專利名稱：水基極壓潤滑液的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高極壓含水潤滑液的制備方法，確切地說，是一種以層狀結構的粘土和塑料為原料制備高極壓水基潤滑液的方法。這種潤滑液適用于金屬加工的潤滑劑。
背景技術：
摩擦在拉拔工藝中起著關鍵性的作用，采用適當的潤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滑劑，選擇的依據是摩擦學特性和冷卻能力。在拉拔中常遇到的是混合潤滑狀態，要求潤滑劑有好的粘附性、耐壓性，能形成穩定的潤滑膜，對線材、絲材和模具起冷卻和潤滑作用，而且要求拉拔后潤滑膜易于清除。例如冷塑成型純鐵和碳鋼時，采用傳統的工藝，工藝毛坯表面一般要經過酸洗、磷化、皂化等表面處理和潤滑處理，不但工序繁雜，費時，清洗時造成的污染也很嚴重。CN 85102380A采用水基高分子固體潤滑劑代替傳統工藝，但清除潤滑膜時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。而使用高潤滑性，高粘附性能而又易于清洗的含水潤滑劑會帶來很大的方便。
聚酰胺(俗稱尼龍)是工程塑料的一大品種，具有優良的物理、力學和機械性能，在五大工程塑料中應用最廣。但尼龍既不溶于水也不溶于油，單純采用機械分散的方法又難以形成穩定的分散體系，難以用來改善潤滑油(潤滑液)的潤滑性。
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/粘土納米復合材料。CN 1373787A介紹了一種粘土分散高分子數脂復合材料的制備方法，使粘土的最小構成單位的硅酸鹽板狀結構剝離，用混合法制備了聚苯乙烯丙烯腈聚合體樹脂納米復合材料。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，聚烯烴制備的復合材料。粘土材料一般用于塑料的改性，提高塑料的強度、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。
發明內容
本發明提供了一種水基極壓潤滑液的制備方法，采用該方法制備的潤滑液具有良好的穩定性、冷卻性、粘附性、潤滑性和清洗性，無臭無毒，適合作為金屬加工過程中的潤滑劑。
本發明提供的水基極壓潤滑液的制備方法包括1)將有機改性粘土、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)將固化產物與載體油混合，用磺化劑磺化，收集油相產物；3)在油相產物中加入堿，調節pH值大于7，得到最終產品。
所說的粘土為有機改性粘土，包括蒙脫土、膨潤土、高嶺土、凹凸棒土等。可以是天然的粘土，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。粘土是具有層狀結構的各種形式的水合硅鋁酸鹽，層間存在著可交換的無機離子，如鉀，鈉，鎂，鋰等，對有機化合物呈疏性。有機改性的作用是利用粘土晶層間的金屬離子的可交換性，以有機陽離子交換金屬離子，使粘土有機化，使之與載體油更好的混合。有機改性粘土可以是市售商品，如浙江臨安市膨潤土礦生產的有機改性膨潤土，也可以按照常規改性的方法進行自制。通常的做法是將原土粉碎，在水中分散并除去雜質，再用離子交換的方法使粘土變為鈉型土，然后用酰胺基胺、季銨鹽等長鏈有機化合物(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《潤滑脂性能及應用》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，水解后的產物中含有大量羥基或氨基，有利于對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，是能夠進行磺化反應的有機物，包括C12-C30的烷基苯、不飽和酯類油、動植物油和礦物油等，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、環烷基潤滑油等。
步驟1中，粘土與塑料的重量比為1∶5-1∶80，優選1∶10-1∶60。塑料和載體油的重量比為1∶0.1-1∶10，優選1∶0.2-1∶5。混熔的溫度是200-350℃，最好是250-300℃，反應時間一般是0.5-10小時，最好是1-5小時。反應最好在惰性氣體氣氛下進行，防止載體油在高溫下氧化。反應結束后將反應混合物倒出，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。
步驟2中，所說的磺化劑是濃硫酸或發煙硫酸，濃度為95-105％(體積比，其中含SO3)的濃硫酸，最好是98-102％的硫酸。
固化產物的加入量為載體油重量的0.1-20％，最好是1-17％。固化產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。反應溫度控制在15-60℃，最好為25-45℃，反應時間一般為0.5-4小時，最好為1-2小時。
反應結束后緩慢加水終止反應，沉降分離水相，油相加堿中和，所用的堿可以是有機堿，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，必要時加水稀釋，得到粘稠的水基潤滑液。
本發明把粘土的熔融插層作為制備水溶性潤滑劑的一個中間步驟，先把尼龍等聚合物的熔體直接嵌入到有機粘土的夾層中，增加粘土的層間距，提高粘土的分散性，并將得到的固態的、不溶于水和油的復合材料通過磺化和堿中和反應將其變為高極壓水基潤滑液的極壓抗磨組分。所制備的水基極壓潤滑液，具有良好的穩定性、冷卻性、粘附性和潤滑性，同時清洗性也好，而且無臭無毒，適合作為金屬加工過程的潤滑劑。
具體實施例方式
實例1向裝有溫度計，攪拌器的1000ml三口瓶中加入4g季胺鹽改性膨潤土(Bentonite-34，美國鉛業公司生產)，200g粒狀的尼龍6，以及200g季戊四醇油酸酯，通高純氮氣除去瓶中的氧氣，保持氮氣流量為30-100ml/min，在攪拌下將溫度升到300-310℃，反應5小時，然后將反應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，然后繼續攪拌1小時后，逐漸加入500ml水終止反應，沉降分離廢酸，逐漸加入107g二乙醇胺，攪拌1小時，然后加水稀釋，得到產品1400g，產品為桔黃色粘稠液體，按GB3142-82方法進行四球實驗，油膜強度PB為932N，燒結負荷PD為3434N。
實例2制備方法與實例1基本相同，但步驟1中，改性膨潤土為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，得到產品1400g，四球實驗油膜強度PB為1176N，燒結負荷PD為3087N。
實例3制備方法與實例1相似，但參與磺化反應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發煙硫酸，保持溫度在40℃以下，滴加后繼續攪拌2小時，老化10小時。控制溫度在55℃以下，逐漸加入200ml水終止反應，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，測得油膜強度PB＝314N，燒結負荷PD＝1235N。蒸餾水的PB＜98N，PD＝980N，說明加入1重％本發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。
實例4制備方法與實例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方法測定油膜濃度PB和燒結負荷PD。數據見表1。
表1不同乳液濃度的PB和PD
權利要求
1.一種水基極壓潤滑液的制備方法，包括1)將有機改性粘土、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)將固化產物與載體油混合，用磺化劑磺化，收集油相產物；3)在油相產物中加入堿，調節pH值大于7，得到水基潤滑液。
2.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所說的有機改性粘土選自有機化的蒙脫土、膨潤土、高嶺土、凹凸棒土。
3.按照權利要求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行磺化反應的有機物。
5.按照權利要求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、動植物油、礦物油以及它們的混合物。
6.按照權利要求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、環烷基潤滑油。
7.按照權利要求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℃，反應時間一般是0.5-10小時。
10.按照權利要求1或9所述的制備方法，其特征在于，混熔的溫度是250-300℃，反應時間是1-5小時。
11.按照權利要求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煙硫酸。
12.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于，固化產物的加入量為載體油重量的0.1-20％，固化產物與載體油的總重量與硫酸的重量比為1∶0.05-1∶1.0％。
13.按照權利要求12所述的制備方法，其特征在于，固化產物的加入量為載體油重量的1-17％，固化產物與載體油的總重量與硫酸的重量比為1∶0.2-1∶0.7。
14.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于，磺化反應溫度為15-60℃，反應時間為0.5-4小時。
15.按照權利要求14所述的制備方法，其特征在于，磺化反應溫度為25-45℃，反應時間為1-2小時。
16.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于，反應結束后加堿中和，控制pH為7.5-11。
全文摘要
本發明涉及一種水基極壓潤滑液的制備方法，包括1)將有機改性粘土、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)將固化產物與載體油混合，用磺化劑磺化，收集油相產物；3)在油相產物中加入堿，調節pH值大于7，得到水基潤滑液。所說的有機改性粘土選自有機化的蒙脫土、膨潤土、高嶺土、凹凸棒土，所說的塑料是聚酰胺、聚胺酯、聚酯。本發明所制備的水基極壓潤滑液，具有良好的穩定性、冷卻性、粘附性和潤滑性，同時清洗性也好，而且無臭無毒，適合作為金屬加工過程的潤滑劑。
文檔編號C10N30/06GK1782050SQ20041009631
公開日2006年6月7日 申請日期2004年11月30日 優先權日2004年11月30日
發明者韋淡平, 齊浩, 范靜蕓 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院