含納米碳材料的潤滑油添加劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含納米碳材料的潤滑油添加劑，按質量百分比計，原料組成包括：納米碳材料10～100wt.％；助劑0～90wt.％；納米碳材料為納米金剛石/富勒烯顆粒或納米金剛石/石墨烯顆粒；助劑包括清凈劑、分散劑、抗氧劑、極壓抗磨劑或黏度指數改進劑。本發(fā)明以爆炸法制備金剛石粉末為原始材料，經過粒徑初選、熱處理、化學處理得到納米碳材料，以其為核心材料，再與其它助劑調合制得潤滑油添加劑。該含納米碳材料的潤滑油添加劑可直接添加到商用潤滑油中，降低機械摩擦面摩擦系數，修復磨損表面，提高機械使用壽命，減小能源消耗。
【專利說明】
含納米碳材料的潤滑油添加劑及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及改性潤滑油技術領域，尤其涉及一種含納米碳材料的潤滑油添加劑及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 潤滑油添加劑的運用是潤滑油生產及提高潤滑油質量，使其適應多種使用要求的 主要手段之一，近年來得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用。它彌補了潤滑油加工工藝的不足，能 達到在加工工藝中難以實現的效果，可以說，沒有現代高效的添加劑，就沒有現代高質量的 潤滑油，所以，發(fā)展添加劑的研發(fā)、生產和使用，已成為合理利用石油資源、節(jié)能減耗、提高 效益的重要經濟戰(zhàn)略。
[0003] 自1990年以來，世界潤滑油產量一直在3800X 10H左右波動，年均增長率約為 1 %。按照10%的平均加劑量來估算，全球添加劑的消費總量約在(380~410) X104t左右。 其中內燃機油添加劑的消耗量約占銷售量的70%。據美國克萊恩(Kline&Company.Inc)有 限公司的調研，2010年，全球添加劑總消耗量約為370 X 104t，其價值約為103億美元，其中 分散劑、黏度指數改進劑和清凈劑是使用量最大的三種潤滑油添加劑，占添加劑總消耗量 68%。2011年，全球潤滑劑添加劑消費量最多的國家是美國，其次是歐洲（中歐、東歐和西 歐）以及中國，不同區(qū)域添加劑消費所占比例不同。
[0004] 為提高競爭力，20世紀90年代，國外的添加劑公司通過合并和重組，基本形成了以 四大添加劑公司為主的分布格局，即路博潤公司（Lubrizol)、潤英聯公司（Infineum)、雪弗 龍奧倫耐公司（Chevron Oronite)、雅富頓公司(Af ton)。四大添加劑專業(yè)公司控制了全球 潤滑油添加劑90%左右的市場份額。
[0005] 我國潤滑油添加劑產業(yè)起步較晚。自20世紀50年代添加劑產業(yè)建立起，我國通過 自主研發(fā)和引進外國生產技術并舉，歷經幾十年的積累和發(fā)展，已經形成一定的產業(yè)規(guī)模， 目前可生產13大類約300多個牌號的添加劑單劑，總產量達到約10 X104t。我國在主要添加 劑品種上與國外相當，但產品質量還有一定差距。國內的復合劑配方也在持續(xù)開發(fā)中，但目 前主要集中在中低端產品。總之，國內添加劑產業(yè)的格局是高端產品依賴進口，中低端產品 基本依靠國內自產，產能小且分散。從市場發(fā)展趨勢來看，未來我國添加劑市場需求的增長 趨勢與國內潤滑油市場需求的增長趨勢保持一致，但增長速度會稍快。這主要是由于國內 高檔潤滑油的使用比例會大大提高，特別是內燃機油質量等級的提高通常都意味著添加劑 量的增加。
[0006] 發(fā)展納米技術是未來潤滑油添加劑發(fā)展的主要方向之一，納米潤滑材料由納米添 加劑、基礎油和其它功能添加劑組成，被認為是值得重視的納米材料之一。納米金剛石顆粒 表面負載石墨稀或富勒稀的特殊結構的納米碳顆粒，有望產生有效的滾動而起到支承負荷 的"滾動軸承"作用。經過表面修飾，可提高其在潤滑油中的分散性和穩(wěn)定性。同時顯著提高 基礎油的減摩抗磨性能，有效地減少或防止磨損。但目前還沒有這方面的文獻報道。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種可直接添加到商業(yè)潤滑油中的含納米碳材料的添加劑，可顯著 提尚潤滑油的綜合品質。
[0008] 本發(fā)明公開了一種含納米碳材料的潤滑油添加劑，按質量百分比計，所述潤滑油 添加劑的原料組成包括：
[0009] 納米碳材料10~100wt · % ;
[0010] 助劑 0 ~90wt.%;
[0011] 所述的納米碳材料為納米金剛石/富勒稀顆?；蚣{米金剛石/石墨稀顆粒；
[0012] 所述的助劑包括清凈劑、分散劑、抗氧劑、極壓抗磨劑或黏度指數改進劑。
[0013]作為優(yōu)選，所述納米碳材料的制備方法如下：
[0014] 步驟A)、將納米金剛石與水混合得到漿料，經離心、干燥后得到粒徑彡10nm的納米 金剛石初選粉；
[0015] 步驟B)、步驟A)制備的納米金剛石初選粉經熱處理后，再經表面改性處理，得到納 米碳材料；
[0016] 所述的表面改性處理以油酸或硬脂酸為改性劑。
[0017]作為優(yōu)選，所述的納米碳材料為納米金剛石/富勒稀顆粒時，熱處理條件為：1000 ~160CTC真空熱處理0 · 5~3h;
[0018]作為優(yōu)選，所述的納米碳材料為納米金剛石/石墨稀顆粒時，熱處理條件為:400~ 600 °C大氣環(huán)境下熱處理2~5h。
[0019] 進一步優(yōu)選，當所述的納米碳材料為納米金剛石/石墨稀顆粒時，經熱處理后依次 進行開洞處理、表面改性處理；
[0020] 所述的開洞處理以重鉻酸鉀、濃硝酸、濃硫酸、濃鹽酸或氫氧化鈉為處理劑。
[0021 ]進一步優(yōu)選，所述的納米金剛石為粉末狀，由爆炸法制備得到；
[0022] 所述衆(zhòng)料中納米金剛石的濃度為0.88wt. %，衆(zhòng)料經1500~3000rpm離心5~30min 后，取上清液再進行冷凍干燥；
[0023] 作為優(yōu)選，所述潤滑油添加劑的原料組成包括： 納米碳材料 10~80wt.%; 清凈劑 0~90wt.%; 分散劑 0~90wt.%;
[0024] _ 、 抗氧劑 0~90wt. %; 極壓抗磨劑 0~90wt.%; 黏度指數改進劑 0~90wt.%d
[0025] 作為優(yōu)選，所述的清凈劑包括磺酸鹽、水楊酸鹽、酚鹽或環(huán)烷酸鹽中的至少一種， 上述清凈劑中的鹽包括鈣鹽、鎂鹽、鋇鹽;進一步優(yōu)選為磺酸鈣、硫化烷基酚鈣、水楊酸鈣中 的至少一種。
[0026] 作為優(yōu)選，所述的分散劑包括聚異丁烯丁二酰亞胺、聚異丁烯丁二酸酯、硫磷化聚 異丁烯聚氧乙烯脂或環(huán)芐胺中的至少一種;進一步優(yōu)選為單掛丁二酰亞胺、雙掛丁二酰亞 胺、高分子量丁二酰亞胺中的至少一種。
[0027] 作為優(yōu)選，所述的抗氧劑包括酚型或胺型中的至少一種;進一步優(yōu)選為2,6二叔丁 基對甲酚、N-苯基-α萘胺中的至少一種。
[0028] 作為優(yōu)選，所述的極壓抗磨劑包括含氯極壓抗磨劑、含硫極壓抗磨劑或含磷極壓 抗磨劑;進一步優(yōu)選為氯化石錯、硫化稀經、磷酸酯的至少一種。
[0029] 作為優(yōu)選，所述的黏度指數改進劑包括聚甲基丙烯酸酯、烯烴共聚物、或氫化苯乙 烯-雙烯共聚物的至少一種;進一步優(yōu)選為聚甲基丙烯酸酯、乙丙共聚物、聚異丁烯、氫化苯 乙烯異戊二烯共聚物中的至少一種。
[0030] 進一步優(yōu)選，所述潤滑油添加劑的原料組成包括： 納米金剛石/富勒烯顆粒20~80wt.%; 清凈劑 0~80wt.%; 分散劑 0~80vvt.%;
[0031] 抗氧劑 0~80vvt.%; 極壓抗磨劑 0~80wt%; 黏度指數改進劑 0~80vvt.%。
[0032] 進一步優(yōu)選，所述潤滑油添加劑的原料組成包括： 納米金剛石/石墨烯顆粒10~60wt.%; 清凈劑 0~90wt.%; 分散劑 0~9(Kvt.%;
[0033] 抗氧劑 0~()0wt.%; 極壓抗磨劑 0~90wt.%; 黏度指數改進劑 0~90wt.%。
[0034] 本發(fā)明還公開了上述的含納米碳材料的潤滑油添加劑的制備方法，所述的潤滑油 添加劑由納米碳材料與各助劑經調合工藝制備得到；
[0035]調合工藝采用工業(yè)級高壓均質機或高速乳化機，角速度為1000~3000rpm，時間為 20~120min。
[0036]經試驗發(fā)現，將本發(fā)明制備的含納米碳材料的潤滑油添加劑直接添加到商用潤滑 油中，可降低機械摩擦面摩擦系數，修復磨損表面，提高機械使用壽命，減小能源消耗。
【附圖說明】
[0037]圖1為實施例1中納米金剛石初選粉末的透射電鏡照片；
[0038]圖2顯示了實施例1中納米碳材料單顆粒結構演變過程；
[0039] 圖3為實施例1制備的納米金剛石/富勒烯顆粒的X射線衍射圖；
[0040] 圖4為實施例1制備的納米金剛石/富勒烯顆粒的拉曼光譜圖；
[0041 ]圖5為實施例2制備的納米金剛石/石墨稀顆粒采用NanoSight納米顆粒追蹤分析 實時監(jiān)測納米顆粒在液態(tài)中的布朗運動及團聚特征。
【具體實施方式】
[0042]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下實施例 旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
[0043] 實施例1
[0044] 本實施例中，選用爆炸法制備的納米金剛石（彭碳科技有限公司）為原料，選擇納 米金剛石/富勒烯顆粒為納米碳材料，與清凈劑磺酸鈣和硫化烷基酚鈣、分散劑單掛丁二酰 亞胺、抗氧劑2,6二叔丁基對甲酚調合制得添加劑。并將添加劑加入長城牌CH-4 15W-40 (T400)柴油機油中機械攪拌調合，測試添加劑的分散性和穩(wěn)定性，以及其作為潤滑油添加 劑的摩擦學行為。
[0045] 含納米碳材料的潤滑油添加劑具體制備方法如下：
[0046] 1、將原料納米金剛石與去離子水混合物衆(zhòng)料，濃度0.88wt. %，通過1500r/min離 心5min，取上清液，冷凍干燥得到粒徑均為~10nm的初選粉末。
[0047] 2、將納米金剛石初選粉末經過1400°C真空處理0.5h，再將油酸、乙醇（質量比為1: 2)充分攪拌至完全混溶制得油酸改性劑，將經真空處理后的金剛石初選粉末加入油酸改進 劑(經真空處理后的金剛石初選粉末與油酸改進劑的質量比為1:200)中，置于80°C溫度下 恒溫超聲發(fā)生器內分散20h，取出漿料多次洗滌過濾后放入烘箱中烘干，完全干燥后研磨得 到納米金剛石/富勒稀顆粒。
[0048] 3、將納米金剛石/富勒烯顆粒（占復合添加劑含量的20wt. %)，與磺酸鈣（占復合 添加劑含量的40wt.%)、硫化烷基酚鈣（占復合添加劑含量的15wt.%)、單掛丁二酰亞胺 (占復合添加劑含量的15wt. %)、2,6二叔丁基對甲酚（占復合添加劑含量的10wt. %)加入 高速乳化機混合，轉速3000rpm，乳化時間60min，得到含納米碳材料的潤滑油添加劑。
[0049] 4、汽油機油在機械攪拌調合器內控制55°C預熱，將含納米碳材料的潤滑油添加劑 加入，調合時間30min。
[0050] 圖1為經步驟1制備得到的納米金剛石初選粉末的透射電鏡照片，觀察圖1可知，所 得納米金剛石初選粉末的粒徑為~l〇nm，滿足設計要求。
[0051] 熱處理過程對制備的納米金剛石/富勒烯顆粒結構調控采用透射電鏡分析，見圖 2,證明該工藝可得到芯部金剛石表面包裹富勒烯的結構顆粒。
[0052]圖3、4分別為制備得到的納米金剛石/富勒稀顆粒的XRD及Raman譜圖，由圖可知， 所得納米金剛石/富勒烯顆粒含有金剛石和石墨成分。
[0053] 對上述制備得到的含納米碳材料的潤滑油添加劑的柴油機油進行如下性能檢測：
[0054] (1)采用NanoSight納米顆粒追蹤分析實時監(jiān)測納米金剛石/富勒稀顆粒在商業(yè)機 油中的布朗運動及團聚特征，見圖5,證明其分散性和穩(wěn)定性良好。
[0055] (2)Intertek作為國際權威檢測機構和第三方公證行，對含有金剛石/富勒烯顆粒 添加劑的商業(yè)機油進行指標測試，測試結果見表1，表明加入添加劑后并沒有破壞基礎油的 基本性能。
[0056] (3)摩擦性能檢測：利用UMT摩擦磨損試驗機檢測304不銹鋼片表面在GCrl5球形成 的摩擦副之間的摩擦磨損情況，干磨過程造成不銹鋼樣品表面嚴重磨損，其平均摩擦系數 在0.35以上。長城牌SG級15W-40汽油機油介質下產生的摩擦系數基本在0.15左右。在摩擦 副界面引入含納米碳材料添加劑的潤滑油時，其摩擦系數進一步減小至0.32~0.33，摩擦 面磨損程度也隨之降低。說明添加碳納米材料可顯著提高商業(yè)潤滑油的減磨潤滑作用。 [0057] 實施例2
[0058] 本實施例中，選用爆炸法制備納米金剛石(彭碳科技有限公司）為原料，選擇納米 金剛石/石墨烯顆粒作為添加劑中核心納米碳材料，與清凈劑烷基水楊酸鈣、分散劑雙掛丁 二酰亞胺、黏度指數改進劑聚甲基丙烯酸酯調合制得添加劑。并將添加劑加入長城牌CH-4 15W_40(T400)柴油機油中機械攪拌調合，測試添加劑的分散性和穩(wěn)定性，以及其作為潤滑 油添加劑的摩擦學行為。
[0059] 該納米碳材料潤滑油添加劑具體制備方法如下：
[0000] 1、將原料納米納米金剛石衆(zhòng)料通過2000r/min離心5min，取上清液，冷凍干燥得到 粒徑均為~8nm的初選粉末。
[0061 ] 2、將初選金剛石粉末經過600°C在大氣環(huán)境下處理2h。
[0062] 3、按熱處理后的納米金剛石初選粉與重鉻酸鉀溶液比例l:3g/ml，將熱處理后的 納米金剛石初選粉加入lmol/L重鉻酸鉀溶液中，在70°C溫度下進行氧化4h，然后抽濾，并用 蒸餾水洗滌至中性，完畢后在電烘箱中密閉條件下以80°C烘2h，得到開洞處理后的產物。 [0063] 4、按開洞處理后的產物與硬脂酸質量比為1:5的比例稱取開洞處理后的產物和硬 脂酸，混合后加入2mol/L的硫酸溶液中超聲分散2h，經回流和過濾處理，再用去離子水沖洗 至中性，在60°C下真空干燥，得到納米金剛石/石墨烯顆粒。
[0064] 5、將納米金剛石/石墨烯顆粒（占復合添加劑含量的40wt. % )，與烷基水楊酸鈣 (占復合添加劑含量的30wt. % )、雙掛丁二酰亞胺（占復合添加劑含量的15wt. % )、聚甲基 丙稀酸酯（占復合添加劑含量的15wt. %)加入高速乳化機混合，轉速1500rpm，乳化時間 90min，得到一種含納米碳材料的潤滑油添加劑。
[0065] 6、基礎油在機械攪拌調合器內控制55°C預熱，將潤滑油添加劑加入，調合時間 30min〇
[0066] 經透射電鏡照片觀察，證明初選金剛石粉末粒徑為~8nm，滿足設計要求。
[0067]熱處理過程對制備的納米金剛石/石墨烯顆粒結構調控采用透射電鏡分析，證明 該工藝可得到芯部金剛石表面包裹石墨烯的結構顆粒。
[0068]經X射線衍射和拉曼光譜分析，證明制備的納米金剛石/石墨烯顆粒含有金剛石和 石墨成分。
[0069] 對上述制備得到的含納米碳材料的潤滑油添加劑的柴油機油進行如下性能檢測：
[0070] (1)采用NanoSight納米顆粒追蹤分析實時監(jiān)測金剛石/石墨稀顆粒在商業(yè)機油中 的布朗運動及團聚特征，證明其分散性和穩(wěn)定性良好。
[0071] (2) Intertek作為國際權威檢測機構和第三方公證行，對含有金剛石/石墨烯顆粒 添加劑的商業(yè)機油進行指標測試，測試結果見表1，表明加入添加劑后并沒有破壞基礎油的 基本性能。
[0072] (3)摩擦性能檢測：利用UMT摩擦磨損試驗機檢測304不銹鋼片表面在GCrl5球形成 的摩擦副之間的摩擦磨損情況，干磨過程造成不銹鋼樣品表面嚴重磨損，其平均摩擦系數 在0.35以上。長城牌SG級15W-40汽油機油介質下產生的摩擦系數基本在0.15左右。在摩擦 副界面引入含納米碳材料添加劑的潤滑油時，其摩擦系數進一步減小至0.30~0.0.32范 圍，摩擦面磨損程度也隨之降低。說明添加碳納米材料可顯著提高商業(yè)潤滑油的減磨潤滑 作用。
[0073] 表 1
[0074]
[0075] 實施例3
[0076] 本實施例中，選用爆炸法制備納米金剛石(彭碳科技有限公司）為原料，選擇納米 金剛石/富勒烯顆粒作為添加劑中核心納米碳材料，與清凈劑磺酸鈣、分散劑硫磷化聚異丁 烯聚氧乙烯脂調合制得添加劑。并將添加劑加入長城牌SG級15W-40汽油機油中栗循環(huán)調 合，測試添加劑的分散性和穩(wěn)定性，以及其作為潤滑油添加劑的摩擦學行為。
[0077] 該納米碳材料潤滑油添加劑具體制備方法如下：
[0078] 1、將原料納米納米金剛石衆(zhòng)料通過2000r/min離心10min，取上清液，冷凍干燥得 到粒徑均為~6nm的初選粉末。
[0079] 2、將初選金剛石粉末經過將初選金剛石粉末經過1500°C真空處理lh后再經硬脂 酸化學修飾得到納米金剛石/富勒稀顆粒。
[0080] 3、將納米金剛石/富勒烯顆粒（占復合添加劑含量的20wt. %)，與磺酸鈣（占復合 添加劑含量的60wt. % )、硫磷化聚異丁稀聚氧乙稀脂（占復合添加劑含量的20wt. % )加入 高速乳化機混合，轉速1500rpm，乳化時間90min，得到一種含納米碳材料的潤滑油添加劑。
[0081] 4、基礎油在機械攪拌調合器內控制55°C預熱，將潤滑油添加劑加入，調合時間 30min〇
[0082] 經透射電鏡照片觀察，證明初選金剛石粉末粒徑為~6nm，滿足設計要求。
[0083]熱處理過程對制備的納米金剛石/富勒烯顆粒結構調控采用透射電鏡分析，證明 該工藝可得到芯部金剛石表面包裹富勒烯的結構顆粒。
[0084] 經X射線衍射和拉曼光譜分析，證明制備的納米金剛石/富勒烯顆粒含有金剛石和 石墨成分。
[0085] 對上述制備得到的含納米碳材料的潤滑油添加劑的汽油機油進行如下性能檢測：
[0086] (1)采用NanoSight納米顆粒追蹤分析實時監(jiān)測金剛石/富勒稀顆粒在商業(yè)機油中 的布朗運動及團聚特征，證明其分散性和穩(wěn)定性良好。
[0087] (2)Intertek作為國際權威檢測機構和第三方公證行，對含有金剛石/富勒烯顆粒 添加劑的商業(yè)機油進行指標測試，測試結果表明加入添加劑后并沒有破壞基礎油的基本性 能。
[0088] (3)摩擦性能檢測：利用UMT摩擦磨損試驗機檢測304不銹鋼片表面在GCrl5球形成 的摩擦副之間的摩擦磨損情況，干磨過程造成不銹鋼樣品表面嚴重磨損，其平均摩擦系數 在0.35以上。長城牌SG級15W-40汽油機油介質下產生的摩擦系數基本在0.15左右。在摩擦 副界面引入含納米碳材料添加劑的潤滑油時，其摩擦系數進一步減小至0.30~0.0.32范 圍，摩擦面磨損程度也隨之降低。說明添加碳納米材料可顯著提高商業(yè)潤滑油的減磨潤滑 作用。
[0089] 實施例4
[0090] 本實施例中，選用爆炸法制備納米金剛石(彭碳科技有限公司）為原料，選擇納米 金剛石/石墨烯顆粒作為添加劑中核心納米碳材料，與清凈劑烷基水楊酸鈣、分散劑硫磷化 聚異丁烯聚氧乙烯脂調合制得添加劑。并將添加劑加入長城牌CF-4 15W-40(T300)柴油機 油中栗循環(huán)調合，測試添加劑的分散性和穩(wěn)定性，以及其作為潤滑油添加劑的摩擦學行為。 [0091 ]該納米碳材料潤滑油添加劑具體制備方法如下：
[0092] 1、將原料納米納米金剛石衆(zhòng)料通過2000r/min離心10min，取上清液，冷凍干燥得 到粒徑均為~6nm的初選粉末。
[0093] 2、初選金剛石粉末經過650°C在大氣環(huán)境下處理2h后，經過混合酸(濃硫酸與濃硝 酸的體積比3:1)開洞處理，再進行表面硬脂酸化學修飾得到納米金剛石/石墨烯顆粒。 [0094] 3、將納米金剛石/石墨烯顆粒（占復合添加劑含量的10wt. % )，與烷基水楊酸鈣 (占復合添加劑含量的60wt. % )、硫磷化聚異丁烯聚氧乙烯脂（占復合添加劑含量的 30wt. % )加入高速乳化機混合，轉速lOOOrpm，乳化時間90min，得到一種含納米碳材料的潤 滑油添加劑。
[0095] 4、基礎油在機械攪拌調合器內控制60°C預熱，將潤滑油添加劑加入，調合時間 60min〇
[0096] 經透射電鏡照片觀察，證明初選金剛石粉末粒徑為~6nm，滿足設計要求。
[0097]熱處理過程對制備的納米金剛石/石墨烯顆粒結構調控采用透射電鏡分析，證明 該工藝可得到芯部金剛石表面包裹三維石墨烯的結構顆粒。
[0098]經X射線衍射和拉曼光譜分析，證明制備的納米金剛石/石墨烯顆粒含有金剛石和 石墨成分。
[0099] 對上述制備得到的含納米碳材料的潤滑油添加劑的柴油機油進行如下性能檢測：
[0100] (1)采用NanoSight納米顆粒追蹤分析實時監(jiān)測金剛石/石墨稀顆粒在商業(yè)機油中 的布朗運動及團聚特征，證明其分散性和穩(wěn)定性良好。
[0101] (2) Intertek作為國際權威檢測機構和第三方公證行，對含有金剛石/石墨烯顆粒 添加劑的商業(yè)機油進行指標測試，測試結果表明加入添加劑后并沒有破壞基礎油的基本性 能。
[0102] (3)摩擦性能檢測：利用UMT摩擦磨損試驗機檢測45鋼片表面在GCrl5球形成的摩 擦副之間的摩擦磨損情況，干磨過程造成不銹鋼樣品表面嚴重磨損，其平均摩擦系數在 0.35以上。長城牌SG級15W-40汽油機油介質下產生的摩擦系數基本在0.15左右。在摩擦副 界面引入含納米碳材料添加劑的潤滑油時，其摩擦系數進一步減小至0.30~0.0.32范圍， 摩擦面磨損程度也隨之降低。說明添加碳納米材料可顯著提高商業(yè)潤滑油的減磨潤滑作 用。
[0103] 實施例5
[0104] 本實施例中，選用爆炸法制備納米金剛石(彭碳科技有限公司）為原料，選擇納米 金剛石/富勒烯顆粒作為添加劑中核心納米碳材料，與清凈劑烷基水楊酸鈣、極壓抗磨劑磷 酸酯調合制得添加劑。并將添加劑加入美孚牌黑霸王15W-40重負荷機油中管道調合，測試 添加劑的分散性和穩(wěn)定性，以及其作為潤滑油添加劑的摩擦學行為。
[0105] 該納米碳材料潤滑油添加劑具體制備方法如下：
[0106] 1、將原料納米納米金剛石衆(zhòng)料通過3000r/min離心5min，取上清液，冷凍干燥得到 粒徑均為~5nm的初選粉末。
[0107] 2、將初選金剛石粉末經過將初選金剛石粉末經過1550°C真空處理0.5h后，再進行 表面硬脂酸化學修飾，得到納米金剛石/富勒烯顆粒。
[0108] 3、將納米金剛石/富勒烯顆粒（占復合添加劑含量的80wt. % )，與烷基水楊酸鈣 (占復合添加劑含量的5wt. %)、磷酸酯（占復合添加劑含量的15wt. %)加入高速乳化機混 合，轉速1500rpm，乳化時間90min，得到一種含納米碳材料的潤滑油添加劑。
[0109] 4、基礎油在機械攪拌調合器內控制55°C預熱，將潤滑油添加劑加入，調合時間 30min〇
[0110] 經透射電鏡照片觀察，證明初選金剛石粉末粒徑為~5nm，滿足設計要求。
[0111]熱處理過程對制備的金剛石/富勒烯顆粒結構調控采用透射電鏡分析，證明該工 藝可得到芯部為金剛石，表面包裹富勒烯的結構顆粒。
[0112] 經X射線衍射和拉曼光譜分析，證明制備的金剛石/富勒烯顆粒含有金剛石和石墨 成分。
[0113] 對上述制備得到的含納米碳材料的潤滑油添加劑的機油進行如下性能檢測：
[0114] (1)采用NanoSight納米顆粒追蹤分析實時監(jiān)測金剛石/富勒稀顆粒在商業(yè)機油中 的布朗運動及團聚特征，證明其分散性和穩(wěn)定性良好。
[0115] (2)Intertek作為國際權威檢測機構和第三方公證行，對含有金剛石/富勒烯顆粒 添加劑的商業(yè)機油進行指標測試，測試結果表明加入添加劑后并沒有破壞基礎油的基本性 能。
[0116] (3)摩擦性能檢測:利用UMT摩擦磨損試驗機檢測45鋼片表面在GCrl5球形成的摩 擦副之間的摩擦磨損情況，在重載作用下，干磨過程造成不銹鋼樣品表面嚴重磨損，其平均 摩擦系數在0.62以上。美孚牌黑霸王15W-40重負荷機油介質下產生的摩擦系數基本在0.47 左右。在摩擦副界面引入含納米碳材料添加劑的潤滑油時，其摩擦系數進一步減小至0.37 ~0.0.39范圍，摩擦面磨損程度也隨之降低。說明添加碳納米材料可顯著提高商業(yè)潤滑油 的減磨潤滑作用。
[0117] 實施例6
[0118] 本實施例中，選用爆炸法制備納米金剛石(彭碳科技有限公司）為原料，選擇納米 金剛石/石墨烯顆粒作為添加劑中核心納米碳材料，與清凈劑烷基水楊酸鈣、分散劑單掛丁 二酰亞胺、極壓抗磨劑氯化石蠟調合制得添加劑。并將添加劑加入美孚牌黑霸王15W-40重 負荷機油中管道調合，測試添加劑的分散性和穩(wěn)定性，以及其作為潤滑油添加劑的摩擦學 行為。
[0119]該納米碳材料潤滑油添加劑具體制備方法如下：
[0120] 1、將原料納米納米金剛石衆(zhòng)料通過3000r/min離心5min，取上清液，冷凍干燥得到 粒徑均為~5nm的初選粉末。
[0121] 2、將初選金剛石粉末經過500°C在大氣環(huán)境下處理1.5h，經過氫氧化鈉開洞處理， 再經表面硬脂酸化學修飾得到納米金剛石/石墨烯顆粒。
[0122] 3、將納米金剛石/石墨烯顆粒（占復合添加劑含量的60wt. % )，與烷基水楊酸鈣 (占復合添加劑含量的15wt.%)、單掛丁二酰亞胺（占復合添加劑含量的10wt.%)、氯化石 錯（占復合添加劑含量的15wt. % )加入高速乳化機混合，轉速3000rpm，乳化時間70min，得 到一種含納米碳材料的潤滑油添加劑。
[0123] 4、基礎油在機械攪拌調合器內控制60°C預熱，將潤滑油添加劑加入，調合時間 45min〇
[0124] 經透射電鏡照片觀察，證明初選金剛石粉末粒徑為~5nm，滿足設計要求。
[0125] 熱處理過程對制備的納米金剛石/石墨烯顆粒結構調控采用透射電鏡分析，證明 該工藝可得到芯部金剛石表面包裹三維石墨烯的結構顆粒。
[0126] 經X射線衍射和拉曼光譜分析，證明制備的金剛石/石墨烯顆粒含有金剛石和石墨 成分。
[0127] 對上述制備得到的含納米碳材料的潤滑油添加劑的機油進行如下性能檢測：
[0128] (1)采用NanoSight納米顆粒追蹤分析實時監(jiān)測金剛石/石墨稀顆粒在商業(yè)機油中 的布朗運動及團聚特征，證明其分散性和穩(wěn)定性良好。
[0129] (2)Intertek作為國際權威檢測機構和第三方公證行，對含有金剛石/石墨烯顆粒 添加劑的商業(yè)機油進行指標測試，測試結果表明加入添加劑后并沒有破壞基礎油的基本性 能。
[0130] (3)摩擦性能檢測：利用UMT摩擦磨損試驗機檢測304不銹鋼片表面在GCrl5球形成 的摩擦副之間的摩擦磨損情況，在重載作用下，干磨過程造成不銹鋼樣品表面嚴重磨損，其 平均摩擦系數在0.62以上。美孚牌黑霸王15W-40重負荷機油介質下產生的摩擦系數基本在 0.47左右。在摩擦副界面引入含納米碳材料添加劑的潤滑油時，其摩擦系數進一步減小至 0.39~0.42范圍，摩擦面磨損程度也隨之降低。說明添加碳納米材料可顯著提高商業(yè)潤滑 油的減磨潤滑作用。
【主權項】
1. 一種含納米碳材料的潤滑油添加劑，其特征在于，按質量百分比計，所述潤滑油添加 劑的原料組成包括： 納米碳材料 10~lOOwt.%; 助劑 0~90wt.%; 所述的納米碳材料為納米金剛石/富勒締顆?；蚣{米金剛石/石墨締顆粒； 所述的助劑包括清凈劑、分散劑、抗氧劑、極壓抗磨劑或黏度指數改進劑。2. 根據權利要求1所述的含納米碳材料的潤滑油添加劑，其特征在于，所述納米碳材料 的制備方法如下： 步驟A)、將納米金剛石與水混合得到漿料，經離屯、、干燥后得到粒徑《lOnm的納米金剛 石初選粉； 步驟B)、步驟A)制備的納米金剛石初選粉經熱處理后，再經表面改性處理，得到納米碳 材料； 所述的表面改性處理W油酸或硬脂酸為改性劑。3. 根據權利要求2所述的含納米碳材料的潤滑油添加劑，其特征在于，所述的納米碳材 料為納米金剛石/富勒締顆粒，熱處理條件為： 1000~1600 °C真空熱處理0.5~化； 所述的納米碳材料為納米金剛石/石墨締顆粒，熱處理條件為： 400~600 °C大氣環(huán)境下熱處理2~化。4. 根據權利要求3所述的含納米碳材料的潤滑油添加劑，其特征在于，所述的納米碳材 料為納米金剛石/石墨締顆粒，經熱處理后依次進行開桐處理、表面改性處理； 所述的開桐處理W重銘酸鐘、濃硝酸、濃硫酸、濃鹽酸或氨氧化鋼為處理劑。5. 根據權利要求1~4任一權利要求所述的含納米碳材料的潤滑油添加劑，其特征在 于，所述的納米金剛石為粉末狀，由爆炸法制備得到； 所述漿料中納米金剛石的濃度為0.88wt. %，漿料經1500~3000巧m離屯、5~30min后， 取上清液再進行冷凍干燥。6. 根據權利要求1所述的含納米碳材料的潤滑油添加劑，其特征在于，所述潤滑油添加 劑的原料組成包括： 納米碳材料 10~80wt.%; 清凈劑 0~90wt.%; 分散劑 0~90wt.%; 抗氧劑 0~90wt.%; 極皮抗磨劑 0~90wt.%; 黏度指數改進劑 0~90wt.%。7. 根據權利要求6所述的含納米碳材料的潤滑油添加劑，其特征在于，所述的清凈劑包 括橫酸鹽、水楊酸鹽、酪鹽或環(huán)燒酸鹽中的至少一種； 分散劑包括聚異下締下二酷亞胺、聚異下締下二酸醋、硫憐化聚異下締聚氧乙締脂或 環(huán)節(jié)胺中的至少一種； 抗氧劑包括酪型或胺型中的至少一種； 極壓抗磨劑包括含氯極壓抗磨劑、含硫極壓抗磨劑或含憐極壓抗磨劑； 黏度指數改進劑包括聚甲基丙締酸醋、締控共聚物或氨化苯乙締-雙締共聚物的至少 一種。8. 根據權利要求7所述的含納米碳材料的潤滑油添加劑，其特征在于，所述潤滑油添加 劑的原料組成包括： 如米金剛石/富勒帰顆粒20~80wt.%; 巧。劑 0~80wt.%; 分散劑 0~80wL〇/〇; 抗勒劑 0~80wt.%; 極壓抗磨劑 0~80wt.%; 黏度指數改進劑 0~80wt.%。9. 根據權利要求7所述的含納米碳材料的潤滑油添加劑，其特征在于，所述潤滑油添加 劑的原料組成包括： 納米金剛石/石墨稀顆粒10~60wt.% ； 清凈劑 0~90wt.%; 分散劑 0~90wt.%; 抗氧劑 0~9(Κν L %; 極壓抗磨劑 0~90wt.%; 黏度指數改進劑 0~90wt.%。10. -種根據權利要求1~9任一權利要求所述的含納米碳材料的潤滑油添加劑的制備 方法，其特征在于，所述的潤滑油添加劑由納米碳材料與各助劑經調合工藝制備得到； 所述的調合工藝采用工業(yè)級高壓均質機或高速乳化機，角速度為1000~3000rpm，時間 為20~120min。
【文檔編號】C10N10/04GK105969481SQ201610287326
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】劉奕, 黃晶, 陳秀勇, 所新坤, 龔永鋒, 周平, 李華
【申請人】中國科學院寧波材料技術與工程研究所