CN107523375B - 一种润滑油专用抗磨剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及润滑油技术领域，特别是涉及一种润滑油专用抗磨剂及其制备方法，所述润滑油专用抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：（1）水滑石前体的制备；（2）插层铝离子：将铝源与碱源在含水介质中反应，至沉淀完全消失，然后将其加入步骤（1）的水滑石前驱体中，在25～65℃下反应2～24小时，然后加入酸性物质调节体系pH为3~5，得到预产物；（3）将预产物在惰性气体中煅烧后，得到润滑油专用抗磨剂；在该抗磨剂是将铝离子插入水滑石的插层中，然后通过煅烧的方法将铝离子原位转化为氧化铝，形成由氧化铝插层的水滑石结构。该抗磨剂添加在润滑油中具有显著的抗磨作用，相比于单一的铝或者水滑石的直接复合具有更高的抗磨性。

Description

一种润滑油专用抗磨剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑油技术领域，特别是涉及一种润滑油专用抗磨剂及其制备方法。

背景技术

润滑油是用在各种类型汽车、机械设备上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂，主要起润滑、辅助冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用，只要是应用于两个相对运动的物体之间，而可以减少两物体因接触而产生的磨擦与磨损之功能，即为润滑油。

润滑油抗磨添加剂是现代润滑油的重要组成部分。通常在润滑油中使用的抗磨添加剂有硫类抗磨剂、磷类抗磨剂、硫磷类抗磨剂、卤素类抗磨剂、有机金属类抗磨剂和硼类抗磨剂。

在传统的润滑理论中，把润滑分为液体润滑和边界润滑。作相对运动的两个金属表面完全被润滑油膜隔开，没有金属的直接接触，这种润滑状态叫做液体润滑；随着载荷的增加，金属表面之间的油膜厚度逐渐减薄，当载荷增至一定程度，连续的油膜被金属表面的峰顶破坏，局部产生金属表面之间的直接接触，这种润滑状态叫做边界润滑。

在边界润滑中，当金属表面只承受中等负荷时，如有一种添加剂能被吸附在金属表面上或与金属表面剧烈磨损，这种添加剂称为抗磨添加剂。当金属表面承受很高的负荷时，大量的金属表面直接接触，产生大量的热，而抗磨剂形成的膜也被破坏，不再起保护金属表面的作用，如有一种添加剂能与金属表面起化学反应生成化学反应膜，起润滑作用，防止金属表面擦伤，甚至熔焊，通常把这种最苛刻的边界润滑叫做极压润滑，而这种添加剂称为极压添加剂。由于其在适用性能和作用机理上的区分是不很严格的，所以有时很难将二者区分开。故在西方 国家，把极压剂、抗磨剂和油性剂统称为载荷添加剂（Load－Carryingadditives）。

极压抗磨剂是一种重要的润滑脂添加剂，其大部分是一些含硫、磷、氯、铅、钼的化合物。在一般情况下，氯类、硫类可提高润滑脂的耐负荷能力，防止金属表面在高负荷条件下发生烧结、卡咬、刮伤；而磷类、有机金属盐类具有较高的抗磨能力，可防止或减少金属表面在中等负荷条件下的磨损。实际应用中，通常将不同种类的极压抗磨剂按一定比例混合使用性能更好。一般磷化物具有抗磨性，二氯化物与硫化物具有极压性。同时含氯和含磷或含硫化合物，既具有极压性，又具有抗磨性。应用于重负载齿轮箱、液压系统、内燃机等，如船舶、矿山机械、火车、工业齿轮箱、切割及锻压加工、轴承润滑等。

随着纳米技术和纳米材料的深入研究，其在润滑领域的应用前景也逐渐被人们所认识。近年来，国内外学者在纳米润滑油添加剂方面进行了大量的研究工作。纳米粒子润滑油添加剂能明显提高基础油的摩擦学性能，具有很好的开发应用前景，已经成为润滑材料的一个重要发展方向。在纳米润滑材料的研究中，纳米金属铜的研究最为集中。不过纳米粒子极易聚集成大颗粒，影响了纳米粒子在基础油的稳定分散性。影响润滑油的抗摩擦效果。

发明内容

针对纳米粒子极易聚集成大颗粒，影响了纳米粒子在基础油的稳定分散性的缺陷，本发明的目的是提供一种润滑油专用抗磨剂及其制备方法，该抗磨剂添加在润滑油中具有显著的抗磨作用，相比于单一的铝或者水滑石的直接复合具有更高的抗磨性。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种润滑油专用抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）水滑石前体的制备：制备层间阴离子为NO₃ ^-、层板二价、三价阳离子摩尔比M²⁺/M³⁺＝2～6的水滑石前体；

（2）插层铝离子：将铝源与碱源在含水介质中反应，至沉淀完全消失，然后将其加入步骤（1）的水滑石前驱体中，在25～65℃下反应2～24小时，然后加入酸性物质调节体系pH为3~5，得到预产物；

（3）将预产物在惰性气体中煅烧后，得到润滑油专用抗磨剂。

水滑石为层状双金属氢氧化物，属于阴离子型层状化合物，它具有主体层板的化学组成可调变、层间客体阴离子的种类和数量可调变、插层组装体的粒径尺寸和分布可调控的特点，可以做为润滑剂。

本发明中首先将铝源与碱源在含水介质中反应，至沉淀完全消失，从而形成了偏铝酸根阴离子团，将偏铝酸根阴离子团插入层中取代水滑石前驱体中的阴离子NO₃ ^-，从而将铝源插入水滑石中，这种方法采用常规的混合方法即可实现，如搅拌法、超声分散发，简单易行，无需复杂的仪器，安全可靠，成本低廉。

将偏铝酸根阴离子团插入水滑石层中后，通过加入酸性物质，与偏铝酸根阴离子团进一步反应，即可生成铝离子，制成铝离子插层的水滑石结构。

在对铝离子插层的水滑石进行煅烧，即可得到氧化铝离子插层的水滑石，即润滑油专用抗磨剂。

本发明中，水滑石的种类是影响后续插层反应的重要因素，需要调控层间距，以便偏铝酸根的插入，如果层间距过小，则偏铝酸根无法插入层间，如果层间距过小，在酸化后，产生的铝离子容易从层间脱离，降低了插层的效率，优选的，在步骤（1）中，M为金属，其中M²⁺选自Mg²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺和Co²⁺中的至少一种，M³⁺选自Al³⁺、Fe³⁺和Cr³⁺中的至少一种。

本发明对水滑石前驱体的制备方法没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所常知，例如可以为：在步骤（1）中，所述水滑石前驱体的制备方法为：将M²⁺与M³⁺在水溶液中混合均匀，然后加入碱性溶液，调节溶液pH为10~11，在60~120℃晶化4~10h，将产物离心洗涤至中性，得到水滑石前体。

本发明中，碱源主要起到调节溶液pH、制备偏铝酸根的作用，本发明对其没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所公知，例如，在步骤（2）中，所述碱源为无机碱和/或有机碱，具体可以为碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、脲及其衍生物和有机胺中的至少一种，进一步优选的，所述碱源为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵中的至少一种。

本发明中，酸性物质主要起调节pH的作用，并将偏铝酸根离子转化为铝离子，本发明对酸性物质的种类没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所常知，例如所述碱源可以为无机酸和/或有机酸，所述无机酸可以为盐酸、硝酸、硫酸、硼酸、高氯酸、硫氰酸、亚硫酸、磷酸、亚磷酸、次氯酸等中的至少一种；所述有机酸可以为甲酸、乙酸、苯甲酸、苯磺酸等中的至少一种。

本发明中对于铝源的种类没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所知，例如，所述铝源可以为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、明矾、乙基铝、丁基铝、乙酸铝、甲酸铝、草酸铝、丙酸铝等中的至少一种。

本发明中铝源和水滑石前驱体的比例是影响其润滑性能的重要因素，如果铝源的含量过高，则使插层中铝原子的含量过高，提高了插层的致密度，从而降低体系的润滑性能，如果铝源的含量过低，同时会降低插层中铝原子的含量，无法起到改性水滑石的作用，优选的，所述铝源与水滑石前驱体的比例为1mmol：（5~10）g。

本发明中，所述煅烧是在保护气中进行的，优选的，所述保护气为氮气和氩气中的至少一种。

煅烧温度和煅烧时间是影响润滑剂性质的重要因素，本发明中，优选的，所述煅烧温度为250~550℃，煅烧时间为1~5h。

一种润滑油专用抗磨剂，根据上述制备方法制备得到。

所述润滑油专用抗磨剂由类水滑石和氧化铝微粒组成；

其中，所述类水滑石为硝酸根插层类水滑石；氧化铝微粒的粒径在1μm以下，且均匀分布于类水滑石的层间。

本发明一种润滑油专用抗磨剂及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

本发明一种润滑油专用抗磨剂及其制备方法，在该抗磨剂是将铝离子插入水滑石的插层中，然后通过煅烧的方法将铝离子原位转化为氧化铝，形成由氧化铝插层的水滑石结构。该抗磨剂添加在润滑油中具有显著的抗磨作用，相比于单一的铝或者水滑石的直接复合具有更高的抗磨性。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种润滑油专用抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）水滑石前体的制备：将硝酸镁与硝酸铝在水溶液中混合均匀，然后加入氢氧化钠，调节溶液pH为10，在60~120℃晶化4~10h，将产物离心洗涤至中性，得到摩尔比为Mg²⁺/Al³⁺＝3的水滑石前体，所述水滑石前体的粒径为300nm；

（2）插层铝离子：将硫酸铝与氢氧化钠在含水介质中反应，至沉淀完全消失，然后将其加入步骤（1）的水滑石前驱体中，在25℃下反应2小时，然后加入盐酸调节体系pH为3，得到预产物其中，所述铝源与水滑石前驱体的比例为1mmol：5g；

（3）将预产物在氮气中煅烧后，所述煅烧温度为250℃，煅烧时间为1h，得到润滑油专用抗磨剂。

根据上述方法制备的润滑油专用抗磨剂，由类水滑石和氧化铝微粒组成；

其中，所述类水滑石为硝酸根插层类水滑石；所述

氧化铝微粒的粒径为300nm，且均匀分布于类水滑石的层间。

实施例2

一种润滑油专用抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）水滑石前体的制备：将硝酸锌与硝酸铝在水溶液中混合均匀，然后加入氢氧化钠，调节溶液pH为11，在100℃晶化4h，将产物离心洗涤至中性，得到摩尔比Zn²⁺/Al³⁺＝3的水滑石前体，所述水滑石前体的粒径为500nm；

（2）插层铝离子：将硫酸铝与氢氧化钠在含水介质中反应，至沉淀完全消失，然后将其加入步骤（1）的水滑石前驱体中，在26℃下反应3小时，然后加入盐酸调节体系pH为4，得到预产物，其中，所述铝源与水滑石前驱体的比例为1mmol：10g；

（3）将预产物在氮气中煅烧后，所述煅烧温度为255℃，煅烧时间为2h，得到润滑油专用抗磨剂。

根据上述方法制备的润滑油专用抗磨剂，由类水滑石和氧化铝微粒组成；

其中，所述类水滑石为硝酸根插层类水滑石；所述

氧化铝微粒的粒径为300nm，且均匀分布于类水滑石的层间。

实施例3

一种润滑油专用抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）水滑石前体的制备：将硝酸铜与硝酸铝在水溶液中混合均匀，然后加入氢氧化钠，调节溶液pH为10，在100℃晶化6h，将产物离心洗涤至中性，得到Cu²⁺/Al³⁺＝4的水滑石前体，所述水滑石前体的粒径为200纳米；

（2）插层铝离子：将硫酸铝与氢氧化钠在含水介质中反应，至沉淀完全消失，然后将其加入步骤（1）的水滑石前驱体中，在7℃下反应5小时，然后加入盐酸调节体系pH为5，得到预产物其中，所述铝源与水滑石前驱体的比例为1mmol：6g；

（3）将预产物在氮气中煅烧后，所述煅烧温度为300℃，煅烧时间为4h，得到润滑油专用抗磨剂。

根据上述方法制备的润滑油专用抗磨剂，由类水滑石和氧化铝微粒组成；

其中，所述类水滑石为硝酸根插层类水滑石；所述

氧化铝微粒的粒径为200nm，且均匀分布于类水滑石的层间。

实施例4

一种润滑油专用抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）水滑石前体的制备：将硝酸锌与硝酸铁在水溶液中混合均匀，然后加入氢氧化钠，调节溶液pH为11，在120℃晶化10h，将产物离心洗涤至中性，得到Zn²⁺/Fe³⁺＝2的水滑石前体，所述水滑石前体的粒径为800nm；

（2）插层铝离子：将硝酸铝与氢氧化锂在含水介质中反应，至沉淀完全消失，然后将其加入步骤（1）的水滑石前驱体中，在27℃下反应5小时，然后加入硝酸调节体系pH为3，得到预产物所述铝源与水滑石前驱体的比例为1mmol：8g；

（3）将预产物在氩气中煅烧后，所述煅烧温度为280℃，煅烧时间为4h，得到润滑油专用抗磨剂。

根据上述方法制备的润滑油专用抗磨剂，由类水滑石和氧化铝微粒组成；

其中，所述类水滑石为硝酸根插层类水滑石；所述

氧化铝微粒的粒径为800nm，且均匀分布于类水滑石的层间。

实施例5

一种润滑油专用抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）水滑石前体的制备：将硝酸锌与硝酸铁在水溶液中混合均匀，然后加入氢氧化钠，调节溶液pH为10，在120℃晶化4h，将产物离心洗涤至中性，得到Zn²⁺/Fe³⁺＝6的水滑石前体，所述水滑石前体的粒径为1微米；

（2）插层铝离子：将硝酸铝与氢氧化锂在含水介质中反应，至沉淀完全消失，然后将其加入步骤（1）的水滑石前驱体中，在28℃下反应12小时，然后加入硝酸调节体系pH为5，得到预产物所述铝源与水滑石前驱体的比例为1mmol：10g；

（3）将预产物在氩气中煅烧后，所述煅烧温度为500℃，煅烧时间为5h，得到润滑油专用抗磨剂。

根据上述方法制备的润滑油专用抗磨剂，由类水滑石和氧化铝微粒组成；

其中，所述类水滑石为硝酸根插层类水滑石；所述

氧化铝微粒的粒径为1微米，且均匀分布于类水滑石的层间。

测试：

将本发明实施例1~5中的润滑油抗磨剂与市场通用的ZDDP极压添加剂以150NS基础油为载体，在四球机中与Faville-Levally公司生产的钢球进行抗磨协同比较，其中抗磨剂的添加量为润滑油总量的1.5%，结果如表1：

表1：

Claims (7)

1.一种润滑油专用抗磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）水滑石前体的制备：制备层间阴离子为NO3-、层板二价、三价阳离子摩尔比M²⁺/M³⁺＝2～6的水滑石前体；

（2）插层铝离子：将铝源与碱源在含水介质中反应，至沉淀完全消失，然后将其加入步骤（1）的水滑石前驱体中，在25～65℃下反应2～24小时，然后加入酸性物质调节体系pH为3~5，得到预产物；所述碱源为碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、脲及其衍生物和有机胺中的至少一种，所述铝源为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝中的至少一种，所述酸性物质为盐酸、硝酸、硫酸、苯甲酸中的至少一种；

（3）将预产物在惰性气体中煅烧后，得到润滑油专用抗磨剂；

其中，M为金属，其中M²⁺选自Mg²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺和Co²⁺中的至少一种，M³⁺选自Al³⁺、Fe³⁺和Cr³⁺中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的润滑油专用抗磨剂的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述水滑石前驱体的制备方法为：将M²⁺与M³⁺在水溶液中混合均匀，然后加入碱性溶液，调节溶液pH为10~11，在60~120℃晶化4~10h，将产物离心洗涤至中性，得到水滑石前体。

3.根据权利要求1所述的润滑油专用抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述铝源与水滑石前驱体的比例为1mmol：（5~10）g。

4.根据权利要求1所述的润滑油专用抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气和氩气中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的润滑油专用抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为250~550℃，煅烧时间为1~5h。

6.一种润滑油专用抗磨剂，其特征在于，由权利要求1~5中任意一项所述的制备方法制备得到。

7.根据权利要求6所述的润滑油专用抗磨剂，其特征在于，所述润滑油专用抗磨剂由类水滑石和氧化铝微粒组成；其中，所述类水滑石为硝酸根插层类水滑石；氧化铝微粒的粒径在1μm以下，且均匀分布于类水滑石的层间。