CN101144045A - 纳米润滑油添加剂、其制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米润滑油添加剂、其制备方法及应用。该添加剂由以下重量份的组分组成：纳米金刚石0.5－5份，纳米金属颗粒0.8－10份，微乳化表面活性剂2－15分，微乳化助剂3－20份，抗氧化剂0.5－10份和白油8－20份。本发明纳米润滑油添加剂可添加到各种工业润滑油中，使其具有更为优异的使用性能，可以显著降低摩擦，减轻机器的腐蚀，对于设备或零部件具有保护/修复作用，有效提高了机器、设备或零部件的使用寿命，解决了因摩擦磨损、润滑养护或维修引起的各种难题。此外，本发明纳米润滑油添加剂为均一、透明的棕黄色液体，克服了传统润滑油添加剂所存在的不透明、不稳定等缺陷。

Description

纳米润滑油添加剂、其制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及润滑油添加剂，尤其涉及纳米金刚石和纳米金属复合润滑油添加剂及其制备方法，属于化工领域。

背景技术

现有的润滑油添加剂很多，但大多数是属于含有机金属盐、磷、硫等传统抗极压的添加剂(用来提高润滑油承载能力或降低非完全油膜润滑下材料磨损的添加剂称为极压添加剂或抗磨添加剂。在润滑油极压条件下或摩擦副处于边界润滑时，金属表面形成了一层与润滑介质性质不同的边界膜，有效防止金属间直接接触，而减少摩擦和磨损，但是极压添加剂一般都是含有有毒的钼和氯的化合物)。普通抗磨剂采用化学成膜技术，含有特氟龙、钼、石墨、锌及其他金属成份，其形成的化学保护膜高温稳定性差，极易脱落，直接加剧发动机的磨损，堵塞油路、机油滤清器，导致发动机过早进入大修期。例如：中国专利公开号为CN1412283A的发明专利申请公开了一种发动机抗磨添加剂，该抗磨添加剂含有有机金属盐；中国专利公开号为CN1403549A公开了一种工业齿轮油添加剂组合物，该添加剂组合物含有磷化物；中国专利公开号为CN1403547A的发明专利申请公开了一种润滑油添加剂，这些添加剂虽然可以起到降低摩擦的作用，但是由于添加了硫、磷等，长期使用会对机械设备产生一定腐蚀。

纳米润滑油添加剂与普通抗磨剂有本质的区别，无腐蚀、无任何残留物，长期使用不仅没有任何副作用，而且是最卓越有效的养护抗磨产品。

单纯添加纳米金刚石或纳米铜等纳米技术应用在润滑油领域在20世纪中叶开始研究，到20世纪九十年代得到长足发展，本世纪初纳米技术及相关产品越来越被人们重视，而将纳米金刚石和纳米金属复合使用，可以克服单纯的修补的功能，还能够起到“纳米滚珠轴承结构膜”的作用，变滑动摩擦为滚动摩擦，可降低摩擦系数二十余倍，使减摩功效产生质的飞跃，这正是实现纳米修复工程学和纳米摩擦学的重要解决方案。

如果能够提供类似于纳米“滚珠轴承结构膜”结构的润滑油添加剂，将会极大降低使用者相互部分之间的摩擦系数，从而显著延长机器或设备的使用寿命。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新的润滑油添加剂。

本发明首先所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种纳米润滑油添加剂，主要由以下重量份的组分组成：

纳米金刚石颗粒                   0.5-5份

纳米金属颗粒                     0.8-10份

微乳化表面活性剂                 2-15份

微乳化助剂                       3-20份

抗氧化剂                         0.5-10份

白油                             8-20份；

作为一种优选的技术方案，各组分的重量份是：

纳米金刚石颗粒                   0.8-3份

纳米金属颗粒                     1.0-5份

微乳化表面活性剂                 3.0-6份

微乳化助剂                       4.5-8份

抗氧化剂                         1.0-4份

白油                             10-20份；

更优选的，各组分的重量份是：

纳米金刚石颗粒                   1-1.5份

纳米金属颗粒                     1.3-2.7份

微乳化表面活性剂                 3.6-4.5份

微乳化助剂                       5.6-6.8份

抗氧化剂                         1.2-2.4份

白油                             14-18份；

特别优选的，各组分的重量份是：

纳米金刚石颗粒                  1.2-1.5份

纳米金属颗粒                    1.5-2.0份

微乳化表面活性剂                4.0-4.5份

微乳化助剂                      6.0-6.5份

抗氧化剂                        1.5-2.0份

白油                            16-18份。

其中，所述的纳米金刚石优选为粒径为6-80纳米的球型颗粒金刚石；纳米金刚石的制备是利用TNT等炸药为前驱物，在密闭容器，高温(3000k)高压(20万个大气压)条件下爆炸产生，并以盐酸清洗后，用硫酸和高锰酸钾进行提纯而得，兼具纳米材料和超硬材料的性质。纳米金刚石可按照以下文献所公开的方法制备得到：金增寿，徐康.炸药爆轰法制备纳米金刚石.含能材料，1999，7(1)：38-44。

所述的纳米金属颗粒优选为粒径为8-100纳米的球型颗粒金属，所指的金属优选自金、银或铜等金属的聚合物；纳米金属颗粒可以通过商业途径购买得到，例如可购自北京有色金属研究院，或徐州宏武纳米材料有限公司(地址：广东省广州市天河区燕岭路25-27号银燕大厦三楼)。

所述的微乳化表面活性剂可以使用烷基磺酸(如，十二烷基或十二烷基苯磺酸)、柠檬酸、水杨酸、亚麻酸或油酸等，或它们所形成的盐，如它们的钠盐或钾盐等。

所述的微乳化助剂可以使用多元醇类、脂肪酸类或脂肪醚，其中多元醇类可以是二元醇(如丙二醇)、三元醇(如己三醇)，脂肪酸类优选为正十八酸；脂肪醚(通式：R-0-R′，其中R和R′分别为碳原子数从1-15的烷烃，烯烃，芳烃，可以是正构直链，也可以是异构支链)可以是丁甲醚、二乙基醚或甲乙醚，优选为甲乙醚。

所述的抗氧化剂优选为苯胺，聚酰胺或多胺，其中聚酰胺例如可以使用是分子量小于2000的聚乙烯酰胺，多胺例如可以使用丙二胺。

本发明所要解决的另一个技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备上述润滑油添加剂的方法。

本发明所要解决的另一个技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种制备上述纳米润滑油添加剂的方法，该方法包括：

(1)按下述重量份称取各组分：

纳米金刚石颗粒                0.5-5份

纳米金属颗粒                  0.8-10份

微乳化表面活性剂              2-15份

微乳化助剂                    3-20份

抗氧化剂                      0.5-10份

白油                          8-20份；

(2)将纳米金属颗粒溶于适量(至于加入水的量，本领域技术人员可根据情况进行调整，只要将纳米金属配成水溶液或凝胶即可，本领域技术人员根据具体情况很容易掌握和操控；在此基础上，加入的水多一点或少一点，对于本发明的实施不构成任何影响)的水中制成纳米金属水溶液或凝胶；将纳米金刚石颗粒和所制备的纳米金属水溶液或凝胶在1-3个大气压、60-120℃温度下加入反应釜中，再加入白油，连续搅拌保持温度大于80℃，压力为1-2个大气压；搅拌均匀后，将微乳化表面活性剂、微乳化助剂和抗氧化剂一起加入到反应釜中，将温度保持在85-90℃，在1.2-2个大气压下持续反应3-6个小时，即得。

本发明中所用到的纳米金刚石具有粒径极小(6-80纳米)、比表面积极大(300±30m²/g)、晶体数极多(1019个/克)等特点，具有百分之百的强共价键性和强烈的亲油疏水特性，硬度高、耐高温、耐磨性强、吸附润滑性好，在各类润滑油中形成稳定分散的胶态体系，将纳米金刚石引入摩擦副之间，可以填充显微裂纹和不平，对摩擦面上的尖凸进行自由磨削，去除摩擦副凹凸不平的微峰，迅速增加摩擦副之间的接触面，并直接承受摩擦副之间的压力，在摩擦力和摩擦热的作用下，纳米金刚石和摩擦副材料发生复杂的机械合金化过程，发生界面吸附、反应等一系列复杂变化，形成纳米金刚石超硬润滑薄膜，使其耐磨减摩效果显著增强。纳米金属颗粒可在润滑油中起到承压骨架作用，它不仅可以改善润滑性能，还可以降低摩擦系数，增加液膜承压能力。

本发明纳米润滑油添加剂倾向于与固体表面发生作用，在一些情况下其相互作用相当强烈，或者观察到静态时没有吸附但是动态时吸附纳米仿生自组织分子呈现“宾一主”效应(少量的纳米分子改变了整体润滑油性能，如同宾客，反客为主)，令润滑剂分子沿自组织分子的长轴方向，即碳链排列方向进行排列，导致在固体表面形成润滑剂的中介态，即润滑油处在临界摩擦和极限摩擦的中间状态，从而使摩擦力减小。这一理论解释了润滑剂中纳米润滑油添加剂浓度对表面粗糙度的影响。

本发明纳米润滑油添加剂可以直接添加到润滑油中使用，例如将本发明添加剂与润滑油以体积比1∶250加入到各种工业润滑油(例如矿物油、合成油等)中，再按照工业润滑油的常规使用方法或用途应用于各种设备或齿轮中，可以显著降低摩擦，减轻腐蚀，提高机器、设备或零部件的使用寿命。

添加本发明添加剂的国产工业齿轮油具有更为优异的使用性能，大幅超过进口新一代高效齿轮油，即可用于节线速度30m/s的高速齿轮传动，也适用于低速重载并伴随强烈冲击和震动的齿轮传动，尤其是对已产生疲劳点蚀或严重擦伤的齿轮具有保护/修复作用，在极压抗磨性能方面则表现更为杰出，利用本发明的L-CKD重负荷齿轮油烧结负荷PD大于5500N，远超过我国现行标准(2500N)一倍以上，FZG大于12级(国家标准为11级)，分水性能良好(40-40-0分水时间不超过30min)。在氧化安定性、抗腐蚀、防锈等性能方面也全面得以提升。此外，添加本发明纳米润滑油添加剂的齿轮油具有更广泛的通用性，即可用于循环系统和油池的润滑，也可用于喷射和喷雾润滑，还可用于滑动和滚动轴承的润滑。

另外，本发明纳米润滑油添加剂为均一、透明的棕黄色液体，克服了传统添加剂的不透明、不稳定的致命弱点。

本发明的纳米润滑油添加剂产品用途极其广阔，不仅适用于机电设备、交通运输工具，而且适用于工程机械、工矿企业、食品医药行业、航空航天、军事装备等，可以说，凡是金属机械运动摩擦的地方均可使用，而且没有任何副作用。本发明产品可解决因摩擦磨损、润滑养护或维修引起的各种难题，特别是那些重压重负、高温高速或长时间不间断运行，磨损严重，精密度要求高或老旧汽车及机械设备，其实际效益更佳。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1  纳米仿生车用润滑油添加剂

按以下重量份称取原料：

纳米金刚石(6-80纳米)              1.0份

纳米金颗粒(10纳米)                1.5份

十二烷基石油磺酸                  4份

甘油醇或正庚醇                    6份

正辛胺                            2份

白油                              10份；

纳米金刚石(6-80纳米)的制备：纳米金刚石按照下述文献制备得到：金增寿，徐康。炸药爆轰法制备纳米金刚石。含能材料，1999，7(1)：38-44。

纳米金溶液的制备：将纳米金(纳米金购自北京有色金属研究院，其规格是粒径8-10纳米)分散到水溶液中，形成色泽稳定均匀的中性溶液；

将6-80纳米金刚石和所制备的纳米金溶液在1.5个大气压、80℃温度下加入反应釜中，然后加入白油，连续搅拌使得温度和压力保持不变；搅拌均匀后，向反应釜中加入十二烷基石油磺酸、甘油醇(或正庚醇)和正辛胺；将温度升高到90℃，反应釜在1个大气压下持续反应3个小时，得到均一、透明的棕黄色液体，即得。

实施例2  纳米齿轮油添加剂

按以下重量配比选取原料：

纳米金刚石(6-80纳米)               1份

纳米银(10纳米)                     2份

硬脂酸                             3.8份

丙二醇单乙醚                       5.8份

十八烷基胺                         2份

白油                               10份；

纳米金刚石的制备：纳米金刚石按照下述文献制备得到：金增寿，徐康。炸药爆轰法制备纳米金刚石。含能材料，1999，7(1)：38-44。

纳米银凝胶的制备：粒径10nm的纳米银(纳米银购自北京有色金属研究院，其规格是粒径10纳米，无毒、无味、安全、无刺激)分散到水溶液中，形成凝胶；

将6-80纳米金刚石和所制备的纳米银凝胶在1.5个大气压、80℃温度下加入反应釜中，然后加入白油，连续搅拌使得温度和压力保持不变；搅拌均匀后，向反应釜中加入硬脂酸、丙二醇单乙醚和十八烷基胺；将温度升高到85℃，反应釜在1个大气压下持续反应5个小时，得到均一、透明的棕黄色液体，即得。实施例3纳米仿生工业润滑脂添加剂

按以下重量配比选取原料：

纳米金刚石(12纳米)                 1份

纳米铜(6-80纳米)                   2.5份

水杨酸                             3.7份

十八烷基(三乙氧基)硅烷             6.2份

庚氧基苯甲酸                       2份

白油                               10份；

纳米金刚石(12纳米)的制备：纳米金刚石按照下述文献制备得到：金增寿，徐康。炸药爆轰法制备纳米金刚石。含能材料，1999，7(1)：38-44。

纳米铜凝胶的制备：粒径16nm的纳米铜(纳米铜自北京有色金属研究院，其规格是粒径16纳米，无毒、无味、安全、无刺激)分散到水溶液中，形成凝胶；

将纳米金刚石(6-80纳米)和所制备的纳米铜凝胶在1.5个大气压、80℃温度下加入反应釜中，然后加入白油，连续搅拌使得温度和压力保持不变；搅拌均匀后，向反应釜中加入水杨酸、十八烷基(三乙氧基)硅烷和庚氧基苯甲酸；将温度升高到85℃，反应釜在1个大气压下持续反应4个小时，得到均一、透明的棕黄色液体，即得。

实施例4 纳米仿生工业润滑脂添加剂

按以下重量配比选取原料：

纳米金刚石(6-80纳米)               0.5份

纳米铜(100纳米)                   0.8份

油酸           2份

甲乙醚         3份

丙二胺         0.5份

白油           8份；

纳米金刚石(6-80纳米)的制备：纳米金刚石按照下述文献制备得到：金增寿，徐康。炸药爆轰法制备纳米金刚石。含能材料，1999，7(1)：38-44。

纳米铜凝胶的制备：粒径100nm的纳米铜(纳米铜购自北京有色金属研究院，其规格是粒径100纳米，无毒、无味、安全、无刺激)分散到水溶液中，形成凝胶；

将纳米金刚石(6-80纳米)和所制备的纳米铜凝胶在1.5个大气压、80℃温度下加入反应釜中，然后加入白油，连续搅拌使得温度和压力保持不变；搅拌均匀后，向反应釜中加入油酸、甲乙醚和丙二胺；将温度升高到85℃，反应釜在1个大气压下持续反应4个小时，得到均一、透明的棕黄色液体，即得。

实施例5  纳米仿生工业润滑脂添加剂

按以下重量配比选取原料：

纳米金刚石(6-80纳米)            5份

纳米金(8-10纳米)                10份

柠檬酸                          15份

正十八酸                        20份

聚乙烯酰胺                      10份

白油                            20份；

纳米金刚石(6-80纳米)的制备：纳米金刚石按照下述文献制备得到：金增寿，徐康。炸药爆轰法制备纳米金刚石。含能材料，1999，7(1)：38-44。

纳米金溶液的制备：将纳米金(纳米金购自北京有色金属研究院，其规格是粒径8-10纳米)分散到水溶液中，形成色泽稳定均匀的中性溶液；

将纳米金刚石(6-80纳米)和所制备的纳米金溶液在1.5个大气压、80℃温度下加入反应釜中，然后加入白油，连续搅拌使得温度和压力保持不变；搅拌均匀后，向反应釜中加入柠檬酸、正十八酸和聚乙烯酰胺；将温度升高到85℃，反应釜在1个大气压下持续反应4个小时，得到均一、透明的棕黄色液体，即得。

试验例1  本发明纳米润滑油添加剂增效技术功效试验

一、  试验材料：实施例1-5所制备的纳米润滑油添加剂。

二、  试验方法：将实施例1-5所制备的纳米润滑油添加剂分别按照1∶250的体积比与常规润滑油混合均匀，得到5种处理的润滑油(分别编号为润滑油1、润滑油2、润滑油3、润滑油4和润滑油5)；

试验组：将轴等固体表面分别用5种处理的润滑油(润滑油1、润滑油2、润滑油3、润滑油4和润滑油5)进行润滑处理；

对照组：将轴等固体表面用没有添加本发明纳米润滑油添加剂的常规润滑油进行润滑处理，其它试验条件或材料与试验组完全相同。

摩擦系数的测定方法：液体润滑剂摩擦系数测定法(振子法)SH/T0072-1991：

三、试验结果

当轴等固体表面用实施例1-5的仿生纳米自组织润滑技术处理，摩擦系数要比没处理的要低，试验结果见表1和表2：

表1  对照组表面处理对摩擦系数的影响(平行取向)

刚开始的摩擦系数	500小时后的摩擦系数
		0＝0.096	500＝0.081
0＝0.115	500＝0.082
		0＝0.071	500＝0.053
0＝0.080	500＝0.068
		0＝0.084	500＝0.070

表2  试验组表面处理对摩擦系数的影响(垂直取向)

处理的润滑油	刚开始的摩擦系数	500小时后的摩擦系数
			润滑油1	0＝0.098	500＝0.053
润滑油2	0＝0.097	500＝0.046
			润滑油3	0＝0.056	500＝0.030
润滑油4	0＝0.075	500＝0.036
			润滑油5	0＝0.065	500＝0.026

试验结果表明，本发明纳米润滑油添加剂添加到工业润滑油中后，所得到的润滑油可以更加有效的降低机器或轴的摩擦系数。

Claims (10)

1.一种纳米润滑油添加剂，其特征在于，主要由以下重量份的组分组成：

纳米金刚石颗粒      0.5-5份

纳米金属颗粒        0.8-10份

微乳化表面活性剂    2-15份

微乳化助剂          3-20份

抗氧化剂            0.5-10份

白油                8-20份。

2.根据权利要求1的纳米润滑油添加剂，其特征在于，各组分的重量份是：

纳米金刚石颗粒      0.8-3份

纳米金属颗粒        1.0-5份

微乳化表面活性剂    3.0-6份

微乳化助剂          4.5-8份

抗氧化剂            1.0-4份

白油                10-20份。

3.根据权利要求2的纳米润滑油添加剂，其特征在于，各组分的重量份是：

纳米金刚石颗粒      1-1.5份

纳米金属颗粒        1.3-2.7份

微乳化表面活性剂    3.6-4.5份

微乳化助剂          5.6-6.8份

抗氧化剂            1.2-2.4份

白油                14-18份。

4.根据权利要求3的纳米润滑油添加剂，其特征在于，各组分的重量份是：

纳米金刚石颗粒      1.2-1.5份

纳米金属颗粒        1.5-2.0份

微乳化表面活性剂    4.0-4.5份

微乳化助剂          6.0-6.5份

抗氧化剂            1.5-2.0份

白油                16-18份。

5.根据权利要求1-4任一项所述的纳米润滑油添加剂，其特征在于：所述纳米金刚石颗粒的粒径为6-80纳米；所述纳米金属是纳米金、银或铜的聚合物，其粒径为8-100纳米。

6.根据权利要求1-4任一项所述的纳米润滑油添加剂，其特征在于：所述的微乳化表面活性剂选自烷基磺酸、柠檬酸、水杨酸、亚麻酸或油酸，或它们所形成的钠盐或钾盐；所述的微乳化助剂选自多元醇类、脂肪酸类或脂肪醚；所述的抗氧化剂选自苯胺，聚酰胺或多胺。

7.根据权利要求6所述的纳米润滑油添加剂，其特征在于：所述的烷基磺酸是十二烷基磺酸或十二烷基苯磺酸；所述的多元醇类是丙二醇或己三醇；所述的脂肪酸类为正十八酸；所述的脂肪醚选自丁甲醚、二乙基醚或甲乙醚；所述的聚酰胺是分子量小于2000的聚乙烯酰胺；所述的多胺是丙二胺。

8.一种制备权利要求1-7任何一项纳米润滑油添加剂的方法，包括：将纳米金属颗粒溶于水中制成纳米金属水溶液或凝胶；将纳米金刚石颗粒和所制备的纳米金属水溶液或凝胶在1-3个大气压、60-120℃温度下加入反应釜中，再加入白油，连续搅拌保持温度大于80℃，压力为1-2个大气压；搅拌均匀后，将微乳化表面活性剂、微乳化助剂和抗氧化剂一起加入到反应釜中，将温度保持在85-90℃的范围，在1.2-2个大气压下持续反应3-6个小时，即得。

9.一种工业润滑油，其特征在于：含有权利要求1-7任何一项所述的纳米润滑油添加剂。

10.权利要求1-7任一项的纳米润滑油添加剂在润滑、养护机器或设备，减轻机器的腐蚀，或降低机械或齿轮摩擦、磨损中的应用。