CN112980554A - 一种动能油及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油品组合物领域，具体涉及一种动能油及其制备方法与应用。所述动能油包括基础油，以动能油总重量为100％计，还包括0.3％‑5％催化剂、1％‑2％矿物质和6％‑13％复合添加剂。本发明中的动能油不仅有利于改善金属磨损自修复效果，而且在黏度指数、低温动力粘度、蒸发损失和倾点等性能上也具有明显优势，适合在温差较大的地区使用，有助于在低温下快速启动，在高温下形成全面保护，特别适合在寒区和高温地区使用。

Description

一种动能油及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及油品组合物领域，具体涉及一种动能油及其制备方法与应用。

背景技术

据统计，全世界工业部门所用的能源约1/3-1/2消耗于机件间的摩擦。汽车发动机因摩擦而损失约30％的功率，其中，缸套-活塞-活塞环之间的摩擦损失，约占总摩擦损失的40％以上。磨损给人类所使用的机械设备带来的损失更大，约为摩擦损失的12倍。据统计，在失效机械零件中约80％是由磨损造成的。机械设备磨损经给工业国带来的经济损失可达国民生产总值的2％-8％。由此可见，飞机、火车、汽车、轮船等机械的摩擦、磨损给人类能源、节能、环保带来巨大的损失。

同时，当今汽车行业的首要问题就是节能环保，从研制高性能内燃机润滑油切入，来减少发动机内部机件的摩擦磨损，提高活塞与气缸体的动态密封效果，是降低汽车能耗和环境污染的重要途径。现代汽车制造技术综合了众多高科技于一体，汽车发动机达到了空前的高转速、高负荷、高强度运行，发动机异常苛刻的工作条件也对润滑油的性能提出了更高的要求。

常规润滑油的润滑机理，是利用润滑油将金属摩擦副隔离开，正常情况下是液体润滑；负荷重时，处于边界润滑状态，这时靠添加剂的吸附膜和化学反应膜润滑。这两种膜都不是很坚固，因此很容易造成磨损，甚至损坏机件，出现事故。在CN101082011A中虽然提到了一种可以原位强化和修复金属磨损的动能油，但在温差变化较大(尤其是寒区)的地域应用时，其性能会受到一定程度的影响。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种适合在温差变化较大的地域应用的修复功能优异的动能油及其制备方法与应用。

具体而言，本发明首先提供了一种动能油，包括：

基础油，所述基础油为壳牌GTL420、壳牌GTL430、雪佛龙PAO6、雪佛龙PAO4、SINOPUPE15、SINOPUPE32中的一种或多种；

以动能油总重量为100％计，还包括如下重量百分比的组分：

0.3％-5％催化剂，所述催化剂包括10-20重量份有机硅酸铝和80-90重量份有机硅酸镁；

1％-2％矿物质，所述矿物质为铁硅酸盐和镁硅酸盐的一种或两种；和，

5％-13％粘度指数改进剂；所述粘度指数改进剂包括如下重量份组分：

本发明发现，上述的基础油、催化剂、矿物质和粘度指数改进剂复配后，对金属磨损自修复有进一步改善效果，以基础油为载体的上述组分达到摩擦表面后，在摩擦能的作用下发生置换反应，生成一层类金属陶瓷保护层，这样不仅能预防机件磨损，还能修复处于长期运转中的发动机磨损表面。其中，基础油的选择使油品的粘度随温度的变化程度更小，同时蒸发损失也更小、倾点更低，这样不仅特别适合温差变化大的地区，而且能有效降低润滑油消耗和减少排放，特别适合寒区使用。而粘度指数改进剂的加入使各组分(尤其包括基础油和降凝剂)的性能更加突出。

本领域人员可根据公知常识设置动能油中的其他组分，其均可以得到与本发明上述描述相当的效果。不过，关于其他组分也存在更优的技术方案，为此，本发明进一步进行了探究并得到如下的优选方案。

更优选地，所述矿物质由20-35重量份铁硅酸盐和65-80重量份镁硅酸盐组成。

作为优选，以动能油总重量为100％计，所述动能油还包括：

6％-13％复合添加剂，所述复合添加剂包括如下重量份组分：

所述复合添加剂的使用更有利于改善油品在不同温度下的性能稳定性，同时，也会使动能油的各方面性能更佳。

作为优选，所述基础油包括第一组份30-50份、第二组份30-60份和第三组分10-20份；

所述第一组份为壳牌GTL420和SINOPUPE15中的一种或两种；

所述第二组分为SINOPUPE32和壳牌GTL430中的一种或两种；

所述第三组份为雪佛龙PAO6和雪佛龙PAO4中的一种或两种。

经过反复试验，在按上述方式复合搭配基础油时，动能油的各项效果指标更为突出，且产品经过1年的存放仍然清澈透明，非常稳定。

更优选地，在所述基础油中，壳牌GTL420、壳牌GTL430为天然气提纯产品。SINOPUPE15、SINOPUPE32为煤提纯产品，采用上述基础油时，产品的综合性能提升非常大。

作为优选方案，以动能油总重量为100％计，所述动能油还包括0.3％-0.6％降凝剂；所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯类1-248。

作为优选方案，以动能油总重量为100％计，所述动能油还包括0.5％-1.5％抗氧剂；所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和/或芳香胺类抗氧剂。更优选地，所述抗氧剂由15-45重量份受阻酚类抗氧剂和55-85重量份芳香胺类抗氧剂组成。

作为优选方案，以动能油总重量为100％计，所述动能油还包括0.003％-0.01％抗泡剂；所述抗泡剂为丙烯酸酯类2#复合抗泡剂。

本领域人员可对上述方案进行组合，得到关于本发明的较优实施例。

作为本发明的优选实施方案，所述动能油由如下重量百分比的组分组成：

0.3％-5％催化剂、6％-13％复合添加剂、1％-2％矿物质、0.5％-1.5％抗氧剂、0.3％-0.6％降凝剂、5％-13％粘度指数改进剂和0.003％-0.01％抗泡剂；余量为基础油。

进一步优选地，所述动能油由如下重量百分比的组分组成：

1-3％催化剂、7.5％-9％复合添加剂、1.5％-2％矿物质、0.8％-1.2％抗氧剂、0.4％-0.6％降凝剂、5％-10％粘度指数改进剂和0.008％-0.01％抗泡剂；余量为基础油。

在本发明中，为了更有利于以基础油为载体在发动机中使用，各原料的基本形态均为微米级的微细粉体，可以以浓缩粉体、凝胶体和和分散液三种不同形式添加到所有类型的油品和润滑脂中使用。

本发明进一步提供所述动能油的制备方法，在65-75℃下，先将低粘度基础油与粘度指数改进剂混合后，再与其他基础油混合；而后在60℃以下，与动能油中的其他组分混合。

本发明进一步提供所述的动能油在预防和修复含铁的金属机件的磨损中的应用；优选为在发动机润滑系统中的应用。

基于上述技术方案，本发明的有益效果如下：

本发明中的动能油可以在金属表面形成类金属陶瓷保护层，其主要成分是铁原子置换镁原子生成的铁硅酸盐。它生长的厚度与摩擦能成正比，是自动调节的，摩擦释放能量促使保护层生长；磨损补偿导致释放的能量降低，置换反应停止，保护层停止生长。因此，这是一种金属磨损自修复技术，可以选择性的补偿表面磨损、恢复原型尺寸、优化表面间隙。只要充分保持铁硅酸盐表面保护层的形态个数就不必更换零件。由于其独特的作用原理和材料表面改性功能，这种技术是一种独创的、强有力的表面工程技术，可以原位强化和修复任何摩擦系统的工程表面。

铁硅酸盐保护层由空间晶格增大的变形晶体构成，与原始金属表面是化学键结合，具有异乎寻常的力学和物理性能，形成超滑超硬的摩擦接触表面：

表面粗糙度保护层表面粗糙的不低于14级。

本发明所述直达快速、具有自修复功能的动能油是采用金属摩擦表面改性调节技术和金属磨损自修复技术等，针对不同的使用工况精心调配的具有特种功效的动能油系列。其独特功效表现在以下几个方面：

(1)国家石油产品质量监督检验中心对本发明所述直达快速、具有自修复功能的动能油进行检测：低温动力粘度3460、运动粘度、高温高剪切粘度4.03、黏度指数171、倾点-51、水分痕迹、

泡沫性合格、蒸发损失4.2、闪点254，各个指标均非常优秀，适合在温差较大的地区使用，有助于在低温下快速启动，在高温下形成全面保护，特别适合在寒区和高温地区使用。

使用该动能油进行行车试验，在零下30度的室外环境中，启动迅速，噪音低，提速快，解决了低温环境车辆对润滑油的要求，与之前相比有节约燃油的效果。

(2)节能在摩擦副表面生成厚度不同的超滑超硬保护膜和新的金相结构反应层，降低摩擦系数，产生显著节能效果。交通部汽车运输行业能源利用检测中心对本发明所述直达极速、具有自修复功能的动能油与市售润滑油对比试验结果是本发明所述直达快速、具有自修复功能的动能油节油率：市区运行模式3.5％，城间运行模式3.6％，快速车道运行模式3.9％。

(3)环保摩擦副表面生成的超滑超硬保护膜和新的金相结构反应层具有优良的密封性能，可以改善发动机的燃烧动力特性，减轻尾气排放污染。交通部汽车运输行业能源利用检测中心对本发明所述直达极速、具有自修复功能的动能油试验尾气排放检测中，CO含量降低24.6％，HC+Nox含量降低25.2％。

(4)延长换油周期动能油的使用寿命是其它润滑油的3倍以上。

(5)修复动能油可以原位修复磨损零件，恢复原型尺寸，保持合理间隙，延长发动机使用寿命，降低维修成本。清华大学摩擦学国家重点实验室对本发明所述直达快速、具有自修复功能的动能油摩擦性能检测结论指出：本发明所述直达快速、具有自修复功能的动能油表现良好的减摩性能，使摩擦系数明显降低，比液体润滑油低一个数量级。而且使摩擦表面具有良好的抗磨性能，硬度为原基体材料摩擦表面的2-3倍，使磨损表面磨损程度大为减轻。式样断面SEM观察表明，在基体材料表面有一层2-3μm的，与基体材料组织明显不同的保护层生成，EDS分析发现保护层中除有少量的来自添加剂的元素P、S、C以及Mg和Si外，还含有比基体更高比例的C和O。这层保护层超滑超硬，结合牢固，并可耐1600℃高温。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所述的动能油是由基础油和多种添加剂调配而成的。在以下实例中，基础油配料购自壳牌石油公司、山西潞安集团、雪佛龙公司，各添加剂配料购自雪佛龙奥伦耐公司、美国路博润公司、利安隆公司、润英联公司、赢创公司、博林高科公司。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

本实施例首先提供一种动能油，由如下重量百分比的组分组成：

1％催化剂、7.5％复合添加剂、2％矿物质、1％抗氧剂、0.5％降凝剂、5％粘度指数改进剂和0.01％抗泡剂；余量为基础油。

其中，所述基础油由以下重量份组分组成：

壳牌GTL420 50份

壳牌GTL430 30份

雪佛龙PAO6 20份。

所述复合添加剂由以下重量份组分组成：

所述粘度指数改进剂由如下重量份组分组成：

所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯类1-248。

所述抗泡剂为丙烯酸酯类2#复合抗泡剂。

所述催化剂由10重量份有机硅酸铝和90重量份有机硅酸镁组成。

所述矿物质由20重量份铁硅酸盐和80重量份镁硅酸盐组成。

所述抗氧剂由15重量份受阻酚类抗氧剂和85重量份芳香胺类抗氧剂组成。

本实施例进一步提供上述动能油的制备方法，步骤如下：

在容器中加入低粘度基础油升至70℃，加入粘度指数改进剂，搅拌半小时，加入其他基础油，温度控制在60℃以内，加入其他添加剂，充分搅拌循环，理化指标达到发动机油标准GB11121-2006和GB11122-2006。

实施例2

本实施例首先提供一种动能油，由如下重量百分比的组分组成：

3％催化剂、9％复合添加剂、2％矿物质、1％抗氧剂、0.5％降凝剂、10％粘度指数改进剂和0.01％抗泡剂；余量为基础油。

其中，所述基础油由以下重量份组分组成：

壳牌GTL420 30份

SINOPUPE32 60份

雪佛龙PAO6 10份。

所述复合添加剂由以下重量份组分组成：

所述粘度指数改进剂由如下重量份组分组成：

所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯类1-248。

所述抗泡剂为丙烯酸酯类2#复合抗泡剂。

所述催化剂由20重量份有机硅酸铝和80重量份有机硅酸镁组成。

所述矿物质由35重量份铁硅酸盐和65重量份镁硅酸盐组成。

所述抗氧剂由45重量份受阻酚类抗氧剂和55重量份芳香胺类抗氧剂组成。

上述动能油的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例提供一种动能油，与实施例2的区别仅在于，动能油中未添加复合添加剂。

对比例1

本对比例提供一种动能油，与实施例2的区别仅在于，将壳牌GTL420和SINOPUPE32替换为等量的SK基础油。

对比例2

本对比例提供一种动能油，与实施例2的区别仅在于，将粘度指数改进剂替换为等量的二元乙丙橡胶。

实验例

本实验例对实施例和对比例中动能油的各项性能进行检测。

其中，黏度指数的检测方法参照GB/T 1995；

低温动力粘度(-30℃)的检测方法参照GB11121-2006；

蒸发损失的检测方法参照SH/T 0059；

倾点的检测方法参照GB/T 3535。

检测结果见下表1。

表1

其中，高的黏度指数高表示油品的粘度随温度变化小，蒸发损失小表示能有效降低动能油的损耗并减少排放，倾点和低温动力粘度低表示油品的低温性能更出色。

由上述结果可知，基础油、黏度指数改进剂、复合添加剂对动能油都有很大程度的改善，通过数据对比可以明显体现本发明的优势。其中，基础油的改进对动能油的黏度指数和低温动力粘度和蒸发损失、倾点影响较大，黏度指数改进剂特别对低温动力粘度和倾点影响较大。故实施例的效果明显优于对比例。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种动能油，其特征在于，包括：

基础油，所述基础油为壳牌GTL420、壳牌GTL430、雪佛龙PAO6、雪佛龙PAO4、SINOPUPE15、SINOPUPE32中的一种或多种；

以动能油总重量为100％计，还包括如下重量百分比的组分：

0.3％-5％催化剂，所述催化剂包括10-20重量份有机硅酸铝和80-90重量份有机硅酸镁；

1％-2％矿物质，所述矿物质为铁硅酸盐和镁硅酸盐的一种或两种；和，

5％-13％粘度指数改进剂，所述粘度指数改进剂包括如下重量份组分：

2.根据权利要求1所述的动能油，其特征在于，以动能油总重量为100％计，所述动能油还包括：

6％-13％复合添加剂，所述复合添加剂包括如下重量份组分：

3.根据权利要求1或2所述的动能油，其特征在于，所述基础油包括第一组份30-50份、第二组份30-60份和第三组分10-20份；

所述第一组份为壳牌GTL420和SINOPUPE15中的一种或两种；

所述第二组分为SINOPUPE32和壳牌GTL430中的一种或两种；

所述第三组份为雪佛龙PAO6和雪佛龙PAO4中的一种或两种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的动能油，其特征在于，以动能油总重量为100％计，所述动能油还包括0.3％-0.6％降凝剂；所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯类1-248。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的动能油，其特征在于，以动能油总重量为100％计，所述动能油还包括0.5％-1.5％抗氧剂；所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和/或芳香胺类抗氧剂。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的动能油，其特征在于，以动能油总重量为100％计，所述动能油还包括0.003％-0.01％抗泡剂；所述抗泡剂为丙烯酸酯类2#复合抗泡剂。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的动能油，其特征在于，所述动能油由如下重量百分比的组分组成：

0.3％-5％催化剂、6％-13％复合添加剂、1％-2％矿物质、0.5％-1.5％抗氧剂、0.3％-0.6％降凝剂、5％-13％粘度指数改进剂和0.003％-0.01％抗泡剂；余量为基础油。

8.根据权利要求7所述的动能油，其特征在于，所述动能油由如下重量百分比的组分组成：

1-3％催化剂、7.5％-9％复合添加剂、1.5％-2％矿物质、0.8％-1.2％抗氧剂、0.4％-0.6％降凝剂、5％-10％粘度指数改进剂和0.008％-0.01％抗泡剂；余量为基础油。

9.权利要求1-8中任一项所述的动能油的制备方法，其特征在于，在65-75℃下，先将低粘度基础油与粘度指数改进剂混合后，再与其他基础油混合；而后在60℃以下，与动能油中的其他组分混合。

10.权利要求1-8中任一项所述的动能油在预防和修复含铁的金属机件的磨损中的应用；优选为在发动机润滑系统中的应用。