CN101921655A - 一种自修复环境友好型柴油发动机油 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自修复环境友好型柴油发动机油，其配方组成有：环保基础油、柴油机油复合剂、粘度指数改进剂、降凝剂、抗泡剂、油溶性纳米铜、纳米金属粉、纳米记忆合金粉。本发明具有以下优点：采用可再生的改性菜籽油、合成酯、低粘度聚α-烯烃复配作环保基础油，生物降解性好，对环境友好；添加油溶性纳米铜与其它纳米金属粉复配，对发动机的摩擦副部件具有较好的修复功能；添加具有全程记忆效应的纳米记忆合金粉，在一定温度下能自行恢复原来的球形形状，可在汽缸内壁与活塞环之间形成良好的微型轴承，变滑动摩擦为滚动摩擦，有效提高发动机的效率。

Description

一种自修复环境友好型柴油发动机油

技术领域

本发明涉及的是一种自修复环境友好型柴油发动机油，具体是一种生物降解性好，对环境环境友好，同时具有自动修复摩擦副机械磨损，减小摩擦的功能性柴油发动机油，属车用发动机润滑油研究领域。

技术背景

摩擦、磨损是机械设备运转过程中普遍发生的自然现象，也是造成材料、设备破坏和失效的重要原因。据统计，全世界生产能源的1/3～1/2损失在摩擦磨损上。减少摩擦和能耗，提高设备利用率，一直是世界各国研究的重要内容之一。润滑油具有优异的减摩、抗磨性能，可以显著减轻设备的摩擦，降低磨损，使机械设备运行可靠性提高，使用寿命延长，并降低能耗。随着润滑油的广泛使用，润滑油通过各种途径进入生态环境中，给生态环境造成严重污染。目前全世界使用的润滑油中，除一部分由机械运转正常消耗掉或部分回收再生利用外，在装拆、灌注、机械运转过程中仍有4％～10％的润滑油流入生态环境，仅欧共体每年就有60万吨润滑油由于各种原因进入在生态环境中。而矿物油基润滑油的生物降解性能差、生态毒性累积性强，严重污染陆地、江河和湖泊，危害生态环境和生态平衡，对生态环境造成恶劣影响。随着人们环保意识的不断增强和环保立法的日趋完善，矿物油基润滑油正面临着严峻挑战。与此相适应，环境友好型润滑油应运而生。我国的汽车工业在飞速发展，环境友好型润滑油是一类生态型润滑油，也称为环境无害润滑油、环境兼容润滑油、环境协调润滑油、环境满意润滑油等，也可泛指绿色润滑油，是指润滑油既能满足机械设备的润滑使用要求，又能在较短时间内被活性生物(细菌)分解为CO₂和H₂O，润滑油及其损耗产物对生态环境不产生危害，或在一定程度上为环境所容许。德国和英国等一些欧洲国家于上世纪70年代率先针对环境友好润滑油开展了相关研发工作。人们普遍认识到发展环境友好润滑油不仅是保护环境的必然措施之一，也是缓解石油危机和充分利用太阳能的重要途径之一。

现有车用润滑技术中，主要是通过向车用基础油中添加各种功能性助剂，对其进行改性，以改善润滑介质的理化性能，提高润滑油膜的承载能力并降低摩擦系数等。这类功能性助剂虽能在一定程度上起到改善摩擦作用，但在使用中摩擦面的摩擦损伤和腐蚀问题无法解决，一般做法是更换摩擦副部件。目前纳米技术利用其量子尺寸效应和表面效应，在摩擦表面以纳米颗粒或者纳米膜的形式存在，具有良好润滑性能和减磨性能。在润滑油中添加纳米材料可显著提高其润滑性能和承载能力，同时部分纳米自修复功能助剂可对已腐蚀摩擦表面物理性彻底修复。特别适合于汽车等工作环境在不停变动的条件下的润滑场合。纳米自修复技术正在日益成熟。

经过检索，已有较多专利公开了具有自修复功能的润滑油和环境友好型润滑油。如专利：一种改性发动机油，专利号02131228.1，于矿物润滑油中加入了平均粒径3nm～6nm的超分散碳颗粒，具有良好的抗磨减摩性，摩擦系数减少20％～40％，发动机功率提高4％～8％，节省燃油和润滑油，摩擦副具有自修复功能，发动机运转噪音明显降低，碳氢化合物和氮氧化合物的排放大幅度下降。又如专利：机械密封用纳米金属自修复润滑油及其制备方法，专利号：200710020812.2，以重量份计，纳米金属粉占0.07％～0.15％，能使摩擦副间隙最佳化，自修复层形成后，长时间运行不脱落，保持设备的低摩擦系数运行，有效延长设备的停修周期，降低维修费用。关于环境友好型润滑油专利如：多燃料多级环保内燃机油及其生产方法，专利号：200410012838.9，以重量份计，基础油中加氢植物油占20％～40％，合成烃占5％～10％，适用于采用闭环电喷车内净化技术和三元催化尾气转化用的车辆，具有较好的降解性能。还如专利：一种生物质环保润滑油的制造方法，专利号200710035441.5，以可再生的蓖麻油为主原料，菜籽油为副原料，加小量化学辅助剂配制而成，完全具备矿物润滑油的基本性能，且粘度指数高，抗磨性强，使用时有害气体的排放率较矿物润滑油减少80％以上。

此外，另有诸多非专利文献对润滑油的自修复功能和环境友好型进行了研究探讨，如王晓丽等的润滑油纳米铜添加剂及其对不同粗糙度表面的减摩自修复行为(装甲兵工程学院学报，第21卷第1期)，叶斌等的绿色润滑剂的生物降解性及特点(机械工程材料，第26卷第11期)，曲建俊等的环境友好润滑剂的研究与应用(润滑油，第23卷第5期)。自修复润滑油和环境友好型润滑油的使用越来越受到人们的关注。

具有全程记忆效应的材料正在飞速发展，目前将具有记忆效应的材料进行纳米化又是一个多学科的前沿。将记忆合金进行纳米粉化并应用于发动机油中，可在发动机运行过程中发挥记忆合金特有的性能，如在一定温度下能自行恢复原来的球形形状，在气缸内壁与活塞环之间形成良好的微型轴承，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小摩擦系数，降低磨损，有效提高发动机的效率，提高发动机油的使用性能。

研发出同时具有多种使用功能并进行有效复合的车用发动机油，是人们日益增强的环保意识和高质量生活追求的强烈市场需要。

发明内容

本发明公开一种自修复环境友好型柴油发动机油。其采用可再生的改性菜籽油、合成酯、低粘度聚α-烯烃以合适比例复配作环保基础油，取代传统矿物基础油，生物降解性好，对环境友好，同时减少了不可再生石油资源的消耗；添加油溶性纳米铜，具有较好的分散稳定性，与其它纳米金属粉复配，提高抗磨承载能力，对发动机的摩擦副部件具有修复功能，延长发动机的使用寿命；添加具有全程记忆效应的纳米记忆合金粉，在发动机运行过程中，纳米记忆合金粉在一定温度下发挥记忆效应自行恢复原来的球形形状，可在汽缸内壁与活塞环之间形成良好的微型轴承，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小摩擦系数，有效提高发动机的效率。

本发明公开的一种自修复环境友好型柴油发动机油，按各组份重量份配比如下：

环保基础油              88.0～92.0份

柴油机油复合剂          5.5～9.0份

粘度指数改进剂          0.6～2.0份

降凝剂                  0.2～1.5份

抗泡剂                  0.1～0.8份

油溶性纳米铜            0.01～0.2份

纳米金属粉              0～0.2份

纳米记忆合金粉          0.01～0.3份

所述的环保基础油按重量份配比为：改性菜籽油∶合成酯∶低粘度聚α-烯烃＝5～20∶2～10∶4～15，其中合成酯为上海道普化学国际贸易有限公司提供的二元酸双酯PriEco2001、多元醇酯PriEco3000、复合酯PriEco4001中的至少一种，低粘度聚α-烯烃为PAO2、PAO4、PAO6、PAO8中的至少一种；

所述的柴油机油复合剂为济南佳进科技发展有限公司的T3158柴油机油复合剂、上海海润添加剂有限公司的D1286柴油机油复合剂中的至少一种；

所述的粘度指数改进剂为聚甲基丙烯酸酯、乙丙共聚物OCP、氢化苯乙烯双烯共聚物中的至少一种；

所述的降凝剂为烷基萘、聚丙烯酸酯T814中的至少一种；

所述的抗泡剂为甲基硅油与聚丙烯酸酯按重量份1～10∶1～10调配而成；

所述的油溶性纳米铜为河南王屋纳米科技有限责任公司的DNCu-1型油溶性纳米铜、北京中博纳科技有限公司的CS-1型油溶性纳米铜中的至少一种；

所述的纳米金属粉为纳米铜、纳米镍、纳米铋、纳米钼中的至少一种；

所述的纳米记忆合金粉为佛山夫田涂料化工有限公司生产的纳米铜-锌记忆合金粉、纳米铜-锌-铝记忆合金粉、纳米铜-锌-锡记忆合金粉、纳米铜-锌-硅记忆合金粉中的至少一种。

本发明公开的一种自修复环境友好型柴油发动机油的制备方法如下：

按重量份配比，将环保基础油依次投入调合釜中，在200～500r/min的转速搅拌下加热至60～75℃；投入粘度指数改进剂，在氮气保护下搅拌2～6小时；投入柴油机油复合剂、降凝剂、抗泡剂，在400～800r/min的转速下搅拌混合；投入油溶性纳米铜粉、纳米金属粉、纳米记忆合金粉，在800～1500r/min的转速下搅拌至少3小时；超声波处理20～120min，超声波的频率为20kHZ～35kHZ，制得成品。

本发明公开的一种自修复环境友好型柴油发动机油与市面上其他柴油发动机油相比，具有以下优势：

1.采用可再生的改性菜籽油、合成酯、低粘度聚α-烯烃复配作环保基础油，取代传统矿物基础油，生物降解性好，对环境友好，同时减少了不可再生石油资源的消耗。

2.添加油溶性纳米铜，具有较好的分散稳定性，与其它纳米金属粉复配，提高抗磨承载能力，对发动机的摩擦副部件具有较好的修复功能，延长发动机的使用寿命。

3.添加具有全程记忆效应纳米记忆合金粉，在发动机运行过程中，纳米记忆合金粉在一定温度下发挥记忆效应自行恢复原来的球形形状，可在汽缸内壁与活塞环之间形成良好的微型轴承，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小摩擦系数，有效提高发动机的效率。

具体实施方式

实施方式1：

按重量份配比，将环保基础油(改性菜籽油∶二元酸双酯PriEco2001∶PAO6＝10∶5∶4)89份投入调合釜中，在300r/min的转速搅拌下加热至65℃；投入氢化苯乙烯双烯共聚物1.0份，在氮气保护下搅拌2小时；投入T3158柴油机油复合剂8.5份、聚丙烯酸酯0.8份、抗泡剂(甲基硅油∶聚丙烯酸酯＝1∶2)0.55份，在700r/min的转速下搅拌混合；投入CS-1型油溶性纳米铜0.06份、纳米镍0.03份、纳米铜-锌-铝记忆合金粉0.06份，在1500r/min的转速下搅拌4小时；超声波处理20min，超声波的频率为20kHZ～25kHZ，制得成品。

实施方式2：

按重量份配比，将环保基础油(改性菜籽油∶多元醇酯PriEco3000∶PAO4＝3∶4∶3)91份投入调合釜中，在400r/min的转速搅拌下加热至72℃；投入乙丙共聚物1.5份，在氮气保护下搅拌2.5小时；投入D1286柴油机油复合剂6.0份、烷基萘0.6份、抗泡剂(甲基硅油∶聚丙烯酸酯＝1∶5)0.7份，在500r/min的转速下搅拌混合；投入DNCu-1型油溶性纳米铜0.04份、纳米铋0.05份、纳米铜-锌-锡记忆合金粉0.11份，在1000r/min的转速下搅拌4.5小时；超声波处理30min，超声波的频率为25kHZ～30kHZ，制得成品。

实施方式3：

按重量份配比，将环保基础油(改性菜籽油∶复合酯PriEco4001∶PAO2＝6∶4∶9)90份投入调合釜中，在350r/min的转速搅拌下加热至68℃；投入氢化苯乙烯双烯共聚物1.0份，在氮气保护下搅拌4小时；投入T3158柴油机油复合剂7.5份、聚丙烯酸酯0.7份、抗泡剂(甲基硅油∶聚丙烯酸酯＝4∶1)0.6份，在600r/min的转速下搅拌混合；投入DNCu-1型油溶性纳米铜0.12份、纳米钼0.04份、纳米铜-锌记忆合金粉0.04份，在800r/min的转速下搅拌6小时；超声波处理40min，超声波的频率为30kHZ～35kHZ，制得成品。

主要原材料名称、技术指标

1.改性菜籽油

运动粘度(40℃，cst)：25.2

黏度指数：140

倾点(℃)：-29

2.PriEco2001

上海道普化学国际贸易有限公司提供

运动粘度(40℃，cst)：14.0～17.0

粘度指数：≥160

倾点(℃)：≤-55

3.PriEco3000

上海道普化学国际贸易有限公司提供

运动粘度(100℃，cst)：4.3～4.6

粘度指数：≥135

倾点(℃)：≤-40

4.PriEco4001

上海道普化学国际贸易有限公司提供

运动粘度(100℃，cst)：425

粘度指数：255

倾点(℃)：≤-20

5.PAO2

上海道普化学国际贸易有限公司提供

运动粘度(100℃，cst)：1.7

倾点(℃)：-73

6.PAO4

上海道普化学国际贸易有限公司提供

运动粘度(100℃，cst)：3.9

粘度指数：123

倾点(℃)：-73

7.PAO6

上海道普化学国际贸易有限公司提供

运动粘度(100℃，cst)：5.9

粘度指数：135

倾点(℃)：-68

8.PAO8

上海道普化学国际贸易有限公司提供

运动粘度(100℃，cst)：7.8

粘度指数：138

倾点(℃)：-57

9.T3158柴油机油复合剂

济南佳进科技发展有限公司提供

10.D1286柴油机油复合剂

上海海润添加剂有限公司提供

11.聚甲基丙烯酸酯

太平洋联合(北京)石油化工有限公司提供

运动粘度(100℃，cst)：≥200

12.乙丙共聚物OCP

大连七星润滑油技术开发公司提供

运动粘度(100℃，cst)：≥600

13.氢化苯乙烯双烯共聚物

上海派奇奥工贸有限公司提供

14.烷基萘

上海渤大化工有限公司提供

水份(％)：≤0.2

降凝度(℃)：≥12

15.聚丙烯酸酯T814

中国石化上海高桥石化公司提供

16.甲基硅油

工业级

17.DNCu-1型油溶性纳米铜

河南王屋纳米科技有限责任公司提供

平均粒径(nm)：≤20

18.CS-1型油溶性纳米铜

北京中博纳科技有限公司提供

平均粒径(nm)：≤20

19.纳米铜、纳米铋、纳米钼、纳米镍

粒径(nm)：≤50

纯度(％)：99.5

20.纳米铜-锌记忆合金粉、纳米铜-锌-铝记忆合金粉、纳米铜-锌-锡记忆合金粉、纳米铜-锌-硅记忆合金粉

佛山夫田涂料化工有限公司提供

平均粒径(nm)：≤20。

本发明公开的一种自修复环境友好型柴油发动机油经过理化性能、模拟台架性能、使用性能测试，其主要的性能指标如下：

本发明公开的一种自修复环境友好型柴油发动机油通过四球机模拟试验对比测试发现，加入纳米金属粉或纳米记忆合金粉后，发动机油可显著降低摩擦副接触面间的磨损程度，提高其承载能力，具有较好的自修复功能，测试结果如下：

Claims (9)

1.一种自修复环境友好型柴油发动机油特征之处在于：各组份按重量份配比如下：

环保基础油              88.0～92.0份

柴油机油复合剂          5.5～9.0份

粘度指数改进剂          0.6～2.0份

降凝剂                  0.2～1.5份

抗泡剂                  0.1～0.8份

油溶性纳米铜            0.01～0.2份

纳米金属粉              0～0.2份

纳米记忆合金粉          0.01～0.3份。

2.如权利要求1所述的一种自修复环境友好型柴油发动机油特征之处在于：所述的环保基础油按重量份配比为：改性菜籽油∶合成酯∶低粘度聚α-烯烃＝5～20∶2～10∶4～15。

3.如权利要求1所述的一种自修复环境友好型柴油发动机油特征之处在于：所述的柴油机油复合剂为济南佳进科技发展有限公司的T3158柴油机油复合剂、上海海润添加剂有限公司的D1286柴油机油复合剂中的至少一种。

4.如权利要求1所述的一种自修复环境友好型柴油发动机油特征之处在于：所述的粘度指数改进剂为聚甲基丙烯酸酯、乙丙共聚物OCP、氢化苯乙烯双烯共聚物中的至少一种。

5.如权利要求1所述的一种自修复环境友好型柴油发动机油特征之处在于：所述的降凝剂为烷基萘、聚丙烯酸酯中的至少一种。

6.如权利要求1所述的一种自修复环境友好型柴油发动机油特征之处在于：所述的抗泡剂为甲基硅油与聚丙烯酸酯按重量份1～10∶1～10调配而成。

7.如权利要求1所述的一种自修复环境友好型柴油发动机油特征之处在于：所述的油溶性纳米铜为河南王屋纳米科技有限责任公司的DNCu-1型油溶性纳米铜、北京中博纳科技有限公司的CS-1型油溶性纳米铜中的至少一种。

8.如权利要求1所述的一种自修复环境友好型柴油发动机油特征之处在于：所述的纳米金属粉为纳米铜、纳米镍、纳米铋、纳米钼中的至少一种。

9.如权利要求1所述的一种自修复环境友好型柴油发动机油特征之处在于：所述的纳米记忆合金粉为佛山夫田涂料化工有限公司生产的纳米铜-锌记忆合金粉、纳米铜-锌-铝记忆合金粉、纳米铜-锌-锡记忆合金粉、纳米铜-锌-硅记忆合金粉中的至少一种。