CN109439385A - 一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂及其制备方法，该润滑油添加剂由以下重量百分比的组分制成：纳米二硫化钨0.01％～10％，富勒烯碳0.01％～3％，表面修饰剂1％～20％，抗磨减摩剂0.5％～5％，基础润滑油62％～98.48％；所述的表面修饰剂为甲基萘、乙基萘、N‑苯基吡咯烷酮、咔唑、二苯并咔唑中的一种或多种；将纳米二硫化钨、富勒烯碳、表面修饰剂和基础润滑油按比例混合，然后超声搅拌10min～60min，超声温度为35℃～60℃，再加入抗磨减摩剂，在40℃～60℃条件下加热搅拌均匀，即得。本发明配方中各组分间具有良好的协同增效作用，可以在降低润滑油中P、S含量的同时，大幅提高油品的抗磨和减摩性能，应用广泛。

Description

一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂及其制备方法
技术领域
本发明属于润滑油技术领域，具体说是一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展、燃料资源的紧缺以及环保法规的日趋严格，人们对车用发动机油的节能和环保要求愈加苛刻，传统的润滑油添加剂正面临着越来越大的挑战。为了顺应汽车低排放的要求，汽油机油规格不断升级换代，国际润滑油标准及认可委员会(ILSAC)新出台的GF-5规格，规定了汽油机油中P含量不超过0.08wt％，S含量不能超过0.5wt％。不仅如此，ILSAC使燃油的经济性要求比GF-4油品至少提高了0.5％，即在降低S和P含量的前提下对油品的高温抗磨和减摩性能提出了更高的要求。因此，研究开发具有突出抗磨和减摩性能的环保型润滑油添加剂，有着非常重要的意义。
纳米固体润滑材料主要是非活性的纳米级固体颗粒，具有高的热稳定性、机械稳定性以及化学稳定性，在高温、重负荷、高速等使用条件下不易发生氧化、分解与失效，具有优良的抗磨减摩性能和较高的高温使用寿命，而且纳米颗粒因粒度小而易于进入摩擦表面，形成易剪切的表面膜，有效避免摩擦副表面的直接接触，从而保护相对运动表面不受损伤，降低摩擦与磨损。不仅如此，二硫化钨和富勒烯碳等纳米材料还具有环境友好的特性，将其作为油品添加剂不仅具有较好的抗磨和减摩性能，有效解决有机化合物添加剂的环保和易耗损和润滑油高温使用寿命短等问题，表现出了广阔的应用前景。
中国专利申请CN104560307A公开了一种含纳米二氧化钨的抗磨减磨润滑油添加剂，由纳米二硫化钨0.5％-15％、碳纳米添加剂0.1％-5％、表面修饰剂1％-20％、基础润滑油60％-98.4％组成。该配方中的纳米二硫化钨与碳纳米添加剂在所述的表面修饰剂作用下具有良好的分散稳定性和较好的抗磨减摩性能，但是将该配方与其他常用抗磨减摩剂复配使用时，配方中的表面修饰剂对纳米添加剂的分散效率降低，而且配方油的抗磨减摩性能难以达到GF-4油品的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂，抗磨减摩性能优异，能够满足GF-4环保型润滑油的需求。
本发明的另一目的是提供上述纳米抗磨减摩润滑油添加剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂，由以下重量百分比的组分制成：
纳米二硫化钨0.01％～10％，
富勒烯碳0.01％～3％，
表面修饰剂1％～20％，
抗磨减摩剂0.5％～5％，
基础润滑油62％～98.48％；
其中，所述的表面修饰剂为甲基萘、乙基萘、N-苯基吡咯烷酮、咔唑、二苯并咔唑中的一种或多种。
优选的，所述纳米二硫化钨为层状纳米二硫化钨、富勒烯纳米二硫化钨、管状纳米二硫化钨中的一种或多种。
优选的，所述纳米二硫化钨的平均粒径为50～90nm。
优选的，所述的富勒烯碳为富勒烯C60、富勒烯C70、富勒烯C78、富勒烯C84中的一种或多种。
优选的，所述的抗磨减摩剂为二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锑、二烷基二硫代氨基甲酸钼、非硫磷有机钼酸酯、含氮有机硼酸酯中的一种或多种。
本发明还提供上述纳米抗磨减摩润滑油添加剂的制备方法，包括以下步骤：将纳米二硫化钨、富勒烯碳、表面修饰剂和基础润滑油按比例混合，然后超声搅拌10min～60min，超声温度为35℃～60℃，再加入抗磨减摩剂，在40℃～60℃条件下加热搅拌均匀，即得到本发明的润滑油添加剂。
优选的，所述超声功率为300-800W，频率为20～30KHz。
与现有技术相比，本发明所述的纳米二硫化钨和富勒烯碳在表面修饰剂作用下，在基础润滑油中表现出了很好的分散稳定性和润滑性能有效性，而且在低含量下与常用的抗磨减摩剂具有良好的协同增效作用，可以在降低润滑油中P、S含量的同时，大幅提高油品的抗磨和减摩性能，可以广泛用作各种车辆发动机、大型机械设备用润滑油、液压油或润滑脂的添加剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1-4
按比例将富勒烯纳米二硫化钨(平均粒径90nm)、富勒烯C60、甲基萘或乙基萘先后加入到150SN矿物基础油中，超声加热搅拌后，再加入抗磨减摩剂丁基辛基二硫代磷酸锌或二戊基二硫代氨基甲酸锌，加热搅拌均匀后得到实施例1-4，评价不同纳米润滑油配方的抗磨减摩性能和分散稳定性。利用四球试验机测量平均磨斑直径和摩擦系数评价纳米复合添加剂在润滑油中的抗磨和减摩性能，试验条件：GCr15钢球，转速1450r/min，室温，长磨时间60min，负荷为392N。纳米添加剂在基础油中的分散稳定性，通过超声波加热搅拌分散和放置沉降后，观察混合液的透明度来区分分散稳定性的好坏，试验条件：超声功率为800W，超声频率为22KHz，超声温度为40℃，超声波搅拌时间为30min，抗磨减摩剂加热温度为50℃，放置时间为60d。实验结果见表1。
表1
D1 D2 D3 D4 S1 S2 S3 S4
150SN基础油 98.0 98.9 99.0 97.9 97.4 91.5 97.4 94.5
纳米二硫化钨 1.0 - - 1.0 1.0 3.0 0.5 2.0
富勒烯C60 - 0.5 - 0.1 0.1 0.5 0.1 0.5
甲基萘 1.0 - 1.0 1.0 4.0 - -
乙基萘 - 1.0 - - - - 2.0 5.0
丁基辛基二硫代磷酸锌 - - 1.0 0.5 1.0 - 0.5
二戊基二硫代氨基甲酸锌 - - - - - - 0.5 0.5
磨斑直径，mm 0.55 0.59 0.53 0.44 0.38 0.37 0.40 0.35
摩擦系数 0.089 0.092 0.099 0.081 0.079 0.077 0.081 0.075
分散稳定性 透明 透明 透明 透明 透明 透明 透明 透明
从表1中结果可以看出，纳米二硫化钨、富勒烯C60和抗磨减摩剂丁基辛基二硫代磷酸锌或二戊基二硫代氨基甲酸锌复配后，可以降低配方润滑油的磨斑直径和摩擦系数，表现出了良好的抗磨和减摩协同性能，同时它们在表面修饰剂甲基萘或乙基萘的作用下，在150SN矿物基础油中也表现出了较好的分散稳定性。
实施例5-8
按比例将层状纳米二硫化钨(平均粒径50nm)、富勒烯C70、N-苯基吡咯烷酮先后加入到聚-a-烯烃(PAO)基础油中，通过超声波加热搅拌后，再加入抗磨减摩剂二(乙基己基)二硫代氨基甲酸锑或二(十三烷基)二硫代氨基甲酸钼或有机钼酸酯(购自范德比尔特公司，MOLYVAN 855)，加热搅拌均匀后得到实施例5-8，评价不同纳米润滑油配方的抗磨减摩性能和分散稳定性。利用四球试验机测量平均磨斑直径和摩擦系数评价纳米复合添加剂在润滑油中的抗磨和减摩性能，试验条件：GCr15钢球，转速1450r/min，室温，长磨时间60min，负荷为490N。纳米添加剂在基础油中的分散稳定性，通过超声波加热搅拌分散和放置沉降后，观察混合液的透明度来区分分散稳定性的好坏，试验条件：超声功率为300W，超声频率为30KHz，超声温度为60℃，超声波搅拌时间为60min，抗磨减摩剂加热温度为40℃，放置时间为30d。实验结果见表2。
表2
从表2中结果可以看出，纳米二硫化钨、富勒烯C70分别和二(乙基己基)硫代氨基甲酸锑、二(十三烷基)二硫代氨基甲酸钼和有机钼酸酯复配后均表现出了较好的抗磨和减摩协同性能，同时在表面修饰剂N-苯基吡咯烷酮的作用下，它们在PAO基础油中也表现出了较好的分散稳定性。
实施例9-12
按比例将管状纳米二硫化钨(平均粒径60nm)、富勒烯碳(C60或C78或C84)、咔唑或二苯并咔唑先后加入到癸二酸二异辛酯合成基础油中，通过超声波加热搅拌后，再加入抗磨减摩剂有机含氮硼酸酯(购自范德比尔特公司，VANLUBE 289)，加热搅拌均匀后得到实施例9-12，评价不同纳米润滑油配方的抗磨减摩性能和分散稳定性。利用四球试验机测量平均磨斑直径和烧结负荷评价纳米添加剂复合物在润滑油中的抗磨和减摩性能，试验条件：GCr15钢球，转速1450r/min，室温，长磨时间60min，负荷为490N。纳米添加剂在基础油中的分散稳定性，通过超声波加热搅拌分散和放置沉降后，观察混合液的透明度来区分分散稳定性的好坏，试验条件：超声功率为450W，超声频率为20KHz，超声温度为35℃，超声波搅拌时间为10min，抗磨减摩剂加热温度为60℃，放置时间为90d。实验结果见表3。
表3
从表3中结果可以看出，管状纳米二硫化钨、富勒烯碳和含氮有机硼酸酯复配后，明显降低了癸二酸二异辛酯基础油的磨斑直径和摩擦系数，表现出了良好的抗磨和减摩协同性能，同时加入表面修饰剂咔唑或二苯并咔唑后，纳米添加剂在润滑油中也表现出了很好的分散稳定性。

Claims (7)

1.一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂，其特征在于，由以下重量百分比的组分制成：
纳米二硫化钨0.01％～10％，
富勒烯碳0.01％～3％，
表面修饰剂1％～20％，
抗磨减摩剂0.5％～5％，
基础润滑油62％～98.48％；
其中，所述的表面修饰剂为甲基萘、乙基萘、N-苯基吡咯烷酮、咔唑、二苯并咔唑中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂，其特征在于，所述纳米二硫化钨为层状纳米二硫化钨、富勒烯纳米二硫化钨、管状纳米二硫化钨中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂，其特征在于，所述纳米二硫化钨的平均粒径为50～90nm。
4.根据权利要求1所述的一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂，其特征在于，所述的富勒烯碳为富勒烯C60、富勒烯C70、富勒烯C78、富勒烯C84中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种纳米抗磨减摩润滑油添加剂，其特征在于，所述的抗磨减摩剂为二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锑、二烷基二硫代氨基甲酸钼、非硫磷有机钼酸酯、含氮有机硼酸酯中的一种或多种。
6.一种权利要求1所述的纳米抗磨减摩润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将纳米二硫化钨、富勒烯碳、表面修饰剂和基础润滑油按比例混合，然后超声搅拌10min～60min，超声温度为35℃～60℃，再加入抗磨减摩剂，在40℃～60℃条件下加热搅拌均匀，即得到润滑油添加剂。
7.根据权利要求7所述的纳米抗磨减摩润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，所述的超声功率为300-800W，频率为20～30KHz。
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