1、文章編號 :1672-4364(2010 01-0010-02紅外光譜分析在復合磺酸鈣潤滑脂研制中的應用李春秀(中國石油化工股份有限公司潤滑油重慶分公司 , 重慶 400039摘要 :高性能復合磺酸鈣基潤滑脂的制備過程中需 要將碳酸 鈣的晶 型轉變 為方解 石晶型 , 介紹 了利用 紅外光 譜 來選擇轉化劑和 確定轉化條件制備高性能復合磺酸鈣基潤滑脂的方法 。 低碳醇是合適的轉化劑 。關鍵詞 :紅外光譜 ; 復 合磺酸鈣潤滑脂 ; 碳酸鈣 ; 醇 ; 方解石晶體 中圖分類號 :TE 626. 4 文獻標識碼 :A收稿日期 :2009-05-05作者簡介 :李春秀 , 女 , 高級工程師 , 1

2、985年畢業 于原成都科 技 大學 (現四川大學 , 現任職于中國石化潤滑油 重慶分公司 , 主 要從 , 。高性能復合磺酸鈣基潤滑脂具有優異的氧化安定性、 防銹蝕性、 抗水性和抗磨極壓性 , 是一種綜 合性能優良的潤滑脂 , 具有良好的發展前景。高性 能復合磺酸鈣基潤滑脂在制備過程中 , 碳酸鈣晶型 的變化是獲得高性能產品的關鍵。根據物質晶型 不同 , 其紅外特征峰的位置和形狀也要發生相應變 化的緣故 , 采用紅外光譜分析研究了高堿性復合磺 酸鈣從透明膠狀液體向潤滑脂轉化過程中碳酸鈣 晶型的變化 , 為確定轉化劑 , 反應溫度和反應時間 提供參考依據。 1 實驗部分 1. 1 實驗儀器美國尼

3、高力公司產 N ico letM agna I R 550傅里葉變換紅 外光譜 儀 , 分 辨率 4c m -1, 掃描 次數 為 32次 ; OMN I C 操作軟件。 1. 2 實驗方法高堿性復合磺酸鈣 (即碳酸鈣高堿磺酸鈣的油 溶液 在含有活性氫化合物的參與下 , 通過一定工 藝條件進行處理可制成高性能復合磺酸鈣基潤滑 脂。在制備過程中 , 膠體狀的牛頓型高堿性復合磺 酸鈣轉變成非牛頓型的潤滑脂。牛頓型復合磺酸 鈣流體的顆粒大小為 2nm -15n m, 其中的碳酸鈣 是非晶型的 (即無定型碳酸鈣 ; 而在脂狀復合 磺 酸鈣中 , 碳酸鈣以方解石晶型的含量居多 , 其顆粒 大小為 15n

4、m -500n m 。測定物質的晶型通常采用 X -射線衍射 儀和 電子顯微鏡 , 而我公司沒有這兩類分析儀器。為了 利用現有的儀器設備解決實際問題 , 通過查閱資料 和實驗摸索 , 發現通過紅外光譜分析也能鑒別碳酸 鈣的晶型。我們對進口高堿性復合磺酸鈣膠狀流體 , 高性 了紅外光譜分析 , 見圖 1。圖 1 碳酸鈣晶型的紅外特征吸收峰從圖 1分析結果看 , 高堿性復合磺酸鈣膠狀流 體中的碳酸鈣為無定型碳酸鈣 , 其紅外特征吸收峰在 863c m -1左右 , 峰形較寬 ; 高性能復合磺酸鈣基 潤滑脂中的碳酸鈣為方解石晶型 , 其紅外特征吸收峰在 882c m -1左右 , 峰形較尖銳 ; 碳

5、酸鈣固體粉末 的晶型是球霰石 (Vaterite 型 , 其紅外特征吸收峰在 873c m -1左右 , 峰形較窄。 2 分析與討論高堿性復合磺酸鈣與醇和酸等 4種化合物一 起 , 在一定溫度下反應 , 就會由膠體狀透明的牛頓 型復合磺酸鈣溶液變成非牛頓型的潤滑脂 , 其關鍵 的技術是將碳酸鈣的晶型轉變為方解石晶型。我 們利用紅外光譜分析 , 摸索制備高性能復合磺酸鈣 潤滑脂的條件。 2. 1 磺酸鈣的篩選復合磺酸鈣的堿值越高 , 成脂的能力越強 , 轉10合 成 潤 滑 材 料SYNT H ET I C LUBRICANTS2010年 37卷第 1期化產物中方解石晶型碳酸鈣的含量越高 , 脂

6、的稠度 就越大 , 潤滑性能也越好。在完全相同的條件下實 驗 , 用高堿值合成復合磺酸鈣和進口的超高堿值石 油復合磺酸鈣制備潤滑脂 , 發現高堿值合成復合磺 酸鈣能生成潤滑脂 , 而超高堿值石油復合磺酸鈣的 反應產物為能流動的液體 , 不能生成潤滑脂。 從紅外光譜圖上可以看出 , 高堿值合成復合磺酸鈣轉化產物中碳酸鈣的特征吸收峰為 883c m -1, 說明碳酸鈣已完全轉化成方解石晶型 , 超高堿值石 油復合磺酸鈣轉化產物中碳酸鈣的特征吸收峰仍為 864c m -1, 說明碳酸鈣的晶型沒有發生變化。 實驗結果還表明 , 在高堿性合成復合磺酸鈣中 加入碳酸鈣固體粉末 , 所成的潤滑脂中只有部分碳

7、 酸鈣的晶型轉變成方解石晶型 , 另一部分為球霰石 (Vaterite 晶型。因此應選用高堿值的合成復合磺 酸鈣來制備高性能復合磺酸鈣基潤滑脂。 2. 2 轉化劑的選擇在高堿性復合磺酸鈣由膠體狀的牛頓型溶液 轉變成非牛頓型的潤滑脂時 , 加入了醇和酸等 4種 化合物 , 究竟哪 1種物質主要起著轉化劑的作用 ? 4種物質的協和作用對轉化反應有什么影響 ?首先將 4種物質分別單獨加入 , 將反應得到的 產物做紅外光譜分析 , 根據分析結果確定在這 4種 物質中起轉化作用的主要是醇 , 苯甲酸起一定的轉 化作用。然后將這 4種物質每 2種和每 3種混在一起 做實驗 , 用其產物的紅外光譜評選出協和

8、作用最好 的組合。并且還發現某種物質雖對晶型的轉化并 沒有積極作用 , 但影響潤滑脂的稠度。從上述情況可以看出 , 醇在轉化反應中起著主 要作用。為了提高脂的質量 , 分別用 3種不同的醇進行對比。從所得到的紅外譜圖來看 , 每組樣品中 碳酸鈣的晶型都完全轉化為方解石晶型。從脂的 外觀來看 , 碳鏈越 短的醇 , 所形成 的脂稠度 越大。 因此在一定范圍內選擇碳鏈較短的醇作為轉化劑 比較合適。 2. 3 制備工藝考察反應溫度和反應時間在潤滑脂制備過程中起 著重要的作用 , 它們會影響制備進程和反應效率。 合適的工藝對提高及穩定產品質量 , 降低生產成本 非常重要。 2. 3. 1 反應溫度 制

9、備過程中 , 在不同溫度下取樣進行紅外光譜 分析 , 從其紅外譜圖上看 , 當溫度達到一定值時才 有部分碳酸鈣的晶型發生了轉化 , 隨著溫度的不斷 升高 , 羥基的特征吸收峰逐漸減弱 , 當溫度超過一 定值時 , 羥基峰就完全消失 , 并且碳酸鈣的晶型幾 乎都轉化為方解石晶型。 2. 3. 2 反應時間在上面所選定的溫度下 , 在不同時間段取樣作 紅外光譜分析 , 從其紅外譜圖的變化可以看出反應 進行得很快 , 譜圖上醇的特征吸收峰剛開始時很明 顯 , 隨著反應的進行 , 醇特征吸收峰逐漸減弱 , 最后 完全消失 , 說明反應完成后醇已完全揮發 , 并且碳 酸鈣的晶型幾乎都轉化為方解石晶型。在

10、以上考察的基礎上 , 摸索和優選制脂工藝 ,在選定條件下制成的潤滑脂在 883c m -1左右有特 征吸收峰 , 說明其碳酸鈣的晶型為方解石晶型。 3 結論在高性能復合磺酸鈣潤滑脂的制備中 , 通過紅 外光譜分析來測定碳酸鈣的晶型來選擇磺酸鈣 , 轉 化劑和確定工藝條件 , 拓寬了紅外光譜的應用范圍。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