CN100345948C - 含有有机粘土的润滑油 - Google Patents

Abstract

本发明公开的含有有机粘土的润滑油属于润滑剂的技术领域，开发了将有机粘土用作润滑油添加剂的新技术，在基础油或现有润滑油中添加0.05～2重量%的有机粘土，经过高速剪切分散制备均匀的润滑油，能够降低磨损量的20～30%，并且有机粘土具有化学稳定性、环保性和成本低等优点。

Description

含有有机粘土的润滑油

技术领域

本发明涉及一种润滑油，更具体地说，本发明涉及一种添加有机粘土的润滑油。

背景技术

粘土矿物是土壤的重要成分，广泛存在于各类土壤环境中。其主要元素是硅、铝、氧等。在粘土矿物中，硅和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成铝氧八面体。硅氧四面体共用氧原子形成片状硅氧体层，铝氧八面体共用边角形成片状铝氧八面体层。这些硅氧四面体片和铝氧八面体片又共用氧原子而将不同的片结合在一起形成层状结构。当粘土矿物处于湿润状态时，特别是在水溶液中，由于阳离子的强烈水合作用，矿物表面覆盖有一层水膜并具有强烈的亲水性。

为了降低粘土矿物的亲水性，需要对粘土矿物进行有机化处理。有机化处理有两种方法：离子交换法和熔融嵌入法，可以参见自然杂志，第19卷第2期，第95～104页；IM&P化工矿物与加工，2004年第1期，第17～20页和地球科学进展，第15卷第2期，2000年4月，第197～203页。

离子交换法是将粘土矿物悬浮液或胶体与待结合的有机化合物(如季铵盐、硅烷类等)相混合，在搅拌或振荡条件下充分反应制得。通过阳离子交换反应，把粘土矿物中原有的无机阳离子交换成有机阳离子，由于有机阳离子的水合作用微弱，生成的有机粘土矿物具有疏水亲油性。有机基团的嵌入使粘土的片层间距扩大，在有机溶剂中更容易解离成单晶片。

熔融嵌入法是把粘土矿物浸入过量的有机熔融物中，使得有机物嵌入到晶层。对于高岭石和埃洛石等1∶1型矿物由于层间不带电荷，一般的非极性和弱极性有机物很难进入其晶层之间，可以利用强极性的有机物如甲酰胺、水合联胺、二甲基亚砜等将高岭石晶层间的氢键打开并楔入晶层之间。

有机粘土在适宜的有机溶剂中具有良好的悬浮性、分散性、增稠性和触变性，广泛地应用于油漆、油墨、日用化工等行业，但是把有机粘土作为固体润滑油添加剂还未见有报道和应用。

发明内容

本发明为了将有机粘土用作润滑油添加剂，提出了如下具体的技术方案。

本发明提出的含有有机粘土的润滑油，包含有机粘土、分散剂和基础油。

本发明的含有有机粘土的润滑油，优选包含下述重量百分比的组成：0.05～1％的有机粘土，1～6％的分散剂，92～98.95％的基础油。

所述的有机粘土优选为用季铵盐类有机物质改性的粘土。所述的季铵盐类有机物质为可以进行离子交换的物质，例如为含有不同碳链长度的单季铵盐、多聚季铵盐、双长链烷基季铵盐等。粘土通过改性处理后，粘土与基础油的亲润性得到提高，在基础油中易于分散。所述的粘土进一步优选为2∶1型粘土矿物。粘土改性的方法为现有的已知方法，制备方法采用现有技术，有机阳离子与粘土矿物中的无机阳离子在水溶液中进行离子交换。在本发明中对改性方法没有特殊的要求。

所述的分散剂优选为无灰分散剂，进一步优选为丁二酰亚胺类或丁二酸酯类，例如单丁二酰亚胺、双丁二酰亚胺、硼化丁二酰亚胺、无氯丁二酰亚胺、聚异丁烯丁二酰亚胺、丁二酸乙酯等。

所述的基础油优选为矿物油、合成油或植物油。

根据应用情况的需要，本发明的含有有机粘土的润滑油还可以包括清净剂，例如磺酸盐，烷基酚盐、烷基水杨酸盐、硫代膦酸盐、环烷酸盐等，还可以包括抗氧剂、金属减活剂、防锈剂、降凝剂等用以优化油品的其他性能。这些组分以常规的含量存在在本发明的润滑油中。它们所起的作用和现有润滑油中这些组分的作用相同。因此它们的含量和作用在本发明中不展开解释说明。

本发明可以使用有机粘土、基础油和其它组分制备本发明的润滑剂，也可以在现有润滑油中添加有机粘土制备本发明的润滑剂。

含有有机粘土的润滑油的制备需要借助高速剪切、超声波等机械作用进行分散，使有机粘土在润滑油中解离成薄晶片。所述的高速剪切条件为在常压下，温度不高于80℃，高速剪切，转速15000～30000rpm，时间为1～20分钟。

实验证明本发明的润滑油相对于基础油能够大大降低金属摩擦副的磨损量。有机粘土能作为固体润滑油添加剂取决于两个因素：第一，有机粘土能在基础油中有效地溶剂化并分散，形成微米甚至纳米级别的悬浮胶体颗粒，这是未经有机化处理的无机粘土矿物难以实现的；第二，有机粘土保留了粘土矿物的片层状结构，这是有机粘土可以起到改善润滑的根本原因。片层状的有机粘土在润滑的过程中存在于滑动面间，能有效地防止两个滑动面的直接接触，从而防止了基材的磨损，提高抗磨性和载荷性。有机粘土胶体微粒本身带有一定的电荷，容易被吸附在滑动表面，起到维持油膜的作用；而且其片层结构容易被剪切，可以减少滑动面的摩擦；如果油膜变薄，滑动面间的突起部分相互接触，表面产生磨损，在有有机粘土存在的情况下，粘土片层吸附在金属表面，形成一种类似缓冲垫的保护膜把金属分开，就可以减少金属直接接触的频度，抑制磨损的产生。

为了证实有机粘土用作润滑油添加剂的效果进行了下述试验。

1.实验材料

实验用实施例1的润滑油。利用德国进口FA25高速剪切分散机，转速设置为25000rpm，剪切分散3min，得到分散均匀的油样。

2.实验方法

实验采用M200型环块摩擦磨损实验机。试块不动，通过主轴旋转使试环在块上转动，环浸泡在油池中，旋转的圆环把油带到摩擦副间进行润滑。

试块采用45#钢，硬度78～80HRB，试环为轴承钢，真空淬火，硬度56~59HRC。实验温度为24℃，转速200r/min，每次实验转动摩擦时间30min。磨损前后试块质量用德国Sartorius 0.1mg精密天平测量，称量前试块先用超声波在石油醚中清洗，再在无水乙醇中清洗。用普通光学显微镜观察摩擦表面形貌，进行辅助分析。

3.结果与分析

实验是在转速200r/min下进行的，转动摩擦时间30min，实验结果如表1：

表1磨损量对比实验结果

序号	载荷力/kg	磨损量/mg
				基础油	本发明的润滑油
		1	30			5.2	6.6
2	40			12.1	9.2
		3	50			17.9	14.0
4	60			15.2	12.4
		5	70			14.9	12.8

将表1中的数据绘成曲线图，如图1所示。

从图1中可以看到，在载荷较小时(30kg力)，基础油的磨损量较小；在载荷较大时(40、50、60、70kg力)，加入0.5％粘土添加剂的油样的磨损量变小，比采用基础油润滑的磨损量减少20～30％。这可能是因为载荷较小时，摩擦副主要处于流体润滑状态，基础油由于粘度较低，所以润滑效果较好；但是随着载荷加大，摩擦副主要处于边界润滑状态，这时粘土微粒发挥了作用，因此摩擦失重比基础油的小。

从图1还可以看到，磨损量存在一个峰值(50kg力时)，在此之前和之后磨损量都较小。这可能是因为在大载荷(60、70kg力)下，由于45#钢较软，变形较大，使得摩擦接触面积增大，在油润滑的条件下，摩擦得到一定的改善。还有一个可能的原因是，由于变形，磨痕区域发生了一定的形变强化，导致磨损量相对于低载荷(50kg力)减小。

分别使用基础油和本发明的润滑油，进行不同载荷力的试验后，使用光学显微镜拍摄磨痕表面的形貌，得到的图片表示在图2～9中。对比图2～9，可以看到加入粘土添加剂后，犁沟变浅，磨痕的表面明显变得光滑。

4.结论

(1)加入0.5wt％粘土添加剂后，在较大载荷下，磨损量比采用基础油润滑减少20～30％。

(2)加入0.5wt％粘土添加剂后，犁沟变浅，磨痕的表面明显变得光滑。

另外，粘土矿物作为固体润滑油添加剂的优点最明显地体现在：一、化学稳定性，粘土矿物不易被氧化，在高温下仍能发挥作用；二、环保性，粘土矿物本身不会对环境产生副作用；三、成本低。

附图说明

图1是表示载荷对磨损量的影响的图；

图2是使用基础油的试验载荷力为40kg的光学显微镜拍摄的磨痕表面形貌图；

图3是使用本发明的润滑油的试验载荷力为40kg的光学显微镜拍摄的磨痕表面形貌图；

图4是使用基础油的试验载荷力为50kg的光学显微镜拍摄的磨痕表面形貌图；

图5是使用本发明的润滑油的试验载荷力为50kg的光学显微镜拍摄的磨痕表面形貌图；

图6是使用基础油的试验载荷力为60kg的光学显微镜拍摄的磨痕表面形貌图；

图7是使用本发明的润滑油的试验载荷力为60kg的光学显微镜拍摄的磨痕表面形貌图；

图8是使用基础油的试验载荷力为70kg的光学显微镜拍摄的磨痕表面形貌图；

图9是使用本发明的润滑油的试验载荷力为70kg的光学显微镜拍摄的磨痕表面形貌图；

具体实施方式

下面以实施例的方式进一步解释本发明。

实施例1

(1)制备有机粘土

将100kg的钠基膨润土、30kg的十六烷基三甲基溴化铵和400kg的水混合在一起，搅拌，在60～80℃下反应1～2小时，压滤、在40℃下干燥8小时，研磨粉碎，制得有机粘土；

(2)制备本发明的润滑油

将0.5kg的上述有机粘土、5kg的分散剂聚异丁烯丁二酰亚胺和94.5kg的机械油在50℃下以25000rpm的转速高速剪切3min制备得到本发明的润滑油。

实施例2

(1)制备有机粘土

将100kg的钠基膨润土、40kg的十八烷基溴化铵和400kg的水混合在一起，搅拌，在60～80℃下反应1～2小时，压滤、在40℃下干燥8小时，研磨粉碎，制得有机粘土；

(2)制备本发明的润滑油

将0.2kg的上述有机粘土、3kg的分散剂双丁二酰亚胺和96.8kg的机械油在60℃下以30000rpm的转速高速剪切3min制备得到本发明的润滑油。

实施例3

使用实施例1中得到的有机粘土制备本发明的润滑油。

将1kg的上述有机粘土、6kg的分散剂丁二酸乙酯和93kg的机械油在40℃下以15000rpm的转速高速剪切3min制备得到本发明的润滑油。

实施例4

使用实施例1中得到的有机粘土制备本发明的润滑油。

将0.5kg的上述有机粘土、3kg的分散剂单丁二酰亚胺、3kg的石油磺酸钙和93.5kg的机械油在60℃下以30000rpm的转速高速剪切3min制备得到本发明的润滑油。

Claims (8)

1.一种含有有机粘土的润滑油，其特征在于，它包含下述重量百分比的组成：0.05～2％的有机粘土，1～6％的分散剂，92～98.95％的基础油。

2.如权利要求1所述的润滑油，其特征在于，所述的有机粘土为用季铵盐类有机物质改性的粘土。

3.如权利要求1所述的润滑油，其特征在于，所述的分散剂为无灰分散剂。

4.如权利要求1所述的润滑油，其特征在于，所述的基础油为矿物油、合成油或植物油。

5.如权利要求2所述的润滑油，其特征在于，所述的粘土为2∶1型粘土矿物。

6.如权利要求3所述的润滑油，其特征在于，所述的无灰分散剂为丁二酰亚胺类或丁二酸酯类。

7.如权利要求6所述的润滑油，其特征在于，所述的无灰分散剂为单丁二酰亚胺、双丁二酰亚胺、硼化丁二酰亚胺、无氯丁二酰亚胺、聚异丁烯丁二酰亚胺或丁二酸乙酯。

8.根据权利要求1所述的润滑油，其特征在于，它还包括清净剂、抗氧剂、金属减活剂、防锈剂、降凝剂中的一种或多种。

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