摘 要 本文研究了以植物油为基础油制备膨润土润滑脂的合成工艺，本文采用单因素变量法对润滑脂的配方进行优化，并测定润滑脂的滴点、针入度、钢网分油率和蒸发度等理化性能。通过性能测试结果选定最优配方。以菜籽油、葵花籽油为基础油，以膨润土为稠化剂，以丙酮和乙醇为分散剂，在此基础上添加氧化剂、防锈剂等来改善润滑脂的性能。最后，重点考察了植物油润滑脂，在初步筛选出的杂菌中的生物降解性能。生物降解性能主要看的是润滑脂中植物油的降解率，润滑脂中的稠化剂膨润土，各种添加剂都是对环境无害的，所以不考虑降解性。 主要结论如下：

1. 本实验经过分析得出了一个比较好的配方：葵花籽油作为基础油，分散剂选择丙酮添加量为9g，稠化剂膨润土添加量为24g，抗氧剂为1010，防锈剂为羊毛脂钙和石油碳酸钡各添加添加1g，固体添加剂石墨，极压抗磨剂二丁基二硫代氨基甲酸钼，在此配方下润滑脂的滴点测试为280°C，润滑脂的针入度为28.72mm，钢网分油率为3.78%，蒸发度为11.45%。
2. 植物油做基础油制备出的膨润土润滑脂降解率，远远高于矿物油润滑脂。且成脂后降解性能要比天然植物就减少13%.

关键词：天然植物油 润滑脂 配方优化 降解性研究

Abstract

In this paper, the synthesis process of bentonite grease prepared from vegetable oil as base oil was studied. In this paper, the single factor variable method was used to optimize the grease formulation, and the dropping point, penetration, stencil oil fraction and evaporation degree of grease were determined. Physical and chemical properties. The optimum formula was selected through the performance test results. Using rapeseed oil and sunflower oil as base oils, bentonite as a thickener, and acetone and ethanol as dispersants, oxidants and rust inhibitors were added to improve the performance of greases. In the end, the biodegradability of the raw oil in the preliminary screening of the bacteria was investigated. Biodegradability mainly depends on the degradation rate of vegetable oil in the grease. The thickening agent bentonite in the grease and various additives are all harmless to the environment, so the degradability is not considered. The main conclusions are as follows:

1. This experiment has been analyzed and obtained a better formula: sunflower oil as a base oil, dispersant choice of acetone addition amount of 9g, thickening agent bentonite addition amount of 24g, antioxidant is 1010, rust inhibitor for Add 1g of lanolin calcium and petroleum cesium carbonate, solid additive graphite, extreme pressure anti-wear agent molybdenum dibutyldithiocarbamate, the drop point test of grease under this formula is 280°C, grease needle The indegree was 287.2, the stencil oil division was 0.0378, and the degree of evaporation was 11.45%.
2. The degradation rate of bentonite grease prepared from vegetable oil as base oil is much higher than that of mineral oil grease. And after fat-forming degradation performance than natural plants to reduce the 13%.

Key words: Natural Vegetable Oil Grease Formulation Optimization Degradation Study 目录 中文摘要 I Abstract II 第1章绪论 1 1.1引言 1 1.2机械润滑的研究现状 1 1.3 可降解润滑脂的研究现状 2 1.4可降解润滑脂的组成 3 1.4.1基础油 4 1.4.2稠化剂 5 1.4.3抗氧剂 6 1.4.4防锈剂 6 1.4.5极压抗磨剂 6 1.4.6固体添加剂 6 1.4.4助分散剂 6 1.5膨润土润滑脂的结构 6 1.6润滑脂润滑机理 7 第2章可降解润滑脂的制备 8 2.1引言 8 2.2实验原料和仪器 8 2.3可降解润滑脂的制备 9 2.3.1可降解润滑脂制备步骤 9 2.4原料的筛选 9 2.4.1基础油的筛选 9 2.4.2稠化剂的选择 10 2.4.3分散剂的选择 10 2.4.4其他试剂的选择 10 2.5配方优化 10 2.5.1润滑脂滴点测试及数据分析 10 2.5.2润滑脂针入度分析 11 2.5.3润滑脂钢网分油测试及数据结果 13 2.5.4润滑脂蒸发度测试 14 2.6润滑脂最佳配方的确定 14 2.7小结 15 第3章润滑脂可降解性 16 3.1引言 16 3.2实验仪器及原料 16 3.3天然植物油降解实验 17 3.3.1细菌的筛选与富集 17 3.3.3实验中用到的培养基 17 3.3.4微生物富集 18 3.4润滑脂降解生物降解 18 3.4.1润滑脂降解实验 18 3.4.2降解率的计算 18 3.4.3降解结果 18 3.5本章小结 19 第4章结论 20 参考文献 21 致谢 22

第1章绪论

1.1引言

二十世纪以来无论是日常生活中农用机械还是航母卫星等高科技的机械设备都得到了快速发展，而这些只要是需要机械运转的机器都需要在高速、高剪切的润滑状态下运行。如果润滑效果做的不好会很大程度影响机械的运转甚至导致系统崩溃。到目前为止，人们对润滑材料的使用仍然是一味追求其使用效果。据权威数据显示世界上每年大部分机器的损坏是由于润滑不当以至于过度磨损^[1]，若能有效降低不必要的摩擦损失可以为我们人类节省能源消耗。无论是维修费用还是制造费用、原料费用都可大量减少。 近年来石油化工行业和助剂行业迅速进步带动了润滑剂产业的迅速进步^[2]。人类社会的快速发展离不开润滑产品为其添砖加瓦。润滑剂产品的年消耗量增加，并且人们一味追求润滑剂的使用性能，久而久之 ，遗留在环境中的润滑材料造成的环境问题得到关注。众所周知，润滑剂类产品并不会与作用的产品发生化学作用，所以它不会凭空消失，除了极少量被回收百分之六十五最终会进入环境。传统的润滑剂类产品都是以矿物油作为原料，被微生物的分解率很少，大部分润滑剂渗透到土壤水层对任何动物的生活产生很大副作用。因此，可降解的绿色润滑剂类产品优秀降解性的潜在价值逐渐受到国内外学者的关注。

1.2机械润滑的研究现状

近几年，我国的高铁轨道运输技术已经达到了国际领先的水平受到了国内外认可，我国的火车高发达，使我们出行很方便。火车与轨道之间的润滑及摩擦直接影响到车辆行驶的安全，而车轮与轨道之间的过度摩擦造成的材料损失和动能消耗，造成了极大的开销。除此之外，生活质量的提高使得人们对火车速度和载重要求越来越高，对高铁轨道的摩擦消耗也明显加大。火车车轮的边缘和轨道接触面的防护维修和更换导致了大量的经费损失。用有效的方法处理摩擦面还可以增大牵引效率，同时为旅客出行提供安全保障。 曲线钢铁轨道润滑和动车火车的轮缘润滑是国内外学者在轮轨润滑中所能想到的两种重要途径^[3]。国内主要采用后一种润滑方式，将固体润滑材料或油脂类润滑材料施加于轮缘和铁轨的接触面以减小接触面的摩擦损失。油脂润滑是采用喷涂的工艺方法通过喷涂仪器将润滑脂均匀的分散到接触表面，此种方法对润滑材料的流动性能有很高的需要。改革开放以来我国对高铁列车进行了数次提速，老一辈技术生产的产品已经远远不能达到新科技的要求。针对此种要求国外的研究人员开创了固体润滑技术，很快得到了广泛的运用。我国比较有名的青藏铁路便选择了LCF固体润滑技术，该技术是由加拿大的Kelsan公司提供技术支持。使用后由于形成润滑模磨损效果比原有方法大大减少，不过存在黏附力差造成润滑材料素质大的弊病也有待优化。 权威研究人士提出曲线钢轨润滑领域还是固体润滑的天下，而固体润滑和流体润滑在轮缘润滑领域平分秋色各有优缺点。天然可降解润滑剂优秀的承载力为主要轮缘润滑的发展提供了一个新的发展方向。被广泛使用的矿物油润滑脂一般都有承载效果差和污染环境的弊病，改性的植物油润滑剂类材料有替代传统矿物油润滑脂的趋势。刘小锋，李英姿等人以植物油制出的润滑脂与被广泛使用的JH-1型轮轨润滑脂在北京地铁实地比较，并没有明显劣势。但其可分解率可达百分之六十五，远远高于矿物油润滑脂^[4]。

1.3 可降解润滑脂的研究现状

现在人们已经开始意识到，我们一味追求发展的同时还要注意其可能带来的环境问题。随着国人文化程度和生活质量的提高，对环境问题的了解加深，保护环境的需求日益高涨。而传统矿物油润滑脂由于带来的严重环境问题逐渐被人们嫌弃。如何解决这一类对环境污染困扰着当时的学者。绿色环境友好性润滑剂的概念便在此时走入人们的视线并得到人们的认可。环境友好性润滑材料在具有良好的润滑效果的同时，还要求其对环境无害。环境友好型润滑材料一经投产便被人们开发利用到人类生活的每个领域。在以绿色环保和安全节能为发展目标的新世纪，绿色环保性润滑材料一定会有更好的发展前途。 鉴于性能的出色，以矿物油为基础油的润滑材料仍然占据着润滑材料的市场。世界上的每个国家的动植物都在承受着遗留在环境中润滑材料带来的生态毒性。在2005到2009平均每天要消费1000t的润滑材料，而可以被回收利用的不足总量的三分之一^[6]。被人们认为环保做的最好的德意志联邦共和国也只能达到百分之七十。这些被残留在环境的润滑材料对动植物及水源的影响最终会影响到人类的身体健康，所以我们必须行动起来对这种润滑材料的污染进行处理。 可降解润滑材料在国内的学术研究报道并不多，国外的研究相对早了许多。上世纪六十年代左右国外就已经开始了对可降解润滑材料的研究，到目前为止他们已经有了成熟的可降解润滑材料生产工艺。1975年，绿色可降解的机油在欧美的发达国家首次投产。随后在1982年，发达国家就以CEC-l-33-T-82作为评定油类产品降解能力的标准^[8]。紧接着1986年，第一批绿色润滑材料就在欧洲发达国家投产。德意志联邦共和国的科学家是最先研究绿色可降解润滑材料的人员。欧美发达国家开发的绿色润滑材料大部分是发动机油、金属加工油和润滑脂等领域。可降解润滑材料最初被用在森林开采中，接着引用到更多的领域，矿物开采、农用行业、高端精密仪器的加工等领域都有采用。上世纪九十年代欧洲共同市场一致选择将蓝色天使作为欧洲国家的生态标准。1993~1994年间世界发达国家专门就遗留润滑材料对环境的危害问题在英国伦敦开讨论会，大会一致认同各国应共同努力加快绿色润滑材料的发展。1995年3月，欧洲国家权威机构表彰了14种可降解润滑材料。仅仅过了一年该目录的品种就增加到了二十四种，占到了所有液压油品类的四分之一。据不完全统计润滑材料中可降解润滑材料的百分之八左右^[1]。 润滑脂作为环境友好型润滑材料一个主要品类被要求回收利用的比例逐渐增大，世界各国苦于对润滑脂回收利用所需要的大量经费。回收利用润滑脂的成本基本快接近生产这些润滑脂所需要的花销。生物可降解型润滑脂的发明就为此难题的解决提供了一个好的方法。上世纪八九十年代，在欧美发达国家就研发生产出了一种以天然植物油作为溶剂的环保型润滑脂。2005年3月仅仅在北美艾奥瓦州可降解型润滑脂的消耗量就达到了1412吨^[9]。2007年7月欧美发达国家的研究机构又开发出了以大豆做主要原料的可降解润滑脂大大加快了可降解型润滑脂的发展进程。 与欧美发达国家相比，我国在可降解型润滑材料领域的研究就晚了二十多年，上世纪末期我国一些眼光前卫的科研人员才开始关注可降解型润滑材料的工艺。伴随着节能低碳概念的深入人心，由于对生活环境质量的要求的逐渐增大，人类对绿色可降解型润滑剂这类领域的探索愈来愈深入，加快我国在环境友好型润滑剂领域的研究发展进度。从近年来政府政策和润滑材料的发展来看，可降解型润滑材料必定会在不久的将来完全替代不可降解的矿物油类润滑材料。

1.4可降解润滑脂的组成

润滑脂是一种稠厚状的油脂状半固体，主要成分是基础油、稠化剂和添加剂，利用填充剂的稠化作用将稀的润滑油内部的分子网状结构填充使其成为半固态。在润滑油润滑保护的基础上改善了其密封性能，是机器免于被氧化。从人们日常生活中常用到的农用机械到飞机，航母等高端科技产品，只要是需要机械运转的仪器都需要使用各种润滑油（脂）进行润滑、防腐、密封等保护作用。润滑脂类产品虽然在石油类化学化工产品中虽然产量较小，但由于其特殊性能在许多高端领域可以有独到的优点，种类丰富达到了石油产品总品种的四分之一。 十九世纪第二次工业革命初期，煤加工行业的蓬勃发展使天然植物油开始逐渐被煤干馏产生的煤焦油等矿物油替代。再后来不到三十年的时间，矿物油润滑材料以其优秀的性能基本完全替代了天然植物油润滑剂。从此以后润滑脂的生产迎来了最快速的一段时期。19世纪后期出现了钙基润滑脂；20世纪二三十年代出现了钠基润滑脂；20世纪三四十年代出现了铝基润滑脂；20世纪四五十年代出现了钡基润滑脂；20世纪五十年代末出现了锂基润滑脂；这以后，随着机械工业的飞快发展，机械设备的润滑条件逐步提高，向着高温、低温、高转速、高负荷、长寿命方向发展，陆续出现了复合钙基润滑脂、复合钠基润滑脂等复合皂基润滑脂，以及聚脲、阴丹士林、酞菁等有机润滑脂和硅胶、膨润土等无机润滑脂^[8]。改革开放以后我国对航空领域越来越重视使得对其润滑材料的滴点及使用寿命的要求逐渐升高，由此出现了比较先进的以合成油作为基础油的高性能润滑脂。 由于第二次世界大战的影响我国从新中国成立以后才有精力进行润滑脂类产品的科学研究，且在民用工业上广泛推广，满足了钢铁、石油、化纤、陶瓷工业设备的润滑和密封的要求。截至到上世纪八九十年代，由于我国科研人员优异的创新能力和对欧美发达国家技术的引进使得我国润滑脂工业基本能达到世界润滑脂工艺的技术水平。我国作为世界人口基数的大国润滑脂的生产量和耗费量都是世界之最远远超过其他国家。虽然润滑脂产量是世界第一但技术基本是借鉴其他国家，在高端润滑脂的研究方面我们仍然需要做出很多努力来弥补与日本美国等发达国的差距。中国的学者也深刻认识到了这一点，结合当代润滑产品的发展趋势提出了“十二五”发展规划。其中可降解型润滑脂被要求作为重点对待的课题。

1.4.1基础油

基础油占润滑脂成分的主要比例（可达百分之75％以上），对润滑脂的各方面性能、用途影响很大。市场上绝大多数的润滑脂是以矿物油作为原料基础油，而矿物油作为一种石油化工产品不仅生产过程中产生的污染大，使用后残留对环境依然有很大危害。   从图中我们可以发现以不同种的油类作为基础油的差别巨大，天然植物油作为基础油的降解性能明显要比矿物油好，因此我们研究可降解润滑脂一般不把矿物油作为基础油列为考虑对象。 植物油做基础油与矿物油相比较具有更好的油膜强度和黏温性能^[2]。植物油中主要大分子分子量为八百到一千，碳链的长度集中在12到20个碳原子。其中碳链的线性稳定结构和双键保证了其良好的黏温性能并且降低可降解润滑脂的倾点。但是，植物油中由于双键等不饱和键的含量过多使得其氧化安定性比较弱。其使用温度限制在了60到100之间，高温会使其大量氧化严重影响润滑油的性能。为此，国内外的科研人员试图通过改变植物油的分子结构来降低植物油作基础油的这一弊病。通常采用化学改性、添加抗氧剂的方法来改善植物油的抗氧化性能。相关研究结论研究表明，植物油中存在着油酸和亚麻酸，油酸含量越高，氧化安定性越好；或者当油酸含量相差不大时，亚麻酸含量越少，则氧化安定性越好。 润滑脂的可降解性主要取决于基础油的降解性^[3]。根据相关权威机构的数据表明有机生物的数据表明矿物油的降解率在百分之十四到百分三十六之间、聚烯烃的降解率在百分之三十一到百分之六十六、合成脂的降解率在百分之七十一到百分之九十一、天然植物油的降解率在百分之九十以上甚至百分之百^[8]。因此，现在国内外可降解的润滑脂多为天然植物油或合成脂类矿物油作为基础油。 表1-2部分植物油的组份

植物油	单不饱和烃/%	多不饱和烃/%	饱和烃/%
橄榄油	75	11	14
花生油	48	34	18
玉米油	25	62	13
菜籽油	58	36	6
棕榈油	39	10	51
椰子油	6	2	92
棉籽油	19	54	27
大豆油	24	61	15
葵花油	20	69	11

植物油一般具有极性使其较易粘附在金属表面，紧密的贴附使其密封性较好，隔绝了氧气、水等使其防腐性能增加。植物油做基础油一直被人们忽视是由于其氧化安定性比较差，存在过多的不饱和键，稍微加热可能就会导致不饱和键的断裂。上表列出了一些植物油参数。

1.4.2稠化剂

稠化剂是除基础油外最为重要的一种组成，虽然所占比例不如基础油那么大但是对于润滑脂性能的影响也不容小觑。它主要是在基础油中分散以起稠化作用的一些固体物质，通常能在基础油的空间纤维网状结构中形成特殊的骨架结构^[5]。