CN104877748A - 一种凝胶润滑剂组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种凝胶润滑剂组合物及其制备方法。组合物由1wt%至10wt%的低分子量凝胶因子以及余量的水、液体石蜡、己二酸异十三醇酯、多烷基化环戊烷、聚α-烯烃-10以及聚乙二醇400其中的一种组成。作为钢/钢摩擦副的润滑剂，凝胶润滑剂组合物能明显改善润滑油的摩擦学性能，具有优良的减摩抗磨性能以及高的承载能力，有望用于润滑领域如齿轮、轴承、浸油轴承工业等滚动摩擦副。

Description

一种凝胶润滑剂组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种凝胶润滑剂组合物及其制备方法。
背景技术
现代工业的飞速发展加速了能源的过快消耗，据统计，机械设备消耗的能源中，摩擦消耗30%的一次性能源，而设备损耗80%是由于润滑失效导致异常磨损引起。润滑则是减少摩擦、降低或避免磨损的最有效手段。随着节能和环保要求的提高，新技术对润滑剂的性质和性能也提出了更高的要求，例如绿色环保、高效、长寿命、优异的润滑性能等。如今，广泛使用的润滑材料为润滑油及润滑酯，它们应用领域非常广泛，几乎涵盖了工业、航空航天、电子信息业和各类军事装备，但是在使用的过程中，润滑油及润滑酯也存在一些问题，对于润滑油，常常因为其较好的流动性能，而在一些滚动摩擦副中，存在泄露或者爬移的问题，而造成摩擦副的摩擦失效，对于润滑脂而言，如长时间放置会出现分油、清洗困难、冷却效果较润滑油差等。为此，从工业和能源的角度而言，发展一种绿色、高效、长寿命的润滑材料显得尤为重要。
为了解决上述这些问题，我们提出了一种制备凝胶型润滑剂的方法，它是小分子凝胶因子通过氢键、范德华力、疏水作用、π–π堆积作用、配位键等相互作用发生超分子自组装形成网络或纤维结构，把液体润滑剂（如水，矿物油、合成润滑油等）变成类似果胶状的。重要的是，这种类型的润滑材料，具备很好的热可逆性及触变性能，在达到一定的温度或者剪切作用的影响下，能够迅速的从凝胶态转变为液态，当外力作用消失或者温度降低后，又能够快速的变为凝聚态。通过这种方式，就能够有效的解决润滑油的爬移或者泄露等缺陷，同时在一些特定的条件下，也能够作为润滑脂的替代品。目前，国内关于凝胶润滑剂的研究较少，国外的Takahashi等首先报道了一种热可逆的凝胶润滑剂，他们研究发现这种凝胶润滑剂的润滑能力与凝胶因子的结构、添加量等有很大的关系。摩擦学试验结果表明这种比空白的基础油具有较好的润滑性能例如较低的摩擦系数，较好的黏附特性，因为更容易在摩擦副的表面形成边界润滑层所以具有很好的抗磨能力（Takahashi, K.; Shitara, Y.; Kaimai, T.; Kanno, A.; Mori, S., Lubricating properties of TR Gel-lube—Influence of chemical structure and content of gel agent. Tribology International. 2010, 43, 1577-1583.）。我们课题组在国内首先报道了离子液体凝胶润滑剂，设计合成了新的低分子量凝胶因子，它是含有苯并三氮唑结构的咪唑离子液体。这种凝胶因子发生超分子自组装能使普通的离子液体发生凝胶化。其中凝胶因子结构中的苯并三氮唑基团，赋予其具有较好的抗腐蚀性能，另外这种超分子凝胶具有较好的导电性，有望作为抗腐蚀电解质用于太阳能电池，超级电容器，锂电池等。摩擦磨损试验表明这种凝胶在高低温的条件下都具有较好的摩擦学性能，所以这种抗腐蚀凝胶也有望被用作半固体的润滑剂，用于电接触润滑（Cai, M.; Liang, Y.; Zhou, F.; Liu, W., Functional ionic gels formed by supramolecular assembly of a novel low molecular weight anticorrosive/antioxidative gelator. Journal of Materials Chemistry, 2011, 21, 13399.）。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凝胶润滑剂组合物及其制备方法。
一种凝胶润滑剂组合物，由1wt% 至10 wt % 分子式（Ⅰ）的低分子量凝胶因子以及余量的水、液体石蜡（LP）、己二酸异十三醇酯（A51）、多烷基化环戊烷（MACs）、聚α-烯烃-10（PAO-10）以及聚乙二醇400（Ⅱf）其中的一种组成； 
                                                 
（Ⅰ）
所述的分子式（Ⅰ）的分子量为533.74，该化合物为白色固体，熔点为123℃，能够溶解于常见的有机溶剂。
本发明的凝胶润滑剂组合物的制备方法：将由1wt%至10 wt % 式（Ⅰ）的低分子量凝胶因子以及余量的水、液体石蜡（LP）、己二酸异十三醇酯（A51）、多烷基化环戊烷（MACs）、聚α-烯烃-10（PAO-10）以及聚乙二醇400（Ⅱf）其中的一种，加热搅拌充分溶解，冷却得凝胶润滑剂组合物。
 
（Ⅰ）
制取分子式（Ⅰ）的参考文献：Minakuchi, N.; Hoe, K.; Yamaki, K.; Ten-no, S.; Nakashima, S.; Goto, M.; Mizuhata, M.; Maruyama, T. Versatile supramolecular gelators that can harden water, organic solvents and ionic liquids. Langmuir 2012, 28 (25), 9259-66。
作为钢/钢摩擦副的润滑剂，凝胶润滑剂组合物能明显改善润滑油的摩擦学性能，具有优良的减摩抗磨性能以及高的承载能力。本发明的凝胶润滑剂组合物具有高的热稳定性，良好的润滑性能，能够有效的减缓因润滑油的流失、爬行或者泄露而造成的磨损，有望用于润滑领域如齿轮、轴承、浸油轴承工业等滚动摩擦副。
表1中的热重分析结果显示凝胶润滑剂具有较高的热稳定性。
表1为几种凝胶润滑剂的热重数据。
 
本发明的凝胶润滑剂组合物采用的实验方法如下：
采用Optimol-SRV-IV型摩擦磨损试验机评价凝胶润滑剂组合物在不同载荷和温度条件下的摩擦学性能。Optimol-SRV-IV型摩擦磨损试验机的摩擦副接触形式为球一盘点接触，选用频率为25 Hz，振幅为1 mm，试验时间为30 min，温度为室温和100oC，载荷为100N-400N，上试球为直径10 mm GCr15(SAE52100)钢球，下试盘为钢盘。
以实施例2表8为例进行具体说明，首先将加入量为凝胶润滑剂重的1%-10%（重）式（Ⅰ）和余量的液体石蜡（Ⅱb）加热，搅拌充分溶解，待其自然降温得凝胶润滑剂组合物。采用Optimol-SRV-IV型摩擦磨损试验机评价凝胶润滑剂在300N，室温和100℃条件下的摩擦学性能， SRV实验结果表明凝胶润滑剂组合物无论在室温和高温的条件下都比空白的液体石蜡具有更低的更平稳的摩擦系数和较小的磨损体积，具有优良的减摩抗磨性能，具体数据见表4，表5。总之，实验结果表明凝胶润滑剂组合物作为钢/钢摩擦副的润滑剂，明显改善空白润滑油的摩擦学性能，具有优良的减摩抗磨性能以及高的承载能力。
表2室温下水(Ⅱa)和式（Ⅰ）形成的凝胶组合物平均摩擦系数和平均磨损体积。（表2所得数据，载荷100N，选用频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球为直径为10mm钢球，下试样为钢块）
表3室温下离子液体聚-α烯烃（Ⅱe）组合物平均摩擦系数和平均磨损体积。（表3所得数据，载荷200N，选用频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球为直径为10mm钢球，下试样为钢块）
表4室温下LWMGO液体石蜡（Ⅱb）组合物平均摩擦系数和平均磨损体积。（表4所得数据，载荷300N，选用频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度20℃，实验上试球为直径为10mm钢球，下试样为钢块）
表5高温下100℃ LWMGO液体石蜡（Ⅱb）组合物平均摩擦系数和平均磨损体积。（表5所得数据，载荷300N，选用频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度100℃，实验上试球为直径为10mm钢球，下试样为钢块）
表6 LMWGO多烷基化环戊烷(Ⅱd)组合物平均摩擦系数（表6所得数据，载荷300N，选用频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度20℃，实验上试球为直径为10mm钢球，下试样为钢块）
具体实施方式
为了更好地理解本发明，通过实施例进行说明。
将由1wt%至10 wt % 式（Ⅰ）的低分子量凝胶因子以及余量的水、液体石蜡（LP）、己二酸异十三醇酯（A51）、多烷基化环戊烷（MACs）、聚α-烯烃-10（PAO-10）以及聚乙二醇400（Ⅱf）其中的一种，加热搅拌充分溶解，冷却得凝胶润滑剂组合物。
实施例1:
表7
实施例2：
表8
实施例3：
表9
实施例4：
表10
实施例5：
表11
实施例6：
表12
。

Claims (2)

1.一种凝胶润滑剂组合物，由1wt% 至10 wt % 分子式（Ⅰ）的低分子量凝胶因子以及余量的水、液体石蜡、己二酸异十三醇酯、多烷基化环戊烷、聚α-烯烃-10以及聚乙二醇400其中的一种组成； 
 （Ⅰ）
所述的分子式（Ⅰ）的分子量为533.74，该化合物为白色固体，熔点为123℃，能够溶解于常见的有机溶剂。
2.如权利要求1所述的一种凝胶润滑剂组合物的制备方法，其特征在于将由1wt%至10 wt % 式（Ⅰ）的低分子量凝胶因子以及余量的水、液体石蜡、己二酸异十三醇酯、多烷基化环戊烷、聚α-烯烃-10以及聚乙二醇400其中的一种，加热搅拌充分溶解，冷却得凝胶润滑剂组合物，
 
（Ⅰ）。
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