食品级润滑脂制备工艺及其性能研究

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为了避免食品机械、装备中润滑材料泄漏造成的食品安全问题,开展食品级润滑材料及其相关性能的研究显得尤为重要。食品级润滑脂作为食品级润滑材料的组成之一,广泛应用于轴承和链条等食品加工装备的关键传动部位。因此,优化食品级润滑脂的制备工艺流程,开展食品级润滑脂的安全性评价,研究新型添加剂对食品级润滑脂的摩擦学性能的影响因素,将为食品级润滑脂的开发及其工程应用提供参考。首先,基于食品级白油和复合铝皂稠化剂,开展食品级复合铝基润滑脂的工艺优化研究,即探究了脂肪酸种类、基础油含量、皂化加水量、异丙醇铝含量以及高温炼制时间对复合铝基润滑脂物理性能的影响,还采用李斯特菌检测和细胞活力试验对所制备的复合铝基润滑脂进行安全性评价。结果表明,当脂肪酸为硬脂酸、基础油的含量为80%、皂化加水量为1.0:2.0(n异丙醇铝:n水)、异丙醇铝的含量为1.0:2.0:1.7(n苯甲酸:n硬脂酸:n异丙醇铝)和高温炼制时间为20 min时,所制备的复合铝基润滑脂具有良好的物理性能。此外,所制备的复合铝基润滑脂具有较优良的抗菌性能和细胞安全性。其次,基于所制备的复合铝基润滑脂,选用食品级滑石粉(F-Talc)、食品级硅酸钙(F-Ca Si O3)和医用级蒙脱石粉(M-MMT)三种食/医用级硅酸盐作为添加剂。通过热重分析仪、球-盘摩擦试验机以及白光干涉仪研究了添加剂对复合铝基润滑脂的热稳定性能及摩擦学性能的影响,并通过电化学工作站及X射线光电子能谱仪表征其磨痕表面。结果表明,三种硅酸盐添加剂均可以改善复合铝基润滑脂的热稳定性能和摩擦学性能。与基础脂相比,当F-Talc、F-Ca Si O3和M-MMT的质量分数分别为1.0%、1.0%和1.5%时,润滑脂的平均摩擦系数分别降低约25%、32%和46%,单位时间内的磨损体积分别降低约47%、46%和74%,这主要是由于三种层状硅酸盐易在摩擦副表面形成润滑膜,且部分能够发挥“滑移”、修补及微抛光的作用,提高润滑脂的减摩抗磨性能。此外,含有三种硅酸盐添加剂的润滑脂均具有较好的安全性能,Tal-1铝基食品级润滑脂还通过了美国NSF H1的认证,能够用于偶然与食品接触的场合。最后,基于所制备的复合铝基润滑脂,选用纳米聚四氟乙烯(nano-PTFE)和纳米碳酸钙(nano-CaCO3)作为添加剂,研究了其吸附性能;通过四球摩擦试验机、球-盘摩擦试验机以及白光干涉仪等主要研究了纳米添加剂对复合铝基润滑脂的极压性能及摩擦学性能的影响,并通过电化学工作站及X射线光电子能谱仪表征其磨痕表面。结果表明,nano-PTFE比nano-CaCO3能更好的吸附在摩擦副表面,两种纳米添加剂在复合铝基润滑脂中具有良好的协同作用。相比于单一添加剂,复配添加剂显著改善了最大无卡咬载荷(PB)、烧结载荷(PD)、试验稳定性、平均摩擦系数和磨损体积。此外,含有纳米添加剂的润滑脂均具有良好的抗菌性能,上述研究结果将为食品级润滑材料的开发提供参考。
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