滑脂和无机润滑脂四大类。在四大类润滑脂中，皂基润滑脂的生产历史最为悠久，目前的产量和用量也最大；以脲基稠化剂为代表的有机润滑脂由于性能突出，近年来在产量等方面也出现逐渐增加的趋势；无机稠化剂制备的润滑脂虽然在产量和应用范围上远不如皂基润滑脂和有机润滑脂，但由于具有优良的使用性能，如膨润土润滑脂被认为是现代高性能润滑脂之一，无机润滑脂的相关研究和应用也得到了人们的重视。结合近年来无机润滑脂研究领域取得的进展，对无机稠化剂的相关研究情况进行了简要地讲解。

1无机稠化剂的种类及发展

传统的无机润滑脂包括膨润土润滑脂和硅胶润滑脂等，其中膨润土润滑脂产量较大，占世界润滑脂总产量的1%～2%，是主要的高滴点润滑脂之一。膨润土润滑脂是以季胺盐或者氨基酰胺覆盖的膨润土为稠化剂制备的润滑脂。由于是非皂基润滑脂，膨润土润滑脂的微观结构不具有典型的纤维结构，稠化成脂时借助分散剂与膨润土的羟基形成氢键网络，使膨润土颗粒在基础油中形成三维骨架结构，基础油均匀地填充在三维骨架的空隙中，从而形成非牛顿流体的润滑脂。由于结构不同，膨润土润滑脂在高温时无明显的相转化现象，具有更高的滴点，甚至无滴点，加之具有良好的胶体安定性，对环境友好和生物降解性好等优点，被认为是一种具有前途的高温润滑脂。膨润土润滑脂普遍用于机轮轴承、冶金机械和矿山机械等使用温度较高、负荷较重的润滑部位。

硅胶润滑脂是用改性后的二氧化硅稠化硅油等合成油得到。硅胶润滑脂普遍具有良好的高低温性能和化学安定性，使用寿命长也较长，可用作真空密封润滑脂、阻尼润滑脂、介电润滑脂、仪表润滑脂和电气绝缘润滑脂等特殊用途的润滑脂。

除上述无机稠化剂外，一些新型的无机稠化剂也引起了研究者的注意，如凹凸棒土天然纳米材料。王泽云等发现，凹凸棒土作为添加剂时对润滑油有一定的胶凝作用，因而尝试用其作稠化剂，制备出了高温性能良好的凹凸棒土润滑脂。测试表明，凹凸棒土润滑脂具有较好的机械安定性和胶体安定性。虽然在室温下的润滑性不如膨润土润滑脂，但凹凸棒土润滑脂对抗磨剂的感受性较好，添加抗磨剂后摩擦因数减小，极压抗磨性显著提升。

陈铁旦等以改性凹凸棒土为稠化剂，稠化废食用油制备出具有较高环保价值的润滑脂，该润滑脂具有较好的抗腐蚀性能和润滑性能。

刘大军等分别采用纳米氮化硅和纳米氮化铝为稠化剂，制备了两种无机润滑脂。这两种无机润滑脂均没有滴点，并且具有良好的胶体安定性和热安定性。通过考察稠化剂的用量与润滑脂锥入度的关系，发现这两种润滑脂的锥入度随稠化剂用量的增加而减小。在氧化安定性方面，氮化硅润滑脂的氧化安定性较好；氮化铝润滑脂由于稠化剂中含有金属元素铝，氧化安定性稍差。

2化学改性对无机稠化剂的影响

无机润滑脂的制备分为干法和湿法两大类。无机稠化剂由于极性和分散等原因，较难直接使用。不论采用哪种制备工艺，无机稠化剂一般都需要先用覆盖剂改性，并在助分散剂的帮助下才能较好地分散在基础油中形成网络骨架结构，最终形成润滑脂。因此用于无机稠化剂化学改性的覆盖剂种类、结构、用量和改性工艺等都对无机润滑脂的性能有着重要的影响。

膨润土的稠化能力较弱，有机改性后热分解温度不高。虽然膨润土润滑脂的综合性能较好，但存在抗剪切性较差、轴承噪音大和遇水乳化等不足，这在一定程度上制约了膨润土润滑脂的应用。研究发现，在制备膨润土润滑脂时，存在着膨润土在基础油中分散与膨润土借助氢键形成骨架结构，并最终形成凝胶的平衡过程。在这一过程中，膨润土的化学改性、助分散剂等因素起到了关键性作用，并对润滑脂的稠度、机械安定性及耐温性等产生重要的影响。Shell公司以聚胺和热固树脂混合物为覆盖剂，制备了微凝胶膨润土润滑脂。该微凝胶膨润土润滑脂不会因温度升高失水而变软，且与添加剂有良好的相容性。

Shell公司还利用水凝胶法，用咪唑啉、苯胺甲醛树脂及苯酚甲醛树脂为改性剂制备出新型膨润土润滑脂。试验证明，所制备的新型膨润土润滑脂具有良好的轴承寿命。

米红英等以十八胺封端脲醛，酚醛树脂改性的膨润土为稠化剂，并采用湿法工艺制备膨润土润滑脂，改性后的膨润土稠化剂对基础油具有一定的选择性。脲醛树脂改性的膨润土对PAO8基础油（一种聚α-烯烃合成油）的稠化能力最优，环烷基油次之；酚醛树脂改性的膨润土对150BS基础油的稠化能力最优。但两种改性膨润土稠化剂都不能很好地稠化500SN基础油。考察润滑脂的性能发现，制备的润滑脂除热安定性较好外，还具有良好的高低温性能、机械安定性能及抗水性能等。

对凹凸棒土润滑脂的研究也发现，覆盖剂的组成和用量等会对润滑脂的滴点、剪切安定性、抗腐蚀性和摩擦学性能产生一定的影响。如用季铵盐修饰的凹凸棒土润滑脂具有较好的热安定性、胶体安定性和抗磨减摩性能，但有一定的腐蚀性；而用氨基酰胺为修饰剂制备的凹凸棒土润滑脂则没有腐蚀性。

3粒径和比表面积对无机稠化剂的影响

无机稠化剂、覆盖剂和助分散剂的种类及用量等一直是研究工作的重点。近年来，随着纳米材料领域研究的不断深入，一个新的影响因素逐渐吸引了研究者的注意，这就是无机稠化剂的粒径。传统的无机稠化剂多为微米量级，粒径较大，比表面积相对较小，所制备的润滑脂虽然滴点高，高温性能较好，但剪切安定性及胶体安定性等还有待提高。随着纳米技术的发展，人们开始考虑将具有较大比表面积的无机纳米材料作为稠化剂使用，并对其稠化能力，成脂后的流变学性能和使用性能等进行了研究。国内外的研究都表明，无机纳米材料稠化剂可制备出具有较高滴点的润滑脂，且无机纳米材料的粒径对所制备的润滑脂的摩擦学性能、胶体安定性和机械安定性都有一定的影响。

王晶等通过湿法球磨得到粒径为250nm左右的膨润土，研究了该膨润土对不同基础油的稠化成脂能力。实验结果表明，与未经球磨的膨润土相比，球磨后的膨润土稠化剂由于粒径减小，比表面积增加，对基础油的稠化能力也有所增加。

杜守琴等以粒径范围5nm～40nm，比表面分别为200cm²/g，320cm²/g和423cm²/g的纳米二氧化硅为稠化剂，支链硅油为基础油，硅醇为改性剂制备了系列二氧化硅支链硅油润滑脂，并通过润滑脂稠度的变化对纳米二氧化硅的稠化能力进行了比较。发现在相同的工艺条件下，比表面积大的二氧化硅并没有表现出稠化能力更强的优势，而是相对较弱。不同的实验结果表明，无机稠化剂的稠化能力与粒径及比表面积之间的关系可能不是线性的，当稠化剂粒径减小时，比表面积的增加使得稠化剂能够膨化更多的基础油，稠化能力有所增强；但随着比表面积的进一步增加，稠化剂在表面张力的作用下，不能均匀地分散在基础油中，并且会发生团聚。因此，当纳米材料的颗粒小到一定的程度以后，稠化能力反而有可能降低。

传统的无机润滑脂在机械安定性和胶体安定性方面表现较差，如在滚筒剪切试验和10万次延长工作锥入度试验后，膨润土润滑脂的锥入度有明显地增加，而复合锂基润滑脂的增幅较小。从评定润滑脂胶体安定性的钢网分油试验（100℃，24h）中也可以看出，试验后的膨润土润滑脂的分油量也远大于脲基润滑脂的分油量。

杜守琴等在比较了不同粒径的纳米二氧化硅润滑脂的剪切安定后发现，比表面积对润滑脂的剪切安定性影响很大，比表面积越大，剪切安定性就越好。

王晶等在比较了不同基础油制备的超微化膨润土润滑脂和传统膨润土润滑脂后发现，增加稠化剂的比表面积使润滑脂的胶体安定性和机械安定性都得到了提高。纳米无机稠化剂具有良好的胶体安定性和机械安定性的原因可能是因为比表面积的增加，使其更易分散于基础油中形成三维网络骨架结构。当润滑脂受到外界的剪切作用时，网络骨架结构被破坏，而当剪切作用停止后，受比表面积较大的影响，迅速恢复并形成新的网络骨架结构，从而表现出较好的机械安定性。进一步研究膨润土润滑脂的流变性发现，超微化膨润土润滑脂的触变环面积小于传统膨润土润滑脂，而储能模量、损耗模量和剪切应力均大于传统膨润土润滑脂，表明超微化膨润土润滑脂在相同剪切环境下，破坏超微化膨润土润滑脂的结构所需能量较小，即其结构容易被破坏，但结构恢复能力增强。这些研究都从流变学理论上解释了纳米级无机稠化剂机械安定性较好的原因。

4结束语

伴随着我国工业技术和装备体系的升级改造，对润滑脂的各项性能如高温性能、机械安定性能及轴承寿命等也提出了更高的要求。无机润滑脂作为一种具有巨大潜力的高性能润滑脂，无疑会受到润滑脂研制单位和生产厂家的关注。改善和提高无机润滑脂的性能，除可在新型稠化剂的开发和生产工艺的优化等方面下功夫外，现有稠化剂的性能改善也是一个值得研究的方向，其中覆盖剂与稠化剂性能的关系和纳米级无机稠化剂的研究都有待进一步深入。

未经允许，不得转载本站任何文章：

润滑脂无机稠化剂的研究进展

延伸阅读：

相关推荐