復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的成脂機(jī)理淺析

牛 明曲建俊

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001;2.無(wú)錫學(xué)院軌道交通學(xué)院,江蘇無(wú)錫 214105)

機(jī)械設(shè)備中普遍存在摩擦、磨損現(xiàn)象,摩擦 磨損造成了大量能源浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)損失[1-2],使用潤(rùn)滑劑是解決該問(wèn)題的有效方法。目前的潤(rùn)滑方式主要為潤(rùn)滑油潤(rùn)滑和潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑,油潤(rùn)滑多適用于飛濺式和重力式潤(rùn)滑,如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的潤(rùn)滑。潤(rùn)滑脂因其良好的潤(rùn)滑持久性及密封特性而被廣泛應(yīng)用于低速重載,無(wú)需冷卻的工況中,如重型卡車的輪軸。因潤(rùn)滑脂為連續(xù)性黏性半固體,具有防止泄漏的性能,可用于潤(rùn)滑油不適用的場(chǎng)合。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,潤(rùn)滑應(yīng)用中對(duì)潤(rùn)滑脂性能的要求不斷提高[3],因此,對(duì)潤(rùn)滑脂的研究日益增多[4-5]。其中,復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂具有高滴點(diǎn)、良好的抗磨性、優(yōu)良的承載性、環(huán)境友好等綜合優(yōu)良性能[6]。因此,近年來(lái)復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的研究日益受到學(xué)者的關(guān)注[7-10]。

復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂最早由Kumar等[11]發(fā)明并對(duì)其制備工藝、皂纖維結(jié)構(gòu)、理化性能及應(yīng)用試驗(yàn)等進(jìn)行一系列研究[12-16]。復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂由稠化劑和基礎(chǔ)油組成。基礎(chǔ)油是復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的重要組成部分,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到80%～90%。研究發(fā)現(xiàn),基礎(chǔ)油的黏度大小不但影響成脂與否,而且影響復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的錐入度[17]。多種基礎(chǔ)油組分間的協(xié)同作用,不僅改善了復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的摩擦學(xué)性能,而且其生物降解性[18-19]與滴點(diǎn)[20]均得到提高。反應(yīng)物配比影響成脂效果[11],在稠化劑原料選用方面,研究者用不同高、低相對(duì)分子質(zhì)量酸均成功研制出了復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂。Kumar等[11]所選用的高相對(duì)分子質(zhì)量酸為油酸,Shen等[7]選用的低相對(duì)分子質(zhì)量酸為對(duì)苯二甲酸,哈爾濱工業(yè)大學(xué)曲建俊課題組[18,21]選用的低、高相對(duì)分子質(zhì)量酸分別為苯甲酸、硬脂酸。

復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的成脂是非常復(fù)雜的過(guò)程,上述進(jìn)行了基礎(chǔ)油組分、原料配比對(duì)成脂的影響研究,但未進(jìn)一步揭示成脂過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及固-液兩相的狀態(tài)變化。在化學(xué)反應(yīng)層面,有研究者采用紅外光譜法對(duì)其他種類潤(rùn)滑脂的皂分子生成及皂分子間相互作用進(jìn)行分析。姚立丹等[22]將復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的成脂機(jī)理,揭示為羧酸鋰鹽分子的生成及其基于分子作用力的相互締合,將脲基脂的成脂機(jī)理揭示為十二胺-二異氰酸酯稠化劑分子的生成及其分子間氫鍵締合。劉顯秋等[23]分析復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂的成脂機(jī)理為復(fù)合鋁皂分子的形成,三異丙氧基鋁上的異丙基分別被羥基、苯甲酰基、硬脂?；〈?。在固-液作用層面,研究者對(duì)潤(rùn)滑脂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了認(rèn)識(shí)和探索。Arveson[24]最先將皂相在潤(rùn)滑脂中所具有的結(jié)構(gòu)形象化,認(rèn)為脂中含有交錯(cuò)可彎曲固體成分的結(jié)構(gòu)。Lawrence[25]進(jìn)一步提出了皂-油體系。陳紹澧[26]將潤(rùn)滑脂看作“固-液分散體系”,并提出“固-液分散體系”模型。在此模型中,固相為由皂分子構(gòu)成的皂纖維,液相為主要以膨化油、毛細(xì)管吸附油、游離油3種形式存在的基礎(chǔ)油。3種形式的共存油與皂纖維構(gòu)成穩(wěn)定的“固-液分散體系”,而固-液間適宜的相互作用有利于3種形式的油及皂纖維的形成。

綜上所述,目前對(duì)復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂成脂機(jī)理的研究較為欠缺,故筆者根據(jù)成脂過(guò)程中階段反應(yīng)產(chǎn)物及不同黏度基礎(chǔ)油成脂效果的分析,從“化學(xué)反應(yīng)”與“固-液作用”2個(gè)角度對(duì)復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂成脂機(jī)理進(jìn)行淺析。以苯甲酸、硬脂酸、鈦酸酯、水為稠化劑原料,調(diào)配了12種不同黏度的復(fù)合基礎(chǔ)油,進(jìn)行復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的制脂實(shí)驗(yàn)。從化學(xué)反應(yīng)角度,基于各反應(yīng)階段進(jìn)行紅外光譜分析推測(cè)出成脂反應(yīng);從“固-液作用”的角度,通過(guò)不同黏度基礎(chǔ)油對(duì)成脂效果及皂纖維的影響進(jìn)行研究,提出“復(fù)合鈦皂-基礎(chǔ)油”相互作用模型。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

制脂相關(guān)儀器:3 L小型常壓制備釜,帶有升溫系統(tǒng)和機(jī)械攪拌槳三輥研磨機(jī),型號(hào)為SG65,青島撫寧化輕機(jī)械廠生產(chǎn)。

分析測(cè)試儀器:潤(rùn)滑脂錐入度測(cè)定儀:型號(hào)為XH-140A,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 269—1991,大連鑫海分析儀器廠生產(chǎn)。潤(rùn)滑脂寬溫度范圍滴點(diǎn)測(cè)定分析儀:型號(hào)為XH-1401,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3498,大連鑫海分析儀器廠生產(chǎn)。美國(guó)的6700型FT-IR紅外光譜儀,美國(guó)熱電尼高力儀器公司生產(chǎn)。R/S+旋轉(zhuǎn)流變儀:美國(guó)Brookfield公司生產(chǎn)。電子掃描顯微鏡(型號(hào):Merlin Compact),德國(guó)卡爾蔡司股份公司生產(chǎn)。

1.2 復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂合成工藝

復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的合成工藝包括皂化反應(yīng)、水解反應(yīng)、升溫?zé)捴萍袄鋮s等階段,如圖1所示。制脂過(guò)程用到基礎(chǔ)油800～1000 mL、苯甲酸36～46 g、硬脂酸78～86 g、鈦酸四異丙酯150～171 g,各反應(yīng)階段溫度是成脂的關(guān)鍵因素,皂化反應(yīng)溫度為T1(80℃),水解反應(yīng)及高溫?zé)捴频臏囟确秶鶠門1～T3(80～200℃)。

圖1 復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的合成工藝Fig.1 Synthesis process of titanium complex grease

2 結(jié)果與討論

2.1 成脂過(guò)程表征及化學(xué)反應(yīng)分析

盡管有研究者對(duì)復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的合成開展過(guò)研究[7],但缺乏各反應(yīng)階段的詳細(xì)說(shuō)明。為較全面地認(rèn)識(shí)復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的合成過(guò)程,以表1中的g號(hào)油在40℃的運(yùn)動(dòng)黏度為145.96 mm2/s,易成功制備復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂,故選用g號(hào)油為制脂基礎(chǔ)油。各反應(yīng)階段樣品進(jìn)行觀察、測(cè)定黏度并進(jìn)行紅外光譜分析,分析出成脂的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。

表1 不同基礎(chǔ)油信息Table 1 Information of different base oils

2.1.1 制脂各階段樣品觀察與黏度分析

制脂過(guò)程中,50～230℃溫度范圍內(nèi)皂化反應(yīng)、水解反應(yīng)、升溫?zé)捴啤⒗鋮s階段的樣品外觀如圖2(a)所示。隨著反應(yīng)溫度從50℃升至80℃,脂肪酸逐漸溶于基礎(chǔ)油(樣品1、2),加入水后出現(xiàn)白色絮狀沉淀(樣品3)。當(dāng)溫度升至110℃時(shí),反應(yīng)混合物呈現(xiàn)較混濁狀(樣品4)。隨著反應(yīng)溫度繼續(xù)升高至140～170℃,樣品顏色變深,然后逐漸變?yōu)橥该魅廴跔顟B(tài)(樣品5、6)。當(dāng)反應(yīng)溫度升高到200℃時(shí),反應(yīng)混合物(樣品7)的透明度降低。當(dāng)反應(yīng)溫度升高到230℃時(shí),經(jīng)冷卻至室溫,最終形成復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂(樣品8),基礎(chǔ)油被鎖定在皂纖維中。經(jīng)測(cè)定,樣品8的錐入度為275(0.1 mm),滴點(diǎn)為280℃,表明復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂成脂。

圖2(a)中各反應(yīng)階段對(duì)應(yīng)樣品的黏度如圖2(b)所示。由圖2(b)可知:樣品2的黏度低于樣品1,這是由于脂肪酸逐漸溶解到基礎(chǔ)油中所致;隨著溫度升高,樣品2～5的黏度增加;溫度升至170℃時(shí),樣品6的黏度降低;樣品7和8的黏度急劇增加。

圖2 復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂合成過(guò)程各階段樣品外觀及其動(dòng)力黏度Fig.2 Appearance and dynamic viscosity of samples at different stages in the synthesis process of titanium complex grease

2.1.2 紅外光譜表征

在成脂過(guò)程中,隨著反應(yīng)溫度逐漸升高,對(duì)圖2中樣品2、3、4、5、6、7、8進(jìn)行紅外光譜表征,各樣品的紅外譜圖如圖3所示。

從圖3可知,樣品2、3、4、5、6、7、8的紅外譜圖中均在波數(shù)1736 cm-1、1460 cm-1等處出現(xiàn)吸收峰,其中,波數(shù)1736 cm-1處為—COOTi伸縮振動(dòng)吸收峰,波數(shù)1460 cm-1處對(duì)應(yīng)苯環(huán)骨架振動(dòng)吸收峰,表明苯甲酸、硬脂酸與鈦酸四異丙酯進(jìn)行了皂化反應(yīng)。

圖3 制脂過(guò)程中典型反應(yīng)物的紅外譜圖Fig.3 Infrared spectra of typical reactants during grease systhesis

樣品2中在波數(shù)850 cm-1附近出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)—CH吸收峰,隨著水的加入,樣品3～6在波數(shù)850 cm-1附近的吸收峰逐漸消失;樣品3～6的紅外光譜吸收峰的峰形和位置相似,均在波數(shù)1736 cm-1、1460 cm-1處分別出現(xiàn)—COOTi、苯環(huán)骨架基團(tuán)特征峰,說(shuō)明樣品3至樣品6均有新物質(zhì)鈦皂分子;樣品7在波數(shù)595 cm-1附近出現(xiàn)了O和Ti間配位鍵的吸收峰,表明有新的物質(zhì)出現(xiàn),這是鈦皂分子之間進(jìn)一步締合反應(yīng)的結(jié)果。

值得注意的是,在制備復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的皂化反應(yīng)和水解反應(yīng)過(guò)程中,有無(wú)色液體蒸餾而出,其紅外光譜圖如圖4所示。由圖4可知:位于波數(shù)3360 cm-1處的峰屬于O—H伸縮振動(dòng),波形較寬是因?yàn)榇嬖诜肿娱g氫鍵;位于波數(shù)667 cm-1處的峰屬于O—H彎曲振動(dòng);位于波數(shù)2971 cm-1處的峰屬于—CH3基體的伸縮振動(dòng);位于波數(shù)1378、1465 cm-1處的峰屬于C—H彎曲振動(dòng);位于波數(shù)1128 cm-1處的峰屬于—(CH3)2基團(tuán)的伸縮振動(dòng);位于波數(shù)1108處的峰屬于仲醇內(nèi)C—O之間的伸縮振動(dòng)。綜上所對(duì)應(yīng)基團(tuán)表明該蒸餾液體為異丙醇。

結(jié)合各反應(yīng)階段的樣品的紅外光譜分析(圖3、圖4)、黏度(圖2)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,對(duì)各階段的反應(yīng)進(jìn)行推測(cè)分析,得出反應(yīng)方程式如式(1)～(8)所示。

圖4 皂化反應(yīng)和水解反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生無(wú)色液體的紅外光譜圖Fig.4 Infrared spectra of colorless liquids produced during saponification and hydrolysis reactions

在皂化反應(yīng)(T1=80℃)階段時(shí),由于空間位阻,部分苯甲酸、硬脂酸與鈦酸四異丙酯發(fā)生一元取代,所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為樣品2,其反應(yīng)方程式如式(1)、(2)所示。

在水解、升溫?zé)捴?T1～T2)階段,加入蒸餾水進(jìn)行升溫,生成鈦皂分子,所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為樣品3～6。樣品3～6的成分相似(見圖3),表明從樣品3到樣品6,逐漸完全生成鈦皂分子。其樣品3～6中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如式(3)～(8)所示。

首先,式(1)、(2)的生成物與水發(fā)生反應(yīng),其1個(gè)異丙基被取代,生成2種鈦皂分子和異丙醇,所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為樣品3～6,其反應(yīng)方程式如式(3)、(4)所示。

同時(shí),水分子的氫氧根對(duì)剩余的鈦酸四異丙酯上的 異丙基進(jìn)行了一元取代,其反應(yīng)方程式如式(5)所示。

而后,剩余的苯甲酸、硬脂酸分別對(duì)式(5)生成物上的異丙基發(fā)生一元取代,生成2種鈦皂分子和異丙醇,其反應(yīng)方程式分別如式(6)、(7)所示。

將反應(yīng)式(1)～(7)合并,可看作鈦酸四異丙酯、苯甲酸、硬脂酸、水在一系列的反應(yīng)下生成了2種鈦皂分子和異丙醇。鈦酸四異丙酯上的2個(gè)異丙基分別被羥基和?；〈?因?；煌?苯甲?；?、硬脂酰基)而生成了2種鈦皂分子,如式(8)所示。

從式(1)～(8)可以看出,鈦皂分子的生成伴隨著異丙醇的生成,通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到溫度至170℃時(shí),再無(wú)異丙醇生成。這表明溫度至170℃時(shí),鈦皂分子完全形成,所對(duì)應(yīng)的樣品6的黏度下降(如圖2(b)所示)。

在冷卻(T2～T3)階段時(shí),隨著溫度繼續(xù)升高,樣品7～8的黏度急劇增加(如圖2(b)所示),這是因?yàn)樯闪嗽砝w維。當(dāng)溫度為230℃時(shí),復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂樣品皂纖維已完全形成。2種鈦皂分子通過(guò)鈦氧橋鍵締合為聚合物的反應(yīng)如式(9)所示。

2.2 基礎(chǔ)油黏度對(duì)成脂及皂纖維形貌的影響

不同黏度基礎(chǔ)油的成脂效果列于表2。由表2可知,潤(rùn)滑脂合成效果與所用基礎(chǔ)油黏度之間呈現(xiàn)出一定規(guī)律,隨基礎(chǔ)油40℃黏度逐漸增大,所對(duì)應(yīng)制備的潤(rùn)滑脂樣品分別為油-皂分離狀、半脂狀、成功脂狀、黏稠液體狀、溶液狀。由此可知,基礎(chǔ)油黏度過(guò)低或過(guò)高均導(dǎo)致制脂失敗,只有合適黏度范圍(40℃,88.4～145.9 mm2/s)的基礎(chǔ)油才能成脂。皂纖維的提取采用有機(jī)溶劑浸泡法實(shí)現(xiàn),將復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂涂于硅片表面,然后浸泡于石油醚中使基礎(chǔ)油溶解,再取出烘干。皂纖維提取結(jié)果也列在表2中,由表2可知:除了成功脂樣能提取出皂纖維外,失敗脂樣如油-皂分離狀樣品、半脂狀樣品、黏稠液體狀樣品也均能提取出皂纖維;而失敗脂樣中溶液狀樣品未發(fā)現(xiàn)皂纖維的存在。

表2 不同黏度基礎(chǔ)油的成脂及生成皂纖維結(jié)果Table 2 Synthesis for grease and results of soap fibers extraction based on oils with different viscosities

表2中各合成脂樣品照片及所提取的皂纖維的SEM照片如圖5所示。

由圖5可知,復(fù)合鈦皂纖維呈現(xiàn)出具有褶皺的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可判斷皂纖維為聚合物[27]。皂纖維的這種結(jié)構(gòu)為鎖住基礎(chǔ)油提供了空間[28]。從圖5((a1)～(d1))的變化可以看出,隨著基礎(chǔ)油40℃黏度增加,皂纖維的褶皺變化呈現(xiàn)出由質(zhì)密到疏松的趨勢(shì)。因此,盡管油-皂分離狀樣品、成功脂樣及黏稠液體狀樣品均提取出了皂纖維,但形態(tài)有所差異。

圖5 不同狀態(tài)的合成脂樣品照片及所提取的皂纖維的SEM照片F(xiàn)ig.5 Photos of different synthetic grease samples and SEM images of corresponding soap fibers extracted

由表2和圖4可得出如下結(jié)論:

(1)當(dāng)基礎(chǔ)油40℃的黏度大于170.2 mm2/s時(shí),其制脂過(guò)程中不生成皂纖維,且隨著基礎(chǔ)油黏度的增加,由其制備所得潤(rùn)滑脂皂纖維的形貌逐漸疏松。這說(shuō)明基礎(chǔ)油的黏度影響皂纖維的生長(zhǎng)。

(2)失敗的脂樣(油-皂分離狀、半脂狀與黏稠液體狀)中也能提取出皂纖維,說(shuō)明皂纖維的形成只是成脂的必要條件,形成皂纖維和適宜黏度范圍(40℃,88.4～145.9 mm2/s)的基礎(chǔ)油相應(yīng)作用才可成脂。

2.3 基礎(chǔ)油與復(fù)合鈦皂的相互作用

2.3.1 基礎(chǔ)油對(duì)皂纖維生長(zhǎng)的影響模型

復(fù)合鈦皂纖維通過(guò)鈦皂分子的Ti原子與O原子之間的配位鍵聚合而成,而不同黏度的基礎(chǔ)油對(duì)鈦皂分子的聚合產(chǎn)生不同影響,從而影響成脂效果。由表2及圖5可知,當(dāng)基礎(chǔ)油黏度較低時(shí),有皂纖維產(chǎn)生;而當(dāng)基礎(chǔ)油黏度較高時(shí),無(wú)皂纖維產(chǎn)生。針對(duì)不同黏度基礎(chǔ)油對(duì)皂纖維產(chǎn)生影響的原因,筆者提出了不同黏度的基礎(chǔ)油對(duì)鈦皂纖維的生長(zhǎng)影響模型,如圖6所示。

圖6 不同黏度基礎(chǔ)油對(duì)皂纖維的生長(zhǎng)作用影響模型Fig.6 Models of the effects of base oil with different viscosities on the growth of titanium soap fiber

基礎(chǔ)油的成分以烷烴為主,其相對(duì)分子質(zhì)量隨黏度的增高而增大[29]?；A(chǔ)油的黏度越低,表明其分子中的平均碳鏈越短或其支鏈越少;反之,基礎(chǔ)油的黏度越高,表明其分子中的平均碳鏈越長(zhǎng)或其支鏈越多。圖6(a)表示較低黏度(40℃,33.3～170.2 mm2/s)的基礎(chǔ)油有助于鈦皂纖維的生長(zhǎng),這是因?yàn)榈宛ざ然A(chǔ)油分子鏈短,削弱了基礎(chǔ)油分子對(duì)鈦皂分子間的阻礙作用,鈦皂分子之間的Ti原子與O原子之間易形成配位鍵,聚合成皂纖維。圖6(b)表示較高黏度(40℃,＞170.2 mm2/s)的基礎(chǔ)油阻礙皂纖維的生長(zhǎng),這是因?yàn)楦唣ざ然A(chǔ)油分子鏈長(zhǎng),阻礙鈦皂分子相互接觸,使得鈦皂分子之間的Ti原子與O原子的配位鍵難以形成,不利于鈦皂分子之間的聚合,最終導(dǎo)致皂纖維生長(zhǎng)失敗。

2.3.2 鈦皂對(duì)基礎(chǔ)油的膨化與吸附作用模型

由2.2節(jié)得出的推論可知,鈦皂纖維的形成只是復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂成脂的必要條件而非充分條件。即使形成了皂纖維,也不能保證形成穩(wěn)定的固-液分散體系。按照陳紹澧[26]的觀點(diǎn),在穩(wěn)定的固-液分散體系中,基礎(chǔ)油以游離油、膨化油和毛細(xì)管吸附油的形式共同存在,而游離油是必然存在的,成脂的關(guān)鍵在于膨化油與毛細(xì)管吸附油的共存。而由表2可知,成脂所用的基礎(chǔ)油應(yīng)具有合適的黏度。因而基礎(chǔ)油黏度大小關(guān)系到能否被固相稠化與吸附,筆者提出了復(fù)合鈦皂對(duì)不同黏度基礎(chǔ)油“膨化”與“吸附”作用模型,如圖7所示。

圖7(a)表示了在固-液分散體系中的皂分子、膨化油、毛細(xì)管吸附油、游離油、皂分子晶格、皂-油凝膠粒子的存在狀態(tài)。鈦皂分子(纖維)對(duì)過(guò)低黏度基礎(chǔ)油的膨化、吸附作用如圖7(b)所示,基礎(chǔ)油分子在鈦皂分子晶格內(nèi)能被膨化而形成皂-油凝膠粒子,但由于基礎(chǔ)油分子鏈太短,不能牢固地吸附于鈦皂纖維之間,所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為油-皂分離樣品。鈦皂分子(纖維)對(duì)適宜黏度基礎(chǔ)油的膨化、吸附作用如圖7(c)所示,基礎(chǔ)油分子在鈦皂分子晶格內(nèi)能被膨化而形成皂-油凝膠粒子,同時(shí),受毛細(xì)管吸附力吸附于鈦皂纖維之間,所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為成功脂樣。鈦皂分子(纖維)對(duì)較高黏度基礎(chǔ)油的膨化、吸附作用如圖7(d)所示,由于基礎(chǔ)油分子鏈較長(zhǎng),無(wú)法完全進(jìn)入鈦皂分子晶格內(nèi)而無(wú)法膨化,但可以作為毛細(xì)管吸附油被吸附于鈦皂纖維之間,所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為黏稠液體樣品。鈦皂分子(纖維)對(duì)過(guò)高黏度基礎(chǔ)油的膨化、吸附作用如圖7(e)所示,由于基礎(chǔ)油分子鏈很長(zhǎng),既無(wú)法進(jìn)入鈦皂分子晶格內(nèi)膨化,也無(wú)法吸附于鈦皂纖維之間,所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物為溶液狀態(tài)樣品。

圖7 復(fù)合鈦皂對(duì)不同黏度基礎(chǔ)油的膨化與吸附作用模型Fig.7 Models of swelling and adsorption of complex titanium soap on the base oil with different viscosities

3 結(jié) 論

(1)從化學(xué)反應(yīng)角度揭示了復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂的成脂機(jī)理?；趯?duì)所研制復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂各階段反應(yīng)產(chǎn)物的紅外光譜表征,分析出了成脂的一系列化學(xué)反應(yīng)與生成的鈦皂分子結(jié)構(gòu),鈦皂分子為鈦酸四異丙酯上的2個(gè)異丙基分別被羥基和酰基所取代的結(jié)構(gòu),因不同?；?苯甲?；⒂仓；?取代而生成了2種鈦皂分子,2種鈦皂分子間通過(guò)鈦氧橋締合為聚合物。

(2)從油-皂相互作用角度揭示了復(fù)合鈦基潤(rùn)滑脂成脂機(jī)理?；诠?液分散體系,通過(guò)基礎(chǔ)油黏度對(duì)成脂效果的分析,推測(cè)出鈦皂分子在低、高黏度的基礎(chǔ)油中的締合作用差異,低黏度基礎(chǔ)油有利于鈦皂分子的締合,鈦皂對(duì)適宜黏度的基礎(chǔ)油同時(shí)具有膨化與吸附作用。