一种含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑油添加剂技术领域，更具体地说，是涉及一种含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂及其制备方法。

背景技术

纳米碳材料具有比表面积大，扩散性好，熔点相对较低以及具有自润滑特性，具有良好的抗磨减磨效果，其摩擦学应用主要涉及固体润滑体系与流体润滑体系。

在流体润滑体系中最主要的应用是将纳米碳材料用作润滑油添加剂，与传统添加剂润滑材料相比，以纳米碳材料为基础制备的新型润滑材料表现出以下方面的优点：(1)纳米碳材料由于粒度小更容易进入摩擦界面形成易剪切的薄膜，使摩擦副表面能够很好地分离，从而降低摩擦系数，提高了减摩抗磨效果；(2)纳米粒子表面活性较高，可以直接吸附到摩擦处的划痕或微坑处，对摩擦表面进行一定程度的填补；(3)可以通过摩擦化学反应对摩擦表面进行一定程度的修复。固体润滑体系是纳米碳材料摩擦学应用的又一主要方面，弥补了流体及半流体润滑剂(如润滑油、润滑脂)不能在苛刻条件下(例如高温、高真空等)有效工作的缺陷，目前已经得到了广泛的应用(涉及薄膜、粉末、复合材料等)。其中富勒烯还可以通过不同的化学修饰来合成种类繁多的新的化合物，而这些新的化合物通常具有奇特的性质与功能，为润滑材料的发展开辟了广阔的前景，另外，C60独特的球形结构，使其具有抗压能力强，分子内作用力强，分子间作用力相对较弱，表面能较低等优异的性质。C60可以用作超级耐高温和耐磨材料，或制成性能更加优异的新型润滑剂，是理想的固体润滑材料与液体润滑体系添加剂，具有极其广阔的摩擦学应用前景。

但是，C60价格昂贵，成本较高，而润滑剂市场需求较大，所以与C60具有类似结构的洋葱碳，可达到和C60一样的减磨效果，且洋葱碳相较于C60成本较低，粒径可调控；然而纳米洋葱碳分散稳定性差，不溶于基础油，在配置润滑油时容易沉淀，碳材料一旦发生沉淀会大大降低润滑油的减磨效果，也会产生积碳从而损坏发动机。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂及其制备方法，本发明提供的含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂可以直接添加至商用润滑油中，能够改善润滑油的润滑性能和耐磨性能，降低机械摩擦面摩擦系数，修复磨损表面，提高机械寿命，减少能源消耗。

本发明提供了一种含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂，由包括以下组分的原料制备而成：

化学表面修饰纳米洋葱碳材料0.3～10wt％；

陶瓷相粉末0.5～5wt％；

分散剂50～90wt％；

清净剂0.1～10wt％；

抗泡剂0.1～15wt％；

极压抗磨剂0.5～5wt％；

油性剂0.05～5wt％；

黏度指数改进剂0.05～5wt％。

优选的，所述化学表面修饰纳米洋葱碳材料的制备方法具体为：

将纳米洋葱碳与表面修饰剂混合后进行保温处理，得到浆料；再将上述浆料进行水热反应，得到反应混合物；最后将上述反应混合物依次经洗涤、过滤和干燥，得到化学表面修饰的纳米洋葱碳材料。

优选的，所述纳米洋葱碳为5nm～10nm的球形碳材料，由爆轰技术所得到的碳球制备而成，其中碳材料的含量为1％～5％。

优选的，所述表面修饰剂选自油酸、聚乙二醇、span-80中的一种或多种；

所述纳米洋葱碳与表面修饰剂的质量比为1：(3～10)。

优选的，所述保温处理的温度为50℃～200℃，时间为2h～48h；

所述水热反应的温度为50℃～200℃，时间为2h～48h。

优选的，所述陶瓷相粉末选自纳米金刚石和/或硫化钼；

所述纳米金刚石的粒径≤100nm；所述硫化钼的粒径≤30nm。

优选的，所述分散剂选自油酸、span-80、环卞胺、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

优选的，所述清净剂选自磺酸盐和/或水杨酸盐；

所述抗泡剂选自三烷基三聚氰胺、氰脲酰氯三聚氰胺、脂肪胺中的一种或多种；

所述极压抗磨剂选自偏硼酸钠、偏硼酸钾、三硼酸钾、磷酸三甲酚酯、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、亚磷酸二正丁酯中的一种或多种；

所述油性剂选自棕榈酸、月桂醇、鲸蜡醇、油脂、硬脂酸丁酯、鲸蜡基胺、油酰胺、酸式磷酸月桂酯、酸式磷酸油酰酯、硫化抹香鲸油、硫化油酸中的一种或多种；

所述黏度指数改进剂选自氢化苯乙烯双烯共聚物和/或聚异丁烯。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂的制备方法，包括以下步骤：

将化学表面修饰纳米洋葱碳材料、陶瓷相粉末、分散剂、清净剂、抗泡剂、极压抗磨剂、油性剂和黏度指数改进剂混合后进行调制，得到含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂。

优选的，所述调制的转速为500rpm～4000rpm，温度为50℃～70℃，时间为20min～180min。

本发明提供了一种含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂，由包括以下组分的原料制备而成：化学表面修饰纳米洋葱碳材料0.3～10wt％；陶瓷相粉末0.5～5wt％；分散剂50～90wt％；清净剂0.1～10wt％；抗泡剂0.1～15wt％；极压抗磨剂0.5～5wt％；油性剂0.05～5wt％；黏度指数改进剂0.05～5wt％。与现有技术相比，本发明提供的含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂选用化学表面修饰纳米洋葱碳材料，配合其他特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，产品可以直接添加至商用润滑油中，能够改善润滑油的润滑性能和耐磨性能，降低机械摩擦面摩擦系数，修复磨损表面，提高机械寿命，减少能源消耗。

另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的化学表面修饰纳米洋葱碳材料的TEM图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明提供了一种含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂，由包括以下组分的原料制备而成：

化学表面修饰纳米洋葱碳材料0.3～10wt％；

陶瓷相粉末0.5～5wt％；

分散剂50～90wt％；

清净剂0.1～10wt％；

抗泡剂0.1～15wt％；

极压抗磨剂0.5～5wt％；

油性剂0.05～5wt％；

黏度指数改进剂0.05～5wt％。

在本发明中，所述含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂由包括化学表面修饰纳米洋葱碳材料、陶瓷相粉末、分散剂、清净剂、抗泡剂、极压抗磨剂、油性剂和黏度指数改进剂的原料制备而成，优选由化学表面修饰纳米洋葱碳材料、陶瓷相粉末、分散剂、清净剂、抗泡剂、极压抗磨剂、油性剂和黏度指数改进剂制备而成；其中，化学表面修饰纳米洋葱碳材料为本发明采用的关键组分(0.3～10wt％)，其他组分为助剂(90～99.7wt％)。

在本发明中，所述化学表面修饰纳米洋葱碳材料的制备方法优选具体为：

将纳米洋葱碳与表面修饰剂混合后进行保温处理，得到浆料；再将上述浆料进行水热反应，得到反应混合物；最后将上述反应混合物依次经洗涤、过滤和干燥，得到化学表面修饰的纳米洋葱碳材料。

在本发明中，所述纳米洋葱碳(OLC：一种碳材料的统称，主要配方为：5-10nm球形碳材料，分散剂为山梨糖醇脂肪酸酯油酸，油酸三乙醇胺为复配剂，碳材料含量2.0％；比表面积大、分散性好，具有球形结构)优选为5nm～10nm的球形碳材料，由爆轰技术所得到的碳球制备而成，其中碳材料的含量优选为1％～5％。

在本发明中，所述表面修饰剂优选选自油酸、聚乙二醇、span-80中的一种或多种，更优选为油酸。本发明对所述表面修饰剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述纳米洋葱碳与表面修饰剂的质量比优选为1：(3～10)，更优选为1：5。

在本发明中，所述保温处理的温度优选为50℃～200℃，更优选为100℃，时间优选为2h～48h，更优选为24h。

在本发明中，所述水热反应优选采用本领域技术人员熟知的反应釜进行即可；所述水热反应的温度优选为50℃～200℃，更优选为150℃，时间优选为2h～48h，更优选为36h。

在本发明中，所述洗涤的过程优选采用酒精和/或去离子水进行；洗涤后通过过滤步骤，过滤掉多余的表面修饰剂，本发明对此没有特殊限制。

在本发明中，所述干燥的温度优选为50℃～80℃，更优选为70℃，时间优选为2h～48h，更优选为24h。

在本发明中，所述化学表面修饰纳米洋葱碳材料是具有洋葱状结构的碳材料，层层包裹，在受到挤压时具有良好的回弹效果。

本发明通过在纳米洋葱碳材料上包裹修饰化学成分，再进行水热处理，在一定温度和压力下洋葱碳的表面接枝了亲油基团，使纳米洋葱碳材料亲油性提高，从而提高其在润滑油基础油中的分散稳定性；由于纳米洋葱碳材料在经过修饰后易分散到润滑油基础油中，一来大大降低了沉淀和积碳的可能，二来纳米洋葱碳材料可以在基础油中更好的游动，在使用时更好的填充到摩擦副表面之间的空隙，吸附到摩擦副表面的划痕或微坑处，对摩擦表面进行一定程度的填补。

在本发明中，所述含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂包括0.3～10wt％的化学表面修饰纳米洋葱碳材料，优选为0.5～1wt％。

在本发明中，所述陶瓷相粉末优选选自纳米金刚石和/或硫化钼，更优选为纳米金刚石或硫化钼。本发明对所述陶瓷相粉末的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述纳米金刚石的粒径优选≤100nm；所述硫化钼的粒径优选≤30nm。

在本发明中，所述含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂包括0.5～5wt％的陶瓷相粉末，优选为0.8～1.2wt％。

在本发明中，所述分散剂优选选自油酸、span-80、环卞胺、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠中的一种或多种，更优选为油酸。本发明对所述分散剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂包括50～90wt％的分散剂，优选为85～88wt％。

在本发明中，所述清净剂优选选自磺酸盐和/或水杨酸盐，更优选为磺酸盐或水杨酸盐。本发明对所述清净剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述清净剂可在发动机油路的金属表面形成一层分子保护膜，防止沉积物在金属表面聚集，起到保持清洁的作用；二是将已形成的沉积物的微小颗粒包围起来，形成油溶性胶束，分散到油中，随油燃烧，达到清洗的目的。

在本发明中，所述含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂包括0.1～10wt％的清净剂，优选为0.5～1wt％。

在本发明中，所述抗泡剂优选选自三烷基三聚氰胺、氰脲酰氯三聚氰胺、脂肪胺中的一种或多种，更优选为三烷基三聚氰胺。本发明对所述抗泡剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述抗泡剂的作用主要是抑制泡沫的产生，提高消除泡沫的速度。

在本发明中，所述含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂包括0.1～15wt％的抗泡剂，优选为8～12wt％。

在本发明中，所述极压抗磨剂优选选自偏硼酸钠、偏硼酸钾、三硼酸钾、磷酸三甲酚酯、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、亚磷酸二正丁酯中的一种或多种，更优选为亚磷酸二正丁酯。本发明对所述极压抗磨剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述极压抗磨剂可以缓和液体油膜被破坏。

在本发明中，所述含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂包括0.5～5wt％的极压抗磨剂，优选为0.8～1.2wt％。

在本发明中，所述油性剂优选选自棕榈酸、月桂醇、鲸蜡醇、油脂、硬脂酸丁酯、鲸蜡基胺、油酰胺、酸式磷酸月桂酯、酸式磷酸油酰酯、硫化抹香鲸油、硫化油酸中的一种或多种，更优选为棕榈酸。本发明对所述油性剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂包括0.05～5wt％的油性剂，优选为0.08～0.12wt％。

在本发明中，所述黏度指数改进剂优选选自氢化苯乙烯双烯共聚物和/或聚异丁烯，更优选为聚异丁烯。本发明对所述黏度指数改进剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂包括0.05～5wt％的黏度指数改进剂，优选为0.08～0.12wt％。

本发明提供的含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂选用化学表面修饰纳米洋葱碳材料，该化学表面修饰纳米洋葱碳材料在经过修饰后易分散到润滑油基础油中，一来大大降低了沉淀和积碳的可能，降低了对发动机的损害，延长了发动机的寿命；二来纳米洋葱碳材料可以在基础油中更好的游动，在使用时更好的填充到摩擦副表面之间的空隙，吸附到摩擦副表面的划痕或微坑处，对摩擦表面进行一定程度的填补，也可在摩擦时有更多的纳米粒子被挤压，更好的以滚动轴承效应来达到降磨减磨效果；配合其他特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，产品可以直接添加至商用润滑油中，能够改善润滑油的润滑性能和耐磨性能，降低机械摩擦面摩擦系数，修复磨损表面，提高机械寿命，减少能源消耗。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂的制备方法，包括以下步骤：

将化学表面修饰纳米洋葱碳材料、陶瓷相粉末、分散剂、清净剂、抗泡剂、极压抗磨剂、油性剂和黏度指数改进剂混合后进行调制，得到含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂。

在本发明中，所述化学表面修饰纳米洋葱碳材料、陶瓷相粉末、分散剂、清净剂、抗泡剂、极压抗磨剂、油性剂和黏度指数改进剂与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。

在本发明中，所述调制优选采用本领域技术人员熟知的高压均质机或高速乳化机；所述调制的转速优选为500rpm～4000rpm，更优选为3000rpm，温度优选为50℃～70℃，更优选为60℃，时间优选为20min～180min，更优选为45min。

本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

本发明从原材料出发，先对纳米洋葱碳材料进行化学表面修饰，获得性能优异的化学表面修饰纳米洋葱碳材料，经过化学表面修饰的碳材料可以解决传统碳材料在润滑油中分散稳定性的问题，从而使纳米洋葱碳材料在润滑油抗磨减磨方面具有更强的适用性和应用前景；然后通过组分选择及调制工艺、条件及参数等调配和优化，最终得到适用于润滑油、能够起到减磨降摩效果的碳材料添加剂。

本发明提供了一种含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂，由包括以下组分的原料制备而成：化学表面修饰纳米洋葱碳材料0.3～10wt％；陶瓷相粉末0.5～5wt％；分散剂50～90wt％；清净剂0.1～10wt％；抗泡剂0.1～15wt％；极压抗磨剂0.5～5wt％；油性剂0.05～5wt％；黏度指数改进剂0.05～5wt％。与现有技术相比，本发明提供的含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂选用化学表面修饰纳米洋葱碳材料，配合其他特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，产品可以直接添加至商用润滑油中，能够改善润滑油的润滑性能和耐磨性能，降低机械摩擦面摩擦系数，修复磨损表面，提高机械寿命，减少能源消耗。

另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例及对比例所用原料均为市售；其中，所用的化学表面修饰纳米洋葱碳材料的制备方法具体为：

将1重量份纳米洋葱碳(比表面积为218m

实施例1

(1)原料配比：

化学表面修饰纳米洋葱碳材料0.5wt％；

纳米金刚石(粒径≤100nm)1.0wt％；

分散剂86.8wt％；

磺酸钙0.5wt％；

抗泡剂10.0wt％；

极压抗磨剂1.0wt％；

油性剂0.1wt％；

黏度指数改进剂0.1wt％。

(2)制备方法：

将化学表面修饰纳米洋葱碳材料、陶瓷相粉末、分散剂、清净剂、抗泡剂、极压抗磨剂、油性剂和黏度指数改进剂在高速乳化机中进行调制，调制过程的转速为3000rpm，温度为60℃，时间为45min，得到含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂。

实施例2

(1)原料配比：

化学表面修饰纳米洋葱碳材料1.0wt％；

纳米金刚石(粒径≤100nm)1.0wt％；

分散剂85.8wt％；

磺酸钙1.0wt％；

抗泡剂10.0wt％；

极压抗磨剂1.0wt％；

油性剂0.1wt％；

黏度指数改进剂0.1wt％。

(2)制备方法：

同实施例1。

实施例3

(1)原料配比：

化学表面修饰纳米洋葱碳材料0.5wt％；

硫化钼(粒径≤30nm)1.0wt％；

分散剂86.8wt％；

水杨酸钙0.5wt％；

抗泡剂10.0wt％；

极压抗磨剂1.0wt％；

油性剂0.1wt％；

黏度指数改进剂0.1wt％。

(2)制备方法：

同实施例1。

对比例1

采用实施例1提供的制备方法，区别在于：采用纳米洋葱碳代替化学表面修饰纳米洋葱碳材料。

应用实施例

在正常机油中分别加入上述实施例1～3提供的含化学表面修饰纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂及对比例1的添加剂(未改性)，添加量为机油质量的0.05％，得到改进机油。

测试结果参见表1所示。

表1应用实施例中各产品各项性能数据

综上，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明制得的化学表面修饰后的纳米洋葱碳材料的比表面积大、分散性好，不易产生沉淀，具有球形结构，在摩擦副表面中被挤压时更易变形回弹，减磨效果优异；化学表面修饰前纳米洋葱碳材料的比表面积在200m

(2)本发明制得的化学表面修饰后纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂可直接添加至商用润滑油中，能够改善润滑油的润滑性能和耐磨性能，降低机械摩擦面摩擦系数，修复磨损表面，提高机械寿命，减少能源消耗。

(3)本发明提供的含化学表面修饰后纳米洋葱碳材料的润滑油添加剂制备方法简单、原料易得，便于工业化生产，在使用过程中抗磨减磨性能更好，可延长换油周期。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。