石油圈
潤滑脂是現代工業和軍事領域中一類非常重要的潤滑材料，按其組成分為基礎油、稠化劑和添加劑。人們習慣于按稠化劑的種類將潤滑脂分為皂基潤滑脂、烴基潤滑脂、有機潤滑脂和無機潤滑脂四大類。在四大類潤滑脂中，皂基潤滑脂的生產歷史最為悠久，目前的產量和用量也最大；以脲基稠化劑為代表的有機潤滑脂由于性能突出，近年來在產量等方面也出現逐漸增加的趨勢；無機稠化劑制備的潤滑脂雖然在產量和應用范圍上遠不如皂基潤滑脂和有機潤滑脂，但由于具有優良的使用性能，如膨潤土潤滑脂被認為是現代高性能潤滑脂之一，無機潤滑脂的相關研究和應用也得到了人們的重視。結合近年來無機潤滑脂研究領域取得的進展，對無機稠化劑的相關研究情況進行了簡要地講解。
1無機稠化劑的種類及發展
傳統的無機潤滑脂包括膨潤土潤滑脂和硅膠潤滑脂等，其中膨潤土潤滑脂產量較大，占世界潤滑脂總產量的1%～2%，是主要的高滴點潤滑脂之一。膨潤土潤滑脂是以季胺鹽或者氨基酰胺覆蓋的膨潤土為稠化劑制備的潤滑脂。由于是非皂基潤滑脂，膨潤土潤滑脂的微觀結構不具有典型的纖維結構，稠化成脂時借助分散劑與膨潤土的羥基形成氫鍵網絡，使膨潤土顆粒在基礎油中形成三維骨架結構，基礎油均勻地填充在三維骨架的空隙中，從而形成非牛頓流體的潤滑脂。由于結構不同，膨潤土潤滑脂在高溫時無明顯的相轉化現象，具有更高的滴點，甚至無滴點，加之具有良好的膠體安定性，對環境友好和生物降解性好等優點，被認為是一種具有前途的高溫潤滑脂。膨潤土潤滑脂普遍用于機輪軸承、冶金機械和礦山機械等使用溫度較高、負荷較重的潤滑部位。
硅膠潤滑脂是用改性后的二氧化硅稠化硅油等合成油得到。硅膠潤滑脂普遍具有良好的高低溫性能和化學安定性，使用壽命長也較長，可用作真空密封潤滑脂、阻尼潤滑脂、介電潤滑脂、儀表潤滑脂和電氣絕緣潤滑脂等特殊用途的潤滑脂。
除上述無機稠化劑外，一些新型的無機稠化劑也引起了研究者的注意，如凹凸棒土天然納米材料。王澤云等發現，凹凸棒土作為添加劑時對潤滑油有一定的膠凝作用，因而嘗試用其作稠化劑，制備出了高溫性能良好的凹凸棒土潤滑脂。測試表明，凹凸棒土潤滑脂具有較好的機械安定性和膠體安定性。雖然在室溫下的潤滑性不如膨潤土潤滑脂，但凹凸棒土潤滑脂對抗磨劑的感受性較好，添加抗磨劑后摩擦因數減小，極壓抗磨性顯著提升。
陳鐵旦等以改性凹凸棒土為稠化劑，稠化廢食用油制備出具有較高環保價值的潤滑脂，該潤滑脂具有較好的抗腐蝕性能和潤滑性能。
劉大軍等分別采用納米氮化硅和納米氮化鋁為稠化劑，制備了兩種無機潤滑脂。這兩種無機潤滑脂均沒有滴點，并且具有良好的膠體安定性和熱安定性。通過考察稠化劑的用量與潤滑脂錐入度的關系，發現這兩種潤滑脂的錐入度隨稠化劑用量的增加而減小。在氧化安定性方面，氮化硅潤滑脂的氧化安定性較好；氮化鋁潤滑脂由于稠化劑中含有金屬元素鋁，氧化安定性稍差。
2化學改性對無機稠化劑的影響
無機潤滑脂的制備分為干法和濕法兩大類。無機稠化劑由于極性和分散等原因，較難直接使用。不論采用哪種制備工藝，無機稠化劑一般都需要先用覆蓋劑改性，并在助分散劑的幫助下才能較好地分散在基礎油中形成網絡骨架結構，最終形成潤滑脂。因此用于無機稠化劑化學改性的覆蓋劑種類、結構、用量和改性工藝等都對無機潤滑脂的性能有著重要的影響。
膨潤土的稠化能力較弱，有機改性后熱分解溫度不高。雖然膨潤土潤滑脂的綜合性能較好，但存在抗剪切性較差、軸承噪音大和遇水乳化等不足，這在一定程度上制約了膨潤土潤滑脂的應用。研究發現，在制備膨潤土潤滑脂時，存在著膨潤土在基礎油中分散與膨潤土借助氫鍵形成骨架結構，并最終形成凝膠的平衡過程。在這一過程中，膨潤土的化學改性、助分散劑等因素起到了關鍵性作用，并對潤滑脂的稠度、機械安定性及耐溫性等產生重要的影響。Shell公司以聚胺和熱固樹脂混合物為覆蓋劑，制備了微凝膠膨潤土潤滑脂。該微凝膠膨潤土潤滑脂不會因溫度升高失水而變軟，且與添加劑有良好的相容性。
Shell公司還利用水凝膠法，用咪唑啉、苯胺甲醛樹脂及苯酚甲醛樹脂為改性劑制備出新型膨潤土潤滑脂。試驗證明，所制備的新型膨潤土潤滑脂具有良好的軸承壽命。
米紅英等以十八胺封端脲醛，酚醛樹脂改性的膨潤土為稠化劑，并采用濕法工藝制備膨潤土潤滑脂，改性后的膨潤土稠化劑對基礎油具有一定的選擇性。脲醛樹脂改性的膨潤土對PAO8基礎油（一種聚α-烯烴合成油）的稠化能力最優，環烷基油次之；酚醛樹脂改性的膨潤土對150BS基礎油的稠化能力最優。但兩種改性膨潤土稠化劑都不能很好地稠化500SN基礎油?？疾鞚櫥男阅馨l現，制備的潤滑脂除熱安定性較好外，還具有良好的高低溫性能、機械安定性能及抗水性能等。
對凹凸棒土潤滑脂的研究也發現，覆蓋劑的組成和用量等會對潤滑脂的滴點、剪切安定性、抗腐蝕性和摩擦學性能產生一定的影響。如用季銨鹽修飾的凹凸棒土潤滑脂具有較好的熱安定性、膠體安定性和抗磨減摩性能，但有一定的腐蝕性；而用氨基酰胺為修飾劑制備的凹凸棒土潤滑脂則沒有腐蝕性。
3粒徑和比表面積對無機稠化劑的影響
無機稠化劑、覆蓋劑和助分散劑的種類及用量等一直是研究工作的重點。近年來，隨著納米材料領域研究的不斷深入，一個新的影響因素逐漸吸引了研究者的注意，這就是無機稠化劑的粒徑。傳統的無機稠化劑多為微米量級，粒徑較大，比表面積相對較小，所制備的潤滑脂雖然滴點高，高溫性能較好，但剪切安定性及膠體安定性等還有待提高。隨著納米技術的發展，人們開始考慮將具有較大比表面積的無機納米材料作為稠化劑使用，并對其稠化能力，成脂后的流變學性能和使用性能等進行了研究。國內外的研究都表明，無機納米材料稠化劑可制備出具有較高滴點的潤滑脂，且無機納米材料的粒徑對所制備的潤滑脂的摩擦學性能、膠體安定性和機械安定性都有一定的影響。
王晶等通過濕法球磨得到粒徑為250nm左右的膨潤土，研究了該膨潤土對不同基礎油的稠化成脂能力。實驗結果表明，與未經球磨的膨潤土相比，球磨后的膨潤土稠化劑由于粒徑減小，比表面積增加，對基礎油的稠化能力也有所增加。
杜守琴等以粒徑范圍5nm～40nm，比表面分別為200cm2/g，320cm2/g和423cm2/g的納米二氧化硅為稠化劑，支鏈硅油為基礎油，硅醇為改性劑制備了系列二氧化硅支鏈硅油潤滑脂，并通過潤滑脂稠度的變化對納米二氧化硅的稠化能力進行了比較。發現在相同的工藝條件下，比表面積大的二氧化硅并沒有表現出稠化能力更強的優勢，而是相對較弱。不同的實驗結果表明，無機稠化劑的稠化能力與粒徑及比表面積之間的關系可能不是線性的，當稠化劑粒徑減小時，比表面積的增加使得稠化劑能夠膨化更多的基礎油，稠化能力有所增強；但隨著比表面積的進一步增加，稠化劑在表面張力的作用下，不能均勻地分散在基礎油中，并且會發生團聚。因此，當納米材料的顆粒小到一定的程度以后，稠化能力反而有可能降低。
傳統的無機潤滑脂在機械安定性和膠體安定性方面表現較差，如在滾筒剪切試驗和10萬次延長工作錐入度試驗后，膨潤土潤滑脂的錐入度有明顯地增加，而復合鋰基潤滑脂的增幅較小。從評定潤滑脂膠體安定性的鋼網分油試驗（100℃，24h）中也可以看出，試驗后的膨潤土潤滑脂的分油量也遠大于脲基潤滑脂的分油量。
杜守琴等在比較了不同粒徑的納米二氧化硅潤滑脂的剪切安定后發現，比表面積對潤滑脂的剪切安定性影響很大，比表面積越大，剪切安定性就越好。
王晶等在比較了不同基礎油制備的超微化膨潤土潤滑脂和傳統膨潤土潤滑脂后發現，增加稠化劑的比表面積使潤滑脂的膠體安定性和機械安定性都得到了提高。納米無機稠化劑具有良好的膠體安定性和機械安定性的原因可能是因為比表面積的增加，使其更易分散于基礎油中形成三維網絡骨架結構。當潤滑脂受到外界的剪切作用時，網絡骨架結構被破壞，而當剪切作用停止后，受比表面積較大的影響，迅速恢復并形成新的網絡骨架結構，從而表現出較好的機械安定性。進一步研究膨潤土潤滑脂的流變性發現，超微化膨潤土潤滑脂的觸變環面積小于傳統膨潤土潤滑脂，而儲能模量、損耗模量和剪切應力均大于傳統膨潤土潤滑脂，表明超微化膨潤土潤滑脂在相同剪切環境下，破壞超微化膨潤土潤滑脂的結構所需能量較小，即其結構容易被破壞，但結構恢復能力增強。這些研究都從流變學理論上解釋了納米級無機稠化劑機械安定性較好的原因。
4結束語
伴隨著我國工業技術和裝備體系的升級改造，對潤滑脂的各項性能如高溫性能、機械安定性能及軸承壽命等也提出了更高的要求。無機潤滑脂作為一種具有巨大潛力的高性能潤滑脂，無疑會受到潤滑脂研制單位和生產廠家的關注。改善和提高無機潤滑脂的性能，除可在新型稠化劑的開發和生產工藝的優化等方面下功夫外，現有稠化劑的性能改善也是一個值得研究的方向，其中覆蓋劑與稠化劑性能的關系和納米級無機稠化劑的研究都有待進一步深入。
版權聲明|來源：《合成潤滑材料》，作者：季峰等，版權歸原作者所有。
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