一种水滑石及其制备、改性方法和作为润滑油脂抗氧剂的应用

技术领域

本发明涉及无机功能材料技术领域，具体涉及一种水滑石及其制备、改性方法和作为润滑油脂抗氧剂的应用。

背景技术

润滑油是用在各种类型机械上以上减少摩擦保护机械及加工件的液体润滑剂，主要起到减少摩擦、冷却、密封、缓冲、防锈、清洁和中和等作用。润滑油添加剂概念是加入润滑剂中的一种或几种化合物，以使润滑剂得到某种新的特性或改善润滑剂中已有的一些特性。添加剂按功能分主要有抗氧化剂、抗磨剂、摩擦改善剂(又名油性剂)、极压添加剂、清净剂、分散剂、泡沫抑制剂、防腐防锈剂、流点改善剂、粘度指数增进剂等类型。其中，抗氧化剂能够避免润滑油氧化变质，是非常重要的一类添加剂。

目前，通用的润滑油抗氧化添加剂主要分为以酚型和胺型为主的自由基终止型抗氧剂、以ZDDP为主的过氧化物分解型抗氧剂、含氮/含硫的杂环化合物为主的金属减活性抗氧剂。然而，酚类抗氧剂热稳定性差、胺类抗氧剂毒性大、ZDDP抗氧剂对环境污染严重、杂环抗氧剂价格昂贵。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种水滑石及其制备、改性方法和作为润滑油脂抗氧剂的应用，本发明提供的水滑石以及改性水滑石热稳定性好、毒性低、绿色环保、成本低，能够提高润滑油脂的抗氧化性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种水滑石，化学组成为[M

优选的，所述M

所述M

优选的，所述水滑石的粒度为0.05～5μm。

本发明提供了上述技术方案所述水滑石的制备方法，包括以下步骤：

将水溶性二价金属盐、水溶性三价金属盐、尿素和水混合，得到混合金属离子溶液；所述混合金属离子溶液中二价金属离子和三价金属离子的摩尔比为(2～4)：1；

将所述混合金属离子溶液进行水热晶化反应，得到水滑石。

优选的，所述混合金属离子溶液中金属离子的总浓度为0.15～0.75mol/L；

所述混合金属离子溶液中，尿素和金属离子总量的摩尔比为(2～6)：1。

优选的，所述水热晶化反应的温度为90～140℃，时间为24～48h。

本发明提供了一种改性水滑石，采用硬脂酸盐对上述技术方案所述水滑石或上述技术方案所述制备方法得到的水滑石进行改性得到。

优选的，所述硬脂酸盐包括硬脂酸钠或硬脂酸铝。

优选的，所述硬脂酸盐的质量为所述水滑石质量的3～7％。

本发明还提供了上述技术方案所述水滑石、上述技术方案所述制备方法得到的水滑石或上述技术方案所述改性水滑石作为润滑油脂抗氧剂的应用。

本发明提供了一种水滑石，化学组成为[M

本发明提供了上述技术方案所述水滑石的制备方法，包括以下步骤：将水溶性二价金属盐、水溶性三价金属盐、尿素和水混合，得到混合金属离子溶液；所述混合金属离子溶液中二价金属离子和三价金属离子的摩尔比为(2～4)：1；将所述混合金属离子溶液进行水热晶化反应，得到水滑石。本发明提供的制备方法，一步法水热晶化反应即可制备得到水滑石，工艺简单，成本低，适宜工业化生产。

本发明提供了一种改性水滑石，采用硬脂酸盐对上述技术方案所述水滑石或上述技术方案所述制备方法得到的水滑石进行改性得到。本发明提供的改性水滑石中，水滑石结构中表面存在的大量羟基，因此相邻的水滑石颗粒之间极易在干燥过程中通过氢键作用而结合在一起，导致水滑石颗粒团聚，无法将羟基暴露，直接影响水滑石的使用效果，通过硬脂酸盐对水滑石进行改性，使有机官能团吸附在水滑石表面，增强颗粒之间的空间位阻，防止颗粒团聚，从而提高润滑油脂的抗氧化性能。

附图说明

图1为实施例1制备的水滑石的X射线衍射图；

图2为实施例1制备的水滑石的扫描电镜图；

图3为实施例1制备的水滑石的氧化安定性测结果试图；

图4为实施例1制备的水滑石的氧化诱导周期测试结果图；

图5为实施例2制备的水滑石的氧化安定性测结果试图；

图6为实施例3制备的改性水滑石的氧化安定性测结果试图；

图7为实施例4制备的改性水滑石的氧化安定性测结果试图。

具体实施方式

本发明提供了一种水滑石，化学组成为[M

在本发明中，所述M

在本发明中，所述x为1/5～1/3，优选为1/3。在本发明中，所述[M

在本发明中，所述水滑石的粒度优选为0.05～5μm，更优选为1～5μm，进一步优选为1.5～4μm，最优选为2μm；层间距优选为0.75nm。

本发明提供的水滑石的层内原子排列紧密且表面富含羟基，在400℃的高温下仍能保持主体的层状结构，热稳定性高，加入到润滑油脂中能够提高润滑油脂的氧化安定时间，抗氧化性能优异。

本发明提供了上述技术方案所述水滑石的制备方法，包括以下步骤：

将水溶性二价金属盐、水溶性三价金属盐、尿素和水混合，得到混合金属离子溶液；所述混合金属离子溶液中M

将所述混合金属离子溶液进行水热晶化反应，得到水滑石。

在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。

本发明将水溶性二价金属盐、水溶性三价金属盐、尿素和水混合，得到混合金属离子溶液；所述混合金属离子溶液中M

在本发明中，所述水溶性二价金属盐优选包括二价金属硝酸盐、二价金属硫酸盐、二价金属氯化物，更优选包括Mg(NO

在本发明中，所述混合金属离子溶液中金属离子的总浓度优选为0.15～0.75mol/L，更优选为0.2～0.6mol/L，最优选为0.4～0.5mol/L。在本发明中，所述混合金属离子溶液中二价金属离子和三价金属离子的摩尔比为(2～4)：1，优选为(2～3.5)：1，更优选为(2.5～3)：1。

在本发明中，所述混合金属离子溶液中，尿素和金属离子总量的摩尔比优选为(2～6)：1，更优选为(3～5)：1，最优选为3.33:1。在本发明中，所述水优选为去离子水。

在本发明中，所述混合优选为搅拌混合，本发明对于所述搅拌混合的速度和时间没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌速度和时间即可。

得到混合金属离子溶液后，本发明将所述混合金属离子溶液进行水热晶化反应，得到水滑石。

在本发明中，所述水热晶化反应的温度优选为90～140℃，更优选为100～130℃，最优选为110～120℃；时间优选为24～72h，最优选为24～48h。本发明对于所述水热晶化反应的设备没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的水热晶化反应设备即可；在本发明的实施例中，所述水热晶化反应优选在高压釜中进行。在本发明中，所述水热晶化反应过程中，尿素受热分解生成碱(含CO

所述水热晶化反应后，本发明优选还包括将所述水热晶化反应的体系冷却至室温后固液分离，将所得固体组分水洗后干燥，得到水滑石。本发明对于所述冷却的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式即可，具体如自然冷却。本发明对于所述固液分离的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的固液分离方式即可，具体如离心分离；本发明对于所述离心分离的条件没有特殊限定，能够实现固体组分和液体组分的分离即可。本发明对于所述水洗的次数没有特殊限定，水洗至洗液为中性即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为50～70℃，更优选为60℃；时间优选为8～15h，更优选为10～12h。

本发明提供的制备方法一步法水热晶化反应即可制备得到水滑石，工艺简单，原料来源广泛，成本低，适宜工业化生产。

本发明提供了一种改性水滑石，采用硬脂酸盐对上述技术方案所述水滑石或上述技术方案所述制备方法得到的水滑石进行改性得到。

在本发明中，所述硬脂酸盐优选包括包括硬脂酸钠或硬脂酸铝。在本发明中，所述硬脂酸盐的质量为优选所述水滑石质量的3～7％，更优选为4～6％，最优选为5％。

在本发明中，所述改性水滑石的制备方法，优选包括以下步骤：将水滑石、硬脂酸盐和水混合，进行改性，得到改性水滑石。

在本发明中，所述硬脂酸盐优选以硬脂酸盐水溶液形式使用；所述硬脂酸盐水溶液的浓度优选为1.25～5mg/mL，更优选为2～4mg/mL，最优选为2.3～2.8mg/mL。在本发明中，所述硬脂酸盐和水滑石的质量比优选为1：(10～30)，更优选为1：(18～21)，最优选为1：20。

在本发明中，所述水优选为去离子水。在本发明中，所述硬脂酸盐的质量和水的体积之比优选为(1.25～5)mg：1mL，更优选为(2～4)mg：1mL，最优选为(2.3～2.8)mg：1mL。

在本发明中，所述混合优选为搅拌混合，本发明对于所述搅拌混合的速度和时间没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌速度和时间即可。

在本发明中，所述改性的温度优选为70～90℃，更优选为80℃；时间优选2～6h，更优选为4h。在本发明中，所述改性过程中，硬脂酸根跟水滑石表面的羟基或配位的氧形成氢键。

所述改性反应后，本发明优选还包括将所述改性反应的体系固液分离，将所得固体组分进行水洗和干燥，得到改性水滑石。本发明对于所述固液分离的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的固液分离方式即可，具体如抽滤。本发明对于所述水洗的次数没有特殊限定，能够将未反应的硬脂酸盐除去即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为室温；时间优选为12～24h，更优选为24h。

本发明提供的改性水滑石中，通过硬脂酸盐对水滑石进行改性，能够提高水滑石的分散度，进一步提高润滑油脂的抗氧化性能。

本发明提供了上述技术方案所述水滑石、上述技术方案所述制备方法得到的水滑石或上述技术方案所述改性水滑石作为润滑油脂抗氧剂的应用。

在本发明中，所述水滑石和/或所述改性水滑石作为抗氧剂时在润滑油脂中的含量优选为0.2～5wt％，更优选为0.2～0.8wt％，最优选为0.2～0.5wt％。

本发明对于所述润滑油脂的种类没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的润滑油脂即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将41.024gMg(NO

本实施例制备的水滑石的X射线衍射图如图1所示，由图1可知，具有(003)、(006)、(009)等水滑石特征峰，说明本发明成功制备得到水滑石。

本实施例制备的水滑石的扫描电镜图如图2所示。由图2可知，水滑石呈典型的六方片状结构，进一步佐证水滑石成功制备，水滑石的粒径约为2μm。

实施例2

按照实施例1的方法制备水滑石，与实施例1的区别在于水热晶化反应的时间为48h。

实施例3

将1g硬脂酸钠溶于400mL去离子水中，加入20g实施例1制备的水滑石后在80℃、搅拌条件下改性4h，离心，将得到的固体组分水洗后在室温条件下干燥24h，得到改性水滑石。

实施例4

将1g硬脂酸钠溶于400mL去离子水中，加入20g实施例2制备的水滑石后在80℃、搅拌条件下改性4h，离心，将得到的固体组分水洗后在室温条件下干燥24h，得到改性水滑石。

应用例1

将实施例1制备的水滑石分别按照0wt％、0.2wt％、0.5wt％的比例加入到50g基础油中搅拌至水滑石分散均匀，得到模拟待测润滑油。

氧化安定性测试的方法：将50g模拟待测润滑油、5mL水和催化剂铜线置于筒型实验管内，在25℃下使用氧气将筒型实验管内压力加到620KPa，将筒型实验管放置150℃的油浴中，旋转至150rpm，记录筒型实验管内压力回落至175KPa所用时间。测试结果如表1和图3所示。

表1实施例1制备的水滑石的氧化安定性测试结果

由表1和图3可知，随着水滑石含量由0wt％增加到0.2wt％，润滑油的氧化安定时间由178min增至831min，增加到0.5wt％氧化安定时间小幅度下降到805min。说明，本实施例制备的水滑石能够延长润滑油的氧化安定时间，抗氧化性能优异。

应用例2

将实施例1制备的水滑石分别按照0wt％、1wt％、3wt％和5wt％的比例加入到50g基础脂中搅拌至水滑石分散均匀，得到模拟待测润滑脂。

氧化诱导周期测试的方法：使用高压差示扫描量热仪，将模拟待测润滑脂加入到PDSC测试池中并加热至180℃并保持该温度，达到平衡后通入3.5MPa纯氧气，此时开始记录DSC曲线，曲线平稳说明未发生氧化，当曲线出现拐点记录该过程所需要的时间。测试结果如表2和图4所示。

表2实施例1制备的水滑石的氧化诱导周期测试结果

由表2和图4可知，随着水滑石含量由0wt％增加到5wt％，润滑脂的氧化诱导时间由4.0min增至6.5min，说明，本实施例制备的水滑石能够延长润滑油的氧化诱导时间，抗氧化性能优异。

应用例3

将实施例2制备的水滑石分别按照0wt％、0.2wt％、0.5wt％的比例加入到50g基础油中搅拌至水滑石分散均匀，得到模拟待测润滑油。

按照应用例1的方法测试模拟待测润滑油进行氧化安定性测试和氧化诱导周期测试，其中，氧化安定性测试的结果如表3和图5所示。

表3实施例2制备的水滑石的氧化安定性测试结果

由表3和图5可知，随着改性水滑石含量由0wt％增加到0.2wt％，润滑油的氧化安定时间由178min增至490min，说明，本实施例制备的水滑石能够延长润滑油的氧化安定时间，抗氧化性能优异。

应用例4

将实施例3制备的改性水滑石分别按照0wt％、0.2wt％和0.5wt％的比例加入到50g基础油中搅拌至水滑石分散均匀，得到模拟待测润滑油。

按照应用例1的方法测试模拟待测润滑油进行氧化安定性测试和氧化诱导周期测试，其中，氧化安定性测试的结果如表4和图6所示。

表4实施例3制备的改性水滑石的氧化安定性测试结果

由表4和图6可知，随着改性水滑石含量由0wt％增加到0.2wt％，润滑油脂的氧化安定时间由178min增至798min，说明，本实施例制备的改性水滑石能够延长润滑油脂的氧化安定时间，抗氧化性能优异。

应用例5

将实施例4制备的改性水滑石分别按照0wt％、0.2wt％和0.5wt％的比例加入到50g基础油中搅拌至水滑石分散均匀，得到模拟待测润滑油。

按照应用例1的方法测试模拟待测润滑油进行氧化安定性测试和氧化诱导周期测试，其中，氧化安定性测试的结果如表5和图7所示。

表5实施例4制备的改性水滑石的氧化安定性测试结果

由表5和图7可知，随着改性水滑石含量由0wt％增加到0.2wt％，润滑油的氧化安定时间由178min增至831min，说明，本实施例制备的改性水滑石能够延长润滑油的氧化安定时间，抗氧化性能优异。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。