CN1919989A - 环境友好的纳米润滑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境友好的纳米润滑剂及其制备方法，润滑剂由基础油、分散剂、表面活性剂、促进剂和纳米添加剂组成，基础油∶分散剂∶表面活性剂∶促进剂的体积比为64∶15∶5∶16，纳米添加剂在纳米润滑剂中的质量分数为1％。本发明选用的基础油为具有良好生物降解性能的合成酯或植物油对环境无害，向基础油中加入纳米级的二硫化钼、聚四氟乙烯或氟化石墨之后，润滑剂的抗磨性能和减磨性能都比没有加纳米添加剂时有所增加。本发明所述方法制得的环境友好纳米润滑剂油液稳定性很好，存放一年不出现沉淀或分层现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米润滑剂，更具体的说是涉及一种具有良好生物降解性能的环境友好的纳米润滑剂及其制备方法。
背景技术
环境是人类及其它生命赖以生存的基础。多年以来，人们已认识到润滑剂和其他工业废液对环境造成的负面影响，特别是对水生植物和动物的负面影响。发达国家如欧盟和美国已经制定了环保法规促使各种环境友好润滑剂和添加剂应运而生。随着我国综合国力的提高和科学技术的发展，环境问题越来越受到重视，政府制定的可持续发展战略也促使我们大力发展自己的环境友好润滑剂和添加剂。环境友好润滑剂的基础润滑油主要包括合成酯和植物油。美国计划5年内将占机油消耗总量的1/3改用植物油和合成酯混合机油，英国和中国香港近来用混合配制的菜籽油做润滑剂，大力发展环境友好润滑剂也是解决石油资源日益减少的措施之一。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有良好生物降解性能的环境友好的纳米润滑剂；本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种简便的上述环境友好的纳米润滑剂的制备方法。
本发明采用的技术方案：一种环境友好的纳米润滑剂，由基础油、分散剂、表面活性剂、促进剂和纳米添加剂组成，基础油∶分散剂∶表面活性剂∶促进剂的体积比为64∶15∶5∶16，纳米添加剂在纳米润滑剂中的质量分数为3～5％，所述基础油为合成酯或植物油，所述分散剂选自聚异丁烯、丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺、石油磺酸钙中的一种或一种以上的混合物，所述表面活性剂选自司本-20、司本-80、吐温-40、吐温-60中的一种或一种以上的混合物，所述促进剂选自戊醇、异辛醇、辛醇中的一种或一种以上的混合物，所述纳米添加剂选自粒度范围均为200～400nm的二硫化钼、聚四氟乙烯或氟化石墨。
一种制备环境友好纳米润滑剂的方法，将基础油、分散剂、表面活性剂和促进剂按体积比64∶15∶5∶16比例混合，在球磨机转速2200rpm、75℃研磨15分钟得到混合油，向混合油中加入质量分数3～5％的纳米添加剂，再在球磨机转速2200rpm、75℃研磨50min得到环境友好的纳米润滑剂，所述基础油为合成酯或植物油，所述分散剂选自聚异丁烯、丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺、石油磺酸钙中的一种或一种以上的混合物，所述表面活性剂选自司本-20、司本-80、吐温-40、吐温-60中的一种或一种以上的混合物，所述促进剂选自戊醇、异辛醇、辛醇中的一种或一种以上的混合物，所述纳米添加剂选自粒度范围均为200～400nm的二硫化钼、聚四氟乙烯或氟化石墨。
本发明的有益效果：本发明选用的基础油为具有良好生物降解性能的合成酯或植物油对环境无害，向基础油中加入纳米级的二硫化钼、聚四氟乙烯或氟化石墨之后，润滑剂的抗磨性能和减摩性能都比没有加纳米添加剂时有所增加。本发明所述方法制得的环境友好纳米润滑剂油液稳定性很好，存放一年不出现沉淀或分层现象。
附图说明
图1是合成酯和植物油以及合成酯和植物油加入纳米添加剂后的抗磨性能柱状图；
图2是合成酯和植物油以及合成酯和植物油加入纳米添加剂后的承载能力柱状图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明进一步详细描述：一种环境友好的纳米润滑剂，由基础油、分散剂、表面活性剂、促进剂和纳米添加剂组成，基础油∶分散剂∶表面活性剂∶促进剂的体积比为64∶15∶5∶16，纳米添加剂在纳米润滑剂中的质量分数为3～5％，所述基础油为合成酯或植物油，所述分散剂选自聚异丁烯、丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺、石油磺酸钙中的一种或一种以上的混合物，所述表面活性剂选自司本-20、司本-80、吐温-40、吐温-60中的一种或一种以上的混合物，所述促进剂选自戊醇、异辛醇、辛醇中的一种或一种以上的混合物，所述纳米添加剂选自粒度范围均为200～400nm的二硫化钼、聚四氟乙烯或氟化石墨。所述环境友好纳米润滑剂的制备方法，将基础油、分散剂、表面活性剂和促进剂按体积比64∶15∶5∶16比例混合，在球磨机转速2200rpm、75℃研磨15分钟得到混合油，向混合油中加入质量分数3～5％的纳米添加剂，再在球磨机转速2200rpm、75℃研磨50min得到环境友好的纳米润滑剂，所述基础油为合成酯或植物油，所述分散剂选自聚异丁烯、丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺、石油磺酸钙中的一种或一种以上的混合物，所述表面活性剂选自司本-20、司本-80、吐温-40、吐温-60中的一种或一种以上的混合物，所述促进剂选自戊醇、异辛醇、辛醇中的一种或一种以上的混合物，所述纳米添加剂选自粒度范围均为200～400nm的二硫化钼、聚四氟乙烯或氟化石墨。
合成酯和天然植物油具有良好的生物降解性能，具有良好的低温性能和优良的润滑性能，典型的合成酯和植物油基础油的流变性能和生物降解性见表1。
表1环境友好基础油的物化性质和流变性表
| 油品名称 | 运动粘度mm2/s | 粘度指数VI | 倾点/℃ | 生物降解性％ | |
| 40℃ | 100℃ | ||||
| 蓖麻油菜籽油豆油季戊四醇酯(C7∽9酸) | 2333527.524.4 | 17.4865.2 | 7021075160 | -19-10≤-35 | 100998198.8 |
| 己二酸二辛酯癸二酸二异辛酯油酸甲酯油酸乙酯油酸丁酯 | 8.3211.75.55.26.3 | 2.843.112.12.32.5 | 212153218216 | ≤-45-15-17.5-21 | 100100100100100 |
把形成化学膜的氯化石蜡T301、硫化异丁稀T321、二烷基二硫代磷酸锌ZDTP以及无灰磷氮型的TAW添加剂与本发明使用的二硫化钼MoS2、聚四氟乙烯PTFE或氟化石墨CxFy等纳米添加剂进行对比试验。除做特殊说明外，纳米添加剂和各种化学添加剂在环境友好润滑剂中的质量分数均为3～5％。
实验方法
①抗磨性：以四球机在294N、30min摩擦作用后，用光学显微镜测定钢球的磨痕直径WSD(mm)；②承载能力：以PB(N)表示；③减摩性能：以摩擦系数(f)表示。④对润滑基础油的流变性能和生物降解性进行了试验测定，其中植物油和油酸酯为工业品，其它为化学纯；生物降解性试验利用CEC-L-33-T-93方法进行评定。
抗磨特性实验结果见图1(1.蓖麻油，2.菜籽油，3.大豆油，4.季戊四醇酯(C7～9酸)，5.己二酸二辛酯；6.癸二酸二异辛酯，7.油酸甲酯，8.油酸乙酯，9.油酸丁酯)。可见，几种纳米固体润滑剂均有抗磨作用，但抗磨效果尚不及T301、硫化异丁稀T321、ZDTP以及无灰磷氮型的TAW。
承载能力实验结果见图2(1.蓖麻油，2.菜籽油，3.大豆油，4.季戊四醇酯(C7～9酸)，5.己二酸二辛酯；6.癸二酸二异辛酯，7.油酸甲酯，8.油酸乙酯，9.油酸丁酯)。可见，加入纳米CxFy、MOS2和PTFE的基础油PB值比基础油略高一些，但相对于硫系、氯系、ZDTP类化学添加剂要差。
减摩能力实验在98N、196N、294N和392N载荷下，几种添加剂在环境友好润滑剂中的摩擦系数试验结果见表2。
表2.典型的合成酯和植物油以及加入纳米添加剂后的摩擦系数表
| 基础油名称 | 各种载荷下的摩擦系数f/10-3 | ||||
| 无添加剂 | 加MoS2 | 加CxFy | 加PTFE | 加ZDTP | |
| 蓖麻油菜籽油豆油季戊四醇酯(C7∽9)己二酸二辛酯癸二酸二丁酯癸二酸二异辛酯油酸甲酯油酸乙酯油酸丁酯 | 98N 196 294 39270 72 72 8767 71 78 8578 80 94 9674 80 91 98114 126 130 141108 118 129 13794 102 106 11489 95 101 11288 92 100 11182 90 99 107 | 98N 196 294 39255 57 58 6157 59 63 6456 58 60 6562 66 69 7478 84 87 6181 88 95 9779 82 88 9076 85 90 9778 84 87 9574 81 85 88 | 98N 196 294 39254 56 56 6058 60 62 6862 66 72 7464 70 74 8078 88 92 9680 90 96 9881 88 92 9878 86 91 9975 82 88 9770 77 84 90 | 98N 196 294 39257 58 62 6455 61 66 7058 62 64 6861 64 65 6677 86 88 9182 91 92 9680 88 90 9481 88 90 9680 86 88 9272 78 83 89 | 98N 196 294N 392N62 70 63 7569 70 78 8071 74 78 8868 77 82 8880 90 96 10283 91 99 10382 90 94 10180 91 98 10482 91 97 10677 81 88 92 |
由表2可见，含纳米添加剂的润滑油具有良好的减摩作用；比常用的含硫、氯、ZDTP或TAW无灰抗磨剂要好。由于纳米粒子具有小尺寸效应和表面效应等特性，因此以纳米粒子为基础制备的新型润滑材料应用于摩擦系统中，将以不同于传统添加剂的作用方式起减摩抗磨作用。
利用机械化学修饰法研制的纳米润滑添加剂MOS2、PTFE和CxFy润滑油液显示出一定的抗磨性能和承载能力，但不及一些常用的化学抗磨极压剂；这三种纳米润滑添加剂的减摩性能优于常用的极压抗磨剂；认为是在摩擦副表面形成迁移膜；起“滚动微轴承”的作用。
实施实例一：
利用环境友好润滑剂加入3～5％的纳米CxFy，和其他润滑添加剂，利用高速搅拌机，高速搅拌45分钟，成为透明的液体后，装入容器内，成为含纳米级CxFy添加剂的环境友好润滑剂，抗磨性能和减磨性能都比没有加纳米添加剂有所增加。
实施实例二：
利用环境友好润滑剂加入3～5％的纳米MOS2，和其他润滑添加剂，利用高速搅拌机，高速搅拌45分钟，成为透明的液体后，装入容器内，成为含纳米级MOS2添加剂的环境友好润滑剂，抗磨性能和减磨性能都比没有加纳米添加剂有所增加。
实施实例三：
利用环境友好润滑剂加入3～5％的纳米PTFE，和其他润滑添加剂，利用高速搅拌机，高速搅拌45分钟，成为透明的液体后，装入容器内，成为含纳米级PTFE添加剂的环境友好润滑剂，抗磨性能和减磨性能都比没有加纳米添加剂有所增加。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种环境友好的纳米润滑剂，由基础油、分散剂、表面活性剂、促进剂和纳米添加剂组成，基础油：分散剂：表面活性剂：促进剂的体积比为64∶15∶5∶16，纳米添加剂在纳米润滑剂中的质量分数为3～5％，所述基础油为合成酯或植物油，所述分散剂选自聚异丁烯、丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺、石油磺酸钙中的一种或一种以上的混合物，所述表面活性剂选自司本-20、司本-80、吐温-40、吐温-60中的一种或一种以上的混合物，所述促进剂选自戊醇、异辛醇、辛醇中的一种或一种以上的混合物，所述纳米添加剂选自粒度范围均为200～400nm的二硫化钼、聚四氟乙烯或氟化石墨。
2.一种制备权利要求1所述环境友好纳米润滑剂的方法，将基础油、分散剂、表面活性剂和促进剂按体积比64∶15∶5∶16比例混合，在球磨机转速2200rpm、75℃研磨15分钟得到混合油，向混合油中加入质量分数3～5％的纳米添加剂，再在球磨机转速2200rpm、75℃研磨50min得到环境友好的纳米润滑剂，所述基础油为合成酯或植物油，所述分散剂选自聚异丁烯、丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺、石油磺酸钙中的一种或一种以上的混合物，所述表面活性剂选自司本-20、司本-80、吐温-40、吐温-60中的一种或一种以上的混合物，所述促进剂选自戊醇、异辛醇、辛醇中的一种或一种以上的混合物，所述纳米添加剂选自粒度范围均为200～400nm的二硫化钼、聚四氟乙烯或氟化石墨。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |