一種含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米粒子添加劑領(lǐng)域，具體涉及一種含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 潤(rùn)滑油起到降低摩擦、減少磨損、冷卻降溫、防止腐蝕、傳遞動(dòng)力、減震、絕緣、清 洗、密封等作用，潤(rùn)滑油可減少摩擦表面間的摩擦力或其它表面破壞形式的作用，降低摩擦 帶來(lái)的能量消耗和環(huán)境污染，因此潤(rùn)滑油被稱為機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的血液。良好的潤(rùn)滑油不但要有 很好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，還要有低粘度、低摩擦、低阻力、壽命長(zhǎng)、毒性低、氣味小、 顏色淺、灰分小、使用時(shí)限較長(zhǎng)、可循環(huán)利用、環(huán)境友好型等特點(diǎn)。
[0003] 通常情況下，潤(rùn)滑油是由70%-95%的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油與5%-30%的各類添加劑組成。潤(rùn) 滑油基礎(chǔ)油為主要成分，對(duì)潤(rùn)滑油的基本性質(zhì)起決定性作用；添加劑是潤(rùn)滑油的重要組成 部分，可以彌補(bǔ)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油性能的不足，改善潤(rùn)滑油性能。
[0004] ZDDP具有抗氧、抗腐和抗磨的特性，被廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)油、抗磨液壓油、工業(yè)齒輪 油等油品中。由于ZDDP是有灰型的潤(rùn)滑油添加劑，排氣中會(huì)產(chǎn)生粒狀物質(zhì)的灰分，而環(huán)保法 規(guī)對(duì)粒狀物質(zhì)要求加以限制，使得ZDDP的應(yīng)用受到限制。
[0005] 目前，高中檔潤(rùn)滑油添加劑均為液態(tài)的含硫、磷、氯和萜的有機(jī)衍生物，它們都具 有較好的潤(rùn)滑性能。但由于該類添加劑為不耐高溫，不耐擠壓的有機(jī)物，其壽命短且會(huì)造成 環(huán)境污染，因此開發(fā)環(huán)境友好型潤(rùn)滑油添加劑的研究受到廣泛關(guān)注。
[0006] 在過去的幾十年中，納米顆粒由于其特殊性能和尺度效應(yīng)被廣泛應(yīng)用在潤(rùn)滑油添 加劑的制備中，納米顆粒可以降低摩擦阻力，并減少機(jī)械部件在運(yùn)行時(shí)的磨損，所以納米粒 子作為潤(rùn)滑油添加劑的研究更是成為焦點(diǎn)之一。然而目前市場(chǎng)銷售用于潤(rùn)滑油劑中的納米 顆粒存在以下缺陷，一是納米顆粒的改性不徹底，造成分散困難、分散濃度不高，納米顆粒 容易沉淀析出；二是應(yīng)用不方便，直接把納米顆粒加入潤(rùn)滑油中時(shí)，用普通的機(jī)械攪拌時(shí)顆 粒分布不均勻，造成潤(rùn)滑油的外觀透明度差，需要配合均質(zhì)機(jī)、超聲波和膠體磨等輔助設(shè)備 來(lái)分散，然而這些輔助設(shè)備的產(chǎn)能低、成本高，加工出的成品潤(rùn)滑油穩(wěn)定性不理想，不利于 大規(guī)模工業(yè)化推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高潤(rùn)滑油的摩擦性能、對(duì)油性體系親和力、懸 浮穩(wěn)定性的含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑，提供該含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑的制 備方法則是本發(fā)明的另一個(gè)目的。
[0008] 基于上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑， 由納米鉆石烯、分散劑和潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油制備而成，納米鉆石烯:分散劑:潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的重 量比為(2~10):(0~7):85。
[0009] 優(yōu)選地，納米鉆石烯:分散劑:潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的重量比為10:5:85。
[0010] 進(jìn)一步地，所述納米鉆石烯為層片狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為sp3軌道 雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為SP 2雜化碳鍵連接，C含量為99~100%，晶格間距 為0.21nm;粒徑為R，20 < R < 500nm。納米鉆石稀具有硬度高、耐磨性好、顆粒細(xì)小且分布均 勻(粒徑為20~500nm)、比表面積大、吸附性強(qiáng)、表面活性高、無(wú)毒無(wú)害、無(wú)污染、耐高溫、化學(xué) 性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，是十分理想的潤(rùn)滑油添加劑。
[0011] 本發(fā)明采用兼具納米顆粒與鉆石烯的雙重性質(zhì)的納米鉆石烯作為原料，使得潤(rùn)滑 油添加劑具有較好的潤(rùn)滑效果。納米鉆石烯的納米尺寸效應(yīng)使鉆石烯中的C等元素在滑動(dòng) 摩擦力的作用下迅速滲透到了摩擦副基體中，在其表面形成了一層連續(xù)的潤(rùn)滑膜，改善了 摩擦副的表面硬度和耐磨強(qiáng)度，可承受更高的載荷。納米鉆石烯在潤(rùn)滑油中的均勻分布會(huì) 強(qiáng)化潤(rùn)滑油與摩擦副表面的油膜強(qiáng)度，納米鉆石烯顆粒在摩擦表面之間滾動(dòng)形成"滾珠軸 承效應(yīng)"，變油膜的"滑動(dòng)摩擦"為"滑動(dòng)和滾動(dòng)混合摩擦"，減少摩擦降低阻力。同時(shí)，納米鉆 石烯的層狀片層結(jié)構(gòu)具有自潤(rùn)滑的作用，與潤(rùn)滑油復(fù)配使用可以起到抗磨減磨的效果，在 潤(rùn)滑油中加入含有納米鉆石烯的添加劑，潤(rùn)滑油的摩擦系數(shù)能顯著降低。
[0012] 進(jìn)一步地，由于納米鉆石稀的表面活性高，容易對(duì)納米鉆石稀進(jìn)行表面功能化處 理，采用偶聯(lián)劑將納米鉆石烯進(jìn)行表面處理，得到偶聯(lián)劑修飾的納米鉆石烯，處理的過程 為:將納米鉆石烯通過超聲分散在無(wú)水乙醇中，不斷攪拌下加入經(jīng)無(wú)水乙醇稀釋的鈦酸酯 偶聯(lián)劑，使納米鉆石烯與偶聯(lián)劑充分接觸，然后將反應(yīng)體系真空烘干即可。功能化處理后的 納米鉆石烯在布朗運(yùn)動(dòng)的作用下迅速分散并均勻穩(wěn)定的分布在潤(rùn)滑油中，具有良好的親油 性和分散性，不會(huì)因潤(rùn)滑油酸化、極端溫度變化和水分滲入等原因產(chǎn)生沉降、團(tuán)聚。
[00?3]進(jìn)一步地，納米鉆石稀經(jīng)過偶聯(lián)劑修飾過程中，納米鉆石稀與乙醇的用量比為（1 ~2)g: 100ml，鈦酸酯偶聯(lián)劑的質(zhì)量為納米鉆石烯質(zhì)量的（2.0~10.0)%。
[0014] 優(yōu)選地，所述分散劑為雙烯基丁二酰亞胺（T152)或高氮聚異丁烯丁二酰亞胺 (T154)〇
[0015] 上述含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑的制備方法，包括將納米鉆石烯、分散劑和 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油混合的步驟，使用高速剪切乳化機(jī)將混合物在l〇〇〇r/min高速下剪切10~ 20min，使顆粒的粒度變小并使其充分混合，然后再超聲處理20~30min得到含有納米鉆石 烯的潤(rùn)滑油添加劑的步驟。
[0016] 使用方法:所制備的潤(rùn)滑油添加劑與普通潤(rùn)滑油按重量比1: (1000~10000)的比例 混合。
[0017] 本發(fā)明制備的含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑添加到潤(rùn)滑油中能降低潤(rùn)滑油的 摩擦系數(shù)，降低磨損程度，提高機(jī)械使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1不同偶聯(lián)劑用量時(shí)納米鉆石烯在潤(rùn)滑油中的沉降率統(tǒng)計(jì)圖； 圖2潤(rùn)滑油粘度隨納米鉆石烯的用量的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 實(shí)施例1納米鉆石烯的制備 采用以下方法制備納米鉆石烯： (1) 初步破碎:將金剛石原料送入球磨整形桶內(nèi)破碎篩出70目以上的顆粒，破碎時(shí)間為 l-5h，70目以下的粗料返回球磨整形桶進(jìn)行重新破碎;顆粒經(jīng)多級(jí)振篩機(jī)篩分出800目以上 的細(xì)料，振篩時(shí)間為30min-2h，該細(xì)料重復(fù)過篩一次以上； (2) 再次破碎:將篩分出800目以上細(xì)料輸送至氣流破碎機(jī)內(nèi)，利用高壓氣流對(duì)細(xì)料粉 碎后篩分出8000目以上的細(xì)粉，篩余物返回氣流破碎機(jī)進(jìn)行重新破碎； (3 )酸洗:首先將8000目以上的細(xì)粉置于濃硫酸與濃硝酸混合液中酸洗2~7h、過濾、清 洗，所述濃硫酸與濃硝酸混合液由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%濃硫酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%濃硝酸按照質(zhì)量 比為5:1混合而成;然后將細(xì)粉置于140°C~160°C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~8%的稀鹽酸中4~9h、過濾； 再將該細(xì)粉置于氫氟酸中10~20 h，去除料中的金屬雜質(zhì)以及在球磨整形、氣流破碎過程中 附著在料上的雜質(zhì)，然后使用去離子水清洗至清洗液pH接近于7; (4)分選:將清洗后的物料進(jìn)行離心分離，取上層液體進(jìn)行1-5天沉淀分選，去除上層清 液，將下層沉淀物干燥后即得成品納米鉆石稀;離心分離步驟中，離心時(shí)間為30min-2h，轉(zhuǎn) 速為8000rpm-15000rpm。
[0021]制備出納米鉆石烯為層片狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳 鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp2雜化碳鍵連接，C含量為99~100%，晶格間距為 0.21nm4^5SR，20<R< 500nm。
[0022]實(shí)施例2偶聯(lián)劑用量實(shí)驗(yàn) 2.1偶聯(lián)劑修飾的納米鉆石稀的制備 按照納米鉆石烯與乙醇的用量比為（1~2)g: 100ml(乙醇只是作為納米鉆石烯的分散 介質(zhì)和偶聯(lián)劑的稀釋劑，只要能使納米鉆石烯分散開即可)將納米鉆石烯通過超聲分散在 無(wú)水乙醇中，，將所得的溶液等分為4份，不斷攪拌分別加入無(wú)水乙醇稀釋的鈦酸酯偶聯(lián)劑， 鈦酸酯偶聯(lián)劑的質(zhì)量分別為納米鉆石烯的〇%、2%、5%、10%、10%，使納米鉆石烯與偶聯(lián)劑充分 接觸，然后將反應(yīng)體系真空烘干制得偶聯(lián)劑修飾的納米鉆石烯，依次記為1、2、3、4、5號(hào)樣 品。
[0023]含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑的制備 分別稱取1、2、3、4號(hào)樣品，將偶聯(lián)劑修飾的納米鉆石烯:潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的按照重量比為 10:85混合，然后使用高速剪切乳化機(jī)將混合物在100(^/11^11高速下剪切151^11后再超聲處 理25min得到含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑，依次標(biāo)記為bl、b2、b 3、b 4號(hào)產(chǎn)品。
[0024]取5號(hào)樣品，按照偶聯(lián)劑修飾的納米鉆石烯（5號(hào)樣品）：T152:潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油為10: 5:85制備含有納米鉆石烯的潤(rùn)滑油添加劑，標(biāo)記為b 5號(hào)產(chǎn)品，制備方法參考bl號(hào)產(chǎn)品。 [0025] bl、b2、b 3、b 4、b 5號(hào)產(chǎn)品與潤(rùn)滑油(選用長(zhǎng)城潤(rùn)滑油）按重量比1:1000的比例 混合，經(jīng)高速離心機(jī)離心（離心機(jī)的轉(zhuǎn)速分別為1000r/min、2000r/min、3000r/min)后統(tǒng)計(jì) 納米鉆石烯的沉降率，具體結(jié)果見圖1。
[0026]從圖1可以看出，偶聯(lián)劑占納米鉆石烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，添加本發(fā)明提供的添加 劑制備出的潤(rùn)滑油經(jīng)過高速離心機(jī)離心后的沉降率最低，而將偶聯(lián)后的鉆石烯與分散劑復(fù) 配使用所得到的離心沉降率進(jìn)一步減小，偶聯(lián)劑與分散劑復(fù)配使用更有利于提高鉆石