CN111040851A - 一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物及其制备方法，其特征在于，其由如下组分组成：清净剂、分散剂、高温抗氧剂、有机高聚物、稀土化合物、含硼化合物、基础油。本发明主要添加剂剂采用稀土化合物二烷基二硫代磷酸镧和含硼化合物机硼酸酯，这两种化合物覆合具有显著的协合润滑作用，可显著改善油品的抗磨减摩性能；纳米稀土硼酸离子覆膜剂添加到润滑油介质内时，便于形成稳定的纳米稀土硼酸共晶离子有机化合物保护膜，在超重抗极压条件下，具有良好的减磨抗磨性能，从而达到减少机械磨擦损失、降低噪音、提高输出功率、延长设备使用寿命、节能、环保、保护环境的目的。

Description

一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及润滑油领域，尤其涉及一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物及其制备方法。
背景技术
润滑油是机械工业、动力工业广泛使用并且消耗量很大的一种石油化工产品。随着现代工业的发展，对润滑油的要求也愈来愈高，单从炼制工艺上提高油品质量已经不能满足低速、高速、高负荷、大功率、高温、低温、高真空等苛刻条件的要求，因而必须在润滑油中加入各种添加剂来提高油品的质量，这是改善润滑油品质量最经济有效的手段。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物及其制备方法。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，其特征在于，其由如下重量百分含量的组分组成：
清净剂：5-15％；
分散剂：5-20％；
高温抗氧剂：5-10％；
有机高聚物：1.5-3.5％；
稀土化合物：5％；
含硼化合物：25％；
余者由基础油补足。
特别的，基础油为100SN、150SN、200SN中的一种或两种。
特别的，所述清净剂为硫化烷基酚钙、中减值烷基水杨酸钙中的一种或两种。
特别的，所述分散剂为单丁二酰亚胺无灰、聚异丁烯多丁二酰亚胺中的一种或两种。
特别的，所述高温抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲酚、对叔丁基苯酚、三异丙醇胺中的一种或两种。
特别的，所述有机高聚物为乙丙共聚物、聚丙烯酸酯、聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯中的一种或两种。
特别的，所述稀土化合物为二烷基二硫代磷酸澜。
特别的，所述含硼化合物为有机硼酸酯。
一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
(1)将基础油，清净剂、分散剂、高温抗氧剂、有机高聚物、稀土化合物、含硼化合物按百分比加入到反应釜中，加温至60-120℃，搅拌反应1-4小时。
(2)对步骤(1)反应釜中的组合物进行循环高压高速喷射分散，采用工作压力100Mpa、流量160L/min的高压柱塞泵进行分散，分散时长为4小时。
(3)对步骤(2)反应釜中的组合物进行超声波分散，超声波的输出功率为2000W，分散时长为5小时。
本发明的有益效果是：本发明主要添加剂剂采用稀土化合物二烷基二硫代磷酸镧和含硼化合物机硼酸酯，这两种化合物覆合具有显著的协合润滑作用，可显著改善油品的抗磨减摩性能；
同时，其他添加剂采用清净剂、分散剂、高温抗氧剂、有机高聚物，并且添加量范围适宜，使得本发明最终制得的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，不仅具有优异的抗磨减摩性能，还具有较好的高温清净性、酸中和能力以及抗氧化性、耐热稳定性、粘温性；
本发明的纳米稀土硼酸离子覆膜剂添加到润滑油介质内时，便于形成稳定的纳米稀土硼酸共晶离子有机化合物保护膜，在超重抗极压条件下，具有良好的减磨抗磨性能，从而达到减少机械磨擦损失、降低噪音、提高输出功率、延长设备使用寿命、节能、环保、保护环境的目的。
附图说明
图1为本发明的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的摩擦系数f随时间变化曲线图；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
本发明中，为使纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物得性能更加优异，各组分优选的种类及含量如下：
本发明中，所述基础油优选100SN基础油，优选含量为纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物总质量的35％。
本发明中，为了更好地提高纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的高温清净性、酸中和能力以及抗氧化性，所述清净剂优选中减值烷基水杨酸钙，优选含量为纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物总质量的10％。
本发明中，为了更好地提高纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的分散性和高温稳定性，所述分散剂优选聚异丁烯多丁二酰亚胺，优选含量为纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物总质量的15％。
本发明中，为了更好地提高纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的抗氧化性、耐热及稳定性，所述高温抗氧剂优选2，6-二叔丁基对甲酚，优选含量为纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物总质量的7％。
本发明中，为了更好地提高纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的抗剪切和粘温性，所述有机高聚物优选聚甲基丙烯酸酯，优选含量为纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物总质量的3％。
本发明中，为了更好地提高纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的抗磨减磨性能，所述稀土化合物为二烷基二硫代磷酸澜，占纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物总质量的5％。
本发明中，为了更好地提高纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的抗磨减磨性能，所述含硼化合物为有机硼酸酯，占纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物总质量的25％。
其中，稀土化合物和含硼化合物为纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的主要添加剂。
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
每个实施例纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的总重量为1000kg，各组分按总分数1000份配比。
实施例1
(1)配制基础油350份、清净剂100份、分散剂150份、高温抗氧剂70份、有机高聚物30份、稀土化合物50份、含硼化合物250份；
(2)将基础油、清净剂、分散剂、高温抗氧剂、有机高聚物、稀土化合物、含硼化合物按重量配比加入到反应釜中，加温至100℃，搅拌反应3小时；
(3)采用工作压力100Mpa、流量160L/min的高压柱塞泵，对步骤(2)中的组合物循环高压高速喷射分散4小时。
(4)采用输出功率为2000W的超声波对步骤(3)中的组合物进行超声分散，分散时长为5小时，最终得到的组合物记为A1。
实施例2
(1)配制基础油535份、清净剂50份、分散剂50份、高温抗氧剂50份、有机高聚物15份、稀土化合物50份、含硼化合物250份；
(2)将基础油、清净剂、分散剂、高温抗氧剂、有机高聚物、稀土化合物、含硼化合物按重量配比加入到反应釜中，加温至100℃，搅拌反应3小时；
(3)采用工作压力100Mpa、流量160L/min的高压柱塞泵，对步骤(2)中的组合物循环高压高速喷射分散4小时。
(4)采用输出功率为2000W的超声波对步骤(3)中的组合物进行超声分散，分散时长为5小时，最终得到的组合物记为A2。
实施例3
(1)配制基础油215份、清净剂150份、分散剂200份、高温抗氧剂100份、有机高聚物35份、稀土化合物50份、含硼化合物250份；
(2)将基础油、清净剂、分散剂、高温抗氧剂、有机高聚物、稀土化合物、含硼化合物按重量配比加入到反应釜中，加温至100℃，搅拌反应3小时；
(3)采用工作压力100Mpa、流量160L/min的高压柱塞泵，对步骤(2)中的组合物循环高压高速喷射分散4小时。
(4)采用输出功率为2000W的超声波对步骤(3)中的组合物进行超声分散，分散时长为5小时，最终得到的组合物记为A3。
其中，A2和A3中的组分分别为各自的最小值和最大值，A1中的组分为各自的优选值。
测试1
对稀土化合物和含硼化合物两种单剂分别进行抗磨性能测试，抗磨减磨、磨斑数据测试结果如表1所示。
表1二烷基二硫代磷酸澜、有机硼酸酯抗磨性能实验数据
项目 二烷基二硫代磷酸澜 有机硼酸酯
P<sub>B</sub>(IV) 1117.2 744.8
D298N30min(mm) 0.368 0.572
D588N30min(mm) 0.686 0.913
测试2
3组实施例中稀土化合物和含硼化合物的取值相同，影响抗磨减磨性能添加剂的取值相同，仅对一组实施例制得的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物进行抗磨减磨性能测试即可。对A1制得的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物在MS-10J四球摩擦磨损试验机上进行抗磨减磨性能测试，抗磨减磨、磨斑数据测试结果如表2所示。
表2纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物抗磨性能实验数据
项目 纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物
P<sub>B</sub>(IV) 1275.9
D298N30min(mm) 0.3
D588N30min(mm) 0.4
从表1和表2看出，通过稀土化合物和含硼化合物两种化合物的复合制备出的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的抗磨性能，优于其中的任何一种单独使用时的抗磨性能，使抗磨性能得到了进一步的改善，既可提高抗磨性能，减小磨斑直径，也说明了这两种化合物在抗磨性能上具有协和效应，在改善润滑油抗磨性能方面呈增效作用。
测试3
对A1制得的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物在HQ-1摩擦磨损试验机上测试在不同负荷条件下，电机转速1500r/min时摩擦系数f随时间的变化曲线，如图1所示。
由图1可以看出，在各种实验负荷条件下，两种化合物复合后，可进一步减小摩擦系数，即在减磨性能方面具有协和效应。
测试4
本发明提供的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，通过两种设备对摩擦减磨及磨斑测试，提供了摩擦表面的元素分布和化学特征，采用俄歇电子能谱(AES)和X射线光电子能谱(XPS)，分析了纳米稀土硼酸离子覆膜剂表面膜的组成和化学元素的化学态。
纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，在588N负荷下摩擦试验所得磨斑表面的AES谱，在磨斑表面出现La和B，还出现有S、P、C和Fe、Cr等元素，这说明在摩擦表面上形成了一层由这些主要元素组成的表面保护膜，进一步采用XPS谱对这些主要元素的化学特征进行分析，所得各元素的电子结合能(EB)及相应的化学态如表3所示。
表3表面主要元素的电子结合能(EB)和化学态
Figure BDA0002334077470000061
本发明提供的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，在进行摩擦试验时，磨斑表面硼的含量明显增大，最大值可达18％，溅射5min后仍达10％，说明两种化合物覆合的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物促进了硼向基体摩擦扩散，使XPS谱中出现单质硼，进一步得以解释，由于La的存在，促进了有机硼酸酯的摩擦分解，从而使活性硼原子的浓度增大，为摩擦扩散提供更多的扩散源，进而加速扩散，并增大渗层厚度，从而进一步影响材料的耐磨性能、形成了La-B摩擦共渗层。
测试5
对本发明提供的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的主要技术指标进行测试，测试结果如表4所示。
表4纳米稀土硼酸离子覆膜剂主要技术指标
Figure BDA0002334077470000062
Figure BDA0002334077470000071
本发明提供的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，通过以上测试分析表明：
(1)本发明提供的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，具有优良的抗磨减摩性能，两者呈现显著的协合润滑作用，具备这种协合润滑作用的原因主要有两方面：
①在摩擦表面生成硫酸盐、磷酸盐、氧化镧、氧化铁、有机硼化合物和单质硼等具有优异润滑性能的表面保护膜；
②镧的存在促进了硼的摩擦扩散，并在亚表面形成，La-B摩擦共渗层，使材料硬度增大，耐磨性增强。
(2)本发明提供的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，比重小、分散性好、不易沉淀。
(3)本发明提供的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，具有高强渗透，瞬间成膜，瞬间发挥产品抗磨抗极压的效果，其节能、降噪、降温、降低尾气排放效果明显，使尾气中CO含量下降40％以上，HC含量下降40％以上，节省燃油10％以上。
综上所述，本发明的纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，密度较低、纳米粒径小、加剂量低，纳米稀土硼酸离子覆膜剂添加到润滑油介质内，便于形成稳定的纳米稀土硼酸共晶离子有机化合物保护膜，在超重抗极压条件下，具有良好的减磨抗磨性能，从而达到减少机械磨擦损失、降低噪音、提高输出功率、延长设备使用寿命、节能、环保、保护环境的目的。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，其特征在于，其由如下重量百分含量的组分组成：
清净剂：5-15％；
分散剂：5-20％；
高温抗氧剂：5-10％；
有机高聚物：1.5-3.5％；
稀土化合物：5％；
含硼化合物：25％；
余者由基础油补足。
2.根据权利要求1所述的一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，其特征在于，基础油为100SN、150SN、200SN中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，其特征在于，所述清净剂为硫化烷基酚钙、中减值烷基水杨酸钙中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，其特征在于，所述分散剂为单丁二酰亚胺无灰、聚异丁烯多丁二酰亚胺中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，其特征在于，所述高温抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲酚、对叔丁基苯酚、三异丙醇胺中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，其特征在于，所述有机高聚物为乙丙共聚物、聚丙烯酸酯、聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，其特征在于，所述稀土化合物为二烷基二硫代磷酸澜。
8.根据权利要求1所述的一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物，其特征在于，所述含硼化合物为有机硼酸酯。
9.一种纳米稀土硼酸离子覆膜剂组合物的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
(1)将基础油，清净剂、分散剂、高温抗氧剂、有机高聚物、稀土化合物、含硼化合物按百分比加入到反应釜中，加温至60-120℃，搅拌反应1-4小时。
(2)对步骤(1)反应釜中的组合物进行循环高压高速喷射分散，采用工作压力100Mpa、流量160L/min的高压柱塞泵进行分散，分散时长为4小时。
(3)对步骤(2)反应釜中的组合物进行超声波分散，超声波的输出功率为2000W，分散时长为5小时。
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CN113293049A (zh) * 2021-04-28 2021-08-24 方珺 一种硼基纳米润滑油及其制备工艺

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