一種納米級潤滑油添加劑的制備方法

專利名稱：一種納米級潤滑油添加劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及潤滑技術領域，尤其是一種潤滑油添加劑。
背景技術：
摩擦和磨損普遍存在于自然界中，幾乎可損失世界一次能源的50%以上。另外摩擦和磨損也是材料與設備報廢的主要原因之一。因此人們采用潤滑油或固體潤滑等多種手段減少摩擦磨損的負面影響。但是摩擦和磨損仍然給我國造成每年幾百億的經濟損失。因此降低摩擦、減少磨損、延長機械使用壽命是摩擦學、化學和材料研究人員不斷追求的目標。納米材料被譽為“21世紀最有前途的材料”，在改造傳統材料方面蘊涵著巨大潛力。納米材料在潤滑領域的研究與應用，推動著先進潤滑材料與技術的發展，為研究材料的摩擦磨損、設計與發展先進潤滑劑提供了新的途徑。隨著社會發展，現代機械設備向高速、高載荷、高溫度等方向發展，這就對設備的潤滑狀況要求越來越苛刻。此時潤滑油膜就難以承擔全部載荷，相當一部分載荷要由摩擦表面直接承擔，這樣設備常常處于邊界潤滑狀態，相應的，必須引入新型高性能潤滑油添加劑(質量分數-2% )來改善其使用性能。然而，傳統添加劑大多含有S、P、Cl等元素，并依靠這些活性元素生成熔點高、摩擦系數低的摩擦反應膜來達到減摩抗磨作用；但是這些添加劑不僅在制備和使用過程中對環境造成污染，而且所含的活性元素可導致汽車尾氣減排所用的三元催化劑中毒。得益于納米科學技術的快速發展，新型潤滑油添加劑的研制開發取得了長足進展，納米潤滑材料作為全新的潤滑材料體系已顯示出優越和獨特的性能。其中硼酸鹽潤滑油添加劑具有良好的極壓、抗磨及減摩性能(尤其在低運動黏度下的極壓抗磨性能更好)，優良的熱氧化穩定性能、防腐蝕性能、密封適應性，而且無毒無味，有一定的生物降解性等特點，而被廣泛用于齒輪潤滑，表現出了巨大的節能降耗和環境保護潛力。目前已經有多種方法用于制備潤滑油添加劑納米硼酸鈣，其主要種類有1.研磨法利用研磨法，將不含結晶水或含一定數量結晶水的硼酸鹽按一定比例與基礎油混合，在引入分散劑的條件下于研缽中研磨或球磨罐中滾磨，或經振動磨振磨或膠體磨碾磨，可以很方便地制備硼酸鹽-油分散體系。其缺點是較難獲得粒度較小的硼酸鹽分散體系。2.復分解法利用復分解法，將B(OH) 3、NaOH或Na2C03分別溶于水中，然后使B (OH) 3水溶液與NaOH水溶液或Na2C03水溶液反應，將所得產物在含分散劑的油中乳化，最后經升溫脫水即可制得硼酸鹽-油分散體。利用這種方法制得的硼酸鹽-油分散體粒度較小、穩定性好，但脫水操作難度較大；同時硼酸鹽在脫水過程中容易凝結析出，導致穩定性降低。3.超臨界流體干燥法超臨界流體是一種溫度和壓力處于臨界點以上的無氣液相界面區別而兼有氣體性質和液體性質的物質相態。超臨界流體具有特殊的溶解度，易調變的密度，較低的黏度和較高的傳質速率，作為溶劑和干燥介質有獨特的優點和實用價值.根據所用介質的不同，一般可將超臨界流體干燥技術分為高溫超臨界有機溶劑干燥、低溫超臨界C02干燥、低溫超臨界C02萃取干燥等.超臨界流體干燥技術可有效克服使凝膠粒子聚集的表面張力效應，所制得的氣凝膠粉體常常由超細粒子組成。缺點是工藝復雜、較難掌握、設備投資大。4.直接沉淀法直接沉淀法是制備超細微粒廣泛采用的一種方法。其原理是在金屬鹽溶液中加人沉淀劑，在一定條件下生成沉淀析出，沉淀經洗滌、熱分解等處理工藝后得到超細產物。直接沉淀法操作簡單易行，對設備技術要求不高，不易引入雜質，產品純度很高，有良好的化學計量性，成本較低。缺點是原溶液中的陰離子較難洗滌清除，得到的粒子粒經分布較寬、分散性較差。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種納米級潤滑油添加劑的制備方法，能夠解決現有技術的不足，大幅提高潤滑油添加劑的性能，同時極大的簡化其制備工藝和降低制備成本。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案如下。一種納米級潤滑油添加劑的制備方法，其步驟包括A、溶液制備按照摩爾比Ca B= 1 (2-5)的比例稱取氯化鈣和硼砂并分別溶解，得氯化鈣溶液A和硼砂溶液B ；B、超聲反應上步所得兩溶液在超聲和攪拌下混勻，加入表面活性劑后在室溫下反應5min-15min，得白色乳液C;C、產品提取將油酸和石油醚的混合液作為萃取劑加入上步所得白色乳液C中，持續超聲并攪拌處理至下層水溶液澄清透明，然后靜置分層，取上層白色油相沉淀，烘干后得納米硼酸鈣潤滑油添加劑。作為本發明的一種優選技術方案，步驟A中，溶解氯化鈣的溶劑為水和乙醇的混合溶液；此混合溶液中，水與氯化鈣的體積重量比為80ml (IO-U)g;乙醇與氯化鈣的體積重量比為20ml (10-12) g ；作為本發明的一種優選技術方案，步驟A中，溶解硼砂的溶劑為水和乙醇的混合溶液；此混合溶液中，水與硼砂的體積重量比為400ml (18-20) g;乙醇與硼砂的體積重量比為 IOOml (18-20) go作為本發明的一種優選技術方案，步驟A中，所述氯化鈣為無水氯化鈣。作為本發明的一種優選技術方案，步驟B中，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨，其與氯化鈣和重量比為(1-2) (10-12)。作為本發明的一種優選技術方案，步驟B中，超聲和攪拌處理的持續時間為8min-12min。作為本發明的一種優選技術方案，步驟C中，所述萃取劑的配置方法為等體積的油酸和石油醚在攪拌下混合均勻，即得；其中，所用石油醚的沸點介于60°C -90°C之間。作為本發明的一種優選技術方案，所述油酸/石油醚與氯化鈣的體積重量比為IOml (10-12)go作為本發明的一種優選技術方案，超聲處理操作當中，超聲儀的工作頻率為20kHz-30kHz，功率為 800w_1200w。含納米硼酸鈣添加劑的潤滑油的制備方法，將納米硼酸鈣添加到潤滑油當中，70°C下超聲處理并攪拌至分散均勻，即得；其中，納米硼酸鈣潤滑油添加劑與潤滑油的重量比為1 50 ；超聲儀的工作頻率為20kHz-30kHz，功率為800w_1200w。采用上述技術方案所產生的有益效果在于本發明首次采用超聲輔助法合成了球型、粒徑分布均勻的納米硼酸鈣潤滑油添加劑，這種方法所制備的納米硼酸鈣添加劑具有良好的分散性、穩定性和抗磨減摩性能，將添加劑溶于潤滑油后，潤滑油在重負荷車輛與工業齒輪油中試驗的結果顯示，不但最大無卡咬負荷(PB)值提高13^(g(1323N)，且抗磨、減磨、抗氧化、防銹性以及密封材料適應性都有了明顯的提高和改善。


圖1是本發明制備的納米( 的SEM掃描圖像，圖中顯示，納米粒子呈球形，粒徑在40-50nm之間。圖2是為純潤滑油(a)與添加本發明制備的添加劑后的潤滑油(b)的外觀對比。
具體實施例方式以下實施例詳細說明了本發明。本發明所使用的各種原料及各項設備均為常規市售產品，均能夠通過市場購買直接獲得；其中所用超聲儀的型號為BUG25-06。實施例1A、溶液制備用天平準確稱量硼砂(Na2B4Oltl · IOH2O) 19. 08g,將其溶解在400mlH20和IOOml乙醇的混合溶劑中，得到澄清透明溶液A ；用天平準確稱取無水氯化鈣11. 12g，將其溶解在80ml H2O和20ml乙醇的混合溶劑中，得到澄清透明溶液B ；B、超聲反應在室溫超聲波條件下，將透明溶液B倒入透明溶液A中，加入表面活性劑CTAB 1. 00g，繼續超聲并攪拌lOmin，得到白色乳液C ；超聲處理操作當中，超聲儀的工作頻率為25kHz，功率為IOOOw ；C、產品提取C-I、在小燒杯中分別加入油酸IOml和沸點介于60°C _90°C之間的石油醚10ml，攪
拌使二者混合均勻，配置成萃取劑；C-2、將配置好的萃取劑加入到白色乳液C中，持續超聲并攪拌處理至下層水溶液澄清透明，然后停止超聲攪拌，靜置分層；超聲處理操作當中，超聲儀的工作頻率為25kHz，功率為IOOOw ；C-3、取上層白色油相沉淀，烘干后得到納米Qi2^5O11潤滑油添加劑。參看附圖1，取少量制備好的納米Ca2B6O11潤滑油添加劑分散在石油醚中，然后用SEM分析納米粒子的表面形貌，顯示其為球形，粒徑在40-50nm之間。實施例2A、溶液制備用天平準確稱量硼砂(Na2B4Oltl · IOH2O) 28. 62g，將其溶解在600mlH20和150ml乙醇的混合溶劑中，得到澄清透明溶液A ；用天平準確稱取無水氯化鈣11. 12g，將其溶解在80ml H2O和20ml乙醇的混合溶劑中，得到澄清透明溶液B ；B、超聲反應在室溫超聲波條件下，將透明溶液B倒入透明溶液A中，加入表面活性劑CTAB 1. 50g，繼續超聲并攪拌lOmin，得到白色乳液C ；超聲處理操作當中，超聲儀的工作頻率為25kHz，功率為IOOOw ；C、產品提取C-I、在小燒杯中分別加入油酸IOml和沸點介于60°C _90°C之間的石油醚10ml，攪
拌使二者混合均勻，配置成萃取劑；C-2、將配置好的萃取劑加入到白色乳液C中，持續超聲并攪拌處理至下層水溶液澄清透明，然后停止超聲攪拌，靜置分層；超聲處理操作當中，超聲儀的工作頻率為25kHz，功率為IOOOw ；C-3、去上層白色油相沉淀，烘干后得到納米Ca2B6O11潤滑油添加劑。取少量制備好的納米CaJ6O11潤滑油添加劑分散在石油醚中，然后用SEM分析納米粒子的表面形貌，顯示其為球形，粒徑也在40-50nm之間，與實施例1的結果一致。實施例3A、溶液制備用天平準確稱量硼砂(Na2B4Oltl · IOH2O) 47. 68g，將其溶解在IOOOmlH2O和250ml乙醇的混合溶劑中，得到澄清透明溶液A ；用天平準確稱取無水氯化鈣11. 12g，將其溶解在80mlH20和20ml乙醇的混合溶劑中，得到澄清透明溶液B ；B、超聲反應在室溫超聲波條件下，將透明溶液B倒入透明溶液A中，加入表面活性劑CTAB 2. OOg，繼續超聲并攪拌lOmin，得到白色乳液C ；超聲處理操作當中，超聲儀的工作頻率為25kHz，功率為IOOOw ；C、產品提取C-I、在小燒杯中分別加入油酸IOml和沸點介于60°C _90°C之間的石油醚10ml，攪
拌使二者混合均勻，配置成萃取劑；C-2、將配置好的萃取劑加入到白色乳液C中，持續超聲并攪拌處理至下層水溶液澄清透明，然后停止超聲攪拌，靜置分層；超聲處理操作當中，超聲儀的工作頻率為25kHz，功率為IOOOw ；C-3、去上層白色油相沉淀，烘干后得到納米Qi2^5O11潤滑油添加劑。取少量制備好的納米CaJ6O11潤滑油添加劑分散在石油醚中，然后用SEM分析納米粒子的表面形貌，顯示其為球形，粒徑也在40-50nm之間，與實施例1、2的結果一致。實施例4含納米硼酸鈣添加劑的潤滑油的制備方法，稱取純潤滑油50g放入到小燒杯中，再稱取實施例1或實施例2或實施例3制備好的納米Qi2^5O11潤滑油添加劑1. OOg加入到純潤滑油中，在70°C下超聲并攪拌下，潤滑油添加劑會均勻分散在潤滑油中，得到最終產品；超聲處理操作當中，超聲儀的工作頻率為25kHz，功率為lOOOw。參看附圖2，為純潤滑油(a)與添加本發明制備的添加劑后的潤滑油(b)的外觀對比，顯示添加本發明的潤滑劑后，潤滑油色澤明亮透明，外觀得到明顯改善。上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一限制條件。
權利要求
1.一種納米級潤滑油添加劑的制備方法，其特征步驟包括A、溶液制備按照摩爾比Ca B = 1 (2-5)的比例稱取氯化鈣和硼砂并分別溶解，得氯化鈣溶液A和硼砂溶液B ；B、超聲反應上步所得兩溶液在超聲和攪拌下混勻，加入表面活性劑后在室溫下反應5min-15min，得白色乳液C ；C、產品提取將油酸和石油醚的混合液作為萃取劑加入上步所得白色乳液C中，持續超聲并攪拌處理至下層水溶液澄清透明，然后靜置分層，取上層白色油相沉淀，烘干后得納米硼酸鈣潤滑油添加劑。
2.根據權利要求1所述的納米級潤滑油添加劑的制備方法，其特征在于步驟A中，溶解氯化鈣的溶劑為水和乙醇的混合溶液；此混合溶液中，水與氯化鈣的體積重量比為80ml (10-12) g ；乙醇與氯化鈣的體積重量比為20ml (10-12) g ；
3.根據權利要求1所述的納米級潤滑油添加劑的制備方法，其特征在于步驟A中，溶解硼砂的溶劑為水和乙醇的混合溶液；此混合溶液中，水與硼砂的體積重量比為400ml (18-20) g ；乙醇與硼砂的體積重量比為IOOml (18-20) go
4.根據權利要求1所述的納米級潤滑油添加劑的制備方法，其特征在于步驟A中，所述氯化鈣為無水氯化鈣。
5.根據權利要求1所述的納米級潤滑油添加劑的制備方法，其特征在于步驟B中，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨，其與氯化鈣和重量比為(1- (10-12)。
6.根據權利要求1所述的納米級潤滑油添加劑的制備方法，其特征在于步驟B中，超聲和攪拌處理的持續時間為8min-ianin。
7.根據權利要求1所述的納米級潤滑油添加劑的制備方法，其特征在于步驟C中，所述萃取劑的配置方法為等體積的油酸和石油醚在攪拌下混合均勻，即得；其中，所用石油醚的沸點介于60°C -90°C之間。
8.根據權利要求7所述的納米級潤滑油添加劑的制備方法，其特征在于所述油酸/石油醚與氯化鈣的體積重量比為IOml (10-12) go
9.根據權利要求1-8任一項所述的納米級潤滑油添加劑的制備方法，其特征在于超聲處理操作當中，超聲儀的工作頻率為20kHz-30kHz，功率為800w-1200w。
10.含納米硼酸鈣添加劑的潤滑油的制備方法，其特征在于將納米硼酸鈣添加到潤滑油當中，70°C下超聲處理并攪拌至分散均勻，即得；其中，納米硼酸鈣潤滑油添加劑與潤滑油的重量比為1 50 ；超聲儀的工作頻率為20kHz-30kHz，功率為800w-1200w。
全文摘要
本發明公開了一種納米級潤滑油添加劑的制備方法，其步驟包括A、溶液制備按照摩爾比Ca∶B＝1∶2的比例稱取氯化鈣和硼砂并分別溶解；B、超聲反應上步所得兩溶液在超聲和攪拌下混勻，加入表面活性劑后在室溫下反應，得白色乳液；C、產品提取將油酸和石油醚的混合液作為萃取劑加入上步所得白色乳液中，持續超聲并攪拌處理至下層水溶液澄清透明，然后靜置分層，取上層白色油相沉淀，烘干后得納米硼酸鈣潤滑油添加劑。本發明能夠大幅提高潤滑油添加劑的性能，同時極大的簡化其制備工藝和降低制備成本。
文檔編號C10M125/26GK102559338SQ201110447959
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者丁士文, 丁宇, 徐向偉, 李巖 申請人:河北大學