一種穩定型複合納米抗磨劑的製備方法與流程
2023-05-30 16:18:26
本發明公開了一種穩定型複合納米抗磨劑的製備方法，屬於潤滑油添加劑製備技術領域。
背景技術：
據國際權威機構統計，摩擦損失了世界約三分之一的一次能源，磨損是造成材料與設備破壞和失效的三種最主要的形式之一，潤滑則是降低摩擦、減少或避免磨損的最有效技術。在傳統的潤滑理論中，把潤滑分為液體潤滑和邊界潤滑。作相對運動的兩個金屬表面完全被潤滑油膜隔開，沒有金屬的直接接觸，這種潤滑狀態叫做液體潤滑；隨著載荷的增加，金屬表面之間的油膜厚度逐漸減薄，當載荷增至一定程度，連續的油膜被金屬表面的峰頂破壞，局部產生金屬表面之間的直接接觸，這種潤滑狀態叫做邊界潤滑。在邊界潤滑中，當金屬表面只承受中等負荷時，如有一種添加劑能被吸附在金屬表面上或與金屬表面劇烈磨損，這種添加劑稱為抗磨添加劑。
傳統的潤滑油要提高極壓抗磨性能主要是靠添加含硫、氯和磷的有機化合物，儘管極壓性能較好，但是硫、氯和磷化合物會產生腐蝕和環境汙染問題。隨著抗磨添加劑的不斷發展，近些年來一種含有納米金屬化合物成分的金屬納米抗磨添加劑產生了，這種抗磨添加劑不僅在抗磨性方面有良好的表現，同時也克服了對環境的影響，但其仍有一些不足：一是納米金屬抗磨劑容易在潮溼氣候下水解分層，均勻性、穩定性差，在基礎油中的分散穩定機制不完善；二是納米金屬粉、納米陶瓷粉，在機件、發動機運動部件表面，長期使用會產生納米顆粒聚集，這種納米聚集效應長期進行，納米顆粒越積越多，沉積成大顆粒，會對機件產生新的磨損、拉缸。因此，尋求一種抗磨性優、穩定性好的潤滑油抗磨劑成為業界亟待解決的問題。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對現有的抗磨劑容易在潮溼氣候下水解分層，均勻性、穩定性差，且長期使用會產生納米顆粒聚集，對機件產生新的磨損、拉缸的缺陷，提供一種用正丁基鋰對納米二硫化鉬處理使其片層產生剝離，再用巰基乙胺對二硫化鉬進行改性，使其表面帶有極性基團，然後再與馬來酸酐接枝，最後與改性納米氮化硼混合製備穩定型複合納米抗磨劑的方法，本發明先將納米二硫化鉬與正丁基鋰正己烷溶液反應，並通入氮氣攪拌離心，得預處理二硫化鉬，隨後將其與巰基乙胺、水超聲分散，將正丁基鋰插入到二硫化鉬片層之間，在超聲時二硫化鉬片層產生剝離，使二硫化鉬活性基團暴露出來，再負載巰基乙胺，使其表面帶有多種活性基團，然後再與馬來酸酐、乙醇反應，增加二硫化鉬的親油性能，且二硫化鉬表面被馬來酸酯包覆，使得二硫化鉬粉體難以聚集，增加穩定性和均勻性，再將納米氮化硼粉與矽烷偶聯劑、乙二酸單甲酯混合後，與馬來酸酐接枝二硫化鉬攪拌分散、烘乾，即可得穩定型複合納米抗磨劑，本發明製得的抗磨劑具有較好的抗磨性能，同時穩定性、分散性優異，且抗磨劑不分層沉澱、無納米糰聚現象，添加到潤滑油中可明顯改善其潤滑性能，具有較好的應用前景。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
（1）按質量比為1:15將100～120g納米二硫化鉬和質量分數為15%正丁基鋰正己烷溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置於油浴鍋中，控制溫度在95～100℃，磁力攪拌反應3～4h，反應結束，停止加熱，待溫度自然冷卻至室溫後，向產物中通入氮氣，控制通入速率為30～40mL/min，攪拌24～26h後，停止通入氮氣，並將產物移入離心機中，以4500～5000r/min的轉速離心15～20min，收集沉澱，並用正己烷清洗2～3次，得到預處理二硫化鉬；
（2）將上述預處理二硫化鉬、巰基乙胺和水按質量比1:2:5加入到燒杯中，將燒杯置於超聲波振蕩器中，在40～50KHz下超聲分散12～14h後，轉移至離心機中，以4500～5000r/min的轉速離心20～25min，收集沉澱，並用水清洗3～5次後，移入烘箱中，在80～90℃下乾燥1～2h，得到改性二硫化鉬；
（3）將上述改性二硫化鉬、馬來酸酐和無水乙醇按質量比1:2:3，加入到三口燒瓶中，並將燒瓶置於水浴鍋中，控制溫度在60～70℃，攪拌反應2～3h，反應結束，將反應產物轉移至離心機中，以3500～4000r/min的轉速離心處理15～20min後，收集沉澱，並用丙酮清洗2～3次，即可得到馬來酸酐接枝二硫化鉬，備用；
（4）稱取20～30g納米氮化硼加入到盛有120～150mL水的燒杯中，再加入3～5g矽烷偶聯劑KH-550和6～8g乙二酸單甲酯，攪拌反應40～50min，得到混合液；
（5）按重量份數計，稱取30～40份步驟（3）備用的馬來酸酐接枝二硫化鉬，8～12份上述混合液和20～30份水，加入到攪拌機中，攪拌分散20～30min後，轉移至烘箱中，在95～100℃下乾燥3～4h，即可得到穩定型複合納米抗磨劑。
本發明的應用方法是：首先按質量比1:30～1:50，將本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑與汽車潤滑油基礎油在50～60℃、60～80r/min條件下混合10～15min，隨後將3～5L混合均勻的潤滑油添加到發動機中，最後啟動汽車運行即可。經檢測，本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑具有較好的抗磨性和分散性，添加到潤滑油中使用後，與使用傳統抗磨劑相比，部件磨斑直徑減少了80%以上，磨損率減少了70～80%，摩擦係數下降至0.02～0.03，摩擦係數降低了75～85%，提高潤滑油極壓抗磨能力4～6個等級，同時可使發動機噪音明顯減輕，尾氣中一氧化碳排放量降低了25～35%，減少尾氣排放造成的環境汙染，且本發明抗磨劑具有較好的穩定性，不易出現水解分層，使用10～12個月，未出現顆粒集聚現象。
本發明的有益效果是：
（1）本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑具有較好的分散性和穩定性、不分層沉澱、無納米糰聚現象、可長期儲存，且使用時添加量小，極壓抗磨性好；
（2）本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑能夠顯著改善潤滑油的潤滑性能，大幅減少機械運動表面的摩擦和磨損，長期使用亦不會出現顆粒集聚及機件磨損現象，具有節材和節能的功效。
具體實施方式
首先按質量比為1:15將100～120g納米二硫化鉬和質量分數為15%正丁基鋰正己烷溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置於油浴鍋中，控制溫度在95～100℃，磁力攪拌反應3～4h，反應結束，停止加熱，待溫度自然冷卻至室溫後，向產物中通入氮氣，控制通入速率為30～40mL/min，攪拌24～26h後，停止通入氮氣，並將產物移入離心機中，以4500～5000r/min的轉速離心15～20min，收集沉澱，並用正己烷清洗2～3次，得到預處理二硫化鉬；將上述預處理二硫化鉬、巰基乙胺和水按質量比1:2:5加入到燒杯中，將燒杯置於超聲波振蕩器中，在40～50KHz下超聲分散12～14h後，轉移至離心機中，以4500～5000r/min的轉速離心20～25min，收集沉澱，並用水清洗3～5次後，移入烘箱中，在80～90℃下乾燥1～2h，得到改性二硫化鉬；將上述改性二硫化鉬、馬來酸酐和無水乙醇按質量比1:2:3，加入到三口燒瓶中，並將燒瓶置於水浴鍋中，控制溫度在60～70℃，攪拌反應2～3h，反應結束，將反應產物轉移至離心機中，以3500～4000r/min的轉速離心處理15～20min後，收集沉澱，並用丙酮清洗2～3次，即可得到馬來酸酐接枝二硫化鉬，備用；稱取20～30g納米氮化硼加入到盛有120～150mL水的燒杯中，再加入3～5g矽烷偶聯劑KH-550和6～8g乙二酸單甲酯，攪拌反應40～50min，得到混合液；按重量份數計，稱取30～40份備用的馬來酸酐接枝二硫化鉬，8～12份上述混合液和20～30份水，加入到攪拌機中，攪拌分散20～30min後，轉移至烘箱中，在95～100℃下乾燥3～4h，即可得到穩定型複合納米抗磨劑。
實例1
首先按質量比為1:15將100g納米二硫化鉬和質量分數為15%正丁基鋰正己烷溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置於油浴鍋中，控制溫度在95℃，磁力攪拌反應3h，反應結束，停止加熱，待溫度自然冷卻至室溫後，向產物中通入氮氣，控制通入速率為30mL/min，攪拌24h後，停止通入氮氣，並將產物移入離心機中，以4500r/min的轉速離心15min，收集沉澱，並用正己烷清洗2次，得到預處理二硫化鉬；隨後將上述預處理二硫化鉬、巰基乙胺和水按質量比1:2:5加入到燒杯中，將燒杯置於超聲波振蕩器中，在40KHz下超聲分散12h後，轉移至離心機中，以4500r/min的轉速離心20min，收集沉澱，並用水清洗3次後，移入烘箱中，在80℃下乾燥1h，得到改性二硫化鉬；再將上述改性二硫化鉬、馬來酸酐和無水乙醇按質量比1:2:3，加入到三口燒瓶中，並將燒瓶置於水浴鍋中，控制溫度在60℃，攪拌反應2h，反應結束，將反應產物轉移至離心機中，以3500r/min的轉速離心處理15min後，收集沉澱，並用丙酮清洗2次，即可得到馬來酸酐接枝二硫化鉬，備用；再稱取20g納米氮化硼加入到盛有120mL水的燒杯中，再加入3g矽烷偶聯劑KH-550和6g乙二酸單甲酯，攪拌反應40min，得到混合液；最後按重量份數計，稱取30份上述步驟備用的馬來酸酐接枝二硫化鉬，8份上述混合液和20份水，加入到攪拌機中，攪拌分散20min後，轉移至烘箱中，在95℃下乾燥3h，即可得到穩定型複合納米抗磨劑。
本實例操作簡便，使用時，首先按質量比1:30，將本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑與汽車潤滑油基礎油在50℃、60r/min條件下混合10min，隨後將3L混合均勻的潤滑油添加到發動機中，最後啟動汽車運行即可。經檢測，本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑具有較好的抗磨性和分散性，添加到潤滑油中使用後，與使用傳統抗磨劑相比，部件磨斑直徑減少了82%，磨損率減少了70%，摩擦係數下降至0.02，摩擦係數降低了75%，提高潤滑油極壓抗磨能力4個等級，同時可使發動機噪音明顯減輕，尾氣中一氧化碳排放量降低了25%，減少尾氣排放造成的環境汙染，且本發明抗磨劑具有較好的穩定性，不易出現水解分層，使用10個月，未出現顆粒集聚現象。
實例2
首先按質量比為1:15將110g納米二硫化鉬和質量分數為15%正丁基鋰正己烷溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置於油浴鍋中，控制溫度在98℃，磁力攪拌反應3h，反應結束，停止加熱，待溫度自然冷卻至室溫後，向產物中通入氮氣，控制通入速率為35mL/min，攪拌25h後，停止通入氮氣，並將產物移入離心機中，以5000r/min的轉速離心20min，收集沉澱，並用正己烷清洗2次，得到預處理二硫化鉬；隨後將上述預處理二硫化鉬、巰基乙胺和水按質量比1:2:5加入到燒杯中，將燒杯置於超聲波振蕩器中，在45KHz下超聲分散13h後，轉移至離心機中，以5000r/min的轉速離心25min，收集沉澱，並用水清洗4次後，移入烘箱中，在85℃下乾燥1h，得到改性二硫化鉬；再將上述改性二硫化鉬、馬來酸酐和無水乙醇按質量比1:2:3，加入到三口燒瓶中，並將燒瓶置於水浴鍋中，控制溫度在65℃，攪拌反應2h，反應結束，將反應產物轉移至離心機中，以4000r/min的轉速離心處理20min後，收集沉澱，並用丙酮清洗2次，即可得到馬來酸酐接枝二硫化鉬，備用；再稱取25g納米氮化硼加入到盛有135mL水的燒杯中，再加入4g矽烷偶聯劑KH-550和7g乙二酸單甲酯，攪拌反應45min，得到混合液；最後按重量份數計，稱取35份上述步驟備用的馬來酸酐接枝二硫化鉬，10份上述混合液和25份水，加入到攪拌機中，攪拌分散25min後，轉移至烘箱中，在98℃下乾燥3h，即可得到穩定型複合納米抗磨劑。
本實例操作簡便，使用時，首先按質量比1:40，將本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑與汽車潤滑油基礎油在55℃、70r/min條件下混合13min，隨後將4L混合均勻的潤滑油添加到發動機中，最後啟動汽車運行即可。經檢測，本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑具有較好的抗磨性和分散性，添加到潤滑油中使用後，與使用傳統抗磨劑相比，部件磨斑直徑減少了85%，磨損率減少了75%，摩擦係數下降至0.02，摩擦係數降低了80%，提高潤滑油極壓抗磨能力5個等級，同時可使發動機噪音明顯減輕，尾氣中一氧化碳排放量降低了30%，減少尾氣排放造成的環境汙染，且本發明抗磨劑具有較好的穩定性，不易出現水解分層，使用11個月，未出現顆粒集聚現象。
實例3
首先按質量比為1:15將120g納米二硫化鉬和質量分數為15%正丁基鋰正己烷溶液加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，將燒瓶置於油浴鍋中，控制溫度在100℃，磁力攪拌反應4h，反應結束，停止加熱，待溫度自然冷卻至室溫後，向產物中通入氮氣，控制通入速率為40mL/min，攪拌26h後，停止通入氮氣，並將產物移入離心機中，以5000r/min的轉速離心20min，收集沉澱，並用正己烷清洗3次，得到預處理二硫化鉬；隨後將上述預處理二硫化鉬、巰基乙胺和水按質量比1:2:5加入到燒杯中，將燒杯置於超聲波振蕩器中，在50KHz下超聲分散14h後，轉移至離心機中，以5000r/min的轉速離心25min，收集沉澱，並用水清洗5次後，移入烘箱中，在90℃下乾燥2h，得到改性二硫化鉬；再將上述改性二硫化鉬、馬來酸酐和無水乙醇按質量比1:2:3，加入到三口燒瓶中，並將燒瓶置於水浴鍋中，控制溫度在70℃，攪拌反應3h，反應結束，將反應產物轉移至離心機中，以4000r/min的轉速離心處理20min後，收集沉澱，並用丙酮清洗3次，即可得到馬來酸酐接枝二硫化鉬，備用；再稱取30g納米氮化硼加入到盛有150mL水的燒杯中，再加入5g矽烷偶聯劑KH-550和8g乙二酸單甲酯，攪拌反應50min，得到混合液；最後按重量份數計，稱取40份上述步驟備用的馬來酸酐接枝二硫化鉬， 12份上述混合液和30份水，加入到攪拌機中，攪拌分散30min後，轉移至烘箱中，在100℃下乾燥4h，即可得到穩定型複合納米抗磨劑。
本實例操作簡便，使用時，首先按質量比1:50，將本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑與汽車潤滑油基礎油在60℃、80r/min條件下混合15min，隨後將5L混合均勻的潤滑油添加到發動機中，最後啟動汽車運行即可。經檢測，本發明製得的穩定型複合納米抗磨劑具有較好的抗磨性和分散性，添加到潤滑油中使用後，與使用傳統抗磨劑相比，部件磨斑直徑減少了88%，磨損率減少了80%，摩擦係數下降至0.03，摩擦係數降低了85%，提高潤滑油極壓抗磨能力6個等級，同時可使發動機噪音明顯減輕，尾氣中一氧化碳排放量降低了35%，減少尾氣排放造成的環境汙染，且本發明抗磨劑具有較好的穩定性，不易出現水解分層，使用12個月，未出現顆粒集聚現象。