專利名稱：一種水基潤(rùn)滑液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水基潤(rùn)滑液，特別是涉及一種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液，以及該水基潤(rùn)滑液的制備方法，屬于潤(rùn)滑材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
產(chǎn)品近年來，由于能源和環(huán)境問題日益突出，水基潤(rùn)滑已取代油基潤(rùn)滑，成為潤(rùn)滑應(yīng)用領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。水的比熱大，散熱效果比油好得多，可以減少高溫下的嚴(yán)重磨損；由于不含油，可以避免環(huán)境污染；以水代油，可以節(jié)約能源、降低成本，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，水基潤(rùn)滑液主要用于精密拋光、切削、冷軋等領(lǐng)域。據(jù)估計(jì)，2006年全球水基潤(rùn)滑的市場(chǎng)規(guī)模在53億美元左右。水基潤(rùn)滑液的精髓是極壓潤(rùn)滑添加劑，它能有效地改善邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑的潤(rùn)滑特性。相對(duì)于油基潤(rùn)滑而言，由于水基潤(rùn)滑發(fā)展較晚，尤其是對(duì)極壓潤(rùn)滑添加劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能有很高要求。目前，國(guó)內(nèi)精密拋光、冷軋、切削等方面所需的大量水基潤(rùn)滑劑主要依賴進(jìn)口，如美國(guó)的IRMCO牌。納米金剛石兼具納米材料的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)以及金剛石本身的高硬度、耐磨性，在潤(rùn)滑和超精拋光等領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值(鄒芹，王明智，王艷輝，金剛石與磨料磨具工程，2，54，2003 ；陳鵬萬，惲壽榕，黃風(fēng)雷，等，超硬材料與工程，3，1-5，1997 ;徐康，薛群基，化學(xué)進(jìn)展，9 (2)，201-208，1997)。但是由于納米金剛石比表面大，比表面能高，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，容易團(tuán)聚形成塊狀聚集體而在水基潤(rùn)滑介質(zhì)中沉淀下來，從而喪失其作為納米粒子所具有的獨(dú)特功能，嚴(yán)重影響了納米金剛石在潤(rùn)滑材料領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明采用經(jīng)化學(xué)修飾、表面帶有活潑氨基、能在水基潤(rùn)滑介質(zhì)中穩(wěn)定分散的改性納米金剛石，制備得到一種新型水基潤(rùn)滑液產(chǎn)品。該水基潤(rùn)滑液由5-8%的改性納米金剛石極壓潤(rùn)滑劑，以及92-95%溶解有復(fù)合功能添加劑的水溶液組成，其極壓潤(rùn)滑性能達(dá)到H) ^ 800kg和PB ^ 120kg，能滿足水基潤(rùn)滑、拋光、切削等方面的應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液產(chǎn)品。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述水基潤(rùn)滑液的制備方法。本發(fā)明的第一個(gè)目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):—種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液，其特征在于:它是由改性納米金剛石，以及溶解有復(fù)合功能添加劑的水溶液，按質(zhì)量比為5-8:95-92混合組成。所述復(fù)合功能添加劑包括P103、三乙醇胺、氯化鋅、聚醚改性聚二甲基硅氧烷和十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉。所述P103、三乙醇胺、氯化鋅、聚醚改性聚二甲基硅氧烷和十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉的質(zhì)量分別為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的1.8%、2.2%、1.5%、5%、5%。

所述P103為BASF公司銷售的產(chǎn)品型號(hào)。所述三乙醇胺、氯化鋅、聚醚改性聚二甲基硅氧烷和十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉均為市售產(chǎn)品。所述P103、三乙醇胺、氯化鋅、聚醚改性聚二甲基硅氧烷和十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉的質(zhì)量分別為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的1.8%、2.2%、1.5%、5%、5%。本發(fā)明的第二個(gè)目的通過以下具體步驟予以實(shí)現(xiàn):一種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液的制備方法，其特征在于包括以下步驟:I)將氯化鋅、十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉在65°C的水中以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌lh，形成均一水溶液，其中氯化鋅的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的1.5%，十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉的質(zhì)量為5%，水的質(zhì)量為76.5-79.5% ；2)將聚醚改性聚二甲基硅氧烷加入到步驟I)制備的水溶液中，50°C以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌2.5h，形成均一溶液，其中聚醚改性聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的5% ；3)將三乙醇胺加入到步驟2)制備的水溶液中，45°C以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌3h，形成均一溶液，其中三乙醇胺的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的2.2% ；4)將P103加入到步驟3)制備的水溶液中，55°C以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌3.5h，形成均一溶液，其中P103的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的1.8% ；5)將改性納米金剛石加入到步驟4)制備的水溶液中，在40kHz、2000W的超聲儀中超聲2h后，在30°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌6h，即得到穩(wěn)定的新型水基潤(rùn)滑液，其中改性納米金剛石的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的5-8%。上述步驟5中的改性納米金剛石通過以下步驟制得:(I)對(duì)納米金剛石進(jìn)行混酸氧化處理:取納米金剛石2150g，在體積比為1:1的濃硫酸和濃硝酸中超聲24h后，回流72h，離心，用流水洗凈后，干燥；(2)取經(jīng)混酸氧化處理后的納米金剛石2100g，加入到3000ml氯化亞砜中，在40kHz,2000W的超聲儀中超聲36h后，80°C回流48h，然后以5000rpm的轉(zhuǎn)速離心15min，分離氯化亞砜，經(jīng)四氫呋喃洗凈后，在室溫下真空干燥24h ；(3)取步驟(2)制備的表面含酰氯基團(tuán)的納米金剛石2000g，及1，3_丙二胺160g，分別加入到3000ml N，N’ -二甲基甲酰胺中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在40kHz、2000W的超聲儀中超聲5h后，在95°C攪拌72h，然后減壓蒸除N，N’ - 二甲基甲酰胺，經(jīng)蒸餾水洗凈后，在室溫下真空干燥72h，得到表面帶有活潑氨基的改性納米金剛石。本水基潤(rùn)滑液在使用時(shí)的方法為:在5_90°C范圍內(nèi)直接使用。本發(fā)明采用一種經(jīng)表面化學(xué)修飾，能在水基潤(rùn)滑介質(zhì)中的穩(wěn)定分散的改性納米金剛石，制備得到一種新型水基潤(rùn)滑液產(chǎn)品，與已有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn):I)通過采用經(jīng)化學(xué)修飾、表面帶有活潑氨基的的改性納米金剛石，制備得到一種穩(wěn)定的新型水基潤(rùn)滑液，解決了水基潤(rùn)滑應(yīng)用技術(shù)中存在的納米金剛石在水介質(zhì)中容易團(tuán)聚而沉降、水基潤(rùn)滑液不穩(wěn)定的關(guān)鍵問題；2)該水基潤(rùn)滑液由5-8%的改性納米金剛石極壓潤(rùn)滑劑，以及95-92%溶解有復(fù)合功能添加劑的水溶液組成，其 極壓潤(rùn)滑性能達(dá)到ro ^ 800kg、PB ^ 120kg,能滿足水基潤(rùn)滑、拋光、切削等方面的應(yīng)用要求；3)本發(fā)明建立了以表面化學(xué)改性的納米金剛石為基礎(chǔ)，制備得到一種穩(wěn)定的新型水基潤(rùn)滑液的方法，該潤(rùn)滑液在5-90°C范圍內(nèi)可直接應(yīng)用于水基潤(rùn)滑、拋光、切削等方面；其科技含量高，創(chuàng)新性強(qiáng)，具有較好的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1先對(duì)納米金剛石進(jìn)行混酸氧化處理:取納米金剛石2150g，在體積比為1:1的濃硫酸和濃硝酸中超聲24h后，回流72h，離心，用流水洗凈后，干燥；取經(jīng)混酸氧化處理后的納米金剛石2100g，加入到3000ml氯化亞砜中，在40kHz、2000W的超聲儀中超聲36h后，在80°C下回流48h，然后以5000rpm的轉(zhuǎn)速離心15min，分離
氯化亞砜，經(jīng)四氫呋喃洗凈后，在室溫下真空干燥24h ；取上一個(gè)步驟制備的表面含酰氯基團(tuán)的納米金剛石2000g，及1，3_丙二胺160g，分別加入到3000ml N，N’ -二甲基甲酰胺中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在40kHz、2000W的超聲儀中超聲5h后，在95°C下攪拌72h，然后減壓蒸除N，N’ - 二甲基甲酰胺，經(jīng)蒸餾水洗凈后，在室溫下真空干燥72h，得到表面帶有活潑氨基的改性納米金剛石；將15g氯化鋅和50g十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉在65°C的765g水中以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌lh，形成均一水溶液；將50g聚醚改性聚二甲基硅氧烷加入到上一個(gè)步驟制備的水溶液中，在50°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌2.5h，形成均一溶液；將22g三乙醇胺加入到上一個(gè)步驟制備的水溶液中，在45°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌3h,形成均一溶液；將18g P103加入 到上一個(gè)步驟制備的水溶液中，在50°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌3.5h,形成均一溶液；將80g改性納米金剛石加入到上一個(gè)步驟制備的水溶液中，在40kHz、2000W的超聲儀中超聲2h后，在30°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌6h，即得到穩(wěn)定的新型水基潤(rùn)滑液，測(cè)試其極壓潤(rùn)滑性能:ro約為861kg，PB約為127kg。實(shí)施例2先將納米金剛石按進(jìn)行表面化學(xué)改性，該方法與上述實(shí)施例1相同；將150g氯化鋅和500g十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉在65°C的7950g水中以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌Ih,形成均一水溶液；將500g聚醚改性聚二甲基硅氧烷加入到上一個(gè)步驟制備的水溶液中，在50°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌2.5h，形成均一溶液；將220g三乙醇胺加入到上一個(gè)步驟制備的水溶液中，在45°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌3h,形成均一溶液；將180g P103加入到上一個(gè)步驟制備的水溶液中，在50°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌3.5h，形成均一溶液；將500g改性納米金剛石加入到上一個(gè)步驟制備的水溶液中，在40kHz、2000W的超聲儀中超聲2h后，在30°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌6h，即得到穩(wěn)定的新型水基潤(rùn)滑液，測(cè)試其極壓潤(rùn)滑性能:ro約為822kg，PB約為121kg。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液，其特征在于:它是由改性納米金剛石，以及溶解有復(fù)合功能添加劑的水溶液，按質(zhì)量比為5-8:95-92混合組成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液，其特征在于:所述復(fù)合功能添加劑包括P103、三乙醇胺、氯化鋅、聚醚改性聚二甲基硅氧烷和十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉。
3.如權(quán)利要求1所述的一種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液，其特征在于:所述P103、三乙醇胺、氯化鋅、聚醚改性聚二甲基硅氧烷和十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉的質(zhì)量分別為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的1.8%、2.2%、1.5%、5%、5%。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將氯化鋅、十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉在65°C的水中以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌lh，形成均一水溶液，其中氯化鋅的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的1.5%，十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉的質(zhì)量為5%，水的質(zhì)量為76.5-79.5% ； 2)將聚醚改性聚二甲基硅氧烷加入到步驟I)制備的水溶液中，50°C以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌2.5h，形成均一溶液，其中聚醚改性聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的5% ； 3)將三乙醇胺加入到步驟2)制備的水溶液中，45°C以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌3h，形成均一溶液，其中三乙醇胺的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的2.2% ； 4)將P103加入到步驟3)制備的水溶液中，55°C以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌3.5h，形成均一溶液，其中P103的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的1.8% ； 5)將改性納米金剛石加入到步驟4)制備的水溶液中，在40kHz、2000W的超聲儀中超聲2h后，在30°C下以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌6h，即得到穩(wěn)定的新型水基潤(rùn)滑液，其中改性納米金剛石的質(zhì)量為水基潤(rùn)滑液總質(zhì)量的5-8%。
5.如權(quán)利要求4所述的一種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液的制備方法，其特征在于:上述步驟5中的改性納米金剛石通過以下步驟制得: (1)對(duì)納米金剛石進(jìn)行混酸氧化處理:取納米金剛石2150g，在體積比為1:1的濃硫酸和濃硝酸中超聲24h后，回流72h，離心，用流水洗凈后，干燥； (2)取經(jīng)混酸氧化處理后的納米金剛石2100g，加入到3000ml氯化亞砜中，在40kHz、2000W的超聲儀中超聲36h后，80°C回流48h，然后以5000rpm的轉(zhuǎn)速離心15min，分離氯化亞砜，經(jīng)四氫呋喃洗凈后，在室溫下真空干燥24h ； (3)取步驟(2)制備的表面含酰氯基團(tuán)的納米金剛石2000g，及1，3_丙二胺160g，分別加入到3000ml N，N’_ 二甲基甲酰胺中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在40kHz、2000W的超聲儀中超聲5h后，在95°C攪拌72h，然后減壓蒸除N，N’ - 二甲基甲酰胺，經(jīng)蒸餾水洗凈后，在室溫下真空干燥72h，得到表面帶有活潑氨基的改性納米金剛石。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種含納米金剛石的水基潤(rùn)滑液及其制備方法，屬于潤(rùn)滑材料領(lǐng)域。該發(fā)明是由改性納米金剛石，以及溶解有復(fù)合功能添加劑的水溶液，按質(zhì)量比為5-895-92混合組成。本發(fā)明通過采用經(jīng)化學(xué)修飾、表面帶有活潑氨基的的改性納米金剛石，制備得到一種穩(wěn)定的新型水基潤(rùn)滑液，解決了水基潤(rùn)滑應(yīng)用技術(shù)中存在的納米金剛石在水介質(zhì)中容易團(tuán)聚而沉降、水基潤(rùn)滑液不穩(wěn)定的關(guān)鍵問題；以表面化學(xué)改性的納米金剛石為基礎(chǔ)，制備得到一種穩(wěn)定的新型水基潤(rùn)滑液的方法，該潤(rùn)滑液在5-90℃范圍內(nèi)可直接應(yīng)用于水基潤(rùn)滑、拋光、切削等方面；其科技含量高，創(chuàng)新性強(qiáng)，具有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C10N40/22GK103160370SQ20131005100
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月8日
發(fā)明者柯剛, 浣石, 譚湘倩, 蔣國(guó)平 申請(qǐng)人:廣州大學(xué)