一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂及其制备方法与应用专利检索-石油煤气及炼焦工业含一氧化碳的工业气体燃料润滑剂泥煤专利检索查询-专利查询网

一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂及其制备方法与应用
申请号	CN202311764994.X	申请日	2023-12-21	公开(公告)号	CN117887502A	公开(公告)日	2024-04-16
申请人	暨南大学;			发明人	陈德馨; 金洋; 涂小慧; 张鹏; 王启伟;
摘要	本发明公开了一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂及其制备方法与应用，涉及润滑油技术领域。本发明包括以下三个步骤：1.对羟基硅酸镁类纳米材料进行有机改性；2. 氧化镁颗粒改性；3.制备改性纳米润滑油。本发明在使用高级硫醇对羟基硅酸镁类复合颗粒进行有机改性的基础上，将镁原子引入到改性分子的烷基上，这不仅提高了其在润滑油中的分散稳定性，同时还提高了改性颗粒在摩擦过程中的利用率，为其在工业上的应用奠定了良好基础。
权利要求	1.一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)将羟基硅酸镁类复合颗粒与硫醇溶液混合均匀，再置于氮气氛围下油浴加热，得硫醇改性的羟基硅酸镁类复合颗粒； (2)将硫醇改性的羟基硅酸镁类复合颗粒加入到稀盐酸溶液中，加热保温后，加入氧化镁颗粒，搅拌均匀后，在紫光下照射，得到羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂。 2.根据权利要求1所述的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硫醇为高级硫醇。 3.根据权利要求2所述的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硫醇为十六烷基硫醇或十八烷基硫醇。 4.根据权利要求1‑3任一项所述的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述羟基硅酸镁类复合颗粒是含有羟基硅酸镁的复合颗粒，包括羟基硅酸镁/二硫化钼复合颗粒，羟基硅酸镁/镍复合颗粒，羟基硅酸镁/碳复合颗粒中的一种或多种；步骤(1)所述硫醇溶液中的硫醇与羟基硅酸镁类复合颗粒的质量比为(0.015～ 0.03)：1。 5.根据权利要求1‑3任一项所述的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述油浴加热的温度为80℃～100℃，加热时长为36h～48h。 6.根据权利要求1‑3任一项所述的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述稀盐酸的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L，加热保温是加热至40℃～ 70℃后保温1h～3h，在紫光下照射的时间为3h～5h。 7.根据权利要求1‑3任一项所述的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述氧化镁颗粒的粒径为1～100nm，所述氧化镁颗粒与羟基硅酸镁类复合颗粒的质量比为1～2:1。 8.由权利要求1‑7任一项所述的制备方法制得的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂。 9.权利要求8所述的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂在润滑油中的应用。 10.根据权利要求9所述的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂在润滑油中的应用，其特征在于，所述润滑油与羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的质量比为100：(1.0～2.0)；所述润滑油为市场中常见的润滑油或基础油。
说明书全文	一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂及其制备方法与应用技术领域 [0001] 本发明涉及润滑油技术领域，尤其涉及一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂及其制备方法与应用。背景技术 [0002] 机械设备的零件大部分是由于磨损超过限度而报废。世界上使用的能源大约有1/3～1/2消耗于摩擦，有80％的零件失效是因为磨损而引起的。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可节约大量的能源，使用润滑油/脂是减少机械设备摩擦磨损故障的主要途径之一，润滑油中的减摩抗磨添加剂可进一步提高润滑油的摩擦学性能。纳米羟基硅酸镁类复合材料是一类具有优异减摩抗磨性能和自修复性能的润滑油添加剂材料，是一种新型环保的润滑材料。例如，专利CN110436444A公开了一种羟基硅酸镁/碳复合纳米材料的制备方法，该方法合成的羟基硅酸镁/碳复合纳米材料作为润滑油添加剂能够极大程度地减小摩擦和磨损。专利CN113502182A公开了一种纳米棒状羟基硅酸镁/二硫化钼复合材料的制备方法，该方法合成的纳米棒状羟基硅酸镁/二硫化钼复合材料作为润滑油添加剂可显著降低摩擦因数、减小磨损，并可对已磨损表面实现20～50％的修复，从而大幅延长设备的使用寿命、节省能源。但以上专利申请合成的纳米羟基硅酸镁类复合材料在润滑油中的分散稳定性很差，容易抱团沉淀，严重限制了其工业应用。发明内容 [0003] 基于上述技术问题，本发明提供了一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂及其制备方法与应用。 [0004] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。 [0005] 一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的制备方法，包括如下步骤： [0006] (1)将羟基硅酸镁类复合颗粒与硫醇溶液混合均匀，再置于氮气氛围下油浴加热，得硫醇改性的羟基硅酸镁类复合颗粒粉末； [0007] (2)将硫醇改性的羟基硅酸镁类复合颗粒粉末加入到稀盐酸溶液中，加热保温后，加入氧化镁颗粒，搅拌均匀后，在紫光下照射，得到羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂。 [0008] 优选的，步骤(1)所述硫醇为高级硫醇。 [0009] 进一步优选的，步骤(1)所述硫醇为十六烷基硫醇或十八烷基硫醇。 [0010] 优选的，步骤(1)所述羟基硅酸镁类复合颗粒是含有羟基硅酸镁的复合颗粒，包括羟基硅酸镁/二硫化钼复合颗粒，羟基硅酸镁/镍复合颗粒，羟基硅酸镁/碳复合颗粒中的一种或多种。 [0011] 优选的，步骤(1)所述硫醇溶液中的硫醇与羟基硅酸镁类复合颗粒的质量比为(0.015～0.03)：1，进一步优选为(0.02～0.024)：1。 [0012] 优选的，步骤(1)所述油浴加热的温度为80℃～100℃，加热时长为36h～48h。 [0013] 优选的，步骤(2)所述稀盐酸的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L，加热保温是加热至40℃～70℃后保温1h～3h，在紫光下照射的时间为3h～5h。 [0014] 优选的，步骤(2)所述氧化镁颗粒的粒径为1～100nm，所述氧化镁颗粒与羟基硅酸镁类复合颗粒的质量比为1～2:1。 [0015] 优选的，羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的制备方法具体包括以下步骤： [0016] 一：对羟基硅酸镁类纳米材料进行有机改性 [0017] S1：称取一定质量的羟基硅酸镁类复合颗粒粉末加入到烧杯中，接下来使用滴管吸取一定体积的硫醇溶液滴加在粉末上，待溶液充分润湿粉末后，使用玻璃棒搅拌均匀后，超声得到两者的混合物，将混合物置于氮气氛围，接着为混合物提供80℃～100℃的油浴加热，加热时长为36h～48h。 [0018] S2：加热时间结束后，撤去氮气氛围，待混合物自然冷却至室温，使用氧杂环戊烷冲洗混合物得到悬浊液。参考所使用粉末的粒径利用滤膜过滤。将滤得的粉末真空干燥，即得由硫醇改性的羟基硅酸镁类复合颗粒粉末A。 [0019] 二：氧化镁颗粒改性 [0020] S3：将硫醇改性后的粉末A，加入到一定浓度的稀盐酸溶液中，加热保温后，加入纳米尺寸的氧化镁颗粒，搅拌均匀后，在紫光下照射3h～5h，反应结束后，关闭光源，停止加热，待反应物自然冷却至室温，离心，干燥得到羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂。 [0021] 进一步优选的，步骤S2中真空干燥的条件为20kPa～30kPa，时间6h～8h。 [0022] 进一步优选的，步骤S3所述的离心速度为3500rpm，时间30min，干燥温度60℃～70℃，时长5～6h。 [0023] 由以上任一项所述的制备方法制得的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂。 [0024] 以上所述的一种羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂在润滑油中的应用。 [0025] 优选的，所述应用包括以下步骤： [0026] 将润滑油与羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂混合；将混合后的润滑油超声30min～60min，得到分散均匀改性羟基硅酸镁类纳米润滑油。 [0027] 优选的，所述润滑油与羟基硅酸镁类纳米润滑油添加剂的质量比为100：(1.0～2.0)。 [0028] 优选的，所述的润滑油可以是市场中常见的润滑油，例如美孚，壳牌等，也可以是基础油。 [0029] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： [0030] 本发明利用长碳链硫醇中巯基的化学特性对羟基硅酸镁类复合材料表面进行有机改性，此外在长碳烷基链中引入镁原子，进一步提升该材料与金属基体的吸附能力，以实现在摩擦过程中更好发挥其润滑作用。该改性手段一方面克服了羟基硅酸镁类复合材料在润滑油中分散稳定性差的问题，另一方面还提高了粉末在摩擦过程中的利用率，因此能作为润滑添加剂而应用于工业润滑领域。附图说明 [0031] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0032] 图1为本发明实施例1羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油静置0天和30天后的对比图。 [0033] 图2为本发明实施例1羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油与纯润滑油(Mobil)的摩擦系数对比图。 [0034] 图3为本发明实施例2羟基硅酸镁/碳纳米润滑油静置0天和30天后的对比图。 [0035] 图4为本发明实施例2羟基硅酸镁/碳纳米润滑油与纯润滑油(壳牌)的摩擦系数对比图。 [0036] 图5为本发明实施例3羟基硅酸镁/镍纳米润滑油静置0天和30天后的对比图。 [0037] 图6为本发明实施例3羟基硅酸镁/镍纳米润滑油与PAO6 基础油的摩擦系数对比图。 [0038] 图7为本发明对比例1未改性羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油静置0天和30天后的对比图。 [0039] 图8为本发明对比例1未改性羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油与纯润滑油(Mobil)的摩擦系数对比图。 [0040] 图9为本发明对比例2氧化镁改性羟基硅酸镁/碳纳米润滑油静置0天和30天后的对比图。 [0041] 图10为本发明对比例2氧化镁改性羟基硅酸镁/碳纳米润滑油与纯润滑油(壳牌)的摩擦系数对比图。具体实施例 [0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0043] 实施例1 [0044] 称取2.0g的羟基硅酸镁/二硫化钼纳米粉末(根据专利申请CN113502182A中的方法制备)加入到烧杯中，接下来使用滴管吸取4.0g浓度为1wt.％的十六烷基硫醇溶液滴加在羟基硅酸镁/二硫化钼粉末上，待溶液充分润湿粉末后，使用玻璃棒搅拌均匀后得到两者的混合物，将混合物置于氮气氛围，接着为混合物提供80℃的油浴加热，加热时长为48h。 [0045] 加热时间结束后，撤去氮气氛围，等待混合物自然冷却至室温，使用氧杂环戊烷冲洗混合物得到悬浊液。参考所使用羟基硅酸镁/二硫化钼粉末的粒径利用滤膜进行过滤。将滤得的羟基硅酸镁/二硫化钼粉末进行真空干燥，条件为30kPa，时间6h。烘干结束后即得由十六烷基硫醇改性的羟基硅酸镁/二硫化钼粉末A。 [0046] 将十六烷基硫醇改性后的羟基硅酸镁/二硫化钼粉末A加入到0.1mol/L的稀盐酸溶液中，加热至60℃，保温1h后，加入2.0g粒径为1～100nm的氧化镁颗粒，搅拌均匀后，在光照强度为2万lx的紫光下照射4h，反应结束后，关闭光源，停止加热，待反应物自然冷却至室温，离心30min，60℃下干燥5h后得到最终改性完成的羟基硅酸镁/二硫化钼粉末B。 [0047] 使用移液枪吸取100g的美孚润滑油(10W‑40)于250mL的烧杯中，并用干净无污染的称量纸称取1.0g改性后的羟基硅酸镁/二硫化钼粉末B,接着倒入装有美孚(Mobil)润滑油的烧杯中，搅拌混合，接下来超声30min，得到羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油。 [0048] 由图1可以看到，通过本发明实施例1得到的羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油在静置30天后仍未出现明显分层，仅仅有很浅的分层，说明羟基硅酸镁/二硫化钼粉末经本发明的改性后，在润滑油中具有优异的分散稳定性。同时使用球盘式摩擦磨损试验机测试了本实施例得到的羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油的减摩性能。其中，测试载荷为20N，频率为15Hz，试验时间为1h。由图2可以看出与纯润滑油(Mobil)的摩擦系数相比，羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油的摩擦系数显著降低。 [0049] 实施例2 [0050] 称取3.0g的羟基硅酸镁/碳纳米粉末加入到烧杯中，接下来使用滴管吸取7.0g浓度为1wt.％的十八烷基硫醇溶液滴加在羟基硅酸镁/碳纳米粉末上，待溶液充分润湿粉末后，使用玻璃棒搅拌均匀后得到两者的混合物，将混合物置于氮气氛围，接着为混合物提供90℃的油浴加热，加热时长为42h。 [0051] 加热时间结束后，撤去氮气氛围，等待混合物自然冷却至室温，使用氧杂环戊烷冲洗混合物得到悬浊液。参考所使用羟基硅酸镁/碳纳米粉末的粒径利用滤膜进行过滤。将滤得的羟基硅酸镁/碳纳米粉末置于真空干燥箱烘干，条件为25kPa，时间8h，烘干结束后即得由十八烷基硫醇改性的羟基硅酸镁/碳粉末A。 [0052] 将十八烷基硫醇改性后的羟基硅酸镁/碳粉末A加入到0.2mol/L的稀盐酸溶液中，加热至60℃，保温2h后，加入5.0g粒径为1～100nm氧化镁颗粒，搅拌均匀后，在光照强度为2万lx的紫光下照射5h，反应结束后，关闭光源，停止加热，待反应物自然冷却至室温，离心30min，60℃下干燥5h后得到最终改性完成的羟基硅酸镁/碳粉末B。 [0053] 使用移液枪吸取80g的壳牌润滑油(10W‑40)于250mL的烧杯中，并用干净无污染的称量纸称取1.0g改性后的羟基硅酸镁/碳粉末B，接着倒入装有壳牌(Shell)润滑油的烧杯中，搅拌混合,接下来超声处理30min，得到羟基硅酸镁/碳纳米润滑油。 [0054] 由图3可以看到，通过本发明实施例2得到的羟基硅酸镁/碳纳米润滑油在静置30天后仍未出现明显分层，仅仅有很浅的分层，说明羟基硅酸镁/碳粉末经本发明的改性后，在润滑油中具有优异的分散稳定性。同时使用球盘式摩擦磨损试验机测试了本实施例得到的羟基硅酸镁/碳纳米润滑油的减摩性能。其中,测试载荷为20N，频率为15Hz，试验时间为1h。由图4可以看出与纯润滑油(壳牌)的摩擦系数相比，羟基硅酸镁/碳纳米润滑油的摩擦系数显著降低。 [0055] 实施例3 [0056] 称取4.0g的羟基硅酸镁/镍纳米粉末加入到烧杯中，接下来使用滴管吸取8.0g浓度为1wt.％的十六烷基硫醇溶液滴加在羟基硅酸镁/镍纳米粉末上，待溶液充分润湿粉末后，使用玻璃棒搅拌均匀后得到两者的混合物，将混合物置于氮气氛围，接着为混合物提供100℃的油浴加热，加热时长为36h。 [0057] 加热时间结束后，撤去氮气氛围，等待混合物自然冷却至室温，使用氧杂环戊烷冲洗混合物为悬浊液。参考所使用羟基硅酸镁/镍纳米粉末的粒径利用滤膜进行过滤。将滤得的羟基硅酸镁/镍纳米粉末置于真空干燥箱烘干，条件为20kPa，时间7h，烘干结束后即得由十六烷基硫醇改性的羟基硅酸镁/镍纳米粉末A。 [0058] 将十六烷基硫醇改性后的羟基硅酸镁/镍纳米粉末A加入到0.3mol/L的稀盐酸溶液中，加热至60℃，保温1h后，加入6.0g粒径为1～100nm氧化镁颗粒，搅拌均匀后，在光照强度为2万lx的紫光下照射3h，反应结束后，关闭光源，停止加热，待反应物自然冷却至室温，离心30min，60℃下干燥5h后得到最终改性完成的羟基硅酸镁/镍纳米粉末B。 [0059] 使用移液枪吸取100g的PAO6基础油于250mL的烧杯中，并用干净无污染的称量纸称取2.0g改性后的羟基硅酸镁/镍纳米粉末B，接着倒入装有PAO6基础油的烧杯中，搅拌混合，接下来超声处理30min，得到羟基硅酸镁/镍纳米润滑油。 [0060] 由图5可以看到，通过本发明实施例3得到的羟基硅酸镁/镍纳米润滑油在静置30天后仍未出现明显分层，仅仅有很浅的分层，说明羟基硅酸镁/镍粉末经本发明的改性后，在润滑油中具有优异的分散稳定性。同时使用球盘式摩擦磨损试验机测试了本实施例得到的羟基硅酸镁/镍纳米润滑油的减摩性能。其中,测试载荷为20N，频率为15Hz，试验时间为1h。由图6可以看出与PAO6基础油的摩擦系数相比，羟基硅酸镁/镍纳米润滑油的摩擦系数显著降低。 [0061] 对比例1： [0062] 为与实施例1形成对比，使用移液枪吸取100g的美孚润滑油(10W‑40)于250mL的烧杯中，并用干净无污染的称量纸称取1.0g未改性羟基硅酸镁/二硫化钼粉末，接着倒入装有美孚(Mobil)润滑油的烧杯中，搅拌混合，接下来超声30min，得到未改性羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油。 [0063] 图7为对比例1得到的未改性羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油静置0天和30天后的对比图，从对比图中可以发现静置30天后，润滑油已发生明显分层，纳米颗粒抱团团聚和沉降现象十分明显，可见未经改性的羟基硅酸镁/二硫化钼纳米颗粒直接加入到润滑油中分散稳定性十分差。同时使用球盘式摩擦磨损试验机测试了本对比例得到的未改性羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油的减摩性能。其中，测试载荷为20N，频率为15Hz，试验时间为1h。由图8可以看出：与纯Mobil润滑油的摩擦系数相比，未改性羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油的摩擦系数虽然更低，但两者曲线距离相较于实施例1中的更加近，且曲线中出现陡峭现象，说明未改性羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油的减摩效果没有实施例1中改性后的羟基硅酸镁/二硫化钼纳米润滑油的减摩效果好。 [0064] 对比例2： [0065] 为与实施例2形成对比，使用移液枪吸取80g的壳牌润滑油(10W‑40)于250mL的烧杯中，并用干净无污染的称量纸称取0.3g羟基硅酸镁/碳粉末和0.5g的氧化镁纳米粉末，并将两者混合，接着倒入装有壳牌(Shell)润滑油的烧杯中，搅拌混合,接下来超声处理30min，得到氧化镁改性羟基硅酸镁/碳纳米润滑油。 [0066] 图9为对比例2得到的氧化镁改性羟基硅酸镁/碳纳米润滑油静置0天和30天后的对比图，从对比图中可以发现静置30天后，润滑油已发生明显分层，纳米颗粒抱团团聚和沉降现象十分明显，可见氧化镁改性的羟基硅酸镁/碳纳米颗粒直接加入到润滑油中分散稳定性十分差。同时使用球盘式摩擦磨损试验机测试了本对比例得到的氧化镁改性羟基硅酸镁/碳纳米润滑油的减摩性能。其中,测试载荷为20N，频率为15Hz，试验时间为1h。由图10可以看出：与纯壳牌(shell)润滑油的摩擦系数相比，氧化镁改性羟基硅酸镁/碳纳米润滑油的摩擦系数显著降低，且曲线中没有出现陡峭现象，说明氧化镁改性后的羟基硅酸镁/碳纳米润滑油的减摩效果优异，摩擦过程平稳。 [0067] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

意见反馈