CN112625775A - 一种多功能润滑油添加剂及其制备方法 - Google Patents

一种多功能润滑油添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、N‑氯甲基苯并噻唑‑2‑硫酮离子化六甲蜜胺；步骤S2、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备；步骤S3、润滑油添加剂的合成。本发明还提供了一种根据所述多功能润滑油添加剂的制备方法制备得到的多功能润滑油添加剂。本发明提供的多功能润滑油添加剂综合性能更佳，功能多样，性能稳定性佳，极压、耐磨润滑性好。

Description

一种多功能润滑油添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种润滑油技术领域，尤其涉及一种多功能润滑油添加剂及其制备方法。
背景技术
近年来，随着现代机械设备性能的不断提高和环境方面的要求日趋苛刻，需要使用具有更高性能的多功能润滑油，润滑油是机械运转的血液，设备的运转离不开润滑油，而润滑油又离不开润滑油添加剂，润滑油添加剂是现代各种高级润滑油的精髓，它可以弥补基础油的不足，极大地改善润滑油的各种性能，甚至能赋予润滑油某些新的性能，是润滑油的重要组成部分，其种类和品质以及加入比例直接影响润滑油的使用性能。
目前，常见的润滑油添加剂按功能分主要有抗氧化剂、抗磨剂、摩擦改善剂(又名油性剂)、极压添加剂、清净剂、分散剂、泡沫抑制剂、防腐防锈剂、流点改善剂、粘度指数增进剂等类型，在边界润滑条件下，用于改善基础油摩擦学性能，减少摩擦副之间的摩擦阻力，降低磨损和擦伤，最终达到提高润滑油的承载目的。然而，这些润滑油添加剂功能相对单一，不同种类添加剂同时添加又会对粘温性能和低温性能造成影响，无法满足极其苛刻环境下的使用要求。
申请号为201910510070.4的中国发明专利公开了一种多功能润滑油添加剂，所述添加剂由以下重量份数的原料组成：吗啉离子液体50～100份；清净剂0.8～7.5份；防锈剂1.2～2.6份；抗氧剂7～16份；及泡沫抑制剂0.2～3.8份。本发明的多功能润滑油添加剂应用在钢/钢或钢/铝摩擦副中，显著提高了润滑油添加剂在摩擦副中的减摩和抗磨性能，同时提高了其极压承载性能，摩擦副损耗小，使用寿命长。然而，该润滑油添加剂是由多种不同种类的添加剂混合而成，各不同种类的添加剂之间易产生拮抗作用，大量这种添加剂的添加易导致润滑油的稳定性、持久较差，抗磨性能也受到一定的影响。
因此，开发一种综合性能更佳，功能多样，性能稳定性佳，耐磨润滑性好的多功能润滑油添加剂符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进高性能多功能润滑油的发展具有非常重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺：将N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺加入到高沸点溶剂中，在60-80℃下搅拌反应5-8小时，后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产品3-7次，最后旋蒸除去乙醚，得到N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺；
步骤S2、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备：将硼墨烯分散于有机溶剂中，然后向其中加入硅烷偶联剂KH560，在50-70℃下搅拌反应3-5小时，接着加入氨基改性富勒烯，在超声分散仪中分散10-20分钟，后在75-85℃下搅拌反应4-6小时，最后再向其中加入三乙氧基硅基乙酸，继续保温搅拌反应2-3小时，反应结束后，旋蒸除去溶剂，得到羧基改性富勒烯包覆硼墨烯；
步骤S3、润滑油添加剂的合成：将经过步骤S1制成的N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、经过步骤S2制成的羧基改性富勒烯包覆硼墨烯加入到N-甲基吡咯烷酮中，在80-90℃下搅拌4-6小时，后旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到多功能润滑油添加剂。
优选的，步骤S1中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺、高沸点溶剂的摩尔比为3:1:(14-20)。
优选的，所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
优选的，步骤S2中所述硼墨烯、有机溶剂、硅烷偶联剂KH560、氨基改性富勒烯、三乙氧基硅基乙酸的质量比为(1-2):(10-20):0.2:(3-5):0.3。
优选的，有机溶剂为乙腈、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。
优选的，所述氨基改性富勒烯购于南京先丰纳米材料科技有限公司。
优选的，步骤S3中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯、N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:(2-3):(10-20)。
本发明的另一个目的，在于提供一种根据所述多功能润滑油添加剂的制备方法制备得到的多功能润滑油添加剂。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
(1)本发明提供的多功能润滑油添加剂的制备方法，该制备方法劳动强度低，劳动环境好，制备效率和成品合格率高，操作控制方便，对设备依赖性不高，适合连续规模化生产，具有较高的社会价值、经济价值和生态价值。
(2)本发明提供的多功能润滑油添加剂，克服了传统润滑油添加剂功能相对单一，不同种类添加剂同时添加又会对粘温性能和低温性能造成影响，无法满足极其苛刻环境下的使用要求；由多种不同种类的添加剂混合而成，各不同种类的添加剂之间易产生拮抗作用，大量这种添加剂的添加易导致润滑油的稳定性、持久较差，抗磨性能也受到一定的影响的缺陷，各组分协同作用，使得制成的多功能润滑油添加剂综合性能更佳，功能多样，性能稳定性更优异，耐磨润滑性、防腐蚀性能更好。
(3)本发明提供的多功能润滑油添加剂，是由N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺上的季铵盐基团与羧基改性富勒烯包覆硼墨烯上的羧基通过离子键连接而成，一种物质集合了传统润滑油添加剂的优点，有效避免了多种不同种类的润滑油添加剂的添加带来的拮抗作用以及对润滑油综合性能的影响。
(4)本发明提供的多功能润滑油添加剂，通过引入苯并噻唑-2-硫酮和季铵盐结构，协同作用，有效改善了极压性能，与富勒烯、硼墨烯协同作用，能有效改善耐磨性能，且使得其稳定性更好。
(5)本发明提供的多功能润滑油添加剂，富勒烯、硼墨烯协同作用增强了承载能力，有效改善润滑效果，由于它们自身的自润滑性能，又能改善耐磨减摩能力，提高润滑油的综合性能；通过富勒烯包覆硼墨烯，对其可以起到保护作用，有效改善其性能稳定性；表面羧基改性，能改善其表面亲润性，提高其分散性及与其他组分之间的相容性，进而改善性能稳定性和综合性能。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围；本发明实施例中涉及到的所述氨基改性富勒烯订购于南京先丰纳米材料科技有限公司；其他原料均为商业购买。
实施例1
一种多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺：将N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺加入到高沸点溶剂中，在60℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产品3次，最后旋蒸除去乙醚，得到N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺；
步骤S2、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备：将硼墨烯分散于有机溶剂中，然后向其中加入硅烷偶联剂KH560，在50℃下搅拌反应3小时，接着加入氨基改性富勒烯，在超声分散仪中分散10分钟，后在75℃下搅拌反应4小时，最后再向其中加入三乙氧基硅基乙酸，继续保温搅拌反应2小时，反应结束后，旋蒸除去溶剂，得到羧基改性富勒烯包覆硼墨烯；
步骤S3、润滑油添加剂的合成：将经过步骤S1制成的N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、经过步骤S2制成的羧基改性富勒烯包覆硼墨烯加入到N-甲基吡咯烷酮中，在80℃下搅拌4小时，后旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到多功能润滑油添加剂。
步骤S1中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺、高沸点溶剂的摩尔比为3:1:14；所述高沸点溶剂为二甲亚砜。
步骤S2中所述硼墨烯、有机溶剂、硅烷偶联剂KH560、氨基改性富勒烯、三乙氧基硅基乙酸的质量比为1:10:0.2:3:0.3；有机溶剂为乙腈。
步骤S3中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯、N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:2:10。
一种根据所述多功能润滑油添加剂的制备方法制备得到的多功能润滑油添加剂。
实施例2
一种多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺：将N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺加入到高沸点溶剂中，在65℃下搅拌反应6小时，后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产品4次，最后旋蒸除去乙醚，得到N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺；
步骤S2、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备：将硼墨烯分散于有机溶剂中，然后向其中加入硅烷偶联剂KH560，在55℃下搅拌反应3.5小时，接着加入氨基改性富勒烯，在超声分散仪中分散12分钟，后在77℃下搅拌反应4.5小时，最后再向其中加入三乙氧基硅基乙酸，继续保温搅拌反应2.3小时，反应结束后，旋蒸除去溶剂，得到羧基改性富勒烯包覆硼墨烯；
步骤S3、润滑油添加剂的合成：将经过步骤S1制成的N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、经过步骤S2制成的羧基改性富勒烯包覆硼墨烯加入到N-甲基吡咯烷酮中，在83℃下搅拌4.5小时，后旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到多功能润滑油添加剂。
步骤S1中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺、高沸点溶剂的摩尔比为3:1:16；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
步骤S2中所述硼墨烯、有机溶剂、硅烷偶联剂KH560、氨基改性富勒烯、三乙氧基硅基乙酸的质量比为1.3:13:0.2:3.5:0.3；有机溶剂为二甲亚砜。
步骤S3中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯、N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:2.3:13。
一种根据所述多功能润滑油添加剂的制备方法制备得到的多功能润滑油添加剂。
实施例3
一种多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺：将N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺加入到高沸点溶剂中，在70℃下搅拌反应6.5小时，后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产品5次，最后旋蒸除去乙醚，得到N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺；
步骤S2、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备：将硼墨烯分散于有机溶剂中，然后向其中加入硅烷偶联剂KH560，在60℃下搅拌反应4小时，接着加入氨基改性富勒烯，在超声分散仪中分散15分钟，后在80℃下搅拌反应5小时，最后再向其中加入三乙氧基硅基乙酸，继续保温搅拌反应2.5小时，反应结束后，旋蒸除去溶剂，得到羧基改性富勒烯包覆硼墨烯；
步骤S3、润滑油添加剂的合成：将经过步骤S1制成的N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、经过步骤S2制成的羧基改性富勒烯包覆硼墨烯加入到N-甲基吡咯烷酮中，在85℃下搅拌5小时，后旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到多功能润滑油添加剂。
步骤S1中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺、高沸点溶剂的摩尔比为3:1:17；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。
步骤S2中所述硼墨烯、有机溶剂、硅烷偶联剂KH560、氨基改性富勒烯、三乙氧基硅基乙酸的质量比为1.5:15:0.2:4:0.3；有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
步骤S3中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯、N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:2.5:15。
一种根据所述多功能润滑油添加剂的制备方法制备得到的多功能润滑油添加剂。
实施例4
一种多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺：将N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺加入到高沸点溶剂中，在78℃下搅拌反应7.5小时，后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产品6次，最后旋蒸除去乙醚，得到N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺；
步骤S2、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备：将硼墨烯分散于有机溶剂中，然后向其中加入硅烷偶联剂KH560，在65℃下搅拌反应4.5小时，接着加入氨基改性富勒烯，在超声分散仪中分散18分钟，后在83℃下搅拌反应5.5小时，最后再向其中加入三乙氧基硅基乙酸，继续保温搅拌反应2.8小时，反应结束后，旋蒸除去溶剂，得到羧基改性富勒烯包覆硼墨烯；
步骤S3、润滑油添加剂的合成：将经过步骤S1制成的N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、经过步骤S2制成的羧基改性富勒烯包覆硼墨烯加入到N-甲基吡咯烷酮中，在88℃下搅拌5.8小时，后旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到多功能润滑油添加剂。
步骤S1中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺、高沸点溶剂的摩尔比为3:1:19；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比1:2:3:2混合而成。
步骤S2中所述硼墨烯、有机溶剂、硅烷偶联剂KH560、氨基改性富勒烯、三乙氧基硅基乙酸的质量比为1.8:18:0.2:4.5:0.3；有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
步骤S3中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯、N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:2.8:18。
一种根据所述多功能润滑油添加剂的制备方法制备得到的多功能润滑油添加剂。
实施例5
一种多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺：将N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺加入到高沸点溶剂中，在80℃下搅拌反应8小时，后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产品7次，最后旋蒸除去乙醚，得到N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺；
步骤S2、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备：将硼墨烯分散于有机溶剂中，然后向其中加入硅烷偶联剂KH560，在70℃下搅拌反应5小时，接着加入氨基改性富勒烯，在超声分散仪中分散20分钟，后在85℃下搅拌反应6小时，最后再向其中加入三乙氧基硅基乙酸，继续保温搅拌反应3小时，反应结束后，旋蒸除去溶剂，得到羧基改性富勒烯包覆硼墨烯；
步骤S3、润滑油添加剂的合成：将经过步骤S1制成的N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、经过步骤S2制成的羧基改性富勒烯包覆硼墨烯加入到N-甲基吡咯烷酮中，在90℃下搅拌6小时，后旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到多功能润滑油添加剂。
步骤S1中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺、高沸点溶剂的摩尔比为3:1:20；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。
步骤S2中所述硼墨烯、有机溶剂、硅烷偶联剂KH560、氨基改性富勒烯、三乙氧基硅基乙酸的质量比为2:20:0.2:5:0.3；有机溶剂为二甲亚砜。
步骤S3中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯、N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:3:20。
一种根据所述多功能润滑油添加剂的制备方法制备得到的多功能润滑油添加剂。
对比例1
本例提供一种多功能润滑油添加剂，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备过程中没有添加三乙氧基硅基乙酸。
对比例2
本例提供一种多功能润滑油添加剂，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3、润滑油添加剂的合成过程中没有添加N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺。
对比例3
本例提供一种多功能润滑油添加剂，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备过程中没有添加硼墨烯。
上述实施例1-5以及对比例1-3所得多功能润滑油添加剂以重量份数为5％的添加量分散在牌号为Spectrasyn8的聚α-烯烃基础油中形成润滑油样品，然后进行相应的性能测试，测试结果如表1所示。测试方法如下：
(1)四球实验：按照ASTMD-2783进行测试；在四球实验测试结果中，在一定温度、转速下，最大无卡咬负荷PB值，表示的是钢球在润滑状态不发生卡咬的最大负荷，PB值越高，说明润滑油的润滑性能越好。烧结负荷PD值，表示的是逐级增大负荷，上方钢球和下方钢球因负荷过重而发生高温烧结，设备不得不停止运转的负荷，PD值越高，说明润滑油的极压润滑性能越好。磨斑直径d值，表示的是承重钢球面因摩擦导致磨损斑痕直径的大小，d值越小，说明润滑油的抗磨能力润滑性越好。
(2)腐蚀实验：按照GB/T5096进行，测试为铜片，121℃，3小时。
从表1可以看出，本发明实施例公开的多功能润滑油添加剂添加到基础油中形成的润滑油具有更好的极压性能和润滑性能，且耐腐蚀性能较好，这是各组分协同作用的结果。
表1实施例和对比例样品性能
Figure BDA0002851898410000091
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺：将N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺加入到高沸点溶剂中，在60-80℃下搅拌反应5-8小时，后旋蒸除去溶剂，再用乙醚洗涤粗产品3-7次，最后旋蒸除去乙醚，得到N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺；
步骤S2、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯的制备：将硼墨烯分散于有机溶剂中，然后向其中加入硅烷偶联剂KH560，在50-70℃下搅拌反应3-5小时，接着加入氨基改性富勒烯，在超声分散仪中分散10-20分钟，后在75-85℃下搅拌反应4-6小时，最后再向其中加入三乙氧基硅基乙酸，继续保温搅拌反应2-3小时，反应结束后，旋蒸除去溶剂，得到羧基改性富勒烯包覆硼墨烯；
步骤S3、润滑油添加剂的合成：将经过步骤S1制成的N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、经过步骤S2制成的羧基改性富勒烯包覆硼墨烯加入到N-甲基吡咯烷酮中，在80-90℃下搅拌4-6小时，后旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到多功能润滑油添加剂。
2.根据权利要求1所述的多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮、六甲蜜胺、高沸点溶剂的摩尔比为3:1:(14-20)。
3.根据权利要求1所述的多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述硼墨烯、有机溶剂、硅烷偶联剂KH560、氨基改性富勒烯、三乙氧基硅基乙酸的质量比为(1-2):(10-20):0.2:(3-5):0.3。
5.根据权利要求1所述的多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，有机溶剂为乙腈、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的多功能润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述N-氯甲基苯并噻唑-2-硫酮离子化六甲蜜胺、羧基改性富勒烯包覆硼墨烯、N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:(2-3):(10-20)。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的多功能润滑油添加剂的制备方法制备得到的多功能润滑油添加剂。
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