接觸器生產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基潤(rùn)滑脂

1、接觸器生產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基潤(rùn)滑脂潘仁發(fā) 曾德委（ 成都蜀光石油化學(xué)有限公司610083）摘要： 通過實(shí)驗(yàn)室對(duì)工藝配方的篩選 , 采用接觸器生產(chǎn)的環(huán)保型復(fù)合磺酸 鈣基潤(rùn)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(fù)合磺酸鈣基潤(rùn)滑脂、接觸器、生產(chǎn)一、 前言1.1 復(fù)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(jì) 50 年代 , 國外有人以磺 酸鈣為稠化劑制成了磺酸鈣基潤(rùn)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(rùn)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(dāng)粘稠， 低溫泵送性

2、差， 因此妨礙了它的應(yīng)用。 80 年代中期， 人們將非牛頓流體磺酸鈣進(jìn)一步與脂肪酸、硼酸鹽復(fù)合制成的復(fù)合磺酸鈣 基脂具有優(yōu)良的高溫性能、機(jī)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(rùn)滑脂” 。 1.2 復(fù)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(fù)荷設(shè)備的采用和使用環(huán) 境的苛刻。對(duì)潤(rùn)滑脂提出了更高的要求，如：（ 1 ）在重負(fù)荷、高溫和高速運(yùn)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(rùn)滑性，并具有更長(zhǎng)的使用壽命； （ 3）具有較強(qiáng)的密封能力，防止塵埃、水和其他有害介質(zhì)進(jìn)入潤(rùn)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(fù)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(rùn)滑脂相比其用量大大減少、減少維修停工時(shí)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(fù)合磺酸鈣基脂，國 內(nèi)對(duì)復(fù)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(yīng)用。所以， 復(fù)合磺酸鈣基脂具有廣闊的市場(chǎng)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(diǎn)（開口）170 C復(fù)合轉(zhuǎn)化劑I :工業(yè)純，乳白色

4、物質(zhì)復(fù)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(diǎn)16 C,沸點(diǎn)118 C3硼酸：白色粉狀結(jié)晶相對(duì)密度1.43kg/m ,雜質(zhì)0.1%基礎(chǔ)油：機(jī)械油 A,粘度指數(shù)80，閃點(diǎn)230 C,傾點(diǎn)-8 C,KH150BS,俄羅斯進(jìn)口，粘度指數(shù)95，閃點(diǎn)295 C,傾點(diǎn)-8 CX調(diào)和油,國外進(jìn)口 ,粘度指數(shù)120，閃點(diǎn)265 C,傾點(diǎn)-25 C2.2

5、配方的確定通過實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)研究，用正交實(shí)驗(yàn)確定復(fù)合磺酸鈣基脂的配方，典型的幾個(gè)產(chǎn)品理化指標(biāo)見下表1 :分析項(xiàng)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(diǎn)，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(jí)1級(jí)1級(jí)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(shí)驗(yàn)，壓力降0.015-表1 優(yōu)化產(chǎn)品的有關(guān)理化指標(biāo)研究認(rèn)為

6、對(duì)復(fù)合磺酸鈣基脂 性能影響較大 五個(gè)因素為 基礎(chǔ)油、脂肪 酸、冰醋酸、T106、硼酸。綜合考慮后認(rèn)為配方A為最佳配方。在確定了復(fù)合磺酸鈣基脂的配方以后，我們對(duì)復(fù)合磺酸鈣基脂的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)工作，分別對(duì)轉(zhuǎn)化溫度、轉(zhuǎn)化時(shí)間、反應(yīng)步驟、復(fù) 合時(shí)間、煉制溫度、后處理工藝等因素進(jìn)行了一定的考察，確定了復(fù)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(fù)合磺酸鈣基脂的優(yōu)化配方A其各項(xiàng)理化指標(biāo)都很優(yōu)異，具有放大生產(chǎn)的價(jià)值和潛力，于是決定用接觸器進(jìn)行試生產(chǎn)驗(yàn)證配方和工藝 的可靠性和穩(wěn)定性。三、接觸器生產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂3.1主要生產(chǎn)原材料和設(shè)備主要原材料與實(shí)驗(yàn)室調(diào)

7、制小樣所用的相同。主要的生產(chǎn)設(shè)備有：接觸器、移動(dòng)泵、調(diào)和釜、過濾器、高壓均質(zhì)機(jī)、脫氣罐、真空泵等。主要 設(shè)備參數(shù)如下表：主要參數(shù)接觸器均質(zhì)機(jī)調(diào)和釜設(shè)備產(chǎn)地成都市上海市成都市3設(shè)備容積，m2.02.04.0設(shè)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(jī)、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(dǎo)熱油水導(dǎo)熱油生產(chǎn)方式連續(xù)間隙連續(xù)表2主要生產(chǎn)設(shè)備的有關(guān)參數(shù)3.2復(fù)合磺酸鈣基脂的制備工

8、藝復(fù)合磺酸鈣基脂的制備工藝可以分成4個(gè)階段：一是轉(zhuǎn)化階段；二是反應(yīng)復(fù)合階段；三是高溫稠化階段；四是后處理階段。雖然復(fù)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(duì)接觸器生產(chǎn)而言，綜合考慮生產(chǎn)安全、設(shè)備的固有特性和潤(rùn)滑脂生產(chǎn) 多年的經(jīng)驗(yàn)，宜采用“分步綜合法”，其產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)當(dāng)會(huì)更好。其生產(chǎn)過程示意圖如下：醋酸、有機(jī)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(dāng)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(shí)間太長(zhǎng)；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(duì)產(chǎn)品 的質(zhì)量有不利影響。為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的復(fù)合磺酸鈣基脂，經(jīng)過做了大量篩選實(shí)驗(yàn)，最終決定在生產(chǎn)中采用其他復(fù)合劑，并通過改進(jìn)使轉(zhuǎn)化效果非常優(yōu)異。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)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(fù)合劑配成乳液；復(fù)合劑的用量占 T106 的 3%- 6%。轉(zhuǎn)化階段將部分

10、基礎(chǔ)油和T106 進(jìn)行混合均勻，再將水與復(fù)合劑按比例配成乳液,水量要足夠,緩慢升溫,并且同時(shí)進(jìn)行攪拌并 打回流，在100120 C之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間在120180分鐘之間。基礎(chǔ)油應(yīng)該適量,否則過多轉(zhuǎn)化時(shí)會(huì)發(fā)生接觸器憋壓,過少則轉(zhuǎn)化產(chǎn)物會(huì) 很粘稠，不利于轉(zhuǎn)化和后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)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(xì)膩光滑、不會(huì)粗糙或發(fā)砂、手感滑潤(rùn)似奶油凝脂。 ）3.2.2 反應(yīng)階段在反應(yīng)階段接觸器的溫度應(yīng)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(chǔ)油配好后轉(zhuǎn)入接觸器內(nèi)，

11、宜 先加入硼酸和水進(jìn)行適當(dāng)加熱溶解，再加入氫氧化鈣進(jìn)行反應(yīng)，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(yīng)完全就 會(huì)在局部受熱（因反應(yīng)用的接觸器換熱壁溫度很高）的情況下分解，有可 能會(huì)產(chǎn)生白色的顆粒，很難在后期繼續(xù)反應(yīng)，這樣會(huì)影響成脂的效果和潤(rùn) 滑脂的性能。說明：因硼酸的化學(xué)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(diǎn)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(xué)反應(yīng)是個(gè)可逆反應(yīng)。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(yīng)（因水過多則物料濃度太低，其反應(yīng)時(shí)間會(huì) 延長(zhǎng)，同時(shí)產(chǎn)生的大量的水蒸汽導(dǎo)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(huì)延長(zhǎng)反應(yīng) 時(shí)間。對(duì)潤(rùn)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(diǎn)掌握不準(zhǔn)，有時(shí)也會(huì)影響潤(rùn)滑脂的理化指標(biāo) 和使用性能。3.2.3 高溫稠化階段復(fù)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(fù)合鈣皂。復(fù)合磺酸鈣基脂正是依靠碳酸鈣的立體堆 積結(jié)構(gòu)、復(fù)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(chǔ)油稠化

13、為潤(rùn)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(dòng)。最高煉制溫度的不同，對(duì)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(duì)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(yīng)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(dòng)。3.2.4 后處理階段在后處理階段，宜用高壓均質(zhì)機(jī)在30Mpa以上壓力

14、進(jìn)行均化（也可采用膠體磨或三輥磨對(duì)潤(rùn)滑脂進(jìn)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(biāo)波動(dòng)較大（尤其對(duì)極壓性能的影響很大） 均化后的復(fù)合磺酸鈣基潤(rùn)滑脂的外觀細(xì)膩、光滑、有油性。均化后的脫氣工序?qū)?fù)合磺酸鈣基潤(rùn)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(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)容易失真，從而誤導(dǎo)生產(chǎn)。3.2.5 產(chǎn)品的理化指標(biāo)分析項(xiàng)目021218 批030125 批06.12.8 復(fù)查外觀均勻油膏均勻油膏均勻油膏針入度，mm330328325滴點(diǎn)，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(jí)1級(jí)1級(jí)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(shí)驗(yàn)0.010-0.012表3產(chǎn)品的有關(guān)理化指標(biāo)由表1和表3的對(duì)比研究可以看出，通過接觸器放大生產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣 基脂，其理化指標(biāo)比實(shí)驗(yàn)室的更好。如外觀更好、剪切安定性指標(biāo)( 十萬 次錐入度)變化 4 個(gè)單位，而實(shí)驗(yàn)室變化 19 個(gè)單位；鋼網(wǎng)分油由實(shí)驗(yàn)室 的 3.58 減小到 1.44 ；水淋由 2.09 減小到 0.38 ；氧彈實(shí)驗(yàn)

16、由 0.015 減小 到 0.010 ；四球極壓性優(yōu)異，尤其是長(zhǎng)磨磨斑直徑減小。由此可見我們實(shí) 驗(yàn)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(fù)合磺酸鈣基脂的性能(1) 高溫性能 復(fù)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(diǎn)都高于 300 C ,加熱到300 C以上后冷至室溫仍能恢復(fù)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(shí)，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(biāo) 變化不大。復(fù)合磺酸鈣基脂有良好的高溫性能，這已被工業(yè)應(yīng)用所證實(shí)， 并在非?？量痰母邷丨h(huán)境中也表現(xiàn)出良好的性能。(2) 剪切安定性復(fù)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(yàn)中脂膜不破損，在高溫滾筒穩(wěn)定性試驗(yàn)中也能運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)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?jǐn)嗔淹?，其它的很難破壞，從而使得復(fù)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(rùn)滑脂的抗水淋試驗(yàn)在5%以下 , 磺酸鈣基脂有良好的抗水性。(4) 防銹蝕性 復(fù)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(yàn)和鹽霧試驗(yàn)證明，復(fù)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(píng)定潤(rùn)滑脂極壓性能的臺(tái)架試驗(yàn)是梯姆肯0K負(fù)荷試驗(yàn)和四球機(jī)極壓特性試驗(yàn)。不添加功能添加劑的復(fù)合磺酸鈣基脂的梯姆OK值達(dá)200N以上；四球長(zhǎng)磨(392N，30min )平均磨痕直徑為 0.50mm 以下；Pb值達(dá)980N以上；四球燒結(jié)負(fù)荷達(dá)4900N。說明復(fù)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(cè)定潤(rùn)滑脂的氧化安定性試驗(yàn)中，復(fù)合磺 酸鈣基脂試驗(yàn) 500h 后的壓力降為 0.03MPa 以下。這說明復(fù)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(rùn)滑脂。(7) 復(fù)合磺酸鈣基脂潤(rùn)滑脂的低析油性、表面硬化和老化傾向小。2002年 12 月曾對(duì)用接觸器放大生產(chǎn)的兩批考察樣進(jìn)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(cè)分析，除表面凹槽處有明顯分油以外，其各項(xiàng)常規(guī)理化指標(biāo)均與當(dāng)初的檢測(cè)指標(biāo)變化不大（如滴點(diǎn)仍然 320 C以上，錐入度變化5個(gè)單位，四球等指標(biāo)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