本发明属于润滑脂技术领域，特别涉及一种具有高生物降解性以及良好减磨性、抗氧性、耐高低温性及黏附性的工程机械润滑脂及制备方法。
背景技术：
工程机械包括各类挖掘机、装载机、推土机、旋钻机等，其工作臂销轴的润滑均采用润滑脂。在工程机械施工过程中，工作臂上各销轴内的润滑脂不同程度地要受到泥沙、灰尘、水分等各种杂质侵入的影响，同时因密封不严或温升过高又致使润滑脂普遍发生泄漏现象。为了保证销轴与轴套间保持良好的润滑油膜，需要向工作臂上各销轴频繁地注入新的润滑脂，而泄漏的润滑脂却无法收集。如果润滑脂的生物降解性差，泄漏的润滑脂则会对施工环境造成不同程度的污染。对于饮用水工程、高尔夫球场等特殊施工环境来说，由于与人类日常生活或活动等密切相关，要求使用可生物降解润滑脂,以避免或最大程度减少润滑脂对环境造成的污染。
工程机械在室外露天环境下作业,温度可从冬低温-20℃以下至夏季高温80℃以上,同时要经受重负荷、冲击或震动负荷的苛刻条件,这就要求润滑脂还必须具有优良的减磨性、抗氧性、黏附性和耐高低温性等性能。
现有技术的可生物降解润滑脂，尽管部分产品的可生物降解率可达到65％以上，但是其减磨性、抗氧性、高低温性却较差,产品易流失,使用周期短。存在的缺陷主要表现为四球磨斑直径≥0.58mm，抗氧化试验压力降≥49kPa，蒸发量≥0.46％,漏失量≥0.7g,水淋流失量≥2％,冬季施工因低温相似黏度大而造成补加润滑脂困难。尤其是使用含有有机磷、重金属铅、苯环类化合物的添加剂时,则往往会对环境带来更大的危害作用。可见,现有技术产品不能满足工程机械在要求保护环境、减少泄露、延长换脂周期等施工条件下的设备润滑。
加氢Ⅲ类油是天然原油经过加氢裂化和加氢精制等工艺，而得到的一种化学组成更为纯净的基础油。这种基础油与经过溶剂精制、溶剂脱蜡等传统工艺得到的Ⅰ类基础油比较，改善了低温性能,且芳烃、胶质、沥青质等有毒有害组分含量更低，对环境带来的不良影响更小。植物油具有生物降解率、耐低温、润滑性好等特点。采用适宜比例的加氢Ⅲ类油与植物油混配使用，可以获得生物降解性、润滑性和耐低温性等均更为理想的润滑脂基础油。
为了改善润滑脂的氧化安定性，传统技术是采用胺类或酚类抗氧剂。但是，这些添加剂在提高润滑脂的氧化安定性的同时，又会因胺类或酚类等化合物的残留，而增加对环境的污染。硫代二丙酸酯类抗氧剂本身既具有良好的抗氧性，又无毒性，且自身生物降解率高，适合用作可生物降解工程机械润滑脂的抗氧剂。
石墨是常用的润滑脂减磨剂，且对环境无害。但是，一般石墨的减磨效果较差，不能满足工程机械苛刻条件下的润滑要求。石墨经过氟化处理后得到的氟化石墨，加入润滑脂中可以大幅度提升其减磨性能,从而满足工程机械在强烈震动及冲击负荷条件下的润滑要求。
环保型增黏剂如聚甲基丙烯酸酯、天然橡胶等,既有良好的环保性,又可改善润滑脂的黏附性,可以达到提高工程机械润滑脂的密封效果,减少润滑脂漏失的目的。
采用植物油与加氢Ⅲ类油的混配油为基础油，12-OH基硬脂酸锂皂为稠化剂,同时复配氟化石墨减磨剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂以及环保型增黏剂，来制得具有高生物降解性以及良好减磨性、抗氧性、耐高低温性、黏附性的工程机械润滑脂，目前尚无公开报道。
技术实现要素：
本发明的目的，是提供一种采用加氢Ⅲ类油与植物油的混配油为基础油，12-OH基硬脂酸锂皂为稠化剂,同时复配氟化石墨减磨剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂以及环保型增黏剂，来制得具有高生物降解性以及良好减磨性、抗氧性、耐高低温性、黏附性的工程机械润滑脂。
本发明提供的具有高生物降解性的工程机械润滑脂组合物，以组合物总重为基准，各组分及百分含量为：
优选组合物总重为基准，各组分含量为：
本发明提供的具有高生物降解性的工程机械润滑脂，所述12-OH基硬脂酸锂皂是由12-OH基硬脂酸与氢氧化锂经皂化、干燥、筛分等工艺而制成的市售工业品。要求含量≥98.5％。
本发明提供的具有高生物降解性的工程机械润滑脂，所述加氢Ⅲ类油是石油馏分经过深度加氢裂化、异构脱蜡等工艺而制成市售工业品。要求100℃运动黏度为6.5～12.5mm2/s。
本发明提供的具有高生物降解性的工程机械润滑脂，所述植物油包括天然的大豆油和菜籽油,以及经过化学改性的环氧大豆油和氧化菜籽油。环氧大豆油是天然大豆油在催化剂和稳定剂存在下，与过氧羧酸发生环氧化反应生成粗品，再经过精制制得。氧化菜籽油是在一定的催化等条件下,天然菜籽油与氧气或者空气通过化学反应而制得。以上各类植物油均要求酸值≤0.5mgKOH/g。
本发明提供的具有高生物降解性的工程机械润滑脂，所述氟化石墨是碳和氟直接反应而制得的一种市售工业品。要求粒径≤8μm。
本发明提供的具有高生物降解性的工程机械润滑脂，所述硫代二丙酸酯类抗氧剂包括硫代二丙酸双月桂醇酯或硫代双丙酸二硬脂醇酯，均为市售工业品。由硫代双丙酸分别与月桂醇或硬脂醇经酯化、结晶、干燥等工艺制得。要求含量≥99.0％。
本发明提供的具有高生物降解性的工程机械润滑脂，所述环保型增黏剂包括聚甲基丙烯酸酯或天然橡胶；聚甲基丙烯酸酯是甲酸、高级醇等经酯化、蒸馏、精制、干燥、聚合而得产品,要求分子量>50000；天然橡胶是天然胶乳经过凝固、干燥等工艺制成,要求橡胶烃(聚异戊二烯)含量≥90％。
本发明的制备工艺为：将加氢Ⅲ类油投入釜中，升温至60～95℃，加入12-羟基硬脂酸锂皂,搅拌10～30min分散物料。加入植物油(总量的30～60％)并升温物料。当温度升到210～220℃时，停止加热，保持温度搅拌1～5min。将剩余植物油投入釜中，快速冷却物料。当温度达到85～120℃时，加入氟化石墨、硫代二丙酸酯类抗氧剂、环保型增黏剂添加剂。搅拌均匀，即可出釜。最后用三辊研磨机研磨后得到成品。
本发明所得到的润滑脂，是以12-羟基硬脂酸锂皂为稠化剂，稠化加氢Ⅲ类油与植物油的混配基础油，再加入氟化石墨减磨剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂以及环保型增黏剂，而得到一种具有高生物降解性的工程机械润滑脂。通过加氢Ⅲ类油与植物油混配使用，可以获得生物降解性、润滑性、耐高低温性均较为理想的基础油。氟化石墨类抗磨添加剂，其润滑性能超过MoS2和鳞片石墨，对人体健康无不良影响，属于新型环保抗磨剂。硫代二丙酸酯类抗氧剂毒性小，作为一类允许用于食品的抗氧化剂，能有效地分解自动氧化链反应中的氢过氧化物(ROOH)，中断氧化反应链，从而延长润滑脂使用寿命。环保型增黏剂可有效改善本产品的黏附性和密封性。
本发明的润滑脂，具有优良的可生物降解性以及良好的减磨性、抗氧性、耐高低温性和黏附性，既可满足工程机械在一般作业环境下的润滑要求，更适用于要求可生物降解作业环境下的特殊润滑要求，可显著延长润滑脂使用寿命。本发明的润滑脂原材料成本较低，应用范围广，具有良好的市场应用前景。所得产品用于饮用水工程、高尔夫球场等要求避免造成环境污染条件下工作的推土机、挖掘机、装载机等各类工程机械的润滑，显著减少工程施工过程中因润滑脂泄漏对自然环境所造成的污染，改善工程机械的润滑状况，满足机械对润滑脂的使用寿命要求。
具体实施方式
实施例1
高生物降解性的工程机械润滑脂组合物，组份和质量百分数如下：
将加氢Ⅲ类油(100℃运动黏度6.5mm2/s)293g投入釜中，升温至60℃，加入12-羟基硬脂酸锂皂50g,搅拌30min分散物料。加入大豆油176g并升温物料。当温度升到210～220℃时，停止加热，保持温度搅拌5min。将剩余大豆油投入釜中，快速冷却物料。温度达到120℃时，加入氟化石墨40g,硫代二丙酸双月桂醇酯15g,聚甲基丙烯酸酯15g。搅拌均匀，即可出釜。最后用三辊研磨机研磨3遍后得到成品。得到的润滑脂性能见表1。
实施例2
高生物降解性的工程机械润滑脂组合物，组份和质量百分数如下：
将加氢Ⅲ类油(100℃运动黏度8.5mm2/s)277g投入釜中，升温至95℃，加入12-羟基硬脂酸锂皂,搅拌10min分散物料。加入氧化菜籽油352g并升温物料。当温度升到210～220℃时，停止加热，保持温度搅拌1min。将剩余氧化菜籽油投入釜中，快速冷却物料。温度达到85℃时，加入氟化石墨10g,硫代二丙酸双硬脂醇酯4g,天然橡胶4g。搅拌均匀，即可出釜。最后用三辊研磨机研磨3遍后得到成品。得到的润滑脂性能见表1。
实施例3
高生物降解性的工程机械润滑脂组合物，组份和质量百分数如下：
将加氢Ⅲ类油(100℃运动黏度8.5mm2/s)280g投入釜中，升温至80℃，加入12-羟基硬脂酸锂皂,搅拌15min分散物料。加入大豆油288g并升温物料。当温度升到210～220℃时，停止加热，保持温度搅拌2min。将剩余大豆油投入釜中，快速冷却物料。温度达到100℃时，加入氟化石墨10g,硫代二丙酸双月桂醇酯4g,聚甲基丙烯酸酯4g。搅拌均匀，即可出釜。最后用三辊研磨机研磨3遍后得到成品。得到的润滑脂性能见表1。
实施例4
高生物降解性的工程机械润滑脂组合物，组份和质量百分数如下：
将加氢Ⅲ类油(100℃运动黏度7.8mm2/s)291g投入釜中，升温至90℃，加入12-羟基硬脂酸锂皂,搅拌19min分散物料。加入菜籽油349g并升温物料。当温度升到210～220℃时，停止加热，保持温度搅拌3min。将剩余菜籽油投入釜中，快速冷却物料。温度达到88℃时，加入氟化石墨35g,硫代二丙酸双硬脂醇酯12g,聚甲基丙烯酸酯12g。搅拌均匀，即可出釜。最后用三辊研磨机研磨3遍后得到成品。得到的润滑脂性能见表1。
实施例5
高生物降解性的工程机械润滑脂组合物，组份和质量百分数如下：
将加氢Ⅲ类油(100℃运动黏度12.5mm2/s)285g投入釜中，升温至73℃，加入12-羟基硬脂酸锂皂,搅拌18min分散物料。加入菜籽油232g并升温物料。当温度升到210～220℃时，停止加热，保持温度搅拌4min。将剩余菜籽油投入釜中，快速冷却物料。温度达到107℃时，加入氟化石墨35g,硫代二丙酸双月桂醇酯6g,天然橡胶10g。搅拌均匀，即可出釜。最后用三辊研磨机研磨3遍后得到成品。得到的润滑脂性能见表1。
实施例6
高生物降解性的工程机械润滑脂组合物，组份和质量百分数如下：
将加氢Ⅲ类油(100℃运动黏度10.1mm2/s)288g投入釜中，升温至68℃，加入12-羟基硬脂酸锂皂110g,搅拌21min分散物料。加入环氧大豆油185g并升温物料。当温度升到210～220℃时，停止加热，保持温度搅拌3min。将剩余环氧大豆油投入釜中，快速冷却物料。温度达到90℃时，加入氟化石墨26g,硫代二丙酸双硬脂醇酯8g,聚甲基丙烯酸酯6g。搅拌均匀，即可出釜。最后用三辊研磨机研磨3遍后得到成品。得到的润滑脂性能见表1。
对比例1
为市售可生物降解润滑脂。
对比例2
为市售2号可生物降解润滑脂。
对比例3
为市售3号可生物降解润滑脂。
表1
从表1的结果可以看出：本发明提供的具有高生物降解性的工程机械润滑脂组合物，与市售产品比较不仅具有较高的可生物降解率，突出表现为抗氧化性、减磨性、黏附性和耐高低温等性能有显著提高。其可生物降解率均≥65％，且抗氧化试验压力降减少18.4％以上,四球磨斑直径减少了8.6％以上，水淋流失量降低率达66.7％以上,漏失量减少14.3％以上,蒸发量降低率达4.3％以上，低温相似黏度(相同牌号比较)减少了30.5％以上。与市售产品比较,润滑脂使用寿命可延长1～2倍。本发明的润滑脂，可满足-20～120℃范围内各类工程机械的润滑要求，特别是饮用水工程、高尔夫球场等施工现场的使用要求，并可显著减少对环境的污染。同时，本品不含有机磷、有机铅等有毒有害化合物，更符合环保卫生要求。本发明提供的产品具有广阔的市场前景。