CN110747035A - 一种润滑油的隔热耐磨改性方法 - Google Patents

一种润滑油的隔热耐磨改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种润滑油的隔热耐磨改性方法，将预处理的硅酸铝纤维放入模具中，施压排除空气，加入二氧化硅溶胶混合，静置形成凝胶，用正己烷溶液置换出水和醇，再加入三甲基氯硅烷水溶液，进行疏水处理，得到硅酸铝纤维‑二氧化硅凝胶复合的隔热组分；将乙醇水溶液用醋酸调节pH，加入份硅烷偶联剂，磁力搅拌预水解，再加入六钛酸钾晶须混匀，超声分散后静置，抽真空、烘干得到耐磨组分‑表面改性的六钛酸钾晶须；向液体石蜡中加入有机硅烷改性氧化石墨，再加入所得硅酸铝纤维‑二氧化硅凝胶复合的隔热组分、耐磨组分‑表面改性的六钛酸钾晶须，超声分散均匀，制得所述隔热耐磨改性的润滑油。

Description

一种润滑油的隔热耐磨改性方法
技术领域
本发明属于润滑油领域，具体涉及一种润滑油的隔热耐磨改性方法。
背景技术
润滑剂由基础油和添加剂混合而成，约95%的基础油是衍生自石油的矿物油。矿物润滑剂的生物降解性差，流失于环境中会直接污染土壤，1kg石油基润滑剂能够污染1000000L水，同时由于矿物油的日趋减少和不可再生性，开发环保型润滑剂势在必行。植物油基润滑剂，称为“生物润滑剂”，可生物降解，可再生，无毒，此外，还具有多种性能优势，如良好的润滑性，高黏度指数，高闪点等。但植物油基础油具有较差的氧化稳定性，这是由于在植物油的脂肪酸链上不饱和键Ｃ=Ｃ键的存在，利用化学改性降低植物油的不饱和度，可以解决此问题，植物油的氢化是常用的改性方法。
石墨烯作为一种新型纳米增强材料，其独特的结构决定其具有相比于石墨更加优异的减摩、抗磨性能。将其作为填充材料加入到润滑油中，有望提高润滑油的减摩、耐磨性。但是，石墨烯片层不含有其它活性官能团，且其片层间存在较强的范德华力，因而极易叠加，从而难以发挥其优异的性能。
市售润滑油大多存在保温隔热性能差、耐磨性能差的缺陷，本发明提供了一种润滑油的隔热耐磨改性方法，按照本发明提供的方法制备的润滑油具有优异的保温隔热性能和耐磨性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种润滑油的隔热耐磨改性方法，依照该方法制备的改性润滑油具有优异的保温隔热性能和耐磨性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种润滑油的隔热耐磨改性方法，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）隔热组分：
将9-11份预处理的硅酸铝纤维放入模具中，采用硅烷偶联剂KH550对硅酸铝纤维表面进行预处理改性，有效改善了硅酸铝纤维与二氧化硅凝胶之间的界面结合，以改善硅酸铝纤维与二氧化硅凝胶之间的润湿性能，施压排除空气，加入4-6份二氧化硅溶胶混合，在60-65℃下静置形成凝胶，用正己烷溶液置换出水和醇，再加入1-2份三甲基氯硅烷水溶液，用三甲基氯硅烷对材料进行疏水改性，进行疏水处理1-2h，得到硅酸铝纤维-二氧化硅凝胶复合的隔热组分；
以硅酸铝纤维作为增强材料，制备出硅酸铝纤-二氧化硅凝胶复合的隔热组分，热导率较低，具备良好的保温隔热性能；同时，由于硅酸铝纤维的加入提供了一种新的能量消耗机制，使得在复合组分受力过程中，硅酸铝纤维在与二氧化硅气凝胶基体剥离时增加了断裂能的消耗，使得复合组分的力学性能得到提升；
（2）耐磨组分：六钛酸钾晶须的表面改性
将乙醇水溶液用醋酸调节pH为4，加入0.1-0.13份硅烷偶联剂，磁力搅拌1-2h预水解，再加入3.6-4.4份六钛酸钾晶须混匀，超声分散15-20min后静置30-35min，抽真空、在120-125℃下烘干得到耐磨组分-表面改性的六钛酸钾晶须；
先利用硅烷偶联剂获得表面改性处理的六钛酸钾晶须，将经表面改性的六钛酸钾晶须加入液体石蜡中充分混合，表面改性的六钛酸钾晶须可均匀分散在液体石蜡中，没有出现缠绕团聚现象，有利于润滑油与晶须增强体间力的传递，六钛酸钾晶须提高了润滑油的表面承载能力，摩擦过程中减少摩擦副表面粘着和剥层，可降低润滑油的摩擦系数，提高其耐磨性；
（3）润滑油的配制：
向90-110份液体石蜡中加入1-2份有机硅烷改性氧化石墨，再加入（1）中所得硅酸铝纤维-二氧化硅凝胶复合的隔热组分、（2）中所得耐磨组分-表面改性的六钛酸钾晶须，超声40-60min分散均匀，制得所述隔热耐磨改性的润滑油。
用十六烷基三甲氧基硅烷对氧化石墨进行表面改性，三乙胺是催化剂，可以实现硅烷官能团的甲氧基与氧化石墨的羟基的有效缩合，氧化石墨经过表面改性后的结构和形貌发生了明显的变化，改性后的氧化石墨其层间距离变大，外观蓬松，热稳定性提高，硅烷改性氧化石墨具有优异的摩擦性能，在较低浓度下能够明显提高基础油的减摩能力，小尺寸的硅烷改性氧化石墨在基础油中稳定分散，容易进入金属接触区域，在挤压和剪切应力下，氧化石墨从烷基链上脱落或卷曲，填补金属表面的洼坑，从而降低摩擦和磨损；
十六烷基三甲氧基硅烷提高了氧化石墨与润滑油的相容性，使得氧化石墨在液体石蜡中的分散稳定性能增强，阻止了氧化石墨团聚成更大颗粒，有助于氧化石墨进入钢球接触区域表面发挥减摩抗磨作用，在氧化石墨表面的十六烷基三甲氧基硅烷撑开了氧化石墨片层，使氧化石墨片层间的滑动更加容易。
进一步的，步骤（1）中硅酸铝纤维的预处理方法：将9-11份硅酸铝纤维置于0.01mol/L的盐酸中浸泡，超声震荡清洗30-40min后，加入1-2份质量分数为1%的KH550水溶液，进行表面改性处理，得到预处理的硅酸铝纤维；
三甲基氯硅烷水溶液的质量分数为5-10%。
进一步的，步骤（2）中乙醇水溶液的质量浓度为85-95%，硅烷偶联剂为KH570。
进一步的，步骤（3）中有机硅烷改性氧化石墨的制备：向0.2-0.4份氧化石墨中加入94.5-189份N,N-二甲基甲酰胺，超声分散均匀后，加入0.22-0.44份三乙胺、2.7-5.4份十六烷基三甲氧基硅烷，磁力搅拌30-40min后，置于110-120℃油浴中，通氮气搅拌回流反应2-4h后，用79-158份无水甲醇稀释，过滤、依次用无水甲醇和去离子水清洗、再过滤，在60-70℃下鼓风干燥、研磨均匀得有机硅烷改性氧化石墨。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）二氧化硅气凝胶由于其独特的纳米多孔结构而具有优异的保温隔热性能，但其力学性能较差限制了其在很多工业领域内的应用，以硅酸铝纤维作为增强材料，用三甲基氯硅烷对材料进行疏水改性，并采用硅烷偶联剂KH550对硅酸铝纤维表面进行预处理改性，有效改善了硅酸铝纤维与二氧化硅凝胶之间的界面结合，以改善硅酸铝纤维与二氧化硅凝胶之间的润湿性能，制备出硅酸铝纤-二氧化硅凝胶复合的隔热组分，热导率较低，具备良好的保温隔热性能；
同时，由于硅酸铝纤维的加入提供了一种新的能量消耗机制，使得在复合组分受力过程中，硅酸铝纤维在与二氧化硅气凝胶基体剥离时增加了断裂能的消耗，使得复合组分的力学性能得到提升。
（2）先利用硅烷偶联剂获得表面改性处理的六钛酸钾晶须，将经表面改性的六钛酸钾晶须加入液体石蜡中充分混合，表面改性的六钛酸钾晶须可均匀分散在液体石蜡中，没有出现缠绕团聚现象，有利于润滑油与晶须增强体间力的传递，
六钛酸钾晶须提高了润滑油的表面承载能力，摩擦过程中减少摩擦副表面粘着和剥层，可降低润滑油的摩擦系数，提高其耐磨性。
（3）用十六烷基三甲氧基硅烷对氧化石墨进行表面改性，三乙胺是催化剂，可以实现硅烷官能团的甲氧基与氧化石墨的羟基的有效缩合，氧化石墨经过表面改性后的结构和形貌发生了明显的变化，改性后的氧化石墨其层间距离变大，外观蓬松，热稳定性提高，硅烷改性氧化石墨具有优异的摩擦性能，在较低浓度下能够明显提高基础油的减摩能力，小尺寸的硅烷改性氧化石墨在基础油中稳定分散，容易进入金属接触区域，在挤压和剪切应力下，氧化石墨从烷基链上脱落或卷曲，填补金属表面的洼坑，从而降低摩擦和磨损；
十六烷基三甲氧基硅烷提高了氧化石墨与润滑油的相容性，使得氧化石墨在液体石蜡中的分散稳定性能增强，阻止了氧化石墨团聚成更大颗粒，有助于氧化石墨进入钢球接触区域表面发挥减摩抗磨作用，在氧化石墨表面的十六烷基三甲氧基硅烷撑开了氧化石墨片层，使氧化石墨片层间的滑动更加容易。
具体实施方式
实施例1
一种润滑油的隔热耐磨改性方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）隔热组分：
将9份预处理的硅酸铝纤维放入模具中，施压排除空气，加入4份二氧化硅溶胶混合，在60℃下静置形成凝胶，用正己烷溶液置换出水和醇，再加入1份三甲基氯硅烷水溶液，进行疏水处理1h，得到硅酸铝纤维-二氧化硅凝胶复合的隔热组分；
其中，硅酸铝纤维的预处理方法：将9份硅酸铝纤维置于0.01mol/L的盐酸中浸泡，超声震荡清洗30min后，加入1份质量分数为1%的KH550水溶液，进行表面改性处理，得到预处理的硅酸铝纤维；
三甲基氯硅烷水溶液的质量分数为5%。
（2）耐磨组分：六钛酸钾晶须的表面改性
将乙醇水溶液用醋酸调节pH为4，加入0.1份硅烷偶联剂，磁力搅拌1h预水解，再加入3.6份六钛酸钾晶须混匀，超声分散15min后静置30min，抽真空、在120℃下烘干得到耐磨组分-表面改性的六钛酸钾晶须；
其中，乙醇水溶液的质量浓度为85%，硅烷偶联剂为KH570；
（3）润滑油的配制：
向90份液体石蜡中加入1份有机硅烷改性氧化石墨，再加入（1）中所得硅酸铝纤维-二氧化硅凝胶复合的隔热组分、（2）中所得耐磨组分-表面改性的六钛酸钾晶须，超声40min分散均匀，制得所述隔热耐磨改性的润滑油；
其中，有机硅烷改性氧化石墨的制备：向0.2份氧化石墨中加入94.5份N,N-二甲基甲酰胺，超声分散均匀后，加入0.22份三乙胺、2.7份十六烷基三甲氧基硅烷，磁力搅拌30min后，置于110℃油浴中，通氮气搅拌回流反应4h后，用79份无水甲醇稀释，过滤、依次用无水甲醇和去离子水清洗、再过滤，在60℃下鼓风干燥、研磨均匀得有机硅烷改性氧化石墨。
实施例2
一种润滑油的隔热耐磨改性方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）隔热组分：
将11份预处理的硅酸铝纤维放入模具中，施压排除空气，加入6份二氧化硅溶胶混合，在65℃下静置形成凝胶，用正己烷溶液置换出水和醇，再加入2份三甲基氯硅烷水溶液，进行疏水处理2h，得到硅酸铝纤维-二氧化硅凝胶复合的隔热组分；
其中，硅酸铝纤维的预处理方法：将11份硅酸铝纤维置于0.01mol/L的盐酸中浸泡，超声震荡清洗40min后，加入2份质量分数为1%的KH550水溶液，进行表面改性处理，得到预处理的硅酸铝纤维；
三甲基氯硅烷水溶液的质量分数为10%。
（2）耐磨组分：六钛酸钾晶须的表面改性
将乙醇水溶液用醋酸调节pH为4，加入0.13份硅烷偶联剂，磁力搅拌2h预水解，再加入4.4份六钛酸钾晶须混匀，超声分散20min后静置35min，抽真空、在125℃下烘干得到耐磨组分-表面改性的六钛酸钾晶须；
其中，乙醇水溶液的质量浓度为95%，硅烷偶联剂为KH570；
（3）润滑油的配制：
向110份液体石蜡中加入2份有机硅烷改性氧化石墨，再加入（1）中所得硅酸铝纤维-二氧化硅凝胶复合的隔热组分、（2）中所得耐磨组分-表面改性的六钛酸钾晶须，超声60min分散均匀，制得所述隔热耐磨改性的润滑油；
其中，有机硅烷改性氧化石墨的制备：向0.4份氧化石墨中加入189份N,N-二甲基甲酰胺，超声分散均匀后，加入0.44份三乙胺、5.4份十六烷基三甲氧基硅烷，磁力搅拌40min后，置于120℃油浴中，通氮气搅拌回流反应2h后，用158份无水甲醇稀释，过滤、依次用无水甲醇和去离子水清洗、再过滤，在70℃下鼓风干燥、研磨均匀得有机硅烷改性氧化石墨。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（1）中未对硅酸铝纤维进行预处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（2）中未对六钛酸钾晶须进行表面改性，除此外的方法步骤均相同。
对照组 未经任何改性处理的空白液体石蜡
为了对比本发明制备的改性润滑油的性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2方法对应制得的改性润滑油，以及对照组对应的未经任何改性处理的空白液体石蜡，按照行业标准进行性能检测，改性润滑油、液体石蜡的热导率采用导热系数测定仪测定；对改性润滑油、液体石蜡的摩擦性能进行检测：摩擦实验的条件为载荷300N、转速1500rpm、油温73-77℃、实验时间30min；具体对比数据如下表1所示：
表1
Figure 969158DEST_PATH_IMAGE002
按照本发明实施例方法制备的改性润滑油具有优异的保温隔热性能和耐磨性能；在对比实施例1中未对硅酸铝纤维进行预处理，导致改性润滑油的热导率增大，但是仍然优于对照组液体石蜡的保温隔热性能；在对比实施例2中未对六钛酸钾晶须进行表面改性，导致改性润滑油的摩擦系数增大，但是仍然优于对照组液体石蜡的耐磨性能。

Claims (4)

1.一种润滑油的隔热耐磨改性方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）隔热组分：
将9-11份预处理的硅酸铝纤维放入模具中，施压排除空气，加入4-6份二氧化硅溶胶混合，在60-65℃下静置形成凝胶，用正己烷溶液置换出水和醇，再加入1-2份三甲基氯硅烷水溶液，进行疏水处理1-2h，得到硅酸铝纤维-二氧化硅凝胶复合的隔热组分；
耐磨组分：六钛酸钾晶须的表面改性
将乙醇水溶液用醋酸调节pH为4，加入0.1-0.13份硅烷偶联剂，磁力搅拌1-2h预水解，再加入3.6-4.4份六钛酸钾晶须混匀，超声分散15-20min后静置30-35min，抽真空、在120-125℃下烘干得到耐磨组分-表面改性的六钛酸钾晶须；
润滑油的配制：
向90-110份液体石蜡中加入1-2份有机硅烷改性氧化石墨，再加入（1）中所得硅酸铝纤维-二氧化硅凝胶复合的隔热组分、（2）中所得耐磨组分-表面改性的六钛酸钾晶须，超声40-60min分散均匀，制得所述隔热耐磨改性的润滑油。
2.根据权利要求1所述的一种润滑油的隔热耐磨改性方法，其特征在于，步骤（1）中硅酸铝纤维的预处理方法：将9-11份硅酸铝纤维置于0.01mol/L的盐酸中浸泡，超声震荡清洗30-40min后，加入1-2份质量分数为1%的KH550水溶液，进行表面改性处理，得到预处理的硅酸铝纤维；
三甲基氯硅烷水溶液的质量分数为5-10%。
3.根据权利要求1所述的一种润滑油的隔热耐磨改性方法，其特征在于，步骤（2）中乙醇水溶液的质量浓度为85-95%，硅烷偶联剂为KH570。
4.根据权利要求1所述的一种润滑油的隔热耐磨改性方法，其特征在于，步骤（3）中有机硅烷改性氧化石墨的制备：向0.2-0.4份氧化石墨中加入94.5-189份N,N-二甲基甲酰胺，超声分散均匀后，加入0.22-0.44份三乙胺、2.7-5.4份十六烷基三甲氧基硅烷，磁力搅拌30-40min后，置于110-120℃油浴中，通氮气搅拌回流反应2-4h后，用79-158份无水甲醇稀释，过滤、依次用无水甲醇和去离子水清洗、再过滤，在60-70℃下鼓风干燥、研磨均匀得有机硅烷改性氧化石墨。
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CN116445205A (zh) * 2023-04-16 2023-07-18 广东嘉福新材料科技有限公司 一种防锈润滑金属加工液及其制备方法

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