碳酸鈣如何用作潤滑脂中的添加劑?

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隨著社會的發展,對潤滑脂的需求日益增長。因此,潤滑脂的生產不僅要考慮其性能,還要兼顧其經濟性、環境性和永續性。隨著環保意識的增強,開發高性能、「環保」潤滑脂是未來的發展方向。

碳酸鈣,化學式為CaCO₃,是一種白色無味固體,是自然界中重要的無機化合物。自然界中,碳酸鈣主要存在於石灰石、方解石、大理石和白雲石等礦產資源中,其中以石灰石最為豐富。根據生產方法,碳酸鈣可分為重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣。

1. 重質碳酸鈣

重質碳酸鈣,簡稱重質碳酸鈣(GCC),是由優質石灰石、方解石、大理石、白堊等原料直接經破碎、研磨(細磨或超細磨)而成的粉末。重質碳酸鈣粉體的特徵是顆粒形狀不規則,粒徑分佈廣,粒徑較大。重質碳酸鈣的白度和晶形因原料而異,其粒徑大小取決於選粉設備,最細可達0.1μm。

2. 輕質碳酸鈣

輕質碳酸鈣又稱沉澱碳酸鈣(PCC),以石灰石為原料,經煅燒、消化、碳化而成。其特徵是粒徑細(平均一次粒徑0.07μm)、白度高、晶形可調。輕質碳酸鈣分為普通輕質碳酸鈣、活性輕質碳酸鈣、奈米碳酸鈣三種。輕質碳酸鈣的晶形有數十種,常見的有紡錘形、立方體、針狀、鏈狀、球形、片狀和非結晶等七種。

3. 碳酸鈣在潤滑脂的應用

潤滑脂是由基礎油與增稠劑稠化而成的半流體至固體潤滑劑。增稠劑、基礎油和添加劑是潤滑脂的三大主要成分。這三大成分與潤滑脂的製備過程一起,是決定和影響潤滑脂性能的關鍵因素。現代潤滑脂生產技術和潤滑脂配方是一門科學,而潤滑脂更是高科技產品。

3.1 作為增稠鈣基潤滑脂的原料

鈣皂是鈣基潤滑脂的重要成分,碳酸鈣是其基本原料之一。碳酸鈣在高溫下分解生成氧化鈣,氧化鈣與水反應生成氫氧化鈣(起皂化劑的作用)。最後,氫氧化鈣與脂肪酸發生皂化反應,生成鈣皂。

3.2 作為潤滑脂添加劑

潤滑脂添加劑是添加到潤滑脂中以改善其性能的物質。它們可以增強潤滑脂的固有性能,或增強其所缺乏的性能。隨著奈米材料科學技術的興起,潤滑油添加劑的研究逐漸從傳統的常規材料轉向奈米材料,新型奈米潤滑添加劑也備受關注。

3.3 填料作為潤滑脂增容增重劑

填料也用於潤滑脂生產。這些非油溶性固體添加劑,大多以非油溶性固體粉末的形式存在,具有潤滑、增強密封性和改善阻隔性的作用。大多數潤滑脂填料本身也起到固體潤滑劑的作用,可以改善潤滑脂的潤滑性能。

基於碳酸鈣作為潤滑脂添加劑的研究,將碳酸鈣用作填料來增加潤滑脂的增容增重時,應考慮以下幾點:

1) 表面改質。碳酸鈣是一種極性無機物質,具有親水疏油的表面,與油的相容性較差,且容易團聚。基礎油是潤滑脂中品質最大的成分。為了增強碳酸鈣與油的相容性,將其用作潤滑脂填料前,需要進行表面改質。

2)超細粒徑減小。奈米材料具有獨特而優異的性能,目前許多研究人員正在研究其在潤滑脂中的應用。奈米顆粒可用作潤滑脂添加劑,主要得益於其三大優勢:首先,奈米顆粒具有強大的擴散和自擴散能力,能夠在金屬摩擦表面形成良好的滲透或擴散層,起到抗磨作用;其次,奈米顆粒尺寸小,近乎球形,在摩擦表面起到「滾動軸承」的作用,改變副的潤滑方式,降低摩擦係數;第三,奈米顆粒可以拋光並強化副摩擦。

n表面,支撐外部載重,提高潤滑脂的承載能力。

3) 碳酸鈣的晶體形態。晶體形態是碳酸鈣的關鍵技術指標,決定了其預期用途。用作潤滑脂填料時,必須選擇合適的晶體形態。目前,潤滑應用中碳酸鈣的主要形態包括立方體、球形和無定形。

碳酸鈣作為潤滑脂填料具有環保且價格低廉的優勢。在不影響潤滑脂性能的情況下,使用碳酸鈣來增加潤滑脂的體積和重量,可以減少原料的使用,有利於環境並降低生產成本。

碳酸鈣-顏料的“性價比之王”