膨润土种类对润滑脂性能的影响

王 欣，程金山，张广辽，吴宝杰

(1.中国人民解放军海军92117部队，北京 100072；2.中国石化润滑油股份有限公司天津分公司)

膨润土种类对润滑脂性能的影响

王 欣1，程金山1，张广辽2，吴宝杰2

(1.中国人民解放军海军92117部队，北京 100072；2.中国石化润滑油股份有限公司天津分公司)

以150BS为基础油，对国内外生产的10种不同类型的有机膨润土的稠化能力及成脂性能进行了考察，认为美国南方黏土公司生产的有机膨润土B和浙江临安生产的有机膨润土F类型一致，基本组成和结构相当，均属于脂肪酸氨基酰胺覆盖剂类型的有机膨润土。用其稠化150BS基础油，均能够制成高温性能及抗水性能优异的润滑脂，产品性能与国外同类产品相当，部分指标优于国外同类产品。

膨润土 润滑脂 制备 基础油

膨润土润滑脂具有滴点高、耐潮湿、稠温性好、化学性质稳定等优点[1-2]，不但具有良好的耐热性，同时还具有良好的机械安定性和胶体安定性，广泛应用于冶金设备、铸造及轧钢设备、重载设备、造纸机械、水泥生产设备、飞机零部件、密封组合件等设备的润滑[3]。由于有机膨润土润滑脂对环境友好，生物降解性好，在国外获得重视，而我国膨润土润滑脂产量小，而且对膨润土润滑脂体系的研究报道较少[4-5]。

膨润土润滑脂是非皂基脂，没有纤维结构，其稠化成脂是由于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空隙中，从而形成非牛顿体的润滑脂[6]。由于国内膨润土与国外膨润土相比在成矿条件、覆盖剂技术等方面存在一定差距，造成国内有机膨润土稠化剂整体性能与国外存在一定差距，具体表现在稠化能力、分散性能、防锈性能等方面，产品质量也不及国外膨润土稳定。近年来，随着与国外膨润土生产企业进一步深层合作与交流，国内膨润土生产企业在选矿和覆盖剂等方面取得了长足进步。

膨润土润滑脂组分中基础油约占85%以上，但是，并不是任何一种有机膨润土稠化不同类型基础油时，都能获得一样的凝胶效应。影响有机膨润土对基础油凝胶效应的因素，除了膨润土的性质外，主要是制备有机膨润土的覆盖剂的性质和覆盖量，同时还受选用的助分散剂类型和加入量的影响[7]。

目前国内市场上的有机膨润土产品杂乱不一，质量水平参差不齐，且覆盖剂类型和覆盖剂量的真实数据也不可得，为了考察有效的有机膨润土稠化剂，以150BS为基础油，对美国南方黏土公司、海明斯铅业公司和国内浙江临安等不同厂家生产的10种不同类型的有机膨润土的稠化能力及成脂性能进行考察。

1 实 验

1.1 主要实验仪器

FTIR-8400S型红外光谱分析仪，日本岛津公司生产。Phenom ProX型扫描电子显微镜，荷兰飞纳公司生产。STA 449 F5 Jupite型热重分析仪，德国耐驰公司生产。

1.2 主要实验原料

实验所用主要原料有：有机膨润土、助分散剂以及基础油(150BS)。150BS的基本性质见表1。

1.3 制备工艺

采用加热浓缩法生产膨润土润滑脂，可以获得最大的凝胶能力，并可以蒸发出不希望残留在润滑脂中的极性助分散剂，且易于分散难溶的添加剂[8]，具体工艺如下：

①投料：向釜内加入压釜油，徐徐加入膨润土，高速搅拌；

②分散：膨润土搅拌均匀后加入极性助分散剂、

表1 150BS基础油性质

水，高速分散搅拌，升温至45～55 ℃，并保持20～30 min；

③调稠：观察釜内物料稠度，并根据稠度情况加入余量基础油；

④加剂：釜内加入添加剂，高速搅拌分散；

⑤分散：取样检测锥入度，锥入度合适后采用三辊研磨机轧油，即得润滑脂产品。

2 结果与讨论

2.1 进口有机膨润土成脂能力考察

以150BS为基础油，对美国南方黏土公司、海明斯铅业公司生产的5种不同类型的有机膨润土A，B，C，D，E的稠化能力及成脂性能进行考察，结果见表2。从表2可以看出：美国南方黏土公司的有机膨润土B稠化能力最强，仅需3.4%的添加量即可稠化至工作锥入度300(0.1 mm)以上；从高温锥入度试验结果看，有机膨润土B稠化150BS制备的基础脂高温锥入度与工作锥入度差值最小，即高温下锥入度变化值最小，说明有机膨润土B稠化150BS制备的基础脂的稠度受温度影响很小，高温性能最好；从滚筒安定性试验结果看，有机膨润土B稠化150BS制备的基础脂在通过80 ℃、4 h、添加50 mL水的滚筒试验后，1/4锥入度变化值很小，即稠度及黏附性基本无变化，说明美国南方黏土公司的有机膨润土B稠化150BS制备的基础脂抗水性能明显优于其它类型的进口膨润土稠化剂稠化150BS制备的基础脂。

2.2 国产有机膨润土成脂能力考察

以150BS为基础油，对浙江临安、辽宁黑山和河南信阳等公司生产的5种不同类型的有机膨润土F，G，H，I，J的稠化能力及成脂性能进行考察，结果见表3。

表3 国产有机膨润土成脂能力考察结果

由表3可以看出：浙江临安生产的有机膨润土F稠化能力最强，仅需3.4%的添加量即可稠化至工作锥入度300(0.1 mm)以上；从高温锥入度试验结果看，有机膨润土F稠化150BS制备的基础脂高温锥入度与工作锥入度差值最小，即高温下锥入度变化值最小，说明有机膨润土F稠化150BS制备的基础脂的稠度受温度影响很小，高温性能最好；从滚筒安定性试验结果看，有机膨润土F稠化150BS制备的基础脂在通过80 ℃、4 h、添加50 mL水的滚筒试验后，14锥入度变化值很小，即稠度及黏附性基本无变化，说明浙江临安生产的有机膨润土F稠化150BS制备的基础脂抗水性能明显优于其它类型的国产膨润土稠化剂稠化150BS制备的基础脂。

将表3与表2对比可以看出，浙江临安生产的有机膨润土F的稠化能力及成脂性能与进口有机膨润土B相当。

2.3 两种有机膨润土B和F的性能分析

为了进一步探讨两种有机膨润土B和F的差异，分别对两个有机膨润土产品进行红外光谱分析、电镜扫描和热重分析，结果分别见图1～图3。

图1 两种有机膨润土B和F的红外光谱(1)—有机膨润土F； (2)—进口膨润土B

图1中3 650 cm-1附近为—OH、—NH的伸缩振动峰；2 920 cm-1和2 850 cm-1附近为烷基C—H键的特征峰；1 650 cm-1附近、1 450 cm-1附近为酰胺的特征峰。两种有机膨润土B和F的红外光谱基本一致。

图2 两种有机膨润土B和F的电镜扫描结果

图3 两种有机膨润土B和F的热重和差热曲线

由图2可以看出，两种有机膨润土B和F的微观形貌相当。由图3可以看出：膨润土B和F在200 ℃之前即排除吸附水和晶层间水的过程基本一致；膨润土B的热分解初始温度为232.81 ℃，最大热分解速率处温度为296.43 ℃，膨润土F的热分解初始温度为228.26 ℃，最大热分解速率处温度为308.56 ℃，说明两种有机膨润土B和F都具有较高的热分解温度，初始热失重温度及最大热分解速率处温度也差别不大。

通过以上分析判断两种有机膨润土类型一致，基本组成和结构相当，成脂能力及性能综合分析，判断有机膨润土B和F均属于脂肪酸氨基酰胺覆盖剂类型的有机膨润土。文献[7]提出制备有机膨润土的氨基酰胺覆盖剂通常含有一定量的咪唑啉，这些少量的咪唑啉不但无害，而且能改善有机膨润土的凝胶能力，用脂肪氨基酰胺覆盖剂制备的有机膨润土，可以在非极性有机液体中膨胀形成稳定的凝胶。

2.4 由两种有机膨润土B和F制得的润滑脂与国外同等产品的性能对比

分别采用有机膨润土B和F，稠化基础油150BS，并添加30%～40%助分散剂(相当于膨润土的比例)制得基础脂，再添加5%二硫化钼、2%石墨等固体添加剂和0.05%铜片腐蚀抑制剂，按照优化工艺制得膨润土型润滑脂B′和F′，将其与国外同类产品进行性能对比，结果见表4。

表4 膨润土型润滑脂B′、F′与国外同类参比产品的性能对比

由表4可见，实验室制得的润滑脂B′和F′满足指标要求，总体性能与国外同类产品相当，极压抗磨性能(载荷磨损指数)指标优于国外产品。

3 结 论

(1) 用美国南方黏土公司生产的有机膨润土B稠化150BS基础油，能够制成高温性能及抗水性能优异的润滑脂。

(2) 用浙江临安生产的有机膨润土F稠化150BS基础油，同样能够制成高温性能及抗水性能优异的润滑脂。

(3) 美国南方黏土公司生产的有机膨润土B和浙江临安生产有机膨润土F类型一致，基本组成和结构相当，均属于脂肪酸氨基酰胺覆盖剂类型的有机膨润土。

(4) 用有机膨润土B和F制得的润滑脂产品性能与国外同类产品相当，极压抗磨性能指标优于国外产品。

[1] 李素.影响膨润土脂稠度的因素[J].润滑油，2008，23(2)：43-45

[2] 润滑脂的基础知识(三)[J].合成润滑材料，1995，22(4)：33-40

[3] 王金波，于海英，杜守琴，等.高性能膨润土润滑脂的制备：中国，CN101240208 B[P].2010-06-02

[4] 米红英，郭小川，杨廷栋.膨润土润滑脂剪切安定性研究[J].润滑与密封，2007，32(6)：109-111

[5] 米红英，郭小川，杨廷栋，等.十八胺封端脲醛树脂改性膨润土制备润滑脂的研究[J].润滑与密封，2007，32(4)：156-158

[6] 李运康，陈德芳，王重，等.膨润土基润滑脂的流变性能及影响因素[J].西安交通大学报，2000，34(10)：108-110

[7] 朱廷彬.润滑脂技术大全[M].北京：中国石化出版社，2005：693-718

[8] Xiong Chunhua，Mi Hongying，Feng Qiang，et al.Comparative studies on low noise greases operating under high temperature oxidation conditions[J].China Petroleum Processing and Petrochemical Technology，2014，16(4)：100-106

EFFECT OF BENTONITE TYPE ON PERFORMANCE OF GREASE

Wang Xin1， Cheng Jinshan1， Zhang Guangliao2， Wu Baojie2

(1.Navy92117UnitofPLA，Beijing100072； 2.SINOPECLubricantTianjinBranch)

With 150BS base oil as matrix， 10 types of different organic bentonite species from China or the United States were used as additives for preparation of bentonite-blending greases to investigate their thickening and grease forming performance. It is found that the organic bentonite B from US Southern Clay Company and the organic bentonite F produced in Lin’an in China are both the best additives to thicken 150BS base oil and the prepared greases possess good high temperature and water resistant performance. These two bentonites have the same structure type and composition， and belong to the fatty acid amide cover type organic bentonite. The performance of the greases produced with B and F is similar to that of the same kind foreign products， and the extreme pressure and anti-wear properties are even better.

bentonite； grease； preparation； base oil

2015-06-15； 修改稿收到日期： 2015-07-25。

王欣，硕士，工程师，主要从事油品及相关新型材料的开发与应用研究工作，已发表论文多篇。

程金山，E-mail：18010010115@163.com。