CN115924930B

CN115924930B - 一种超微细短纤维硼酸盐的原位诱导合成方法及其制品

Info

Publication number: CN115924930B
Application number: CN202211546228.1A
Authority: CN
Inventors: 杨发达; 代书雷; 何继军
Original assignee: Shenzhen Ai Lun Bao Lubricating Material Co ltd
Current assignee: Shenzhen Ai Lun Bao Lubricating Material Co ltd
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2042-12-01
Also published as: CN115924930A

Abstract

本发明涉及硼酸盐型抗磨材料技术领域，特别是提供一种超微细短纤维硼酸盐的原位诱导合成方法及其制品，本发明以基础油为载体、以鲜制的有机羧酸皂为诱导剂、以鲜制的硼酸盐水溶液为硼源，采用敞口反应釜装置，经过原位诱导结晶反应后，经脱游离水、脱结晶水、高温活化和冷却而成，其中所制得的硼酸盐具有超微细短纤维结构，经检测，直径约0.5～1.2μm，长度约5～30μm，无需高能球磨等后续细化处理，可直接添加于润滑油脂中，同时疏水亲油、不易水解，极压抗磨效果优良；原料易得、工艺简单，非常适宜于规模化批量生产，市场应用前景非常广阔。

Description

一种超微细短纤维硼酸盐的原位诱导合成方法及其制品

技术领域

本发明涉及硼酸盐型抗磨材料技术领域，特别是提供一种超微细短纤维硼酸盐的原位诱导合成方法及其制品。

背景技术

在润滑油脂应用领域中，基于硼元素(B，原子序数为5)的独特的核外电子层结构，人们发现含硼化合物——硼酸盐型抗磨助剂具有优良的润滑抗磨性能，并且在低速高负荷和高速高负荷下都有效，所以近年来获得了广泛研究与应用。具体包括：①优良的极压抗磨性能；②能有效地改善润滑剂的热氧化安定性；③低摩擦阻力；④硼酸盐型添加剂活性低；⑤对铜无腐蚀；⑥通用性强；⑦最具特色的是在低粘度下具有较高的极压抗磨性能，即在高温条件下当基础油的粘度降到100cSt以下时，硼酸盐型抗磨助剂的烧结负荷迅速地增加，而传统的硫磷氮氯系抗磨助剂则是迅速地降低。

但是，有关硼酸盐型抗磨助剂在润滑油脂中的具体应用中，仍存在一些共同的技术难题并未解决，譬如：①基础研究成果多，但能够量产并实际应用的不多；②在化学组成上品种多，但抗磨效果显著的不多；③大部分硼酸盐属于水溶性盐，虽然能直接添加于润滑油脂中使用，但遇水时会发生溶解并返粗而失效，因此，有效地改善硼酸盐的抗水性仍具挑战性；④硼酸盐的粒径微细化加工仍具有技术难度：(A)太细则辅助添加剂多，既降低抗磨效果，又破坏润滑油脂性状；(B)太粗则易沉降，同时易损伤运动零部件表面以及噪音大等不足；⑤具有均一特定微观形态结构的硼酸盐的可控合成仍具有技术难度。

发明内容

针对前述现有技术的不足，本发明提供一种超微细短纤维硼酸盐的原位诱导合成方法及其制品。原料易得，工艺简单、无需高能球磨等后续细化处理，产品抗磨性能指标优良，适宜于规模化批量生产。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案包括：一种超微细短纤维硼酸盐的原位诱导合成方法，其物料配方、配比与工艺步骤如下：

1.物料配方、配比

按重量比计算，整体组成重量配比是：w基础油:w鲜制的有机羧酸皂:w鲜制的硼酸盐水溶液＝(35～60):(10～25):(10～45)；其中鲜制的有机羧酸皂所使用的有机羧酸、无机碱的摩尔配比是n有机羧酸:n无机碱＝1:1；鲜制的硼酸盐水溶液所使用的硼酸、稀土化合物、碱的摩尔配比是n硼酸:n稀土化合物:n碱＝(2～4):(0～0.1):1。

2.工艺步骤

1)准备物料：按生产配方领取物料，并准确称量后置于物料桶中以备用；

2)鲜制有机羧酸皂：将已备原料之基础油、有机羧酸一次性投入敞口反应釜中，升温到70～90℃，然后加入无机碱水溶液进行皂化，剧烈搅拌，皂化反应10～30分钟，制得鲜制的有机羧酸皂，备用；

3)鲜制硼酸盐水溶液：将已备原料之硼酸、稀土化合物、适量水加入不锈钢的电加热保温桶中，然后加入碱溶液，加热升温到70～90℃，充分搅拌5～10分钟至完全溶解，制得鲜制的硼酸盐水溶液，备用；

4)原位诱导结晶反应：将步骤3)鲜制的硼酸盐水溶液缓慢加入到步骤2)鲜制的有机羧酸皂的敞口反应釜中，待全部加完后在70～90℃下保温并继续搅拌反应60～90分钟，即原位诱导结晶反应；

5)脱游离水：升温到120～140℃，搅拌20～60分钟，脱游离水；

6)脱结晶水：继续升温到160～180℃，搅拌20～60分钟，脱结晶水；

7)高温活化：再进一步升温到220～250℃，搅拌10～20分钟，高温活化；

8)冷却：用循环油冷却反应釜至室温，从而将产物冷却至室温，制得成品。

进一步，所采用的稀土化合物为能够被硼酸所溶解的稀土氧化物、或稀土氢氧化物、或碳酸盐、或醋酸盐，稀土元素为镧、铈等常见稀土元素。

进一步，所采用的基础油为不易水解的碳氢类基础油，具体可为聚α-烯烃(PAO)、矿物油、烷基萘、烷基苯、聚醚中的一种或其组合，粘度值范围(V_40℃)为20～2000cSt。

进一步，所述有机羧酸为12-羟基硬脂酸。

进一步，所述有机羧酸皂中的无机碱为单水合氢氧化锂。

进一步，所述硼酸盐水溶液中的碱为氢氧化钾、或单水合氢氧化锂、或氢氧化钠。

本发明通过一种原位诱导结晶反应的化学方法，直接合成了一种具有超微细短纤维结构的稀土掺杂的硼酸盐型抗磨材料。经检测，其直径约0.5～1.2μm，长度约5～30μm，无需高能球磨或高压研磨均化等后处理细化工艺。将之直接添加于润滑油脂中进行了抗磨测试，结果显示其具有优良的极压抗磨效果。本发明具有原料易得、工艺简单等特点，非常适宜于规模化批量生产，市场应用前景非常广阔。

附图说明

图1为本发明原位诱导合成方法的生产工艺流程图。

图2～图6为本发明中实施例一中分实施例制品的显微图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的超微细短纤维硼酸盐的原位诱导合成方法及其制品进行详细说明。

表1为本发明原位诱导合成方法所采用物料的配方、配比一览表：

表1

其中：稀土化合物为能够被硼酸所溶解的稀土氧化物、稀土氢氧化物、碳酸盐、醋酸盐，各实施例中，采用的稀土元素为镧、铈等常见稀土元素。

各实施例中，基础油为不易水解的碳氢类基础油，具体可为聚α-烯烃(PAO)、矿物油、烷基萘、烷基苯、聚醚中的一种或其组合，粘度值范围(V_40℃)为20～2000cSt。

各实施例中，有机羧酸为12-羟基硬脂酸，有机羧酸皂中的无机碱为单水合氢氧化锂。

各实施例中，硼酸盐水溶液中的碱为氢氧化钾、或单水合氢氧化锂、或氢氧化钠。

表2为本发明原位诱导合成方法的生产工艺参数一览表：

表2

步骤序号	步骤要点	所需温度/℃	所需时间/min
				1)	物料准备	室温	15～30
2)	鲜制有机羧酸皂	70～90	10～30
				3)	鲜制硼酸盐水溶液	70～90	5～10
4)	原位诱导结晶反应	70～90	60～90
				5)	脱游离水	120～140	20～60
6)	脱结晶水	160～180	20～60
				7)	高温活化	220～250	10～20
8)	冷却	室温	30～60

发明人通过多次实验，尤其在物料配方、配比及生产工艺方面做了大量实验。发明人采用相互对比的方式，获得了本发明的技术方案。尤其对不同的皂基诱导剂的效果进行了实验性的探索，基本排除了单羧酸皂中的硬脂酸、月桂酸、油酸，以及复合皂中的二元羧酸；而对于碳氢类基础油，排除了硅油、酯类油，确定选用不易水解的碳氢类基础油，具体可以为聚α-烯烃(PAO)、矿物油、烷基萘、烷基苯、聚醚。发明人认为，硅油、酯类油不适用的原因在于硅油与有机羧酸皂不相容，而酯类油则是因为体系中的水存在，经高温处理时酯类油水解而失效。

实施例一

实施例一包括有五个不同的分实施例(分别为1A、1B、1C、1D、1E)。均按100.00kg的量进行生产，制备方法均按照图1的原位诱导合成方法工艺流程。但物料有所差异，分别从基础油、n硼酸/n碱比、稀土化合物、碱等物料方面进行了部分调整。具体分实施例(分别为1A、1B、1C、1D、1E)的物料配方一览表见下表3。

表3

表4是本实施例一中五个不同的分实施例(分别为1A、1B、1C、1D、1E)的工艺参数一览表。

表4

制的成品后，分别对本实施例一中五个不同的分实施例(分别为1A、1B、1C、1D、1E)所制的产品进行了微观显微镜下的检测，各显微镜照片图分别参见图2～图6。表明各分实施例均得到了超微细短纤维稀土掺杂的硼酸盐型抗磨材料。各制品直径约0.5～1.2μm，长度约5～30μm，无需高能球磨或高压研磨均化等后处理工艺即可直接应用。

实施例二

本实施例二采用(或参考)实施例一中分实施例1A的配方与工艺参数，基础油采用PAO(V_40℃＝100cSt)，但对所使用的有机羧酸皂诱导剂进行了调整，形成五个不同的分实施例(分别为2A、2B、2C、2D、2E)，其中，四个不同的分实施例(2B、2C、2D、2E)为对比实施例，分别采用与2A(12-羟基硬脂酸)不同的有机羧酸，各实施例均按1.00kg进行打样。

表5是本实施例二中五个不同分实施例(分别为2A、2B、2C、2D、2E)的物料配方一览表。

表5

制的成品后，对本实施例二中五个不同的分实施例(分别为2A、2B、2C、2D、2E)所制的产品进行了微观显微镜下的检测(未附图)。检测结果显示，实施例二中的对比实施例(2B、2C、2D、2E)均未能制得超微细短纤维稀土掺杂的硼酸盐。

实施例三

本实施例三同样采用(或参考)实施例一中分实施例1A的配方与工艺参数，基础油采用PAO(V_40℃＝100cSt)，但采用不同的n硼酸/n碱比，形成五个不同的分实施例(分别为3A、3B、3C、3D、3E)，其中，四个不同的分实施例(3B、3C、3D、3E)为对比实施例，分别采用与3A(n硼酸/n碱比为3：1)不同的n硼酸/n碱比，各实施例均按1.00kg进行打样。

表6是本实施例三的五个不同的分实施例(分别为3A、3B、3C、3D、3E)的物料配方一览表。

表6

制的成品后，对本实施例三中五个不同的分实施例(分别为3A、3B、3C、3D、3E)所制的产品进行了微观显微镜下的检测(未附图)。检测结果显示，实施例三中的对比实施例(3B、3C、3D、3E)均未能制得超微细短纤维稀土掺杂的硼酸盐。

以上内容显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此应将本文提及的实施例看作是示范性的、非限制性。本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种超微细短纤维硼酸盐的原位诱导合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)物料准备；物料重量配比为：w基础油:w有机羧酸皂:w硼酸盐水溶液＝(35～60):(10～25):(10～45)；其中有机羧酸皂中物料摩尔配比为n有机羧酸:n无机碱＝1:1，所述有机羧酸为12-羟基硬脂酸；硼酸盐水溶液中物料摩尔配比为n硼酸:n稀土化合物:n碱＝(2～4):(0～0.1):1；

2)将已备原料之基础油、有机羧酸一次性投入敞口反应釜中，升温到70～90℃，然后加入无机碱水溶液进行皂化，剧烈搅拌，皂化反应10～30分钟，制得鲜制的有机羧酸皂，备用；

3)将已备原料之硼酸、稀土化合物、适量水加入不锈钢的电加热保温桶中，然后加入碱溶液，加热升温到70～90℃，充分搅拌5～10分钟至完全溶解，制得鲜制的硼酸盐水溶液，备用；

4)将步骤3)鲜制的硼酸盐水溶液缓慢加入到步骤2)鲜制的有机羧酸皂的敞口反应釜中，待全部加完后在70～90℃下保温并继续搅拌反应60～90分钟，进行原位诱导结晶反应；

5)升温到120～140℃，搅拌20～60分钟，进行脱游离水；

6)继续升温到160～180℃，搅拌20～60分钟，进行脱结晶水；

7)再进一步升温到220～250℃，搅拌10～20分钟，进行高温活化；

8)用循环油冷却反应釜至室温，制得成品。

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述稀土化合物为能够被硼酸所溶解的稀土氧化物、稀土氢氧化物、碳酸盐、醋酸盐；所述稀土元素为镧、铈。

3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述有机羧酸皂中的无机碱为单水合氢氧化锂。

4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述硼酸盐水溶液中的碱为氢氧化钾、单水合氢氧化锂、氢氧化钠。

5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述基础油为聚α-烯烃、矿物油、烷基萘、烷基苯、聚醚中的一种或其组合，粘度值范围V_40℃为20～2000cSt。

6.一种根据权利要求1所述的合成方法制得的具有超微细短纤维结构的硼酸盐。