CN109135890A - 一种改性润滑油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及润滑油技术领域，且特别涉及一种改性润滑油及其制备方法，其包括主要原料为基础油200～300份、氟化石墨烯2～5份、油酸10～15份、离子液体15～60份、抗氧化剂5～15份、增塑剂0.5～1份、乳化剂0.5～1份和5～25份的有机钼混合物；本发明通过离子液体中的负离子与氟化石墨烯中的氟原子两者之间的配合来使得氟化石墨烯分散在润滑油中，从而使得润滑油的承载能力和耐磨性能均得到有效提高，具有良好的应用前景。

Description

一种改性润滑油及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑油技术领域，且特别涉及一种改性润滑油及其制备方法。

背景技术

润滑油是指用在各种类型汽车传动、机械设备、精密仪器上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体润滑剂，主要用于减少运动部件表面间的摩擦，同时对机器设备具有冷却、密封、防腐、防锈、绝缘、功率传送、清洗杂质等作用。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，如抗氧化性、耐磨性、降凝性等，是润滑油的重要组成部分。

石墨良好的成膜性、抗极压性、减磨降阻性、可牢固粘附金属的填充修补性、优良的导热性、减振密封性及化学稳定性等特性使得石墨作为润滑油添加剂可以提高润滑油的耐磨性和抗极压性能。随着纳米材料的研究及发展，纳米材料有了新的应用领域。人们将纳米材料应用于摩擦学领域，发现纳米材料具有比传统的固体润滑材料更好的摩擦学性能。在摩擦过程中，纳米材料在摩擦副表面沉积，可与金属表面产生共晶，从而填补由摩擦造成的沟壑，形成具有润滑作用的修复膜，纳米材料的摩擦自修复功能使其在润滑油领域的研究具有很好的应用前景。

相比于普通石墨而言，纳米石墨具有更好的润滑性能、分散性能和耐磨性能。如公开号为CN103740436A的中国专利文献公开了一种纳米石墨润滑油，按质量份数组成为：650SN基础油60-70份，250BS基础油10-12份，150BS基础油18-23份，清净剂1.5-2.5份，分散剂2-2.5份，极压抗磨剂0.5-1.2份，防锈剂0.6-0.8份，抗氧剂0.3-0.6份，降凝剂0.1-0.15份，抗泡沫剂20-80ppm，增粘剂5-9份，抗氧抗腐剂0.6-0.8份，粘度指数改进剂3-5份，破乳剂0.1-0.2份，纳米石墨0.1-1份，纳米ZrO210-15份。但由于纳米材料的比表面积大，容易团聚，而且纳米石墨的油溶性较差，导致纳米石墨在油相里面很难分散，难以起到应有的效果。

为了提高石墨烯的润滑耐磨能力，对石墨烯进行改性至关重要，绝大多数报道着眼于石墨烯与石墨烯与其它纳米材料的杂化。而杂化法的最大缺点是操作繁琐，常需要较精细的结构控制，此外，外来纳米颗粒与石墨烯片层结合力弱在摩擦过程中容易被剥离。这些都极大限制了杂化法的运用。

直接氟化技术是石墨烯改性的有效手段，其操作简单，价格低廉，效果显著，受到人们极大关注。其可以通过控制氟化程度来调控石墨烯的层间距且氟原子间能产生大的排斥力，因而氟化石墨烯在润滑耐磨领域表现出一定的优势。但是，现有的氟化方法存在着以下缺点：如果氟化程度低，少量氟的存在致使氟之间排斥力不够，层间距较低，不能到达对氟化石墨烯高耐磨的的要求。若要提高氟化程度，就需要在高温条件下发生氟化反应，且氟气本身具有高的化学活性和危险性，因此，高温氟化工艺存在安全隐患，且耗能高，对反应设备要求苛刻；同时，氟气用量大，且氟气利用率不高。尽管目前在高温条件下制备的氟化石墨烯尽管具有很高的氟化程度，但其层间距不大，需要进一步增大其层间距，以更好地提高其在润滑油中的耐磨性能。

离子液体是指在室温或室温附近呈液态的、完全由正负离子构成的熔盐体系，一般是由特定的、体积相对较大的有机阳离子和体积相对较小的无机或有机阴离子通过库仑力结合构成。与其他固体或液体材料相比，它的液态性质和离子存在形式使其展现出独特的理化性质及特有的功能，离子液体具有理想润滑剂必不可少的特性，随着科学技术的进步及工业的发展，高速、重载、超低或高温等运转条件对摩擦和磨损提出了越来越高的要求。为了进一步提高相应装备与设备使用质量和使用寿命和综合性能，离子液体作为一种新型的高性能液态润滑助剂逐步获得应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用各种添加剂之间良好的协同效应，制备得到的润滑油表现出优异的抗极压性能和高承载能力，耐磨性能好，同时还能够提供优异的长效润滑性能的改性润滑油及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

提供一种改性润滑油，按照重量份数计，其包括以下原料：

基础油200～300份、氟化石墨烯2～5份、油酸10～15份、离子液体15～60份、抗氧化剂5～15份、增塑剂0.5～1份、乳化剂0.5～1份和5～25份的有机钼混合物；

其中，所述氟化石墨烯按以下步骤制备：将含有水分质量1～5％的氧化石墨烯在氟气混合气体下进行氟化15～25min获得氟化石墨烯湿粉体，采用60℃的真空干燥获得氟化石墨烯纳米片；所述氟气混合气体包括惰性气体和体积分数为10～15％氟气。

进一步的，上述的改性润滑油中，所述离子液体为含有四氟硼酸根离子液体。

进一步的，上述的改性润滑油中，所述有机钼混合物为二烷基二硫代磷酸氧钼、硫代磷酸钼盐或有机酸钼盐中的一种或几种。

进一步的，上述的改性润滑油中，所述增塑剂为环氧棉籽油酸丁酯。

进一步的，上述的改性润滑油中，所述乳化剂为椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、聚甘油-10油酸酯中的一种或两种。

进一步的，上述的改性润滑油中，所述基础油为矿物基础油、合成基础油或植物油基础油其中的一种或多种混合。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：

提供一种改性润滑油的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一、将所述油酸和所述氟化石墨烯混合，在60℃的条件下搅拌反应1～2h，得到第一混合液，将第一混合液加入到离子液体中，在120～140℃的条件下保温搅拌反应2～3小时得到第二混合液；

步骤二、将第二混合液加入到基础油中，在温度50～70℃的条件下，首先高速机械搅拌10～20分钟，再胶磨25～40分钟，获得润滑改性溶液；

步骤三、将所述抗氧化剂、增塑剂、乳化剂、有机钼混合物与润滑改性溶液混合搅拌调和获得改性润滑油。

进一步的，上述的改性润滑油的制备方法中，所述步骤一和步骤二均处于真空或者处于惰性气体的条件下进行。

本发明的有益效果在于：通过使用离子液体与氟化石墨烯，氟原子具有强的吸电子能力，离子液体的负离子具有一定的亲核性，二者存在类似化学键合的亲电-亲核相互作用，使得化学惰性的氟化石墨烯良好分散，达到分散剂的效果，氟化石墨烯可均匀分散在润滑油中，并使油膜厚度增加，润滑油的承载能力得以提高；通过控制氟化程度来调控石墨烯的层间距且氟原子间能产生大的排斥力，配合亲电-亲核相互作用，在低氟化的情况下，石墨烯依然不容易发生团聚现象，保证润滑油的稳定性；同时，由于部分离子液体的负离子易与摩擦副的正电荷点结合，形成过渡态，且结构有序，并能保持一定厚度，由于石墨烯片层间极小的剪切力，使其容易滑动，从而避免摩擦配副之间的直接接触，使滑动发生在润滑油内部，因而摩擦配副的摩擦系数和磨损率明显降低，因此能够形成强的界面相互作用，能够通过摩擦吸附膜的形式显著提高润滑剂的承载抗磨性能；通过使用有机钼混合物，能够反应产生填补摩擦副表面的缺口成分，使摩擦副表面更加光滑平整，从而实现磨损率的下降。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。

本发明最关键的构思在于：离子液体中的负离子与氟化石墨烯中的氟原子两者之间的配合来使得氟化石墨烯分散在润滑油中，从而使得润滑油的承载能力和耐磨性能均得到有效提高。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：一种改性润滑油，按照重量份数计，其包括以下原料：

基础油200～300份、氟化石墨烯2～5份、油酸10～15份、离子液体15～60份、抗氧化剂5～15份、增塑剂0.5～1份、乳化剂0.5～1份和5～25份的有机钼混合物；

其中，所述氟化石墨烯按以下步骤制备：

(1)、将氧化石墨烯先进行干燥后再将氧化石墨烯分散在水中，得到含水的氧化石墨烯；

(2)、选取含水量为1～5％的氧化石墨烯；

(3)、将上述氧化石墨烯置于反应釜中，在所述反应釜中通入所述氟气混合气体包括惰性气体和体积分数为10～15％氟气下进行氟化15～25min，所述反应釜内压力从常压持续增压到压力为2～3MPa后保持压力，同时保持温度50～75℃，获得氟化石墨烯湿粉体；

(4)、采用60℃的真空干燥获得氟化石墨烯纳米片，所述氟化石墨烯纳米片的氟碳摩尔比为0.53-0.92。

由上述描述可知，通过使用离子液体与氟化石墨烯，氟原子具有强的吸电子能力，离子液体的负离子具有一定的亲核性，二者存在类似化学键合的亲电-亲核相互作用，使得化学惰性的氟化石墨烯良好分散，达到分散剂的效果，氟化石墨烯可均匀分散在润滑油中，并使油膜厚度增加，润滑油的承载能力得以提高；通过控制氟化程度来调控石墨烯的层间距且氟原子间能产生大的排斥力，配合亲电-亲核相互作用，在低氟化的情况下，石墨烯依然不容易发生团聚现象，保证润滑油的稳定性；同时，由于部分离子液体的负离子易与摩擦副的正电荷点结合，形成过渡态，且结构有序，并能保持一定厚度，由于石墨烯片层间极小的剪切力，使其容易滑动，从而避免摩擦配副之间的直接接触，使滑动发生在润滑油内部，因而摩擦配副的摩擦系数和磨损率明显降低，因此能够形成强的界面相互作用，能够通过摩擦吸附膜的形式显著提高润滑剂的承载抗磨性能；通过使用有机钼混合物，能够反应产生填补摩擦副表面的缺口成分，使摩擦副表面更加光滑平整，从而实现磨损率的下降。

进一步的，所述离子液体为含有四氟硼酸根离子液体。

由上述描述可知，通过使用含有四氟硼酸根离子液体，材料成熟，成本低。

进一步的，所述有机钼混合物为二烷基二硫代磷酸氧钼、硫代磷酸钼盐或有机酸钼盐中的一种或几种。

进一步的，所述增塑剂为环氧棉籽油酸丁酯。

进一步的，所述乳化剂为椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、聚甘油-10油酸酯中的一种或两种。

进一步的，所述基础油为矿物基础油、合成基础油或植物油基础油其中的一种或多种混合。

一种改性润滑油的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一、将所述油酸和所述氟化石墨烯混合，在60℃的真空条件下搅拌反应1～2h，得到第一混合液，将第一混合液加入到离子液体中，在120～140℃的条件下保温搅拌反应2～3小时得到第二混合液；

步骤二、将第二混合液加入到基础油中，在温度50～70℃的真空条件下，首先高速机械搅拌10～20分钟，再胶磨25～40分钟，获得润滑改性溶液；

步骤三、将所述抗氧化剂、增塑剂、乳化剂、有机钼混合物与润滑改性溶液混合搅拌调和获得改性润滑油。

进一步的，所述步骤一和步骤二均处于真空或者处于惰性气体的条件下进行。

由上述描述可知，通过使步骤一和步骤二处于真空条件下进行反应，避免部分的石墨烯先进行氧化，而影响到后续的使用。

实施例一

一种改性润滑油，包括以下原料：

矿物油287份、氟化石墨烯3份、油酸15份、四氟硼酸根离子液体36份、抗氧化剂5份、环氧棉籽油酸丁酯0.5份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺0.5份和5份的有机钼混合物与润滑改性溶液混合；

并按以下步骤制备：

步骤一、将所述15份油酸和3份氟化石墨烯混合，在60℃的真空条件下搅拌反应1h，得到第一混合液，将第一混合液加入到36份四氟硼酸根离子液体中，在130℃的条件下保温搅拌反应3小时得到第二混合液；所述氟化石墨烯按实施例一的方法制备；

步骤二、将步骤一所得的第二混合液加入到287份矿物油中，在温度50℃的真空条件下，首先高速机械搅拌15分钟，再胶磨30分钟，冷却到35℃，获得润滑改性溶液；

步骤三、将所述5份抗氧化剂、0.5份环氧棉籽油酸丁酯、0.5份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、5份有机钼混合物与润滑改性溶液混合搅拌调和获得改性润滑油；

上述氟化石墨烯的制取方法，包括以下步骤：

(1)、选取含水量为5％的氧化石墨烯；

(2)、将上述氧化石墨烯置于反应釜中，在所述反应釜中通入所述氟气混合气体包括惰性气体和体积分数为15％氟气下进行氟化25min，所述反应釜内压力从常压持续增压到压力为3MPa后保持压力，同时保持温度75℃，获得氟化石墨烯湿粉体；

(3)、采用60℃的真空干燥获得氟化石墨烯纳米片，所述氟化石墨烯纳米片的氟碳摩尔比为0.92。

实施例二

一种改性润滑油，包括以下原料：

矿物油264份、氟化石墨烯4份、油酸12份、四氟硼酸根离子液体48份、抗氧化剂8份、环氧棉籽油酸丁酯0.5份、聚甘油-10油酸酯0.5份和15份的有机钼混合物与润滑改性溶液混合；

按以下步骤制备：

步骤一、将所述12份油酸和4份氟化石墨烯混合，在60℃的真空条件下搅拌反应1h，得到第一混合液，将第一混合液加入到48份四氟硼酸根离子液体中，在135℃的条件下保温搅拌反应3小时得到第二混合液；所述氟化石墨烯按实施例一的方法制备；

步骤二、将步骤一所得的第二混合液加入到264份矿物油中，在温度65℃的真空条件下，首先高速机械搅拌20分钟，再胶磨30分钟，冷却到35℃，获得润滑改性溶液；

步骤三、将所述8份抗氧化剂、0.5份环氧棉籽油酸丁酯、0.5份聚甘油-10油酸酯、15份有机钼混合物与润滑改性溶液混合搅拌调和获得改性润滑油。

实施例三

一种改性润滑油，包括以下原料：

矿物油230份、氟化石墨烯5份、油酸15份、四氟硼酸根离子液体60份、抗氧化剂15份、环氧棉籽油酸丁酯1份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和聚甘油-10油酸酯的混合物1份和25份的有机钼混合物与润滑改性溶液混合；

按以下步骤制备：

步骤一、将所述15份油酸和5份氟化石墨烯混合，在60℃的真空条件下搅拌反应2h，得到第一混合液，将第一混合液加入到60份四氟硼酸根离子液体中，在140℃的条件下保温搅拌反应3小时得到第二混合液；所述氟化石墨烯按实施例一的方法制备；

步骤二、将步骤一所得的第二混合液加入到230份矿物油中，在温度70℃的真空条件下，首先高速机械搅拌20分钟，再胶磨40分钟，冷却到35℃，获得润滑改性溶液；

步骤三、将所述15份抗氧化剂、1份环氧棉籽油酸丁酯、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和聚甘油-10油酸酯的混合物、25份有机钼混合物与润滑改性溶液混合搅拌调和获得改性润滑油。

对比例一

基础油(矿物油)

对比例二

一种改性润滑油，包括以下原料：

矿物油283份、氟化石墨烯2份、油酸10份、四氟硼酸根离子液体15份、抗氧化剂15份、环氧棉籽油酸丁酯1份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和聚甘油-10油酸酯的混合物1份和25份的有机钼混合物与润滑改性溶液混合；

按以下步骤制备：

步骤一、将所述10份油酸和2份氟化石墨烯混合，在60℃的真空条件下搅拌反应1h，得到第一混合液，将第一混合液加入到15份四氟硼酸根离子液体中，在120℃的条件下保温搅拌反应2小时得到第二混合液；所述氟化石墨烯按实施例一的方法制备；

步骤二、将步骤一所得的第二混合液加入到283份矿物油中，在温度50℃的真空条件下，首先高速机械搅拌10分钟，再胶磨25分钟，冷却到35℃，获得润滑改性溶液；

步骤三、将所述15份抗氧化剂、1份环氧棉籽油酸丁酯、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和聚甘油-10油酸酯的混合物、25份有机钼混合物与润滑改性溶液混合搅拌调和获得改性润滑油。

测试实施例2～4以及对比1～2的耐热性以及耐磨性，结构如表一所示。

表一

	热分解温度/℃	最大载重负荷/N	磨斑直径/mm	摩擦系数
					实施例一	342.93	776.89	0.38	0.041
实施例二	356.33	804.72	0.37	0.041
					实施例三	372.69	841.71	0.31	0.042
对比例一	263.35	406.05	0.73	0.076
					对比例二	324.77	627.50	0.41	0.050

由表一可见，本发明实施例的氟化石墨烯增强润滑油的热分解温度、最大载重负荷和耐磨性能均高于对比例，具有优良的耐磨性能和稳定性能。

实施例和对比例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

综上所述，本发明提供的通过使用离子液体与氟化石墨烯，氟原子具有强的吸电子能力，离子液体的负离子具有一定的亲核性，二者存在类似化学键合的亲电-亲核相互作用，使得化学惰性的氟化石墨烯良好分散，达到分散剂的效果，氟化石墨烯可均匀分散在润滑油中，并使油膜厚度增加，润滑油的承载能力得以提高；通过控制氟化程度来调控石墨烯的层间距且氟原子间能产生大的排斥力，配合亲电-亲核相互作用，在低氟化的情况下，石墨烯依然不容易发生团聚现象，保证润滑油的稳定性；同时，由于部分离子液体的负离子易与摩擦副的正电荷点结合，形成过渡态，且结构有序，并能保持一定厚度，由于石墨烯片层间极小的剪切力，使其容易滑动，从而避免摩擦配副之间的直接接触，使滑动发生在润滑油内部，因而摩擦配副的摩擦系数和磨损率明显降低，因此能够形成强的界面相互作用，能够通过摩擦吸附膜的形式显著提高润滑剂的承载抗磨性能；通过使用有机钼混合物，能够反应产生填补摩擦副表面的缺口成分，使摩擦副表面更加光滑平整，从而实现磨损率的下降。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种改性润滑油，其特征在于，按照重量份数计，其包括以下原料：

基础油200～300份、氟化石墨烯2～5份、油酸10～15份、离子液体15～60份、抗氧化剂5～15份、增塑剂0.5～1份、乳化剂0.5～1份和5～25份的有机钼混合物；

其中，所述氟化石墨烯按以下步骤制备：将含有水分质量1～5％的氧化石墨烯在氟气混合气体下进行氟化15～25min获得氟化石墨烯湿粉体，采用60℃的真空干燥获得氟化石墨烯纳米片；所述氟气混合气体包括惰性气体和体积分数为10～15％氟气。

2.根据权利要求1所述的改性润滑油，其特征在于，所述离子液体为含有四氟硼酸根离子液体。

3.根据权利要求1所述的改性润滑油，其特征在于，所述有机钼混合物为二烷基二硫代磷酸氧钼、硫代磷酸钼盐或有机酸钼盐中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的改性润滑油，其特征在于，所述增塑剂为环氧棉籽油酸丁酯。

5.根据权利要求1所述的改性润滑油，其特征在于，所述乳化剂为椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、聚甘油-10油酸酯中的一种或两种。

6.根据权利要求1所述的改性润滑油的制备方法，其特征在于，所述基础油为矿物基础油、合成基础油或植物油基础油其中的一种或多种混合。

7.一种根据权利要求1～6任意一项所述的改性润滑油的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一、将所述油酸和所述氟化石墨烯混合，在60℃的条件下搅拌反应1～2h，得到第一混合液，将第一混合液加入到离子液体中，在120～140℃的条件下保温搅拌反应2～3小时得到第二混合液；

步骤二、将第二混合液加入到基础油中，在温度50～70℃的条件下，首先高速机械搅拌10～20分钟，再胶磨25～40分钟，获得润滑改性溶液；

步骤三、将所述抗氧化剂、增塑剂、乳化剂、有机钼混合物与润滑改性溶液混合搅拌调和获得改性润滑油。

8.根据权利要求7所述的改性润滑油的制备方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二均处于真空或者处于惰性气体的条件下进行。