CN101381648A - 高效节能纳米抗磨剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效节能纳米抗磨剂及其制备方法和应用。所述的纳米抗磨剂是由下述重量配比的原料制成的：纳米金属微粒1～500份、清净分散剂100～10000份、抗氧剂100～10000份、有机高聚物100～5000份、稀释剂80000～500000份组成。其中，上述纳米金属微粒为金属微粒钼、硼、铬、钒、钛、铝、铈中的两种或者两种以上的混合物。这些组分按上述比例混合，在规定温度下搅拌反应，经高压柱塞泵循环喷射分散数小时，再经过大功率超声波机分散形成稳定的纳米金属共晶离子有机化合物胶体。该纳米抗磨剂具有良好的使用性能，制备方法简单，应用广泛，能与润滑油形成新型的润滑油系列产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米抗磨剂，本发明还涉及该纳米抗磨剂的制备方法和应用。
背景技术
纳米材料由于其特殊的物理和化学性质而受到了广泛关注，并在诸多领域得到了初步应用。在摩擦学领域，人们针对纳米微粒润滑油添加剂开展了大量研究。业已发现，多种纳米金属微粒作为添加剂均能有效地改善油品的减摩、抗磨和极压性能。值得注意的是，在润滑油存储和使用过程中，具有高化学活性和表面活性的纳米金属微粒添加剂难以长期保持化学物理稳定性，而纳米金属微粒的易团聚特性使得其在润滑油中难以长期保持分散稳定性，这就使得纳米金属微粒润滑油添加剂的应用受到了很大的限制。前人研究表明，借助于有机小分子配体对固体表面的化学吸附特性，可以在纳米金属微粒表面引入有机分子修饰层，从而通过赋予其表面疏水亲油特性使得其在润滑油中的分散稳定性显著提高；与此同时，经表面修饰处理后的纳米金属微粒的化学物理稳定性亦大幅提高。因此，表面修饰纳米金属微粒作为润滑油添加剂具有巨大的应用潜力。CN1206737A公开了一种纳米金属微粉的抗磨润滑剂，它是由纳米金属微粉与溶剂经过一定的工艺条件和生产步骤制成的。CN1552833A公开了一种水基润滑的纳米金属减摩抗磨强化剂，它是一种金属纳米颗粒的溶胶，强化剂组合物由纳米金属颗粒、分散介质以及助剂组成。CN1528870A公开了一种纳米抗磨剂及其制备方法和应用，纳米抗磨剂由聚异丁烯和碳纳米管组成，CN101113383A公开了一种含纳米抗磨添加剂的酯型阻燃液压油及生产方法，其原料的重量配比如下：合成酯类化合物基础油：90～95％，复合多功能添加剂：1.0～5.0％，纳米抗磨添加剂：1.0～5.0％。这些技术对于本发明如何提高其使用性能并无指导意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高效节能纳米抗磨剂，该纳米抗磨剂具有良好的使用性能，制备方法简单，应用广泛，能与润滑油形成新型的润滑油系列产品。
为此，本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种上述纳米抗磨剂的制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种高效节能纳米抗磨剂，其技术方案是，它是由下述重量配比的原料制成的：
纳米金属微粒 1～500份
清净分散剂 100～10000份
抗氧剂 100～10000份
有机高聚物 100～5000份
稀释剂 80000～500000份
其中，上述纳米金属微粒为金属微粒钼、硼、铬、钒、钛、铝、铈中的两种或者两种以上的混合物；清净分散剂为中碱值石油磺酸钙、硫磷化聚异丁烯钡盐、硫化烷基酚钙、单丁二酰亚胺无灰、聚异丁烯多丁二酰亚胺、中碱值烷基水杨酸钙中的其中一种或者两种的组合；抗氧剂为硫磷双辛基碱性锌盐、2，6-二叔丁基对甲酚、噻二唑衍生物、对叔丁基苯酚、三异丙醇胺、硫代二丙酸双十八酯中的其中一种或者两种的组合；有机高聚物为乙丙共聚物、聚丙稀酸酯、聚异丁稀、聚甲基丙稀酸酯中的其中一种或者两种的组合；稀释剂为150ZN基础油、200ZN基础油、150SN基础油、200SN基础油中的其中一种或者两种的组合。
上述技术方案中，所述的纳米抗磨剂它是由下述优选重量配比的原料制成的：
纳米金属微粒 250～300份
清净分散剂 5000～6000份
抗氧剂 5000～6000份
有机高聚物 3000～4000份
稀释剂 200000～300000份。
上述纳米金属微粒的粒径为1～100nm。有机高聚物的分子量可以为200～5000(当然也可不仅仅在此范围选择，如选择200～500000或其它值)。
制备所述的高效节能纳米抗磨剂的方法，其技术方案是它包括以下步骤：(1)将纳米金属微粒、清净分散剂、抗氧剂、有机高聚物、稀释剂按上述重量配比置于反应器中，加温至45℃～120℃，搅拌反应1～3.5小时；(2)将反应物用工作压力为2～100Mpa、流量为10～160L/min的高压柱塞泵，循环高压高速喷射分散1～3.5小时；(3)再用输出功率为800～2000W的超声波机进行分散，时间为0.5～5小时即得。
用所述的高效节能纳米抗磨剂制作润滑油抗磨剂，按照重量比，将10％的纳米抗磨剂与90％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。
用所述的高效节能纳米抗磨剂制作极压齿轮油抗磨剂，按照重量比，将20％的纳米抗磨剂与80％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。
用所述的高效节能纳米抗磨剂制作的极压水溶性抗磨剂，按照重量比，将15％的纳米抗磨剂与85％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。
本发明的高效节能纳米抗磨剂，是由多种纳米金属微粒、清净分散剂、抗氧剂、有机高聚物、稀释剂组成。这些成分按一定比例混合，在规定温度下搅拌反应，经高压柱塞泵循环喷射分散数小时，再经过大功率超声波机分散形成稳定的纳米金属共晶离子有机化合物胶体。
与传统的纳米抗磨剂相比，本发明的纳米抗磨剂具有以下优点：(1)市售产品密度均大于1.1g/cm3，而本发明的纳米抗磨剂比重小(0.950～1.065g/cm3)，分散性好，不易沉淀。(2)市售产品要求在内燃机怠速运转30分钟以上温度达80℃以上情况下加入，热激活成膜，成膜速度慢，抗磨抗极压性能差。本发明的纳米抗磨剂在高低温环境均可加入润滑油中，高强渗透，瞬间成膜，瞬间发挥产品抗磨抗极压效果，其节能、降嗓、降温、降低尾气排放效果明显。(3)市售产品承载、抗极压性能较弱。本发明的纳米抗磨剂抗极压性能大于63万磅/平方英寸，抗磨效果是普通润滑油的210倍，适用于需要液体润滑的机械设备和高低温环境。(4)市售产品高负荷齿轮箱、大负荷机械，大功率发动机建议添加10％。本发明的纳米抗磨剂建议添加5％即可。(5)市售产品高温性能不稳定，在机车停止运转较长时机油呈肉冻状。本发明的纳米抗磨剂高、低温性能稳定，适合不同环境使用，具有良好的冷启动功能。(6)市售产品无净化尾气功能，本发明的纳米抗磨剂使尾气中CO含量下降40％以上，HC含量下降40％以上。(7)市售产品节省汽车燃油0～4％左右。本发明的纳米抗磨剂节省燃油在15％以上，重负荷运转机械节电在10％以上，纺织机械节电在10％以上。(8)市售产品高负荷、低速运转机械节油、节电不明显。本发明的纳米抗磨剂利用共晶金属，变滑动摩擦为滚动摩擦，降低摩擦系数，高负荷、低速运转机械节油、节电明显。(9)市售产品剪切能力差，一般150小时(6天)抗磨性能全部损失。本发明的纳米抗磨剂抗剪切能力强，8000小时(365天)安全寿命长，抗磨性能好，磨损小。(10)市售产品价格在360～1200元/公斤，本发明的纳米抗磨剂市售价格为160元/公斤，性价比较高，具有明显的价格优势。(11)从应用效果来看，使用发明的纳米抗磨剂每节能1％，产生的综合效益是企业纯利润的10％，与设备改造型节能方法相比，其直接投资仅为2％，且节约大量资源，改变企业管理理念。(12)本发明的纳米抗磨剂可延长设备寿命一倍以上，节约大量配件费、管费、维修费，提高设备完好率，创造更多效益。
综上所述，本发明的纳米抗磨剂密度较低，纳米粒径小，添加比例(添加量)很低，可溶于水基润滑剂、油、脂，所配制的润滑油、剂存放几年不发生团聚、分层、沉淀。该抗磨剂添加于润滑介质内，形成纳米金属共晶离子化合物保护膜，在超重抗极压条件下具有良好的减摩抗磨性能，从而达到减少机械摩擦损失、降低噪音、提高输出功率、延长设备寿命、节能、环保的目的。它具有良好的使用性能。本发明原料价廉易得、无毒、无害、无腐蚀性，制备方法简单，无三废排放。它应用广泛，能与多种润滑油(剂)形成新型的润滑油(剂)系列产品，可与不同润滑介质混配形成新的高效节能纳米抗磨剂、油新产品，适于大规模工业化生产、应用。
具体实施方式
实施例1：本发明的纳米抗磨剂是由下述重量配比的原料制成的：纳米金属微粒250克、清净分散剂5000克、抗氧剂5000克、有机高聚物3000克、稀释剂200000克。其中，上述纳米金属微粒为金属微粒钼、硼、铬、钒、钛、铝、铈中的两种或者两种以上的混合物(即两种或者两种以上的组合)，纳米金属微粒的粒径为1～100nm。例如，纳米金属微粒可以为金属微粒铬、钒的组合，也可以为金属微粒钛、铝、铈的组合。纳米金属微粒的粒径可以为40～60nm。清净分散剂为中碱值石油磺酸钙、硫磷化聚异丁烯钡盐、硫化烷基酚钙、单丁二酰亚胺无灰、聚异丁烯多丁二酰亚胺、中碱值烷基水杨酸钙中的其中一种或者两种的组合。例如，清净分散剂可以为中碱值石油磺酸钙，还可以为聚异丁烯多丁二酰亚胺与中碱值烷基水杨酸钙的组合。抗氧剂为硫磷双辛基碱性锌盐、2，6-二叔丁基对甲酚、噻二唑衍生物、对叔丁基苯酚、三异丙醇胺、硫代二丙酸双十八酯中的其中一种或者两种的组合。例如，抗氧剂可以为对叔丁基苯酚，还可以为三异丙醇胺与硫代二丙酸双十八酯的组合。有机高聚物为乙丙共聚物、聚丙稀酸酯、聚异丁稀、聚甲基丙稀酸酯中的其中一种或者两种的组合。例如，有机高聚物可以为聚丙稀酸酯，还可以为乙丙共聚物与聚甲基丙稀酸酯的组合。有机高聚物的分子量可以为200～5000。稀释剂为150ZN基础油、200ZN基础油、150SN基础油、200SN基础油中的其中一种或者两种的组合。例如，稀释剂可以为200ZN基础油，还可以为150ZN基础油与200SN基础油的组合。
制备高效节能纳米抗磨剂的方法包括以下步骤：(1)将纳米金属微粒、清净分散剂、抗氧剂、有机高聚物、稀释剂按上述重量配比依次置于反应器中，加温至80℃，搅拌反应2小时。(2)将反应物用工作压力为60Mpa、流量为100L/min的高压柱塞泵，循环高压高速从泵的出口喷嘴处喷射分散2小时(所述的喷嘴直径可以为0.3～1.0毫米)。(3)再用输出功率为1500W(瓦)的超声波机进行分散，时间为3小时即得，产物形成稳定的纳米金属共晶离子有机化合物胶体。
实施例2：本发明的纳米抗磨剂是由下述重量配比的原料制成的：纳米金属微粒50克、清净分散剂100克、抗氧剂100克、有机高聚物300克、稀释剂90000克。其中，上述纳米金属微粒为金属微粒钼、硼、铬、钒、钛、铝、铈中的两种或者两种以上的混合物(即两种或者两种以上的组合)，纳米金属微粒的粒径为1～100nm。例如，纳米金属微粒可以为金属微粒钼、硼的组合，也可以为金属微粒硼、铬、钒、钛、铝的组合。纳米金属微粒的粒径可以为70～80nm，或者可以为10～30nm。清净分散剂为中碱值石油磺酸钙、硫磷化聚异丁烯钡盐、硫化烷基酚钙、单丁二酰亚胺无灰、聚异丁烯多丁二酰亚胺、中碱值烷基水杨酸钙中的其中一种或者两种的组合。例如，清净分散剂可以为硫磷化聚异丁烯钡盐，还可以为硫化烷基酚钙与单丁二酰亚胺无灰的组合。抗氧剂为硫磷双辛基碱性锌盐、2，6-二叔丁基对甲酚、噻二唑衍生物、对叔丁基苯酚、三异丙醇胺、硫代二丙酸双十八酯中的其中一种或者两种的组合。例如，抗氧剂可以为2，6-二叔丁基对甲酚，还可以为噻二唑衍生物与对叔丁基苯酚的组合。有机高聚物为乙丙共聚物、聚丙稀酸酯、聚异丁稀、聚甲基丙稀酸酯中的其中一种或者两种的组合。例如，有机高聚物可以为聚甲基丙稀酸酯，还可以为聚丙稀酸酯与聚异丁稀、的组合。有机高聚物的分子量可以为200～5000。稀释剂为150ZN基础油、200ZN基础油、150SN基础油、200SN基础油中的其中一种或者两种的组合。例如，稀释剂可以为150SN基础油，还可以为200ZN基础油与150SN基础油的组合。制备高效节能纳米抗磨剂的方法包括以下步骤：(1)将纳米金属微粒、清净分散剂、抗氧剂、有机高聚物、稀释剂按上述重量配比置于反应器中，加温至45℃(还可以选用120℃)，搅拌反应1小时(还可以选用3.5小时)。(2)将反应物用工作压力为2Mpa(还可以选用100Mpa)、流量为10L/min(还可以选用160L/min)的高压柱塞泵，循环高压高速从泵的出口喷嘴处喷射分散1小时(还可以选用3.5小时)。(3)再用输出功率为800W(还可以选用2000W)的超声波机进行分散，时间为0.5小时(还可以选用5小时)即得，产物形成稳定的纳米金属共晶离子有机化合物胶体。
实施例3：本发明的纳米抗磨剂是由下述重量配比的原料制成的：纳米金属微粒500克、清净分散剂10000克、抗氧剂9000克、有机高聚物3500克、稀释剂400000克。其制备方法同实施例1(或者同实施例2)。
实施例4：本发明的纳米抗磨剂是由下述重量配比的原料制成的：纳米金属微粒1克、清净分散剂150克、抗氧剂200克、有机高聚物150克、稀释剂80500克。其制备方法同实施例1(或者同实施例2)。
实施例5：A、用本发明的纳米抗磨剂制作润滑油抗磨剂，按照重量比，将10％的纳米抗磨剂与90％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成(所加温度可为70℃～80℃)。纳米抗磨剂为本发明制备的稳定的纳米金属共晶离子有机化合物胶体。润滑油采用350SN基础油、500SN基础油等。B、用本实施例5中制作的润滑油抗磨剂再制作纳米润滑油，按照重量比，将0.6％的润滑油抗磨剂与99.4％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。
实施例6：A、用本发明的纳米抗磨剂制作极压齿轮油抗磨剂，按照重量比，将20％的纳米抗磨剂与80％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。B、用本实施例6中制作的极压齿轮油抗磨剂再制作极压齿轮油，按照重量比，将0.8％的极压齿轮油抗磨剂与99.2％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。
实施例7：A、用本发明的纳米抗磨剂制作极压水溶性抗磨剂，按照重量比，将15％的纳米抗磨剂与85％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。B、用本实施例7中制作的极压水溶性抗磨剂再制作极压水溶性切削油，按照重量比，将0.6％的极压水溶性抗磨剂与99.4％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。
本发明的纳米抗磨剂主要技术指标见表1。
表1 高效节能纳米抗磨剂主要技术指标
经检测，其各项技术指标符合企业标准的技术要求。
Claims (8)
1、一种高效节能纳米抗磨剂，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
纳米金属微粒 1～500份
清净分散剂 100～10000份
抗氧剂 100～10000份
有机高聚物 100～5000份
稀释剂 80000～500000份
其中，上述纳米金属微粒为金属微粒钼、硼、铬、钒、钛、铝、铈中的两种或者两种以上的混合物；清净分散剂为中碱值石油磺酸钙、硫磷化聚异丁烯钡盐、硫化烷基酚钙、单丁二酰亚胺无灰、聚异丁烯多丁二酰亚胺、中碱值烷基水杨酸钙中的其中一种或者两种的组合；抗氧剂为硫磷双辛基碱性锌盐、2，6-二叔丁基对甲酚、噻二唑衍生物、对叔丁基苯酚、三异丙醇胺、硫代二丙酸双十八酯中的其中一种或者两种的组合；有机高聚物为乙丙共聚物、聚丙稀酸酯、聚异丁稀、聚甲基丙稀酸酯中的其中一种或者两种的组合；稀释剂为150ZN基础油、200ZN基础油、150SN基础油、200SN基础油中的其中一种或者两种的组合。
2、根据权利要求1所述的纳米抗磨剂，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的：
纳米金属微粒 250～300份
清净分散剂 5000～6000份
抗氧剂 5000～6000份
有机高聚物 3000～4000份
稀释剂 200000～300000份
3、根据权利要求1或2所述的纳米抗磨剂，其特征在于上述纳米金属微粒的粒径为1～100nm。
4、根据权利要求1或2所述的纳米抗磨剂，其特征在于上述有机高聚物的分子量为200～5000。
5、一种制备权利要求1所述的高效节能纳米抗磨剂的方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)将纳米金属微粒、清净分散剂、抗氧剂、有机高聚物、稀释剂按上述重量配比置于反应器中，加温至45℃～120℃，搅拌反应1～3.5小时；
(2)将反应物用工作压力为2～100Mpa、流量为10～160L/min的高压柱塞泵，循环高压高速喷射分散1～3.5小时；
(3)再用输出功率为800～2000W的超声波机进行分散，时间为0.5～5小时即得。
6、一种用权利要求1所述的高效节能纳米抗磨剂制作润滑油抗磨剂，其特征在于，按照重量比，将10％的纳米抗磨剂与90％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。
7、一种用权利要求1所述的高效节能纳米抗磨剂制作极压齿轮油抗磨剂，其特征在于，按照重量比，将20％的纳米抗磨剂与80％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。
8、一种用权利要求1所述的高效节能纳米抗磨剂制作的极压水溶性抗磨剂，其特征在于，按照重量比，将15％的纳米抗磨剂与85％的润滑油混合，经加温搅拌均匀而成。
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