一種高性能潤滑油添加劑的制備方法
【專利說明】
一、技術領域
[0001]本發明涉及一種高性能潤滑油添加劑的制備方法，是通過POSS接枝改性納米二氧化硅。
二、【背景技術】
[0002]納米二氧化硅作為潤滑油添加劑，能夠極大的改善潤滑油的摩擦性能，納米二氧化硅作為潤滑油添加劑的研宄已經成為國內外研宄熱點。然而納米二氧化硅比表面積極大，表面含有大量的羥基，容易發生團聚，影響納米二氧化硅潤滑油添加劑性能。國內外很多學者將高分子化合物修飾在二氧化硅粒子表面，明顯提高了二氧化硅粒子在潤滑油中的分散性能，進而發揮其在潤滑油中的摩擦性能。在實際應用中，潤滑油添加劑一般在高溫高負荷的狀態下，普通高分子修飾后的二氧化硅在高溫高負荷下容易分解，高分子化合物會脫離納米二氧化硅。導致納米二氧化硅的團聚現象繼續發生，影響其在潤滑油中摩擦性能的發揮。
三、
【發明內容】
[0003]本發明旨在提供一種高性能潤滑油添加劑的制備方法，是以γ -氯丙基三乙氧基硅烷為前驅體反應物制備帶基團氯的POSS (POSS-Cl)，然后將帶基團氯的POSS與KI發生反應，生成反應活性更強的帶I的POSS ;同時利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(ΚΗ-550)與納米二氧化硅粒子表面的羥基發生反應，使偶聯劑ΚΗ-550接枝在納米粒子上；最后利用-1與氨基基團發生取代反應，制備得到POSS改性納米二氧化硅。
[0004]本發明潤滑油添加劑即改性納米二氧化硅，具有較好的摩擦性能，能夠大大的降低潤滑油的摩擦系數，提高潤滑油的性能，應用范圍廣泛。
[0005]本發明高性能潤滑油添加劑的制備方法，首先將POSS表面進行處理得到帶I的POSS (POSS-1)，再通過硅烷偶聯劑改性納米二氧化硅，最后通過接枝聚合反應使硅烷偶聯劑改性納米二氧化硅與POSS-1接枝聚合得到POSS改性納米二氧化硅。
[0006]本發明高性能潤滑油添加劑的制備方法包括表面處理、偶聯劑改性及接枝改性各單元過程:
[0007]所述表面處理是向反應器中加入4.88mL γ -氯丙基三乙氧基娃燒、90mL無水乙醇和5mL的濃鹽酸(質量濃度36.5% )，超聲分散0.5h，隨后在60°C下攪拌反應2d，得到白色固體，用無水乙醇洗滌后真空干燥，得到POSS-Cl ;將Ig POSS-Cl和4g碘化鉀加入80mL丙酮中，在30°C下攪拌反應6h，過濾以除去固體雜質，將濾液旋蒸得到白色固體；將得到的白色固體溶解于蒸餾水中，過濾后收集固體產物，真空干燥后即得POSS-1 ；
[0008]所述偶聯劑改性是將5g納米二氧化硅、10mL甲苯、2.5mL硅烷偶聯劑加入到反應器中超聲分散0.5h，然后在80°C下攪拌反應12h，反應完畢后利用無水甲醇洗滌數次，60°C真空干燥24h，得到硅烷偶聯劑改性納米二氧化硅；
[0009]所述接枝改性是將Ig POSS-1、2.5g硅烷偶聯劑改性納米二氧化硅加入80mL丙酮中，然后加入Ig NaHCO3作為縛酸劑，在90°C下反應12h，得到的固體產物依次用丙酮和蒸餾水洗滌，真空干燥后得到POSS改性納米二氧化硅。
[0010]所述硅烷偶聯劑為3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)。
[0011]本發明在納米二氧化硅表面接枝P0SS，具有優異的力學性能和鮮明的耐熱耐高溫性能，能有效的改善普通高分子聚合物不耐摩擦、高溫的問題，可以持久的改善二氧化硅復合材料作為潤滑油添加劑在潤滑油應用方面的問題。本發明制備方法反應溫度低，條件溫和，后處理簡單，產品性能優越，工業化成本小。
四、【附圖說明】
[0012]圖1是以硅烷偶聯劑KH-550為例的合成路線圖。
[0013]圖2是二氧化硅粒子與其復合材料的紅外譜圖。其中曲線A為POSS改性納米二氧化硅復合材料，曲線B為硅烷偶聯劑改性納米二氧化硅；曲線C為納米二氧化硅。圖2的三條曲線都在lllOcnT1處存在非常強大的峰，這是S1-O鍵的吸收峰，這是因為二氧化硅為主要物質，所以這個峰值最為強。曲線B(Si02-KH-550)的譜圖中存在3426CHT1處的峰為伯胺中N-H的伸縮振動吸收峰，1629CHT1處的峰為N-H的面內變形振動吸收峰，這兩個峰的存在，說明了硅烷偶聯劑KH-550已經成功的接枝在二氧化硅粒子的表面。曲線A(S12-POSS)中可以明顯看出3426CHT1和1629cm ―1處的強峰不再存在，相對應的S1-O-Si鍵等峰值依然很強，說明反應生成了新的物質，含有S1-O-Si的POSS使得11 1cnT1處峰值不減弱的主要原因。
[0014]圖3是納米二氧化硅(a)和POSS改性納米二氧化硅復合材料(b)的電鏡掃描圖。兩圖放大相同的倍數。從基本相貌來看，二氧化硅粒子成球形，粒徑分布比較均勻。b圖相對于a圖的粒子分布更分散均勾，分析認為因為二氧化娃粒子修飾了有機娃P0SS，這樣一來粒子表面有一定的空間位阻，使得二氧化硅粒子分布相對較為均勻。
[0015]圖4為不同摻量的POSS改性納米二氧化硅復合材料(S12-POSS)的摩擦系數與時間關系圖。圖4中可以明顯的觀察到，隨著S12-POSS摻量的增加，摩擦系數隨著也降低，當摻量為0.5￥丨％時摩擦系數達到最低。當摻量為^^%時，相對于0.5wt%摩擦系數變大，所以摻量為0.5被％時達到最佳值。分析認為除了具有共晶微球在摩擦時起到了一種微球軸承的作用外，同時有機硅接枝在二氧化硅上，使得納米復合材料具有優異的抗磨性能和抗高溫性能。在摩擦過程中，納米復合材料在摩擦表面會形成動態的化學修復膜，減少對接觸面的摩擦、磨損。同時納米復合材料因為范德華力吸附于摩擦表面，形成一層物理吸附膜，這樣會帶來微拋光作用，降低表面粗糙程度。
五、【具體實施方式】
[0016]本發明所使用的納米Si0#j粒原材料購買阿拉丁試劑網，粒徑球星均勻，平均粒徑20nm。因為納米S1jj粒表面能大，易存在物理吸附水，所以按照下述步驟干燥:稱取30g納米S12微粒，放入真空干燥箱中，在100°C下干燥ld，密封備用。
[0017]本發明所使用的甲苯使用前均經過預處理，處理過程如下:向反應器中先加入10ml甲苯，之后加入切成碎塊的金屬鈉，在120°C下磁力攪拌過夜，除去甲苯中存在的少量水分，最后經過減壓蒸餾，密封備用。
[0018]實施例1:
[0019]1、向300mL的圓底燒瓶中加入4.88mL γ -氯丙基三乙氧基硅烷、90mL無水乙醇和5mL的濃鹽酸(質量濃度36.5%，下同)，超聲分散0.5h，隨后在60°C下攪拌反應2d，得到白色固體，用無水乙醇洗滌后真空干燥，得到POSS-