CN103834461B - 纳米仿生自组织锭子油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米仿生自组织锭子油及其制备方法，其由特定重量配比的仿生改性硅油、相转移催化剂、微乳化表面活性剂、基础矿物油和碳基纳米颗粒制成。据本发明提供的纳米仿生自组织锭子油显著降低摩擦，提高使用者的寿命，还解决了传统锭子油加入使用的不透明、不稳定等缺点。

Description

纳米仿生自组织锭子油及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑油添加剂，尤其涉及纳米仿生自组织润滑油添加剂及其制备方法。

背景技术

锭子油为低粘度锭子轴承油（也叫主轴油），主要用于棉纺等锭子的机械油。传统锭子油采用高度精炼基础矿物油，并加入清净、分散、抗磨、抗氧、抗腐蚀、抗泡剂等多种高效添加剂精制而成。适用于纺织机、精纺锭子、自动化机床的主轴及轻负荷液压循环系统，轻载高速工业纺织轴承、工业循环系统等。但目前现有技术中存在的锭子油中的添加剂或锭子油中本身就存在的微小杂质会对锭子表面产生磨损，设备使用寿命短。

目前，专利公布的新型润滑油或润滑油添加剂有很多，但大多数是关于车用润滑油、工程机械用润滑油的，如中国专利201180034953.4公开了一种包含生物衍生物的酯类组分的专用成品润滑剂组合物及其制备方法，该方法使生物衍生的脂肪酸部分与费-托/气变液反应产物和/或副产物（例如气变液产生的α-烯烃）反应以获得生物衍生的二酯类物质，然后可将该生物衍生的二酯类物质选择性地与基础油和一种或多种添加剂物质进行调和以获得具有生物质衍生的组分的专用成品润滑剂产品，该润滑油具有长链结构，主要用于汽车或工程机械，而车用润滑油、工程机械用润滑油需要的粘度较大，其主要是由粘度较大的润滑油作为基础油调配而成，而纺织用锭子油却要求粘度比较低，能够在锭子高速运动的条件下降低摩擦系数，而且锭子油的使用周期小于车用润滑油及工业机械用润滑油，更换更加频繁。而针对于纺织工业锭子油的专利研究非常少。

现有技术中，存在一些利用矿物油作为基础油制备锭子油的方法，如中国专利01820901.7“由燃料油加氢裂化法的塔底馏分制备锭子油、轻质机械油和中质机械油级基础油的方法”公开了一种制备锭子油、轻质机械油的油品加氢裂化的方法，但是由于工艺传统，不适应中国现在的油品炼制工业，又如中国专利CN1086536A，公开了极压节能复合型纱锭专用油，其以轻质机械油和320^#溶剂油为基础油，添加多种助剂调制而成，其中包括抗氧防腐剂，抗磨防锈剂、粘温性能改进剂、消泡剂等，然而该纱锭油也是以矿物油为基础油，使用含硫苄基化合物作为抗磨剂，而该抗磨剂的使用会对环境造成污染。

因此，亟待寻求一种能够降低锭子损蚀，同时，又不会对环境造成污染的锭子油。

发明内容

本发明人经过锐意研究，发现通过由仿生改性硅油、相转移催化剂、微乳化表面活性剂、基础矿物油和碳基纳米颗粒制成纳米仿生自组织锭子油，其中的润滑分子——碳基纳米颗粒可沿仿生改性硅油的长轴方向，即碳链排列方向进行排列，在固体表面形成润滑剂的中介态，即润滑油处在临界摩擦和极限摩擦的中间状态，从而减小摩擦力，起到延长锭子使用寿命的作用，进而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下几方面：

第一方面，本发明提供一种纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，由包括以下重量配比的原料制成：

其中，

仿生改性硅油选自：改性有机硅类化合物，其中，所述改性有机硅类化合物的结构如下述式I或式II所示：

其中，

n为选自1～20的整数，优选自3～8的整数；

R₁选自含有2～5个碳原子的烃基、含有5～8个碳原子的烷氧基、4-联苯基、2-联苯基、羟基或巯基；

R₂选自含有2～5个碳原子的烃基、含有5～8个碳原子的烷氧基、4-联苯基、2-联苯基、羟基或巯基；

相转移催化剂选自：曲拉通系列相转移催化剂、司盘系列相转移催化剂和吐温系列相转移催化剂；

微乳化表面活性剂选自：烷基磺酸、脂肪酸、水杨酸、烷基磺酸盐、柠檬酸盐、水杨酸盐、亚麻酸盐或油酸盐；

基础矿物油选自：多元醇类、脂肪酸、硅烷或脂肪醚；

碳基纳米颗粒选自：纳米金刚石或纳米石墨烯，其中，所述碳基纳米颗粒的粒径范围1～100nm，其分散于聚丙烯酰胺中。

第二方面，本发明提供上述纳米仿生自组织锭子油，其由包括以下重量配比的原料制成：

第三方面，本发明提供上述纳米仿生自组织锭子油，其由包括以下重量配比的原料制成：

优选为，

第四方面，本发明提供上述纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，所述改性有机硅油选自：

甲基高含氢硅油（结构式为）、羟基改性有机硅（结构式为）、

第五方面，本发明提供上述纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，所述相转移催化剂选自曲拉通-100、司盘-60和吐温-40。

第六方面，本发明提供上述纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，所述微乳化表面活性剂选自十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十八烷基苯磺酸钠、重烷基苯磺酸钠、支链十二烷基二甲苯磺酸钠、十四烷基二甲苯磺酸钠、十六烷基二甲苯磺酸钠、十八烷基二甲苯磺酸钠、直链二十四烷基苯磺酸钠、支链二十一烷基苯磺酸钠和直链十八烷基苯磺酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸三钠、柠檬酸钾、柠檬酸铵、柠檬酸锌、水杨酸钠、水杨酸钾、亚麻酸钠、油酸钠、油酸钾和水杨酸等，优选为十二烷基磺酸钠、柠檬酸钠、水杨酸钾、油酸钾、油酸钠和水杨酸，更优选为十二烷基磺酸钠、柠檬酸钠、水杨酸钾、水杨酸。

第七方面，本发明提供上述纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，基础矿物油中，

所述多元醇选自二元醇或三元醇，优选为丙二醇或已三醇；

所述脂肪酸类为正十八酸；

所述硅烷为十八烷基三乙氧基硅烷；

所述脂肪醚的结构式为式III所示：

R₄-O-R₃式III，

其中，

R₃选自碳原子数为1～15的烷基、烯基或芳基；

R₄选自碳原子数为1～15的烷基、烯基或芳基。

第八方面，本发明提供上述纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，所述的碳基纳米颗粒的平均粒径为20～30nm，优选为26nm，粒度D50为20～30nm，粒度D10为10～15nm，粒度D90为50～60nm，其分散于分子量为200～2000的聚丙烯酰胺中，其中碳基纳米颗粒的重量与聚丙烯酰胺的体积比为（1～500g）:10mL。

第九方面，本发明还提供一种纳米仿生自组织锭子油的制备方法，该方法包括：

（1）在1～3个大气压、60～120℃温度下，将仿生改性硅油加入反应釜中，再加入相转移催化剂，在保持温度和压力不变条件下连续搅拌，至混合均匀；

（2）将微乳化表面活性剂、基础矿物油和碳基纳米颗粒同时加入到（1）的反应釜中；

（3）将（2）中反应釜内的温度调整到85～90℃，压力调整至1.2～2个大气压下持续反应3～6个小时。

第十方面，本发明还提供上述第一至第八方面所述的纳米仿生自组织锭子油在工业润滑中的应用。

根据本发明提供的纳米仿生自组织锭子油及其制备方法，具有如下有益效果：

（1）该锭子油能够提供类似于“自组织”结构的润滑油添加剂，可以极大地降低接触面间的摩擦系数，从而显著延长设备的寿命；

（2）该锭子油具有良好的抗磨性、抗氧化性、防锈性，从而有效减缓设备磨损，延长设备的使用寿命；该锭子油具有粘度低和循环性好等特点，能够满足高速机械锭子转子间的润滑和冷却的要求；

（3）该锭子油解决了传统锭子油加入使用的不透明、不稳定等问题；

（4）吸振卷簧一起构成多层油膜阻尼系统，吸收锭子的振动能量，对振动产生阻尼；

（5）本发明提供的纳米仿生自组织锭子油制备方法，所用原料价廉易得，操作简便易行。

附图说明

图1a示出传统润滑油工作状态图；

图1b示出纳米仿生自组织锭子油工作状态图；

图2a示出用传统锭子油润滑半年后锭子表面情况图；

图2b示出用纳米仿生自组织锭子油润滑半年后锭子表面情况图；

图3示出点接触摩擦实验样品实验台示意图；

图4示出纳米仿生自组织锭子油和传统锭子油的摩擦系数与时间的关系。

附图标号说明

1-样品；

2-负载；

3-纳米仿生自组织锭子油；

4-持样台；

5-滑动方向；

6-传统锭子油摩擦系数变化曲线；

7-纳米仿生自组织锭子油摩擦系数变化曲线。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明变得更为清楚、明确。

根据本发明的一方面，提供一种纳米仿生自组织锭子油，其由包括以下重量配比的原料制成：

优选地，由包括以下重量配比的原料制成：

更优选地，由包括以下重量配比的原料制成：

最优选地，由包括以下重量配比的原料制成：

其中，

仿生改性硅油选自：改性有机硅类化合物，其中，所述改性有机硅类化合物的结构式如下式I或式II所示：

其中，

n为选自1～20的整数，优选自3～8的整数，

R₁选自含有2～5个碳原子的烃基、含有5～8个碳原子的烷氧基、4-联苯基、2-联苯基、羟基或巯基；

R₂选自含有2～5个碳原子的烃基、含有5～8个碳原子的烷氧基、4-联苯基、2-联苯基、羟基或巯基，

如，甲基高含氢硅油（结构式为）、羟基改性有机硅（结构式为）、

生物关节既传递载荷又传递运动，其摩擦系数极小，几乎无磨损，通常能工作70年以上，是十分奇妙和性能优异的生物摩擦润滑系统。美国生物医学工程科学家研究发现，在生物关节的骨滑液中胆甾醇分子以分子的长轴沿关节软骨表面的微沟槽进行“自组织”排列，使得骨滑液中的其他润滑分子可以沿着胆甾醇分子的长轴方向顺次排列，从而使得关节软骨表面形成骨滑液润滑的中介态，从而使关节中相配合的接触而摩擦力减小。本发明利用生物关节中骨滑液的润滑机理，制备与骨滑液相似的纳米仿生自组织锭子油。

本发明所用仿生改性硅油，为硅氧烷基聚合物，其为长链分子，该长链分子可视为生物关节骨滑液中的胆甾醇分子，可在锭子表面沿磨损产生的微沟槽表面纵向“自组织”排列，使纳米仿生自组织锭子油中其它润滑物质沿仿生改性硅油长链方向排列，使纳米仿生自组织锭子油处于临界摩擦和极限摩擦的中间状态，使微米级沟壑“滑动摩擦”填充纳米级的“滚动摩擦”，从而有效降低齿轮啮合摩擦副表面的摩擦内耗，进而节省动力能源，同时，仿生改性硅油可以在提升纳米仿生自组织锭子油油膜强度的同时显著降低其自身的粘滞阻力（齿轮油自身流动阻力）带来的能量损耗，从而节约大量的经济成本和能源成本。此外，仿生改性硅油还可以起到降低表面张力，避免碳基纳米颗粒分散不均、提高透明度的作用。

相转移催化剂选自：曲拉通系列相转移催化剂，司盘系列相转移催化剂和吐温系列相转移催化剂，优选为曲拉通-100、司盘-60和吐温-40，这些相转移催化剂可将作为微乳化表面活性剂的盐类分散于有机体系中，由于微乳化表面活性剂的用量为2～15重量份，因此，当相转移催化剂的用量大于10重量份时，不仅会造成浪费，同时会增加纳米仿生自组织锭子油的摩擦系数；当用量小于0.8重量份时，其用量不足以使微乳化表面活性剂完全分散在纳米仿生自组织锭子油体系中。

微乳化表面活性剂选自：烷基磺酸、脂肪酸、水杨酸、烷基磺酸盐、柠檬酸盐、水杨酸盐、亚麻酸盐或油酸盐，如十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十八烷基苯磺酸钠、重烷基苯磺酸钠、支链十二烷基二甲苯磺酸钠、十四烷基二甲苯磺酸钠、十六烷基二甲苯磺酸钠、十八烷基二甲苯磺酸钠、直链二十四烷基苯磺酸钠、支链二十一烷基苯磺酸钠和直链十八烷基苯磺酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸三钠、柠檬酸钾、柠檬酸铵、柠檬酸锌、水杨酸钠、水杨酸钾、亚麻酸钠、油酸钠、油酸钾和水杨酸等，优选为十二烷基磺酸钠、柠檬酸钠、水杨酸钾、油酸钾、油酸钠和水杨酸，更优选为十二烷基磺酸钠、柠檬酸钠、水杨酸钾、水杨酸。

微乳化表面活性剂可包覆碳基纳米颗粒，同时，其结构中的亲油基团使其在锭子油体系中具有良好的溶解性，可以均匀分散在锭子油体系中，因此，微乳化表面活性剂可将亲水性的碳基纳米颗粒均匀分散在锭子油体系中。由于碳基纳米颗粒的用量为0.5～10重量份，因此，微乳化表面活性剂的用量为2～15重量份，优选为3.0～6重量份，更优选为3.6～4.5重量份，进一步优选为4.0～4.5重量份。

基础矿物油选自：多元醇类，优选为二元醇和三元醇，更优选为丙二醇、已三醇和甘油醇；脂肪酸类，优选为正十八酸；或脂肪醚，优选为结构式为式III所示的脂肪酸：

R₄-O-R₃式III，

其中，

R₃选自碳原子数为1～15的烷基、烯基或芳基；

R₄选自碳原子数为1～15的烷基、烯基或芳基；

如，

基础矿物油作为纳米仿生自组织锭子油的基础油，起到基础润滑和分散锭子油中其它成分的作用，同时，调节纳米仿生自组织锭子油的粘度。

多元醇、脂肪酸类化合物和脂肪醚类化合物的分子量都相对较大，因此它们都具有一定的粘性，可对锭子表面起到基础润滑的作用，同时能够对锭子油中的其它成分起到均匀分散的作用，此外，这些化合物中存在羟基或者羧基等极性较大的基团，可与锭子油中其它极性较强的物质通过氢键连接，从而使得极性大的添加剂可良好的分散于锭子油中而不发生团聚，进而使得纳米仿生自组织锭子油在使用时性能稳定，产品状态好。

碳基纳米颗粒选自：纳米金刚石或纳米石墨烯，其中，碳基纳米颗粒的粒径在1～100nm范围内，平均粒径为20～30nm，优选为26nm，粒度D50为20～30nm，粒度D10为10～15nm，粒度D90为50～60nm。纳米金刚石如河南省联合磨料磨具有限公司生产的粒度D50约为50nm的金刚石粉体；纳米石墨烯如南京先丰纳米材料科技有限公司生产的粒度D50约为50nm的石墨烯。如图1a和图1b所示，当碳基纳米颗粒粒度过大时，在沿改性硅油“自组织”排列后不能充分填充微米级沟壑，使纳米级“滚动摩擦”的作用降低；当碳基纳米颗粒的粒度过小时，其容易形成团聚，不利于在聚丙烯酰胺及纳米改性自组织硅油中的分散。碳基纳米颗粒均匀分散于聚丙烯酰胺中，优选为分子量为200～2000的聚丙烯酰胺，其中碳基纳米颗粒的重量与聚丙烯酰胺的体积比为（1～500g）:10mL。由于聚丙烯酰胺对碳基纳米颗粒具有良好的分散效果，因此将碳基纳米颗粒分散于聚丙烯酰胺中，再与其它组成混合，使得碳基纳米颗粒能够在制成纳米仿生自组织锭子油中均匀分散，其中碳基纳米颗粒的重量与聚丙烯酰胺的体积比为（1～500g）:10mL，当碳基纳米颗粒的重量与聚丙烯酰胺的体积比大于500g:10mL时，碳基纳米颗粒比重过大，聚丙烯酰胺对其分散效果不明显，当碳基纳米颗粒的重量与聚丙烯酰胺的体积比小于1g:10mL时，聚丙烯酰胺用量过大，可能会导致制得的纳米仿生自组织锭子油性能变差。本发明中所用碳基纳米颗粒与聚丙烯酰胺的混合物，可以为商购商品，也可以为将碳基纳米颗粒以超声或搅拌等物理方法分散于聚丙烯酰胺中得到。

碳基纳米颗粒具有摩擦学改性的特点，由于碳基纳米颗粒具有纳米级小尺寸效应，因此具有特别的物理化学特性，其在纳米仿生自组织锭子油中可以起到减摩和抗磨作用，可以有效分化、缩小磨屑体积，避免拉缸，明显改善摩擦副配合精度，球形碳基纳米颗粒可在摩擦副表面之间滚动形成“滚珠轴承效应”，使摩擦副之间的滚动摩擦变为滚动和滑动的混合摩擦，大大降低发动机摩擦功耗，磨合后接触面形成稳定的耐磨层，延长锭子的使用寿命。

通过碳基纳米颗粒的纳米仿生自组织润滑增效技术在纺织设备中的应用，原本的微米级沟壑“滑动摩擦”填充纳米级“滚动摩擦”，大幅降低齿轮啮合摩擦副表面的摩擦内耗。同时，在提升锭子油膜强度的同时显著降低油品自身的粘滞阻力（齿轮油自身流动阻力）带来的能量损耗。

碳基纳米颗粒的自组织作用，提供类似于“自组织”结构的润滑油添加剂，将会极大降低使用者相互部分之间的摩擦系数，从而显著延长使用者的寿命，如图2a和图2b所示，用传统锭子油润滑半年后锭子表面损蚀严重，而用用纳米仿生自组织锭子油润滑半年后锭子表面仅出现细小损蚀。

研究发现，本发明提供的纳米仿生自组织锭子油倾向于与固体表面发生相互作用，在一些情况下这种相互作用相当强烈，而且静态时没有吸附但是动态时吸附仿生改性硅油呈现“宾—主”效应，少量的仿生改性硅油改变了纳米仿生锭子油整体润滑油性能，如同宾客，反客为主，令碳基纳米颗粒沿仿生改性硅油的长轴方向，即碳链排列方向进行排列，导致在固体表面形成润滑剂的中介态，即纳米仿生自组织锭子油处在临界摩擦和极限摩擦的中间状态，从而使摩擦力减小。这一理论解释了纳米仿生自组织锭子油中仿生改性硅油浓度对表面粗糙度的影响。当仿生改性硅油含量较低时，摩擦系数和平均粗糙度(R_a)减少较小，这是由于摩擦面上形成的润滑膜可能不连续，而不能覆盖所有的微观不平滑区域。此种情况下未被保护的部分会变形甚至被磨去。当仿生改性硅油含量较高时，形成连续的润滑膜，填平了细小的凸凹不平，从而使摩擦力减小。微观研究还发现，仿生改性硅油会沿着摩擦表面内的小沟槽纵向取向，从而改善了润滑油的润滑作用，就如同人们发现在生物关节的骨滑液中胆甾醇分子以长轴沿软骨表面的微沟槽排列那样。但本发明的效果并不受该理论的限制。

根据本发明的另一方面，提供上述纳米仿生自组织锭子油的制备方法，该方法包括：

将仿生改性硅油在1～3个大气压、60～120℃温度下加入反应釜中，然后将相转移催化剂按比例加入，在温度和压力保持不变的条件下继续搅拌；

搅拌均匀后，将微乳化表面活性剂、基础矿物油和碳基纳米颗粒一起加入到反应釜中；

将温度调整到85～90℃，反应釜在1.2～2个大气压下持续反应3～6个小时。

所得产物为本发明的纳米仿生自组织锭子油，其为均一、透明的棕黄色液体。

根据本发明提供的另一方面，还提供上述纳米仿生自组织锭子油在工业润滑中的应用，特别是在纺织锭子中的应用。

根据本发明提供的纳米仿生自组织锭子油及其制法，具有如下有益效果：

（1）本发明的纳米仿生自组织锭子油可解决在高温高速旋转的工况下，由于锭子的摩擦而造成的疲劳损蚀，特别是在重压重负、高温高速条件下或长时间不间断运行的锭子，能有效降低锭子的磨损，尤其对精密度要求高的纺织锭子，具有良好的润滑养护功效；

（2）本发明提供的纳米仿生自组织锭子油能显著提高摩擦副接触表面润滑油膜的承载能力，减轻和避免齿面的磨损；

（3）纳米仿生自组织锭子油中的“仿生改性硅油”和“碳基纳米颗粒”的大量稳定存在能有效降低和消除齿面接触应力和表面粗糙度，从而防止齿面塑性变形和疲劳损蚀；消除齿面互相啮合发生严重黏着磨损损伤造成的齿面胶合；在锭子润滑状态正常的情况下，能有效消除锭子磨损的可能性；

（4）纺织锭子在添加本品数小时后即可实现温度大幅下降、噪音明显减轻；

（5）纳米仿生自组织锭子油彻底改变表面摩擦模式，提高传能效率的纳米仿生自组织复合技术，利用生物摩擦学模仿生物骨骼滑液技术，同时结合生物纳米自组装技术实现纺织锭子的节能减磨，具有工业实用性。

实施例

以下通过具体实施例来进一步描述本发明，不过这些实施例都是范例性的，不应理解为对本发明的限制。

纳米金刚石：型号UD-50，粒度D50约为50nm，河南省联合磨料磨具有限公司；

纳米石墨烯：商品名XFGNP，型号XF009，粒度D50约为50nm，南京先丰纳米材料科技有限公司；

聚丙烯酰胺：聊城市玖龙环保科技有限公司，型号：FM-816。

实施例1

按以下重量配比选取原料：

其中，甲基高含氢硅油的结构式为：

纳米金刚石的重量与聚丙烯酰胺的体积比为：50g:10mL。

操作步骤如下：

（1）将甲基高含氢硅油在1.5大气压、80℃温度条件下加入反应釜中，然后加入曲拉通-100，在温度和压力保持不变的条件下连续搅拌；

（2）搅拌均匀后，向反应釜中加入十二烷基磺酸、甘油醇和纳米金刚石；

（3）将反应釜温度升高到90℃，在1个大气压下持续反应3个小时，得到均一、透明的棕黄色液体，即纳米仿生自组织锭子油。

实施例2

按以下重量配比选取原料：

其中，

羟基改性有机硅的结构式为：

纳米金刚石的重量与聚丙烯酰胺的体积比为：50g:10mL。

按照实施例1的方法制备纳米仿生自组织锭子油，区别在于：在步骤（3）中反应温度控制在85℃，反应釜压力1个大气压下反应5个小时。

实施例3

其中，

羟基改性有机硅的结构式为：

纳米石墨烯的重量与聚丙烯酰胺的体积比为：30g:10mL。

按照实施例1的方法制备纳米仿生自组织锭子油，区别在于：在步骤（3）中反应温度控制在85℃，反应釜压力1个大气压下反应4个小时。

实施例4

按以下重量配比选取原料：

其中，甲基高含氢硅油的结构式为：

纳米金刚石的重量与聚丙烯酰胺的体积比为：50g:10mL。

操作步骤如下：

（1）将甲基高含氢硅油在1.5大气压、80℃温度条件下加入反应釜中，然后加入曲拉通-100，在温度和压力保持不变的条件下连续搅拌；

（2）搅拌均匀后，向反应釜中加入柠檬酸三钠、正十八酸和纳米金刚石；

（3）将反应釜温度升高到90℃，在1个大气压下持续反应3个小时，得到均一、透明的棕黄色液体，即纳米仿生自组织锭子油。

实施例5

按以下重量配比选取原料：

其中，甲基高含氢硅油的结构式为：

纳米金刚石的重量与聚丙烯酰胺的体积比为：50g:10mL。

操作步骤如下：

（1）将甲基高含氢硅油在1.5大气压、80℃温度条件下加入反应釜中，然后加入司盘-60，在温度和压力保持不变的条件下连续搅拌；

（2）搅拌均匀后，向反应釜中加入亚麻酸钠、丙二醇和纳米金刚石；

（3）将反应釜温度升高到90℃，在1个大气压下持续反应3个小时，得到均一、透明的棕黄色液体，即纳米仿生自组织锭子油。

实施例6

按以下重量配比选取原料：

其中，甲基高含氢硅油的结构式为：

金刚石粉体的重量与聚丙烯酰胺的体积比为：50g:10mL。

操作步骤如下：

（1）将甲基高含氢硅油在1.5大气压、80℃温度条件下加入反应釜中，然后加入吐温-20，在温度和压力保持不变的条件下连续搅拌；

（2）搅拌均匀后，向反应釜中加入油酸钠、癸醚和纳米金刚石；

（3）将反应釜温度升高到90℃，在1个大气压下持续反应3个小时，得到均一、透明的棕黄色液体，即纳米仿生自组织锭子油。

对比例

对比例1

本对比例所用方法与实施例1相同，区别仅在于不加入仿生改性硅油。

对比例2

本对比例所用方法与实施例1相同，区别仅在于不加入碳基纳米颗粒。

试验例

试验例1纳米仿生自组织锭子油增效技术功效

当轴等固体表面用实施例1～6及对比例1和2制备的纳米仿生自组织锭子油，结果如下：

表1表面处理对摩擦系数的影响

添加剂	未处理（平行取向）	处理后（垂直取向）
			实施例1	A0=0.097;A500=0.082	A0=0.091;A500=0.050
实施例2	A0=0.097;A500=0.083	A0=0.099;A500=0.047
			实施例3	A0=0.073;A500=0.056	A0=0.057;A500=0.031
实施例4	A0=0.087;A500=0.079	A0=0.080;A500=0.048
			实施例5	A0=0.095;A500=0.081	A0=0.088;A500=0.050
实施例6	A0=0.096;A500=0.082	A0=0.093;A500=0.053
			对比例1	A0=0.104;A500=0.086	A0=0.097;A500=0.057
对比例2	A0=0.108;A500=0.084	A0=0.09;A500=0.055

其中，A₀为开始时锭子油的摩擦系数，A₅₀₀为使用500小时后锭子油的摩擦系数。

锭子油摩擦系数的测定方法为液体润滑剂摩擦系数测定法(振子法)，标准号为SH/T0072-1991。

试验例2纳米仿生自组织锭子油实际工业应用效果

试验设备：河北省晋州市巨龙纺织厂环锭细纱车。

每台环锭细纱车有8个直流电机，每台直流电机的功率为20千瓦；

每台环锭细纱车有400个锭子，24小时纺纱量为2400公尺，未加纳米仿生自组织锭子油时的负荷电流为72安培(卡钳式电流表)；

向每台细纱车中加入3斤实施例1中所得纳米仿生自组织锭子油，运行2小时后，施加同样的负荷，负载电流为66安培，节电率为8.3%。

通过纳米仿生自组织润滑增效技术在纺织设备中的应用，原本的微米级沟壑“滑动摩擦”填充纳米级“滚动摩擦”，大幅降低齿轮啮合摩擦副表面的摩擦内耗。同时，在提升锭子油膜强度的同时显著降低油品自身的粘滞阻力（齿轮油自身流动阻力）带来的能量损耗。在二者的共同作用下，根据锭子传动设备和油品的性能差异，本品在国内各型纺织设备上应用的实测数据表明，节省电耗可达6～12%，使企业用户经济效益以极低投入获得显著提高。

试验例3预防和消除锭子轮损伤

本试验例所用纳米仿生自组织锭子油由实施例1制备。

在点接触摩擦实验样品实验台测试纳米仿生自组织锭子油对锭子表面的保护作用。所用试验台结构如图3所示，使用188牛顿压力，产生0.671GPa最大的压强，测试过程中的旋转数60rpm，结果显示：

纳米仿生自组织锭子油能显著提高摩擦副接触表面润滑油膜的承载能力，减轻和避免齿面磨损；纳米仿生自组织润滑增效技术中的仿生改性硅油与碳基纳米颗粒形成的“生物纳米自组装颗粒”的大量稳定存在还能有效降低和消除齿面接触应力和表面粗糙度，防止齿面塑性变形和疲劳破坏；消除齿面互相啮合发生严重黏着磨损损伤造成的齿面胶合；在锭子润滑状态正常的情况下，能有效消除锭子磨损的可能性。

纺织锭子在添加本品数小时后即可直观感受到的温度大幅下降、噪音明显减轻并可预防和消除锭子表面损伤。

试验例4锭子油的摩擦系数随时间变化

本试验例所用纳米仿生自组织锭子油由实施例1制备。

锭子油的摩擦系数随时间变化如图4所示，结果表明：

摩擦系数在20分钟内大于传统锭子油的系统，说明前20分钟，在润滑初期，纳米仿生自组织锭子油需要小段时间在锭子上涂布均匀，其中的仿生改性硅油分子链和碳基纳米颗粒需要沿着受力方向发生新的取向，在这一过程中，需要克服纳米仿生自组织锭子油内应力做功，所以表现为摩擦系数比无纳米仿生自组织锭子油系统的大，而这一过程一般只需要20分钟左右，相对连续工作几个月的锭子，是很短的一段时间，当这一取向过程结束，本发明所提供的纳米仿生自组织锭子油将发挥很好的润滑效果，摩擦系数显著小于传统锭子油。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，由以下重量配比的原料制成：

其中，

仿生改性硅油选自：改性有机硅类化合物，其中，所述改性有机硅类化合物的结构如下述式I或式II所示：

其中，

n为选自1～8的整数；

R₁选自含有2～5个碳原子的烃基、含有5～8个碳原子的烷氧基、4-联苯基、2-联苯基、羟基或巯基；

R₂选自含有2～5个碳原子的烃基、含有5～8个碳原子的烷氧基、4-联苯基、2-联苯基、羟基或巯基；

相转移催化剂选自：曲拉通系列相转移催化剂、司盘系列相转移催化剂和吐温系列相转移催化剂；

微乳化表面活性剂选自：烷基磺酸、脂肪酸、水杨酸、烷基磺酸盐、柠檬酸盐、水杨酸盐、亚麻酸盐或油酸盐；

基础矿物油选自：多元醇类、脂肪酸、硅烷或脂肪醚；

碳基纳米颗粒选自：纳米金刚石或纳米石墨烯，其中，所述碳基纳米颗粒的平均粒径为20～30nm，粒度D50为20～30nm，粒度D10为10～15nm，粒度D90为50～60nm，其分散于分子量为200～2000的聚丙烯酰胺中，其中碳基纳米颗粒的重量与聚丙烯酰胺的体积比为(1～500g):10mL。

2.根据权利要求1所述的纳米仿生自组织锭子油，其由以下重量配比的原料制成：

3.根据权利要求1所述的纳米仿生自组织锭子油，其由以下重量配比的原料制成：

4.根据权利要求3所述的纳米仿生自组织锭子油，其由以下重量配比的原料制成：

5.根据权利要求1所述的纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，所述改性有机硅类化合物选自：

结构式为的甲基高含氢硅油、

6.根据权利要求1所述的纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，所述相转移催化剂选自曲拉通-100、司盘-60和吐温-40。

7.根据权利要求1所述的纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，所述微乳化表面活性剂选自十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十八烷基苯磺酸钠、重烷基苯磺酸钠、支链十二烷基二甲苯磺酸钠、十四烷基二甲苯磺酸钠、十六烷基二甲苯磺酸钠、十八烷基二甲苯磺酸钠、直链二十四烷基苯磺酸钠、支链二十一烷基苯磺酸钠和直链十八烷基苯磺酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸铵、柠檬酸锌、水杨酸钠、水杨酸钾、亚麻酸钠、油酸钠、油酸钾和水杨酸。

8.根据权利要求7所述的纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，所述微乳化表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、柠檬酸钠、水杨酸钾、油酸钾、油酸钠和水杨酸。

9.根据权利要求8所述的纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，所述微乳化表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、柠檬酸钠、水杨酸钾、水杨酸。

10.根据权利要求1所述的纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，基础矿物油中，

所述多元醇类选自二元醇或三元醇；

所述脂肪酸为正十八酸；

所述硅烷为十八烷基三乙氧基硅烷；

所述脂肪醚的结构式为式III所示：

R₄-O-R₃式III，

其中，

R₃选自碳原子数为1～15的烷基、烯基或芳基；

R₄选自碳原子数为1～15的烷基、烯基或芳基。

11.根据权利要求1所述的纳米仿生自组织锭子油，其特征在于，基础矿物油中，所述多元醇类为丙二醇或己三醇。

12.根据权利要求1至11之一所述的一种纳米仿生自组织锭子油的制备方法，该方法包括：

(1)在1～3个大气压、60～120℃温度下，将仿生改性硅油加入反应釜中，再加入相转移催化剂，在保持温度和压力不变条件下连续搅拌，至混合均匀；

(2)将微乳化表面活性剂、基础矿物油和碳基纳米颗粒同时加入到(1)的反应釜中；

(3)将(2)中反应釜内的温度调整到85～90℃，压力调整至1.2～2个大气压下持续反应3～6个小时。

13.权利要求1～11之一所述的纳米仿生自组织锭子油在工业润滑中的应用。