红外光谱分析在复合磺酸钙润滑脂研制中的应用

1、文章编号 :1672-4364(2010 01-0010-02红外光谱分析在复合磺酸钙润滑脂研制中的应用李春秀(中国石油化工股份有限公司润滑油重庆分公司 , 重庆 400039摘要 :高性能复合磺酸钙基润滑脂的制备过程中需 要将碳酸 钙的晶 型转变 为方解 石晶型 , 介绍 了利用 红外光 谱 来选择转化剂和 确定转化条件制备高性能复合磺酸钙基润滑脂的方法 。 低碳醇是合适的转化剂 。关键词 :红外光谱 ; 复 合磺酸钙润滑脂 ; 碳酸钙 ; 醇 ; 方解石晶体 中图分类号 :TE 626. 4 文献标识码 :A收稿日期 :2009-05-05作者简介 :李春秀 , 女 , 高级工程师 , 1

2、985年毕业 于原成都科 技 大学 (现四川大学 , 现任职于中国石化润滑油 重庆分公司 , 主 要从 , 。高性能复合磺酸钙基润滑脂具有优异的氧化安定性、 防锈蚀性、 抗水性和抗磨极压性 , 是一种综 合性能优良的润滑脂 , 具有良好的发展前景。高性 能复合磺酸钙基润滑脂在制备过程中 , 碳酸钙晶型 的变化是获得高性能产品的关键。根据物质晶型 不同 , 其红外特征峰的位置和形状也要发生相应变 化的缘故 , 采用红外光谱分析研究了高碱性复合磺 酸钙从透明胶状液体向润滑脂转化过程中碳酸钙 晶型的变化 , 为确定转化剂 , 反应温度和反应时间 提供参考依据。 1 实验部分 1. 1 实验仪器美国尼

3、高力公司产 N ico letM agna I R 550傅里叶变换红 外光谱 仪 , 分 辨率 4c m -1, 扫描 次数 为 32次 ; OMN I C 操作软件。 1. 2 实验方法高碱性复合磺酸钙 (即碳酸钙高碱磺酸钙的油 溶液 在含有活性氢化合物的参与下 , 通过一定工 艺条件进行处理可制成高性能复合磺酸钙基润滑 脂。在制备过程中 , 胶体状的牛顿型高碱性复合磺 酸钙转变成非牛顿型的润滑脂。牛顿型复合磺酸 钙流体的颗粒大小为 2nm -15n m, 其中的碳酸钙 是非晶型的 (即无定型碳酸钙 ; 而在脂状复合 磺 酸钙中 , 碳酸钙以方解石晶型的含量居多 , 其颗粒 大小为 15n

4、m -500n m 。测定物质的晶型通常采用 X -射线衍射 仪和 电子显微镜 , 而我公司没有这两类分析仪器。为了 利用现有的仪器设备解决实际问题 , 通过查阅资料 和实验摸索 , 发现通过红外光谱分析也能鉴别碳酸 钙的晶型。我们对进口高碱性复合磺酸钙胶状流体 , 高性 了红外光谱分析 , 见图 1。图 1 碳酸钙晶型的红外特征吸收峰从图 1分析结果看 , 高碱性复合磺酸钙胶状流 体中的碳酸钙为无定型碳酸钙 , 其红外特征吸收峰在 863c m -1左右 , 峰形较宽 ; 高性能复合磺酸钙基 润滑脂中的碳酸钙为方解石晶型 , 其红外特征吸收峰在 882c m -1左右 , 峰形较尖锐 ; 碳

5、酸钙固体粉末 的晶型是球霰石 (Vaterite 型 , 其红外特征吸收峰在 873c m -1左右 , 峰形较窄。 2 分析与讨论高碱性复合磺酸钙与醇和酸等 4种化合物一 起 , 在一定温度下反应 , 就会由胶体状透明的牛顿 型复合磺酸钙溶液变成非牛顿型的润滑脂 , 其关键 的技术是将碳酸钙的晶型转变为方解石晶型。我 们利用红外光谱分析 , 摸索制备高性能复合磺酸钙 润滑脂的条件。 2. 1 磺酸钙的筛选复合磺酸钙的碱值越高 , 成脂的能力越强 , 转10合 成 润 滑 材 料SYNT H ET I C LUBRICANTS2010年 37卷第 1期化产物中方解石晶型碳酸钙的含量越高 , 脂

6、的稠度 就越大 , 润滑性能也越好。在完全相同的条件下实 验 , 用高碱值合成复合磺酸钙和进口的超高碱值石 油复合磺酸钙制备润滑脂 , 发现高碱值合成复合磺 酸钙能生成润滑脂 , 而超高碱值石油复合磺酸钙的 反应产物为能流动的液体 , 不能生成润滑脂。 从红外光谱图上可以看出 , 高碱值合成复合磺酸钙转化产物中碳酸钙的特征吸收峰为 883c m -1, 说明碳酸钙已完全转化成方解石晶型 , 超高碱值石 油复合磺酸钙转化产物中碳酸钙的特征吸收峰仍为 864c m -1, 说明碳酸钙的晶型没有发生变化。 实验结果还表明 , 在高碱性合成复合磺酸钙中 加入碳酸钙固体粉末 , 所成的润滑脂中只有部分碳

7、 酸钙的晶型转变成方解石晶型 , 另一部分为球霰石 (Vaterite 晶型。因此应选用高碱值的合成复合磺 酸钙来制备高性能复合磺酸钙基润滑脂。 2. 2 转化剂的选择在高碱性复合磺酸钙由胶体状的牛顿型溶液 转变成非牛顿型的润滑脂时 , 加入了醇和酸等 4种 化合物 , 究竟哪 1种物质主要起着转化剂的作用 ? 4种物质的协和作用对转化反应有什么影响 ?首先将 4种物质分别单独加入 , 将反应得到的 产物做红外光谱分析 , 根据分析结果确定在这 4种 物质中起转化作用的主要是醇 , 苯甲酸起一定的转 化作用。然后将这 4种物质每 2种和每 3种混在一起 做实验 , 用其产物的红外光谱评选出协和

8、作用最好 的组合。并且还发现某种物质虽对晶型的转化并 没有积极作用 , 但影响润滑脂的稠度。从上述情况可以看出 , 醇在转化反应中起着主 要作用。为了提高脂的质量 , 分别用 3种不同的醇进行对比。从所得到的红外谱图来看 , 每组样品中 碳酸钙的晶型都完全转化为方解石晶型。从脂的 外观来看 , 碳链越 短的醇 , 所形成 的脂稠度 越大。 因此在一定范围内选择碳链较短的醇作为转化剂 比较合适。 2. 3 制备工艺考察反应温度和反应时间在润滑脂制备过程中起 着重要的作用 , 它们会影响制备进程和反应效率。 合适的工艺对提高及稳定产品质量 , 降低生产成本 非常重要。 2. 3. 1 反应温度 制

9、备过程中 , 在不同温度下取样进行红外光谱 分析 , 从其红外谱图上看 , 当温度达到一定值时才 有部分碳酸钙的晶型发生了转化 , 随着温度的不断 升高 , 羟基的特征吸收峰逐渐减弱 , 当温度超过一 定值时 , 羟基峰就完全消失 , 并且碳酸钙的晶型几 乎都转化为方解石晶型。 2. 3. 2 反应时间在上面所选定的温度下 , 在不同时间段取样作 红外光谱分析 , 从其红外谱图的变化可以看出反应 进行得很快 , 谱图上醇的特征吸收峰刚开始时很明 显 , 随着反应的进行 , 醇特征吸收峰逐渐减弱 , 最后 完全消失 , 说明反应完成后醇已完全挥发 , 并且碳 酸钙的晶型几乎都转化为方解石晶型。在

10、以上考察的基础上 , 摸索和优选制脂工艺 ,在选定条件下制成的润滑脂在 883c m -1左右有特 征吸收峰 , 说明其碳酸钙的晶型为方解石晶型。 3 结论在高性能复合磺酸钙润滑脂的制备中 , 通过红 外光谱分析来测定碳酸钙的晶型来选择磺酸钙 , 转 化剂和确定工艺条件 , 拓宽了红外光谱的应用范围。Application of I nfrared Spectru m Analysis on Calci u m Sulfonate Co mplex Grease ResearchL i Chunx i u(LubricantCo mpany Chongq i n g Branch, Sinop

11、 ec , Chongqing 400039, ChinaAbst ract :The crysta ls of ca lciu m carbonate are requ ired to convert into calc ite crystal during the pr ocess o fm anufacturing high perfor m ance ca lciu m su lfonate co m plex l u bricati n g grease , it is i n troduced the m ethod o f choosi n g converti n g agent and defi n i n g converti n g conditi o ns to m anufacture h i g h perfor m ance ca lciu m su lfonate co m p l e x lubricati n g grease . Lo w -carbon alcoho l