CN103332701A

CN103332701A - 一种改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法

Info

Publication number: CN103332701A
Application number: CN2013102933456A
Authority: CN
Inventors: 丁士文; 李岩; 丁宇
Original assignee: Hebei University
Current assignee: Hebei University
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明公开了一种改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法，包括如下步骤：a）称取硼酸和氧化钙分别加水制成硼酸水溶液和石灰乳乳浊液；b）将硼酸水溶液和石灰乳乳浊液搅拌混匀，加入表面活性剂，加热反应后，抽滤、烘干、研磨，得纳米CaB₆O₁₀粉体；c）将所述纳米CaB₆O₁₀粉体加水，然后加入油酸，超声搅拌，然后静置使油相和水相分离，取上层油相，烘干，得油酸改性的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂。本发明方法制备的添加剂产品不仅硼钙比高，而且产品粒度小且分布均匀（10～15nm）。本发明方法免除了洗涤工艺，从原料到产物的整个生产过程中环保无污染，符合绿色化学的理念。

Description

一种改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种润滑油添加剂制备方法，具体的说是一种改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法。

背景技术

润滑油是用在各种类型机械上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体润滑剂，主要起润滑、冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成：基础油是润滑油的主要成分，决定着润滑油的基本性质，添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足，赋予某些新的性能，是润滑油的重要组成部分。

添加剂按功能分有多种分类，如抗磨剂、油性剂、极压剂等，传统添加剂由于在其生产和使用过程中会对环境造成污染，已逐渐为人们所摒弃，而新型的纳米润滑油添加剂逐渐收到青睐。在现有的新型纳米润滑油添加剂中，纳米硼酸盐润滑油添加剂因具有良好的极压、抗磨及减磨性能，以及优良的热氧化稳定性能、防腐蚀性能、密封适应性等优点，而被广泛用于齿轮润滑。另外，纳米硼酸盐润滑油添加剂由于无毒无味，而且具有一定的生物降解性，因此也表现出了巨大的节能降耗和环境保护潜力。

目前纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法有研磨法、复分解法、微乳液法、直接沉淀法和水热法等。水热法是将硼酸、硼砂和氧化钙按比例投入反应釜加热进行水热合成，然后经洗涤、烘干等步骤得到目的产物（《中国陶瓷》，2008年10月，第44卷，第10期，Page11-13）。这种方法虽然能获得较高硼钙比的硼酸钙产品，但所得产品的粒子尺寸偏大。另外在生产过程中必须添加硼砂辅料，虽然由此可克服硼酸与氧化钙混合后所产生的粘壁现象，但加入硼砂则引入了钠离子杂质，因而也降低了产品质量。再则，现有方法在实施过程中必须对得到的产物进行反复水洗，因此严重污染环境。CN102559338A公开了一种纳米级润滑油添加剂的制备方法，该方法是按照摩尔比Ca：B=1：2的比例称取氯化钙和硼砂并分别溶解，然后再超声下搅拌混匀，加入表面活性剂后在室温下反应得白色乳液，然后将油酸和石油醚的混合液作为萃取剂加入白色乳液中，持续超声并搅拌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。该方法虽然简化了生产工艺、降低了制造成本，但其仍存在产品粒度偏大（50 nm）、钠离子杂质无法去除、抗磨损效果不理想等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法，以解决现有纳米硼酸钙制备工艺复杂、污染环境、且产品粒度偏大、钠离子杂质无法去除等问题。

本发明的目的是这样实现的：一种改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法，包括如下步骤：

一种改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

a）按B︰Ca=6︰1的原子摩尔比分别称取硼酸和氧化钙，然后将所称取的硼酸加水溶解制成硼酸水溶液，将所称取的氧化钙加水制成石灰乳乳浊液；

b）将所述硼酸水溶液和所述石灰乳乳浊液转入反应釜中，搅拌混匀，制成混合液；按质量体积比计，加入0.125~0.375%的十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂，于120℃条件下反应20~30min后，抽滤、烘干，研磨，得粒度为10~15nm的纳米CaB₆O₁₀粉体；

c）每1g所述纳米CaB₆O₁₀粉体加入80~150ml水、24~45ml油酸，其中水与油酸的用量体积比为10︰3； 25kHz超声搅拌10～20min，然后静置使油相和水相分离，取上层油相，烘干，得油酸改性的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂。

优选的，b）步按质量体积比计，加入0.25%的十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂。

优选的，b）步中反应时间为20min。

优选的，c）步中每1g所述纳米CaB₆O₁₀粉体中加水100ml、加油酸30ml。

本发明方法制备的添加剂硼钙比高、产品纯度好，产品粒度小且分布均匀（10～15nm），本发明方法可从根本上避免钠离子杂质的掺入，同时也有效防止了生产过程中的粘壁现象发生；另外，本发明方法免除了洗涤工艺步骤，从原料到产物的整个生产过程中环保无污染，符合绿色化学的理念。

附图说明

图1是本发明方法所制备的CaB₆O₁₀的X-射线衍射图谱。

图2是本发明方法所制备的CaB₆O₁₀的透射电镜照片。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1：

a）称取104.1g硼酸（化学式：H₃BO₃，分子量：62.0）加入350ml水中，得硼酸水溶液；称取15.7g氧化钙（化学式：CaO，分子量：56.1）加入50ml水中，得石灰乳乳浊液；

b）将硼酸水溶液和石灰乳乳浊液转入水热反应釜中，搅拌混匀，制成混合液，然后加入1.0g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）表面活性剂搅拌混合，于120℃条件下反应20min后，抽滤、烘干、研磨，得粒度为10~15纳米的白色CaB₆O₁₀粉体；

c）称取1.0g纳米CaB₆O₁₀粉体加入100ml水中，然后加入30ml油酸，25KHz的频率下超声搅拌10 min，然后静置使油相和水相分离，取上层油相，烘干，得油酸改性的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂。

按实施例1的步骤制备的油酸改性的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂进行X射线衍射，其结果如图1所示。与JCPDS卡片(12-0528)对照，证明产品为CaB₆O₁₀·5H₂O，并且无杂相，说明本发明制备的产品纯度较高。

将油酸改性的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂进行透射电镜分析，如图2所示。从图中可以看出，产品颗粒为球形，分布均匀，大小为10~15 nm。

实施例2：

b）将硼酸水溶液和石灰乳乳浊液转入水热反应釜中，搅拌混匀，然后加入1.5g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）表面活性剂搅拌混合，于120℃条件下反应25min后，抽滤、烘干、研磨，得粒度为10~15纳米的白色CaB₆O₁₀粉体；

c）称取1.0g纳米CaB₆O₁₀粉体加入80ml水中，然后加入24ml油酸，25KHz的频率下超声搅拌15min，然后静置使油相和水相分离，取上层油相，烘干，得油酸改性的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂。

实施例3：

b）将硼酸水溶液和石灰乳乳浊液转入水热反应釜中，搅拌混匀，然后加入0.5g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）表面活性剂搅拌混合，于120℃条件下反应30min后，抽滤、烘干、研磨，得粒度为10~15纳米的白色CaB₆O₁₀粉体；

c）称取1.0g纳米CaB₆O₁₀粉体加入150ml水中，然后加入45ml油酸，25KHz的频率下超声搅拌20min，然后静置使油相和水相分离，取上层油相，烘干，得油酸改性的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂。

按照实施例2、3所制备的产品，与实施例1所制备的产品在纯度、粒度等方面具有一致性，表明本发明方法所制备的产品稳定性好。

对比实验例1：

产品的制备（按照现有技术制备）：称取硼酸0.8mol、硼砂0.025mol、氧化钙0.09mol混合均匀，然后放入水热反应釜内，添加蒸馏水，120℃条件下加热3h，停止加热后待反应产物物温度将至80℃以下，将反应产物加蒸馏水反复洗涤至pH值为中性，然后烘干，得粒度为50nm左右的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂。

本发明方法所制备的产品性能测试：

采用MQ-800型四球试验机进行试验，四球试验机转速1450r/min，时间10s，试验钢球为四球机专用试验钢球，实验用油为GL-5车辆齿轮油（基础油）。

测试方法：

试验组：将本发明实施例1制备的油酸改性的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂（10~15nm）按照1%的重量比添加到GL-5车辆齿轮油中，测量不同载荷下的磨痕直径，依照GB/T12583-90测定其PB(最大无卡咬负荷)值。

对比组：将对比实验例1制备的纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂（粒度约50nm）按照1%的重量比添加到GL-5车辆齿轮油中，测量不同载荷下的磨痕直径，依照GB/T12583-90测定其PB(最大无卡咬负荷)值。

空白组：未添加任何添加剂的GL-5车辆齿轮油，直接用来测量不同载荷下的磨痕直径，依照GB/T12583-90测定其PB(最大无卡咬负荷)值。

测试结果显示，试验组最大无卡咬负荷（PB）值较空白组提高了216Kg（2116.8N），较对照组提高了81Kg（793.8N），极压性能明显提高，并且抗磨、减磨、抗氧化、防锈性以及密封材料适应性都有不同程度的提升和改善。

以上结果表明，本发明方法所制备的改性纳米CaB₆O₁₀润滑油添加剂粒度小、硼钙比高，大大提高了润滑油的耐磨性能。

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。

相同实验也表明本发明实施例2-3具有与实施例1相同的优良性能，在此不再赘述。

Claims

1.一种改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

b）将所述硼酸水溶液和所述石灰乳乳浊液转入反应釜中，搅拌混匀，制成混合液；按质量体积比计，加入0.125~0.375%的十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂，于120℃条件下反应20~30min后，抽滤、烘干，研磨，得粒度为10~15 nm的纳米CaB₆O₁₀粉体；

2.根据权利要求1所述的改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法，其特征是，b）步按质量体积比计，加入0.25%的十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂。

3.根据权利要求1所述的改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法，其特征是，b）步中反应时间为20min。

4.根据权利要求1所述的改性纳米硼酸钙润滑油添加剂的制备方法，其特征是，c）步中每1g所述纳米CaB₆O₁₀粉体中加水100ml、加油酸30ml。