CN102559338A - 一种纳米级润滑油添加剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米级润滑油添加剂的制备方法，其步骤包括：A、溶液制备：按照摩尔比Ca∶B＝1∶2的比例称取氯化钙和硼砂并分别溶解；B、超声反应：上步所得两溶液在超声和搅拌下混匀，加入表面活性剂后在室温下反应，得白色乳液；C、产品提取：将油酸和石油醚的混合液作为萃取剂加入上步所得白色乳液中，持续超声并搅拌处理至下层水溶液澄清透明，然后静置分层，取上层白色油相沉淀，烘干后得纳米硼酸钙润滑油添加剂。本发明能够大幅提高润滑油添加剂的性能，同时极大的简化其制备工艺和降低制备成本。

Description

一种纳米级润滑油添加剂的制备方法

技术领域

本发明涉及润滑技术领域，尤其是一种润滑油添加剂。

背景技术

摩擦和磨损普遍存在于自然界中，几乎可损失世界一次能源的50％以上。另外摩擦和磨损也是材料与设备报废的主要原因之一。因此人们采用润滑油或固体润滑等多种手段减少摩擦磨损的负面影响。但是摩擦和磨损仍然给我国造成每年几百亿的经济损失。因此降低摩擦、减少磨损、延长机械使用寿命是摩擦学、化学和材料研究人员不断追求的目标。

纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”，在改造传统材料方面蕴涵着巨大潜力。纳米材料在润滑领域的研究与应用，推动着先进润滑材料与技术的发展，为研究材料的摩擦磨损、设计与发展先进润滑剂提供了新的途径。随着社会发展，现代机械设备向高速、高载荷、高温度等方向发展，这就对设备的润滑状况要求越来越苛刻。此时润滑油膜就难以承担全部载荷，相当一部分载荷要由摩擦表面直接承担，这样设备常常处于边界润滑状态，相应的，必须引入新型高性能润滑油添加剂(质量分数1％-2％)来改善其使用性能。然而，传统添加剂大多含有S、P、Cl等元素，并依靠这些活性元素生成熔点高、摩擦系数低的摩擦反应膜来达到减摩抗磨作用；但是这些添加剂不仅在制备和使用过程中对环境造成污染，而且所含的活性元素可导致汽车尾气减排所用的三元催化剂中毒。得益于纳米科学技术的快速发展，新型润滑油添加剂的研制开发取得了长足进展，纳米润滑材料作为全新的润滑材料体系已显示出优越和独特的性能。其中硼酸盐润滑油添加剂具有良好的极压、抗磨及减摩性能(尤其在低运动黏度下的极压抗磨性能更好)，优良的热氧化稳定性能、防腐蚀性能、密封适应性，而且无毒无味，有一定的生物降解性等特点，而被广泛用于齿轮润滑，表现出了巨大的节能降耗和环境保护潜力。

目前已经有多种方法用于制备润滑油添加剂纳米硼酸钙，其主要种类有：

1.研磨法：利用研磨法，将不含结晶水或含一定数量结晶水的硼酸盐按一定比例与基础油混合，在引入分散剂的条件下于研钵中研磨或球磨罐中滚磨，或经振动磨振磨或胶体磨碾磨，可以很方便地制备硼酸盐-油分散体系。其缺点是较难获得粒度较小的硼酸盐分散体系。

2.复分解法：利用复分解法，将B(OH)3、NaOH或Na2CO3分别溶于水中，然后使B(OH)3水溶液与NaOH水溶液或Na2CO3水溶液反应，将所得产物在含分散剂的油中乳化，最后经升温脱水即可制得硼酸盐-油分散体。利用这种方法制得的硼酸盐-油分散体粒度较小、稳定性好，但脱水操作难度较大；同时硼酸盐在脱水过程中容易凝结析出，导致稳定性降低。

3.超临界流体干燥法：超临界流体是一种温度和压力处于临界点以上的无气液相界面区别而兼有气体性质和液体性质的物质相态。超临界流体具有特殊的溶解度，易调变的密度，较低的黏度和较高的传质速率，作为溶剂和干燥介质有独特的优点和实用价值.根据所用介质的不同，一般可将超临界流体干燥技术分为高温超临界有机溶剂干燥、低温超临界CO2干燥、低温超临界CO2萃取干燥等.超临界流体干燥技术可有效克服使凝胶粒子聚集的表面张力效应，所制得的气凝胶粉体常常由超细粒子组成。缺点是工艺复杂、较难掌握、设备投资大。

4.直接沉淀法：直接沉淀法是制备超细微粒广泛采用的一种方法。其原理是在金属盐溶液中加人沉淀剂，在一定条件下生成沉淀析出，沉淀经洗涤、热分解等处理工艺后得到超细产物。直接沉淀法操作简单易行，对设备技术要求不高，不易引入杂质，产品纯度很高，有良好的化学计量性，成本较低。缺点是原溶液中的阴离子较难洗涤清除，得到的粒子粒经分布较宽、分散性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纳米级润滑油添加剂的制备方法，能够解决现有技术的不足，大幅提高润滑油添加剂的性能，同时极大的简化其制备工艺和降低制备成本。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种纳米级润滑油添加剂的制备方法，其步骤包括：

A、溶液制备：按照摩尔比Ca∶B＝1∶(2-5)的比例称取氯化钙和硼砂并分别溶解，得氯化钙溶液A和硼砂溶液B；

B、超声反应：上步所得两溶液在超声和搅拌下混匀，加入表面活性剂后在室温下反应5min-15min，得白色乳液C；

C、产品提取：将油酸和石油醚的混合液作为萃取剂加入上步所得白色乳液C中，持续超声并搅拌处理至下层水溶液澄清透明，然后静置分层，取上层白色油相沉淀，烘干后得纳米硼酸钙润滑油添加剂。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中，溶解氯化钙的溶剂为水和乙醇的混合溶液；此混合溶液中，水与氯化钙的体积重量比为80ml∶(10-12)g；乙醇与氯化钙的体积重量比为20ml∶(10-12)g；

作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中，溶解硼砂的溶剂为水和乙醇的混合溶液；此混合溶液中，水与硼砂的体积重量比为400ml∶(18-20)g；乙醇与硼砂的体积重量比为100ml∶(18-20)g。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中，所述氯化钙为无水氯化钙。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤B中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，其与氯化钙和重量比为(1-2)∶(10-12)。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤B中，超声和搅拌处理的持续时间为8min-12min。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤C中，所述萃取剂的配置方法为：等体积的油酸和石油醚在搅拌下混合均匀，即得；其中，所用石油醚的沸点介于60℃-90℃之间。

作为本发明的一种优选技术方案，所述油酸/石油醚与氯化钙的体积重量比为10ml∶(10-12)g。

作为本发明的一种优选技术方案，超声处理操作当中，超声仪的工作频率为20kHz-30kHz，功率为800w-1200w。

含纳米硼酸钙添加剂的润滑油的制备方法，将纳米硼酸钙添加到润滑油当中，70℃下超声处理并搅拌至分散均匀，即得；其中，纳米硼酸钙润滑油添加剂与润滑油的重量比为1∶50；超声仪的工作频率为20kHz-30kHz，功率为800w-1200w。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明首次采用超声辅助法合成了球型、粒径分布均匀的纳米硼酸钙润滑油添加剂，这种方法所制备的纳米硼酸钙添加剂具有良好的分散性、稳定性和抗磨减摩性能，将添加剂溶于润滑油后，润滑油在重负荷车辆与工业齿轮油中试验的结果显示，不但最大无卡咬负荷(PB)值提高135Kg(1323N)，且抗磨、减磨、抗氧化、防锈性以及密封材料适应性都有了明显的提高和改善。

附图说明

图1是本发明制备的纳米Ca₂B₆O₁₁的SEM扫描图像，图中显示，纳米粒子呈球形，粒径在40-50nm之间。

图2是为纯润滑油(a)与添加本发明制备的添加剂后的润滑油(b)的外观对比。

具体实施方式

以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得；其中所用超声仪的型号为BUG25-06。

实施例1

A、溶液制备：用天平准确称量硼砂(Na₂B₄O₁₀·10H₂O)19.08g，将其溶解在400mlH₂O和100ml乙醇的混合溶剂中，得到澄清透明溶液A；用天平准确称取无水氯化钙11.12g，将其溶解在80ml H₂O和20ml乙醇的混合溶剂中，得到澄清透明溶液B；

B、超声反应：在室温超声波条件下，将透明溶液B倒入透明溶液A中，加入表面活性剂CTAB 1.00g，继续超声并搅拌10min，得到白色乳液C；超声处理操作当中，超声仪的工作频率为25kHz，功率为1000w；

C、产品提取：

C-1、在小烧杯中分别加入油酸10ml和沸点介于60℃-90℃之间的石油醚10ml，搅拌使二者混合均匀，配置成萃取剂：；

C-2、将配置好的萃取剂加入到白色乳液C中，持续超声并搅拌处理至下层水溶液澄清透明，然后停止超声搅拌，静置分层；超声处理操作当中，超声仪的工作频率为25kHz，功率为1000w；

C-3、取上层白色油相沉淀，烘干后得到纳米Ca₂B₆O₁₁润滑油添加剂。

参看附图1，取少量制备好的纳米Ca₂B₆O₁₁润滑油添加剂分散在石油醚中，然后用SEM分析纳米粒子的表面形貌，显示其为球形，粒径在40-50nm之间。

实施例2

A、溶液制备：用天平准确称量硼砂(Na₂B₄O₁₀·10H₂O)28.62g，将其溶解在600mlH₂O和150ml乙醇的混合溶剂中，得到澄清透明溶液A；用天平准确称取无水氯化钙11.12g，将其溶解在80ml H₂O和20ml乙醇的混合溶剂中，得到澄清透明溶液B；

B、超声反应：在室温超声波条件下，将透明溶液B倒入透明溶液A中，加入表面活性剂CTAB 1.50g，继续超声并搅拌10min，得到白色乳液C；超声处理操作当中，超声仪的工作频率为25kHz，功率为1000w；

C、产品提取：

C-1、在小烧杯中分别加入油酸10ml和沸点介于60℃-90℃之间的石油醚10ml，搅拌使二者混合均匀，配置成萃取剂；

C-2、将配置好的萃取剂加入到白色乳液C中，持续超声并搅拌处理至下层水溶液澄清透明，然后停止超声搅拌，静置分层；超声处理操作当中，超声仪的工作频率为25kHz，功率为1000w；

C-3、去上层白色油相沉淀，烘干后得到纳米Ca₂B₆O₁₁润滑油添加剂。

取少量制备好的纳米Ca₂B₆O₁₁润滑油添加剂分散在石油醚中，然后用SEM分析纳米粒子的表面形貌，显示其为球形，粒径也在40-50nm之间，与实施例1的结果一致。

实施例3

A、溶液制备：用天平准确称量硼砂(Na₂B₄O₁₀·10H₂O)47.68g，将其溶解在1000mlH₂O和250ml乙醇的混合溶剂中，得到澄清透明溶液A；用天平准确称取无水氯化钙11.12g，将其溶解在80mlH₂O和20ml乙醇的混合溶剂中，得到澄清透明溶液B；

B、超声反应：在室温超声波条件下，将透明溶液B倒入透明溶液A中，加入表面活性剂CTAB 2.00g，继续超声并搅拌10min，得到白色乳液C；超声处理操作当中，超声仪的工作频率为25kHz，功率为1000w；

C、产品提取：

C-1、在小烧杯中分别加入油酸10ml和沸点介于60℃-90℃之间的石油醚10ml，搅拌使二者混合均匀，配置成萃取剂；

C-2、将配置好的萃取剂加入到白色乳液C中，持续超声并搅拌处理至下层水溶液澄清透明，然后停止超声搅拌，静置分层；超声处理操作当中，超声仪的工作频率为25kHz，功率为1000w；

C-3、去上层白色油相沉淀，烘干后得到纳米Ca₂B₆O₁₁润滑油添加剂。

取少量制备好的纳米Ca₂B₆O₁₁润滑油添加剂分散在石油醚中，然后用SEM分析纳米粒子的表面形貌，显示其为球形，粒径也在40-50nm之间，与实施例1、2的结果一致。

实施例4

含纳米硼酸钙添加剂的润滑油的制备方法，称取纯润滑油50g放入到小烧杯中，再称取实施例1或实施例2或实施例3制备好的纳米Ca₂B₆O₁₁润滑油添加剂1.00g加入到纯润滑油中，在70℃下超声并搅拌下，润滑油添加剂会均匀分散在润滑油中，得到最终产品；超声处理操作当中，超声仪的工作频率为25kHz，功率为1000w。

参看附图2，为纯润滑油(a)与添加本发明制备的添加剂后的润滑油(b)的外观对比，显示添加本发明的润滑剂后，润滑油色泽明亮透明，外观得到明显改善。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (10)

1.一种纳米级润滑油添加剂的制备方法，其特征步骤包括：

A、溶液制备：按照摩尔比Ca∶B＝1∶(2-5)的比例称取氯化钙和硼砂并分别溶解，得氯化钙溶液A和硼砂溶液B；

B、超声反应：上步所得两溶液在超声和搅拌下混匀，加入表面活性剂后在室温下反应5min-15min，得白色乳液C；

C、产品提取：将油酸和石油醚的混合液作为萃取剂加入上步所得白色乳液C中，持续超声并搅拌处理至下层水溶液澄清透明，然后静置分层，取上层白色油相沉淀，烘干后得纳米硼酸钙润滑油添加剂。

2.根据权利要求1所述的纳米级润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：步骤A中，溶解氯化钙的溶剂为水和乙醇的混合溶液；此混合溶液中，水与氯化钙的体积重量比为80ml∶(10-12)g；乙醇与氯化钙的体积重量比为20ml∶(10-12)g；

3.根据权利要求1所述的纳米级润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：步骤A中，溶解硼砂的溶剂为水和乙醇的混合溶液；此混合溶液中，水与硼砂的体积重量比为400ml∶(18-20)g；乙醇与硼砂的体积重量比为100ml∶(18-20)g。

4.根据权利要求1所述的纳米级润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述氯化钙为无水氯化钙。

5.根据权利要求1所述的纳米级润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：步骤B中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，其与氯化钙和重量比为(1-2)∶(10-12)。

6.根据权利要求1所述的纳米级润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：步骤B中，超声和搅拌处理的持续时间为8min-12min。

7.根据权利要求1所述的纳米级润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：步骤C中，所述萃取剂的配置方法为：等体积的油酸和石油醚在搅拌下混合均匀，即得；其中，所用石油醚的沸点介于60℃-90℃之间。

8.根据权利要求7所述的纳米级润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：所述油酸/石油醚与氯化钙的体积重量比为10ml∶(10-12)g。

9.根据权利要求1-8任一项所述的纳米级润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：超声处理操作当中，超声仪的工作频率为20kHz-30kHz，功率为800w-1200w。

10.含纳米硼酸钙添加剂的润滑油的制备方法，其特征在于：将纳米硼酸钙添加到润滑油当中，70℃下超声处理并搅拌至分散均匀，即得；其中，纳米硼酸钙润滑油添加剂与润滑油的重量比为1∶50；超声仪的工作频率为20kHz-30kHz，功率为800w-1200w。

Images