CN106967481B - 发动机纳米养护剂及其制备方法和应用 - Google Patents

发动机纳米养护剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机纳米养护剂及其制备方法和应用，属于润滑剂制备领域，所述发动机纳米养护剂，由以下质量百分比的组分组成：无机纳米材料0.001～10％、纳米有机钼0.001～20％、清净剂0.005～10％、分散剂0.005～10％和余量分散介质。本发明制备的发动机纳米养护剂能够稳定均匀的存储36个月以上，沉降值小于3，可在室温下进行制备、存储和运输；且制备工艺简单，制备过程中无三废产生，符合环保要求。

Description

发动机纳米养护剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明公开了一种发动机纳米养护剂及其制备方法和应用，特别是涉及一种用于发动机、齿轮、轴承等机械设备起到润滑作用的发动机纳米养护剂及其制备方法和应用。
背景技术
为起抗摩减磨作用，可在润滑油中加入某些固体微粒。例如石墨、二硫化钼、特氟龙等，它们的粒径都是微米级或亚微米级。由于它们在油中的状态不稳定，其析出物易造成油路堵塞和加速油泥生成，目前已很少推荐使用。
随着纳米技术的升温，近年来在润滑油中加入纳米材料的工作做了一些探索。例如，加入纳米金属微粒(Cu、Fe、Ni、Co等)、纳米SiO2、Ti3(BO3)2、纳米金刚石、纳米有机铜、纳米有机钼等作为极压抗磨剂。纳米金刚石微粒小于10nm，纳米材料的优异性能充分体现。加入到润滑油中，从摩擦磨损的检测数据看，取得了较好的效果。但纳米粉体的稳定悬浮问题没有得到很好的解决，这就妨碍了它的实际应用。
现市售的润滑油多在矿物油中加入各种添加剂，以改善基础油的理化性能。在高温和边界润滑条件下，极压抗磨剂是不可缺少的。现常用含有磷、硫和氯的极压抗磨剂，但这会腐蚀机件且不利于环保。目前极压抗磨剂以磷系居多。过多的磷会导致汽车尾气催化剂中毒，控制磷含量乃是机油发展的趋势之一。
有关发动机纳米养护剂及其制备方法也有如下报道。
专利CN101967418A涉及一种油性超硬粉体悬浮液及其制备方法，其主要组分有纳米金刚石粉、纳米氮化硼、助悬剂、清净分散剂、矿物油、合成油。制备工艺为将实现配好的纳米金刚石粉、纳米氮化硼、助悬剂、清净分散剂、矿物油、合成油混合好用搅拌器或超声波分散均匀后用高压均质机均匀化。该悬浮研磨抛光液可制成车用润滑油、工业润滑油等，广泛用于内燃机、齿轮、轴承等机械设备的润滑、养护。但纳米超硬粉体本身属于非亲油性物质，长期不用会导致颗粒沉淀。
发明内容
为解决现有技术中发动机纳米养护剂存在的悬浮稳定性及极压抗磨等问题，本发明提供了一种发动机纳米养护剂及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一方面，本发明提供一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分比的组分组成：无机纳米材料0.001～10％、纳米有机钼0.001～20％、清净剂0.050～10％、分散剂0.005～10％和余量分散介质。
进一步的，上述发动机纳米养护剂，由以下质量百分比的组分组成：无机纳米材料5～10％、纳米有机钼10～20％、清净剂5～10％、分散剂5～10％和余量分散介质。
进一步的，所述发动机纳米养护剂40℃运动粘度为2～1500mm2/s。
优选的，所述无机纳米材料为纳米SiO2、纳米Ti3(BO3)2、纳米金刚石粉或纳米二硫化钼中的一种或几种，所述无机纳米材料的粒径为1～100nm。采用粒径较小的无机纳米材料，有利于克服颗粒大导致的润滑剂不稳定的问题。
进一步的，所述分散介质是矿物油、烃类合成油或加氢异构油中的一种或几种。
优选的，所述纳米有机钼为二烷基二硫代磷酸氧钼、含氮二烷基二硫代磷酸氧钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼、钼胺络合物、环烷酸钼或烷基水杨酸钼中的一种或几种。
优选的，所述清净剂为T-101低碱值石油磺酸钙、T-104低碱值合成磺酸钙、T-105中碱值合成磺酸钙、T-106高碱值合成磺酸钙、T-106A超碱值合成磺酸钙(TBN400)、T-107超碱值合成磺酸镁、T-109烷基水杨酸钙或T-115B硫化烷基酚钙中的一种或几种。
优选的，所述分散剂为T-151单丁二酰亚胺无灰分散剂、T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂、T-154A聚异丁烯丁二酰亚胺、T-155聚异丁烯多丁二酰亚胺或T-161高分子量聚异丁烯多丁二酰亚胺中的一种或几种。
另一方面，本发明还提供一种上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：将无机纳米材料、纳米有机钼、清净剂和分散剂分散混合均匀，分散方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声分散中的一种或是几种的配合，混合成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液和分散介质分散混合均匀，分散方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声分散中的一种或是几种的配合，混合成混合液。
步骤3：对混合液进行均匀化处理，处理方法可以采用高速机械搅拌、超声震荡、高压喷射中的一种或几种的配合，得到一种发动机纳米养护剂。
再一方面，本发明又提供了一种上述发动机纳米养护剂的应用，所述润滑剂用于车用润滑油、工业润滑油，可广泛用于发动机、齿轮、轴承等机械设备的润滑、养护。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明制备的发动机纳米养护剂能够稳定均匀的存储36个月以上，沉降值小于3，可在室温下进行制备、存储和运输；
2)本发明制备工艺简单，制备过程中无三废产生，符合环保要求。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本发明针对现有技术中发动机纳米养护剂悬浮稳定性等问题，提供一种发动机纳米养护剂及其制备方法和应用。
下述实施例中所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。
实施例1：
一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分数的组分组成：
Figure BDA0001234963180000041
上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：0.001％粒径为1～100nm的SiO2，0.001％二烷基二硫代磷酸氧钼，0.005％T-101低碱值石油磺酸钙，0.005％T-151单丁二酰亚胺无灰分散剂，磁力搅拌混合均匀，形成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液和99.988％矿物油分磁力搅拌混合均匀，制成混合液。
步骤3：对混合液进采用高速机械搅拌行均匀化处理，得到一种发动机纳米养护剂。
实施例2：
一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分数的组分组成：
Figure BDA0001234963180000042
上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：2％粒径为1～100nm的Ti3(BO3)2，5％二烷基二硫代氨基甲酸钼，3％T-105中碱值合成磺酸钙，3％T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂，磁力搅拌混合均匀，形成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液和87％烃类合成油分磁力搅拌混合均匀，制成混合液。
步骤3：对混合液进采用高速机械搅拌行均匀化处理，得到一种发动机纳米养护剂。
实施例3：
一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分数的组分组成：
Figure BDA0001234963180000051
上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：2％粒径为1～100nm的金刚石粉，5％二烷基二硫代氨基甲酸钼，3％T-105中碱值合成磺酸钙，3％T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂，磁力搅拌混合均匀，形成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液和87％烃类合成油分磁力搅拌混合均匀，制成混合液。
步骤3：对混合液进采用高速机械搅拌行均匀化处理，得到一种发动机纳米养护剂。
实施例4：
一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分数的组分组成：
Figure BDA0001234963180000052
上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：2％粒径为1～100nm的金刚石粉，3％粒径为1～100nm的SiO2，5％二烷基二硫代氨基甲酸钼，5％钼胺络合物，2％T-109烷基水杨酸钙，3％T-107超碱值合成磺酸镁，3％T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂，2％T-155聚异丁烯多丁二酰亚胺，磁力搅拌混合均匀，形成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液、50％烃类合成油和25％加氢异构油分磁力搅拌混合均匀，制成混合液。
步骤3：对混合液进采用高速机械搅拌行均匀化处理，得到一种发动机纳米养护剂。
实施例5：
一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分数的组分组成：
Figure BDA0001234963180000061
上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：5％粒径为1～100nm的金刚石粉，5％二烷基二硫代氨基甲酸钼，5％钼胺络合物，2％T-109烷基水杨酸钙，3％T-107超碱值合成磺酸镁，3％T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂，2％T-155聚异丁烯多丁二酰亚胺，磁力搅拌混合均匀，形成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液、50％烃类合成油和25％加氢异构油分磁力搅拌混合均匀，制成混合液。
步骤3：对混合液进采用高速机械搅拌行均匀化处理，得到一种发动机纳米养护剂。
实施例6：
一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分数的组分组成：
Figure BDA0001234963180000071
上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：5％粒径为1～100nm的金刚石粉，5％二烷基二硫代氨基甲酸钼，5％钼胺络合物，2％T-109烷基水杨酸钙，3％T-107超碱值合成磺酸镁，3％T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂，2％T-155聚异丁烯多丁二酰亚胺，磁力搅拌混合均匀，形成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液、50％烃类合成油和25％加氢异构油分磁力搅拌混合均匀，制成混合液。
步骤3：对混合液进采用高速机械搅拌行均匀化处理，得到一种发动机纳米养护剂。
实施例7：
一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分数的组分组成：
Figure BDA0001234963180000072
Figure BDA0001234963180000081
上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：5％粒径为1～100nm的金刚石粉，5％粒径为1～100nm的二硫化钼，15％烷基水杨酸钼，5％环烷酸钼，25％T-105中碱值合成磺酸钙，5％T-106高碱值合成磺酸钙，5％T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂，5％T-154A聚异丁烯丁二酰亚胺，磁力搅拌混合均匀，形成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液、30％矿物油和20％加氢异构油分磁力搅拌混合均匀，制成混合液。
步骤3：对混合液进采用高速机械搅拌行均匀化处理，得到一种发动机纳米养护剂。
为进一步说明本发明制备的发动机纳米养护剂的稳定性，以实施例3为例，构建对比例如下。
对比例1：
一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分数的组分组成：
Figure BDA0001234963180000082
上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：5％粒径为1～100nm的金刚石粉，2％T-109烷基水杨酸钙，3％T-107超碱值合成磺酸镁，3％T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂，2％T-155聚异丁烯多丁二酰亚胺，磁力搅拌混合均匀，形成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液、50％烃类合成油和25％加氢异构油分磁力搅拌混合均匀，制成混合液。
步骤3：对混合液进采用高速机械搅拌行均匀化处理，得到一种发动机纳米养护剂。
对比例2：
一种发动机纳米养护剂，由以下质量百分数的组分组成：
Figure BDA0001234963180000091
上述发动机纳米养护剂的制备方法，包括：
步骤1：5％二烷基二硫代氨基甲酸钼，5％钼胺络合物，2％T-109烷基水杨酸钙，3％T-107超碱值合成磺酸镁，3％T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂，2％T-155聚异丁烯多丁二酰亚胺，磁力搅拌混合均匀，形成纳米材料溶液。
步骤2：将纳米材料溶液、50％烃类合成油和25％加氢异构油分磁力搅拌混合均匀，制成混合液。
步骤3：对混合液进采用高速机械搅拌行均匀化处理，得到一种发动机纳米养护剂。
对上述实施例和对比例制备的发动机纳米养护剂测试其悬浮稳定性，参照ASTMD1309以及涂料沉降值的测定方法，按照如下方法测定：取100ml量筒用纯化水洗净、烘干。在烘干的量筒内加入100ml配好的一种油性超硬粉体悬浮液。静置720小时后，读取量筒上部清液的毫升数，即为沉降值。该值越大，说明悬浮性越差，该值越小，说明悬浮性越好。测试结果见表1。
表1
Figure BDA0001234963180000092
Figure BDA0001234963180000101
由表1可，以本发明的配方及制备方法制备的发动机纳米养护剂其储存稳定性和沉降值要明显优于对比例数据。这可能是由于单纯的无机纳米材料(对比例1)属于非亲油性物质，长期存储颗粒会沉降，导致体系不稳定；而单纯的有机钼体系(对比例2)，容易氧化分解产生酸性物质，使得分散介质劣化，化学性质不稳定，同时有效成分含量较少，效果持续时间短。
与纳米SiO2、纳米Ti3(BO3)2或纳米二硫化钼相比，添加纳米金刚石粉和纳米有机钼得到的润滑剂的稳定性稍差，但是也要优于不含无机纳米材料或者是纳米有机钼得到的润滑剂。故而，只有当无机纳米材料与有机钼同时存在时，按照本发明的方法制备的发动机纳米养护剂的悬浮稳定性最好。
对上述实施例6发动机纳米养护剂制备的加剂油进行发动机台架100小时对比试验，测试发动机性能。首先对润滑油各节点理化性能进行检验，结果见表2。
表2
Figure BDA0001234963180000102
测试发动机性能结果见表3至表9，具体分析如下。
表3
Figure BDA0001234963180000111
由表3可知，发动机标准状态扭矩和标准状态功率对比内燃机8.93％。
表4
Figure BDA0001234963180000112
由表4可知，发动机负荷特性数据对比燃油消耗率降低7.77％。
表5
Figure BDA0001234963180000113
由表5可知，润滑油清净性得分88.0，高于参比油1.7分。活塞环和进、排气门沉积物质量沉积物降低了59.92％。
表6
Figure BDA0001234963180000121
由表6可知，运行100h发动机磨损润滑油金属铁含量降低37.21％，铬降低了57.76％。
表7
Figure BDA0001234963180000122
由表7可知，活塞磨损量减少了14.29％，活塞环磨损量平均减少了64.7％，一环(油环)滑动面磨损降低了58.57％；二环(气环)滑动面磨损降低了70.83％；缸套磨损量减少了27.98％。
表8
Figure BDA0001234963180000131
由表8可知，磨损件表面粗糙度都有所降低，轴瓦降低了30.40％，进气门摇臂降低了26.14％，排气门摇臂降低了3.7％，缸套降低了3.0％。
表9
Figure BDA0001234963180000132
由表9可知，高低怠速，HC化合物平均降低了45.83％，烟度降低了11.5％，二氧化碳排放降低了29.67％。
对本发明制备的发动机纳米养护剂进行低温冷启动试验，依据GB/T1147.2-2007在-30℃的低温环境下，在满足低温起动条件(-30#燃油、低温机油、-30℃防冻液、低温蓄电池等)，柴油机停机静放12小时。在未使用其他辅助手段的情况下，经试验该柴油机在11秒内启动三次，全部启动成功，符合国标。
综上所述，本发明制备的发动机纳米养护剂能够稳定均匀的存储36个月以上，沉降值小于3；发动机台架100小时对比试验，证明用于发动机，使其性能高于参比油。
以上所举的实验仅是本发明的较佳的实例，并不用于限定本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种发动机纳米养护剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：无机纳米材料5～10％、纳米有机钼10～20％、清净剂5～10％、分散剂5～10％和余量分散介质；
所述无机纳米材料为纳米SiO2、纳米Ti3(BO3)2或纳米二硫化钼中的一种或几种；
所述纳米有机钼为二烷基二硫代磷酸氧钼、含氮二烷基二硫代磷酸氧钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼、钼胺络合物、环烷酸钼或烷基水杨酸钼中的一种或几种；
所述无机纳米材料的粒径为1～100nm。
2.根据权利要求1所述的发动机纳米养护剂，其特征在于，所述分散介质是矿物油、烃类合成油或加氢异构油中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的发动机纳米养护剂，其特征在于，所述清净剂为T-101低碱值石油磺酸钙、T-104低碱值合成磺酸钙、T-105中碱值合成磺酸钙、T-106高碱值合成磺酸钙、T-106A超碱值合成磺酸钙、T-107超碱值合成磺酸镁、T-109烷基水杨酸钙或T-115B硫化烷基酚钙中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的发动机纳米养护剂，其特征在于，所述分散剂为T-151单丁二酰亚胺无灰分散剂、T-154双丁二酰亚胺无灰分散剂、T-154A聚异丁烯丁二酰亚胺、T-155聚异丁烯多丁二酰亚胺或T-161高分子量聚异丁烯多丁二酰亚胺中的一种或几种。
5.权利要求1至4任一所述的发动机纳米养护剂的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：将无机纳米材料、纳米有机钼、清净剂和分散剂分散混合均匀，分散方法采用机械搅拌、超声分散中的一种或是几种的配合，混合成纳米材料溶液；
步骤2：将纳米材料溶液和分散介质分散混合均匀，分散方法采用机械搅拌、超声分散中的一种或是几种的配合，混合成混合液；
步骤3：对混合液进行均匀化处理，处理方法采用高速机械搅拌、超声震荡、高压喷射中的一种或几种的配合，得到一种发动机纳米养护剂。
6.权利要求1至4任一所述的发动机纳米养护剂的应用，其特征在于，所述发动机纳米养护剂用于车用润滑油、工业润滑油。
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