CN101955836A - 一种类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂及其制备方法，在本发明中采用沉淀法制备纳米稀土氧化物，使用有机羧酸对纳米粒子进行表面改性，使纳米粒子的表面形成一层有机包覆层，纳米氧化钇表面由亲水性变为亲油性；本发明制备得到的纳米稀土氧化物呈类球形，粒径为10～30nm，采用有机物表面改性纳米稀土氧化物，能够较大的改善纳米粒子在基础油中的分散稳定性，不会产生团聚现象，添加纳米稀土氧化物能够极大的提高润滑油的抗磨减摩性能，进一步降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂及其制备方法。
背景技术
润滑油是机械正常运行和维护的重要组成部分。近年以来，随着车辆和机器的更新换代加速并日益专门化，成品润滑油的质量和品种已不能完全满足其抗磨减摩性能的要求。据德国的Vogelpohl教授测算，全世界生产能源的1/3到1/2由于摩擦磨损作用而被损失，近年英国的Jost教授也指出，全球消费能源的30～40％消耗在摩擦磨损作用上。由此可见摩擦、磨损所造成的经济损失不可估量，所以提高润滑性能以减少磨损对国民经济有重大的意义。
稀土独特的4f电子层结构。在催化、陶瓷、光学玻璃、荧光、涂料等领域得到了广泛的应用；纳米化后的稀土具有某些独特结构，使其具有特殊的摩擦学性能，以这些纳米粒子制成的纳米润滑剂添加剂，可使得润滑油的抗磨减摩性能得到较大的改善。因此以稀土纳米材料为基础制备新型的润滑材料应用于摩擦系统中，将以不同于传统添加剂的作用方式起减压抗磨作用。而由于纳米稀土为极性物质，在润滑油体系中很难得稳定分散，这很大的局限了纳米稀土的应用范围，通过有机物对纳米稀土进行表面改性转变表面极性，解决其在润滑油中的分散性问题是非常有必要的。中国专利申请号为：200910042062.8、公开号为：CN101638524A公开的纳米稀土改性方法及其在润滑油中应用，它主要是应用乳液悬浮聚合的方法对纳米稀土进行表面包覆，改变表面极性。用此种方法处理纳米稀土具有：处理条件较为苛刻、改性剂较为昂贵等缺点，在实际应用中有一定的局限性。而使用长链羧酸进行处理，具有改性剂易得，操作简单，改性效果良好等优点。
纳米稀土氧化物是通过在摩擦表面沉积而起作用的。当加入纳米粒子以后，由于这些纳米微粒和金属表面电荷的相互吸附作用，使得它能吸附在金属表面，并形成一层表面膜。这样就能最大限度地减少金属与金属间的直接摩擦接触。从而使其极压性能和抗磨减磨性能都可以得到极大的提高，减少摩擦磨损，能耗也可大大减少，并使机械寿命成倍增长。改性稀土纳米氧化物在很低的添加浓度下即可以显著的提高基础润滑油的摩擦学性能，纳米稀土的化学组成、晶体结构对摩擦性能学的影响不显著，但是不同的修饰剂对抗磨减摩性能有较大的影响，这主要表现在表面改性的纳米稀土氧化物作为润滑油添加剂时，在较低负荷下主要是有机修饰分子起润滑作用，而在高负荷下起主要作用的是纳米稀土氧化物粒子。但是目前具有优异的摩擦学性能的纳米稀土氧化物粒子在基础润滑油中的分散性不好，使得不能广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂及其制备方法。
本发明采用沉淀法制备得到纳米稀土氧化物前驱体，通过干燥、焙烧得到纳米稀土氧化物，再通过超声分散得到纳米浆料，在加热的情况下采用长链羧酸对其改性，从而得到有机改性的纳米稀土氧化物。
本发明提供的一种类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂，按其质量百分比由以下物质组成：
基础油 80％～99.95％
长链羧酸表面包覆的类球形纳米稀土氧化物 0.05％～20％
其中：
所述的长链羧酸表面包覆的类球形纳米稀土氧化物是由长链羧酸通过化学改性纳米稀土氧化物制备得到，其中长链羧酸与类球形纳米稀土氧化物的质量比为长链羧酸包覆剂∶纳米稀土粒子＝1～10∶10，
所述的稀土为：钇或铈，
所述的长链羧酸包覆剂选自碳数为2～23的饱和长链羧酸、含一个双键的不饱和长链羧酸中的一种或者是几种。
上述长链羧酸包覆剂为直链或者支链的饱和或者含一个双键的不饱和长链羧酸。
上述长链羧酸与类球形纳米稀土氧化物的质量比优选为长链羧酸包覆剂∶纳米稀土粒子＝1～4∶10。
本发明提供的一种类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、类球形纳米稀土氧化物粒子的制备：
①、将质量百分比为2～3％的硫酸盐加入到0.35mol/L硝酸稀土盐溶液中，在90℃将质量百分比为10～20％的聚乙烯醇溶于水中，再加入0.5～5倍硝酸稀土盐质量的碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液；采用反向滴加将硝酸钇加入其中，继续反应1h，然后陈化，洗涤，干燥，得到类球形纳米稀土氧化物前驱体；
②、将前驱体研磨，在850℃煅烧2h，得到类球形纳米稀土氧化物；
③、室温下，将类球形纳米稀土氧化物粒子加入到pH值为6.0的水中，超声分散配置得到质量分数为2％～20％的浆液；
④、使用醇将长链羧酸溶解，将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米稀土氧化物浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h，过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米稀土氧化物；
所述的水与醇的体积比例为1∶3～15，
所述的醇为C2～C4的伯醇；
(2)类球形纳米稀土润滑油添加剂的制备：
将步骤(1)得到的有机包覆的类球形纳米稀土氧化物加入到基础油中，在室温下超声搅拌，即得到所需要的润滑油添加剂。
步骤(1)中所述的硫酸盐为硫酸铵、硫酸钠或硫酸钾，所述的硝酸稀土盐为硝酸钇或硝酸铈。
步骤(2)中所述的类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂用于基础油中，用量为基础油质量分数的0.5％～10％。
步骤(2)中所述的超声的电功率为120W；工作频率为40KHz。
本发明的有益效果是：本发明制备的类球形纳米稀土氧化物，通过长链羧酸对其进行了有机改性，改变了纳米粒子的极性；本发明制备得到的改性纳米稀土氧化物粒子的粒径为10～30nm，通过有机改性的纳米稀土氧化物较未改性的，在基础油中的分散性有非常大的提高，添加有机改性的纳米稀土氧化物的润滑油抗磨减摩效果优异。
附图说明
图1为本发明实施例2所制得的样品TEM照片。
图2为本发明实施例2所制得的样品红外光谱。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，列举以下实施例，但并不限制本发明的范围。
实施例1
将1.0g硫酸铵加入到400mL，0.35mol/L硝酸钇溶液，在90℃将5.0g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入50.0g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸钇加入其中。继续反应1h，然后陈化4h，洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化钇。室温下，将10.0g纳米氧化钇加入到100mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用300mL正丁醇将1.0g硬脂酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化钇浆液中，搅拌，然后再加热回流反应3h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化钇。
实施例2
将0.25g硫酸铵加入到100mL，0.35mol/L硝酸钇溶液，在90℃将1.2g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入11.20g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸钇加入其中。继续反应1h，然后陈化4h，洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化钇。室温下，将1.0g纳米氧化钇加入到10mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.1g硬脂酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化钇浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化钇
实施例3
将0.29g硫酸钠加入到100mL，0.35mol/L硝酸钇溶液，在90℃将1.2g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入11.20g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸钇加入其中。继续反应1h，然后陈化4h，洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化钇。室温下，将1.0g纳米氧化钇加入到10mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.1g硬脂酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化钇浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化钇。
实施例4
将0.19g硫酸钾加入到100mL，0.35mol/L硝酸钇溶液，在90℃将1.2g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入11.20g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸钇加入其中。继续反应1h，然后陈化4h，洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化钇。室温下，将1.0g纳米氧化钇加入到10mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.1g硬脂酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化钇浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化钇。
实施例5
将0.29g硫酸钠加入到100mL，0.35mol/L硝酸钇溶液，在90℃将0.96g聚乙烯醇溶于水中；然后再加入5.0g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸钇加入其中。继续反应1h，然后陈化4h，洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化钇。室温下，将1.0g纳米氧化钇加入到20mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.2g月桂酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化钇浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化钇。
实施例6
将0.29g硫酸钠加入到100mL，0.35mol/L硝酸钇溶液，在90℃将1.45g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入28.87g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸钇加入其中。继续反应1h，然后陈化4h，洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化钇。室温下，将1.0g纳米氧化钇加入到7mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.3g软脂酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化钇浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化钇。
实施例7
将0.29g硫酸钠加入到100mL，0.35mol/L硝酸钇溶液，在90℃将1.98g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入48.0g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸钇加入其中。继续反应1h，然后陈化4h；洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米稀土氧化钇。室温下，将1.0g纳米氧化钇加入到5mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.4g肉豆蔻酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化钇浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化钇。
实施例8
将0.23g硫酸钠加入到100mL，0.35mol/L硝酸铈溶液，在90℃将1.2g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入11.20g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸铈加入其中。继续反应1h，然后陈化4h；洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化铈。室温下，将1.0g纳米氧化铈加入到10mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL无水乙醇将0.1g亚油酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化铈浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化铈。
实施例9
将0.3g硫酸钠加入到100mL，0.35mol/L硝酸铈溶液，在90℃将1.1g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入5.70g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸铈加入其中。继续反应1h，然后陈化4h，洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化铈。室温下，将1.0g纳米氧化铈加入到20mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.1g硬脂酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化铈浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化铈。
实施例10
将0.3g硫酸钠加入到100mL，0.35mol/L硝酸铈溶液，在90℃将1.4g聚乙烯醇溶于水中；然后再加入13.70g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸铈加入其中。继续反应1h，然后陈化4h，洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化铈。室温下，将1.0g纳米氧化铈加入到10mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.2g月桂酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化铈浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化铈。
实施例11
将0.3g硫酸钠加入到100mL，0.35mol/L硝酸铈溶液，在90℃将1.7g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入34.23g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸铈加入其中。继续反应1h，然后陈化4h，洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化铈。室温下，将1.0g纳米氧化铈加入到7mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.3g软脂酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化铈浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化铈。
实施例12
将0.3g硫酸钠加入到100mL，0.35mol/L硝酸铈溶液，在90℃将2.3g聚乙烯醇溶于水中，然后再加入57.05g碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液中，采用反向滴加将硝酸铈加入其中。继续反应1h，然后陈化4h；洗涤过滤，干燥。在850℃煅烧2h，得到类球形纳米氧化铈。室温下，将1.0g纳米氧化铈加入到5mL，pH值为6.0的水中，超声分散得到浆液。使用50mL正丁醇将0.4g肉豆蔻酸溶解，再将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米氧化铈浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h。然后过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米氧化铈。
实施例13
将实例2中所制备的长链羧酸表面包覆的类球形纳米稀土氧化物与液体石蜡以质量分数为：长链羧酸表面包覆的类球形纳米稀土氧化物∶液体石蜡＝10∶90配制出润滑油添加剂，然后将此添加剂添加在液体石蜡中，对其最大无卡咬负荷和摩擦直径用四球摩擦磨损试验机进行评价。抗磨的实验操作条件为：392N，实验时间60min，转数1452r/min。结果列于表1中。
表1最大无卡咬负荷(PB值)和抗磨性能评价表
Claims (7)
1.一种类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂，其特征在于该添加剂按其质量百分比由以下物质组成：
基础油 80％～99.95％
长链羧酸表面包覆的类球形纳米稀土氧化物 0.05％～20％
其中：
所述的长链羧酸表面包覆的类球形纳米稀土氧化物是由长链羧酸通过化学改性纳米稀土氧化物制备得到，其中长链羧酸与类球形纳米稀土氧化物的质量比为长链羧酸包覆剂∶纳米稀土粒子＝1～10∶10，
所述的稀土为：钇或铈，
所述的长链羧酸包覆剂选自碳数为2～23的饱和长链羧酸、含一个双键的不饱和长链羧酸中的一种或者是几种。
2.如权利要求1所述的类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂，其特征在于：上述长链羧酸包覆剂为直链或者支链的饱和或者含一个双键的不饱和长链羧酸。
3.如权利要求1所述的类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂，其特征在于：上述长链羧酸与类球形纳米稀土氧化物的质量比为长链羧酸包覆剂∶纳米稀土粒子＝1～4∶10。
4.一种权利要求1所述的类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂的制备方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
(1)、类球形纳米稀土氧化物粒子的制备：
①、将质量百分比为2～3％的硫酸盐加入到0.35mol/L硝酸稀土盐溶液中，在90℃将质量百分比为10～20％的聚乙烯醇溶于水中，再加0.5～5倍硝酸稀土盐质量的碳酸氢铵溶解于聚乙烯醇溶液；采用反向滴加将硝酸钇加入其中，继续反应1h，然后陈化，洗涤，干燥，得到类球形纳米稀土氧化物前驱体；
②、将前驱体研磨，在850℃煅烧2h，得到类球形纳米稀土氧化物；
③、室温下，将类球形纳米稀土氧化物粒子加入到pH值为6.0的水中，超声分散配置得到质量分数为2％～20％的浆液；
④、使用醇将长链羧酸溶解，将其缓慢的加入，已超声分散好的纳米稀土氧化物浆液中，搅拌，然后再加热回流反应2h，过滤、洗涤干燥。得到改性后的类球形纳米稀土氧化物；
所述的水与醇的体积比例为1∶3～15，
所述的醇为C2～C4的伯醇；
(2)类球形纳米稀土润滑油添加剂的制备：
将步骤(1)得到的有机包覆的类球形纳米稀土氧化物加入到基础油中，在室温下超声搅拌，即得到所需要的润滑油添加剂。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的硫酸盐为硫酸铵、硫酸钠或硫酸钾，所述的硝酸稀土盐为硝酸钇或硝酸铈。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的类球形纳米稀土氧化物润滑油添加剂用于基础油中，用量为基础油质量分数的0.5％～10％。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的超声的电功率为120W；工作频率为40KHz。
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