本發(fā)明涉及一種潤(rùn)滑油組合物及其制備方法，屬于潤(rùn)滑油領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
固體潤(rùn)滑劑具有較強(qiáng)的抗承載和抗磨損性能，可有效減少摩擦副摩擦和磨損；潤(rùn)滑油在承受高負(fù)荷時(shí)，液體油膜會(huì)遭到破壞，在高溫下會(huì)喪失潤(rùn)滑能力，而固體潤(rùn)滑劑則有耐高溫性能，可在1000℃以上的高溫下保持潤(rùn)滑。此外固體潤(rùn)滑劑無論是在嚴(yán)重腐蝕氣體環(huán)境中的化工機(jī)械，還是受到強(qiáng)輻射的宇航機(jī)械上都能進(jìn)行潤(rùn)滑，故其應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。
專利申請(qǐng)文件CN105296057A公開了一種潤(rùn)滑油組合物，包括潤(rùn)滑載體油以及均勻分散在潤(rùn)滑載體油中的固體潤(rùn)滑劑-銅基復(fù)合粉體材料。由于銅復(fù)合粉料為金屬粉末，不能溶解在潤(rùn)滑載體油中，所以無法形成均一透明的潤(rùn)滑油液體。
專利申請(qǐng)文件CN104031722A公開了一種包含10-25％清凈分散劑和1-3％鐵氧基磁流體的潤(rùn)滑油，其也不能使整個(gè)體系形成均一透明液體。并且長(zhǎng)期放置仍存在分層現(xiàn)象，穩(wěn)定性較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的問題
本發(fā)明的目的在于提供一種潤(rùn)滑油組合物及其制備方法。所述潤(rùn)滑油組合物的減磨抗磨性能優(yōu)異、摩擦系數(shù)較低，同時(shí)還具有良好的耐化學(xué)腐蝕性能和粘溫性能。另外，潤(rùn)滑油組合物的外觀清澈透明，均一穩(wěn)定，長(zhǎng)期放置不分層，綜合性能優(yōu)異，適用于制備各種高性能潤(rùn)滑油。
用于解決問題的方案
本發(fā)明提供一種潤(rùn)滑油組合物，包含以下組分：
(a)基礎(chǔ)油；
(b)脂肪酸；
(c)烷基硅烷；
(d)親水性氣相二氧化硅；
以所述基礎(chǔ)油(a)的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述脂肪酸(b)的加入量為0.1-3質(zhì)量％，優(yōu)選0.3-2質(zhì)量％；所述烷基硅烷(c)的加入量為0.1-1質(zhì)量％，優(yōu)選0.5-1質(zhì)量％；所述親水性氣相二氧化硅(d)的加入量為0.3-6質(zhì)量％，優(yōu)選0.5-3質(zhì)量％。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述基礎(chǔ)油(a)包括酯類油、聚α烯烴合成油，礦物油中的一種或兩種以上的組合。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述基礎(chǔ)油(a)包括：三羥甲基丙烷油酸酯、新戊二醇脂肪酸酯、復(fù)酯、多元醇酯、己二酸二(2-丙基庚)酯、己二酸二異十三醇酯、PAO6、PAO8、PAO10、PAO40、PAO65、PAO100、礦物油150BS、礦物油120BS、礦物油500N、礦物油150N、礦物油250N、礦物油600N中的一種或兩種以上的組合，更優(yōu)選地，所述基礎(chǔ)油(a)包括：復(fù)酯、多元醇酯、PAO10、PAO40、礦物油500N中的一種或兩種以上的組合。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述脂肪酸(b)包括：十二羥基硬脂酸、硬脂酸、油酸中的一種或兩種以上的組合；優(yōu)選地，所述脂肪酸(b)包括：十二羥基硬脂酸、硬脂酸中的一種或兩種的組合。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述烷基硅烷(c)具有如下式(1)所示的結(jié)構(gòu)式：
CnH2n+1Si(OCH3)3 (1)
其中，n為10-18之間的整數(shù)，優(yōu)選10-12之間的整數(shù)，更優(yōu)選為12。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述親水性氣相二氧化硅(d)具有多孔結(jié)構(gòu)，所述親水性氣相二氧化硅(d)的粒徑不大于100nm，優(yōu)選不大于50nm。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述親水性氣相二氧化硅(d)的制備方法包括以下步驟：
將四氯化硅在高溫下氣化后，在氫氣和氧氣，或者空氣存在的情況下，在高溫下進(jìn)行氣相水解，得到氣相二氧化硅；
利用含氮空氣對(duì)所述氣相二氧化硅進(jìn)行吹洗至pH在4-6之間，得到所述親水性氣相二氧化硅(d)。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述脂肪酸(b)、所述烷基硅烷(c)、所述親水性氣相二氧化硅(d)的質(zhì)量比為(0.5-2):(0.5-2):1。
本發(fā)明還提供一種根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物的制備方法，包括：將所述潤(rùn)滑油組合物的各組分混合的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物的制備方法，包括以下步驟：
將所述烷基硅烷(c)和所述親水性氣相二氧化硅(d)在70-90℃混合攪拌10-20min；
將所述脂肪酸(b)加入到所述基礎(chǔ)油(a)中，加熱到75-90℃，攪拌5-10min至完全溶解；
然后將所述烷基硅烷(c)和所述親水性氣相二氧化硅(d)的混合物加入至所述脂肪酸(b)和所述基礎(chǔ)油(a)的混合物中，繼續(xù)攪拌5-30min；
冷卻至20-60℃，攪拌至均勻透明。
發(fā)明的效果
本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物具有優(yōu)異的減磨、抗磨、極壓、抗氧化、粘溫和防腐蝕性能，綜合性能優(yōu)異，可適用于各種載荷下的設(shè)備潤(rùn)滑，能大大減輕設(shè)備的磨損和摩擦，減小能耗，延長(zhǎng)使用壽命。本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物的制備方法簡(jiǎn)單，原料易得，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種潤(rùn)滑油組合物，包含以下組分：
(a)基礎(chǔ)油；
(b)脂肪酸；
(c)烷基硅烷；
(d)親水性氣相二氧化硅。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述基礎(chǔ)油(a)包括酯類油、聚α烯烴合成油，礦物油中的一種或兩種以上的組合；優(yōu)選地，所述基礎(chǔ)油(a)包括：多元醇酯(例如：季戊四醇酯等)、三羥甲基丙烷油酸酯、新戊二醇脂肪酸酯、己二酸二(2-丙基庚)酯、復(fù)酯、己二酸二異十三醇酯、PAO6、PAO8、PAO10、PAO40、PAO65、PAO100、礦物油150BS、礦物油120BS、礦物油500N、礦物油150N、礦物油250N、礦物油600N中的一種或兩種以上的組合；更優(yōu)選地，所述基礎(chǔ)油(a)包括：復(fù)酯、多元醇酯、PAO10、PAO40、礦物油500N中的一種或兩種以上的組合。
本發(fā)明的脂肪酸(b)的極性官能團(tuán)羧基與基礎(chǔ)油(a)，特別是酯類基礎(chǔ)油，以及親水性氣相二氧化硅(d)具有較好的相容性，能夠有效促進(jìn)親水性氣相二氧化硅(d)在基礎(chǔ)油(a)中，特別是含有極性基團(tuán)的基礎(chǔ)油(a)中的分散，形成外觀透明均一的液體。
以所述基礎(chǔ)油(a)的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述脂肪酸(b)的加入量為0.1-3質(zhì)量％，優(yōu)選0.3-2質(zhì)量％；當(dāng)脂肪酸(b)的加入量低于0.1質(zhì)量％時(shí)，不能將親水性氣相二氧化硅(d)充分分散；當(dāng)脂肪酸(b)的加入量高于3質(zhì)量％時(shí)，影響潤(rùn)滑油組合物的分水性能。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述脂肪酸(b)包括：十二羥基硬脂酸、硬脂酸、油酸中的一種或兩種以上的組合；優(yōu)選地，所述脂肪酸(b)包括：十二羥基硬脂酸、硬脂酸中的一種或兩種的組合。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述烷基硅烷(c)具有如下式(1)所示的結(jié)構(gòu)式：
CnH2n+1Si(OCH3)3 (1)
其中，n為10-18之間的整數(shù)，優(yōu)選10-12之間的整數(shù)，更優(yōu)選為12。
本發(fā)明的所述烷基硅烷(c)是一種長(zhǎng)鏈烷基硅烷，優(yōu)選為長(zhǎng)鏈烷基三甲氧基硅烷。所述烷基硅烷(c)含有兩個(gè)化學(xué)性質(zhì)不同的基團(tuán)：即含有①親無機(jī)物的基團(tuán)-OCH3，在微量水存在的情況下即可發(fā)生水解作用，生成硅羥基，硅羥基可與水性氣相二氧化硅(d)表面起化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵合；②親有機(jī)物的基團(tuán)-CnH2n+1，其與烴基具有較好的相容性，能夠進(jìn)一步改善水性氣相二氧化硅(d)在烴類油中的溶解性。
以所述基礎(chǔ)油(a)的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述烷基硅烷(c)的加入量為0.1-1質(zhì)量％，優(yōu)選0.5-1質(zhì)量％；當(dāng)烷基硅烷(c)的加入量低于0.1質(zhì)量％時(shí)，不能使親水性氣相二氧化硅(d)充分分散溶解；當(dāng)烷基硅烷(c)的加入量高于1質(zhì)量％時(shí)，影響潤(rùn)滑油組合物的綜合性能，且性價(jià)比降低。
本發(fā)明中，脂肪酸(b)和烷基硅烷(c)的配伍性好，可充分發(fā)揮促分散、促溶解作用，將親水性氣相二氧化硅(d)均勻穩(wěn)定的分散在基礎(chǔ)油(a)中，能夠形成透明均一的穩(wěn)定油相。另外，脂肪酸(b)本身也是較好的油性劑，可以進(jìn)一步增強(qiáng)潤(rùn)滑油組合物的抗摩擦和潤(rùn)滑性能。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述親水性氣相二氧化硅(d)具有多孔結(jié)構(gòu)，為松散的白色蓬松粉末，無毒，由高純度無定形的二氧化硅制備而成。所述親水性氣相二氧化硅(d)的粒徑不大于100nm，優(yōu)選不大于50nm。本發(fā)明的親水性氣相二氧化硅(d)粒徑很小，比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，分散性能好，具有較好的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性。
本發(fā)明中，將親水性氣相二氧化硅(d)穩(wěn)定溶解到油中，制備得到均一透明、充分結(jié)合固體潤(rùn)滑劑的液體潤(rùn)滑油組合物。不僅可以增大潤(rùn)滑油組合物的粘度，增強(qiáng)其粘溫性能外，而且還能夠降低潤(rùn)滑油組合物的摩擦系數(shù)，提高了潤(rùn)滑油組合物的減磨性能。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述親水性氣相二氧化硅(d)的制備方法包括以下步驟：
將四氯化硅在高溫下氣化后，在氫氣和氧氣，或者空氣存在的情況下，在高溫下進(jìn)行氣相水解，得到氣相二氧化硅；
利用含氮空氣對(duì)所述氣相二氧化硅進(jìn)行吹洗至pH在4-6之間，得到所述親水性氣相二氧化硅(d)。
具體地，所述親水性氣相二氧化硅(d)的制備方法包括以下步驟：
將四氯化硅在火焰溫度1000-1800℃下氣化，在氫氣和氧氣，或者空氣存在的情況下，在1800℃左右的高溫下進(jìn)行氣相水解，得到氣相二氧化硅；此時(shí)生成的氣相二氧化硅顆粒極細(xì)，與氣體形成氣溶膠，不易捕集。因此，可以將得到的氣相二氧化硅先在聚集器中聚集成較大顆粒，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集，再送入脫酸爐；然后利用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至pH值為4～6即為親水性氣相二氧化硅(d)。
以所述基礎(chǔ)油(a)的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述親水性氣相二氧化硅(d)的加入量為0.3-6質(zhì)量％，優(yōu)選0.5-3質(zhì)量％；當(dāng)親水性氣相二氧化硅(d)的加入量低于0.3質(zhì)量％時(shí)，無法給潤(rùn)滑油組合物提供充分的減磨和粘溫性能，增稠能力差；當(dāng)親水性氣相二氧化硅(d)的加入量高于6質(zhì)量％時(shí)，制備得到的潤(rùn)滑油組合物的粘度過大，不適合齒輪油工況要求。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物，所述脂肪酸(b)、所述烷基硅烷(c)、所述親水性氣相二氧化硅(d)的質(zhì)量比為(0.5-2):(0.5-2):1。當(dāng)所述脂肪酸(b)、所述烷基硅烷(c)、所述親水性氣相二氧化硅(d)的質(zhì)量比在(0.5-2):(0.5-2):1的范圍內(nèi)時(shí)，能夠有效增加親水性氣相二氧化硅(d)在基礎(chǔ)油(a)中的溶解度，以及可溶解的基礎(chǔ)油種類，并且能夠表現(xiàn)出較好的配伍協(xié)同性，且親水性氣相二氧化硅(d)的增粘、增稠和抗磨減磨作用也可以最大程度的發(fā)揮。
本發(fā)明還提供一種根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物的制備方法，包括：將所述潤(rùn)滑油組合物的各組分混合的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物的制備方法，包括以下步驟：
1)將所述烷基硅烷(c)和親水性氣相二氧化硅(d)在70-90℃混合攪拌10-20min；
2)將所述脂肪酸(b)加入到所述基礎(chǔ)油(a)中，加熱到75-90℃，攪拌5-10min至完全溶解；
3)然后將所述烷基硅烷(c)和親水性氣相二氧化硅(d)的混合物加入至所述脂肪酸(b)和基礎(chǔ)油(a)的混合物中，繼續(xù)攪拌5-30min；
4)冷卻至20-60℃，攪拌至均勻透明。
實(shí)施例
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
實(shí)施例1
將1重量份的十二烷基三甲氧基硅烷(生產(chǎn)廠家：南京全希化工有限公司，下同)加入到盛有1重量份的親水性氣相二氧化硅(生產(chǎn)廠家：Evonik Degussa公司，牌號(hào)：AEROSIL 300)中的加熱容器中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢?0min；將50重量份的飽和多元醇酯(生產(chǎn)廠家：Croda Chemical Company，牌號(hào)：Priolube3987)、50重量份的礦物油500N(生產(chǎn)廠家：中國(guó)石化茂名石化公司，牌號(hào)：500N)加入到帶攪拌器的不銹鋼調(diào)和釜中，維持釜溫在80℃，加入1重量份的硬脂酸，攪拌7min至均勻透明；再將加熱容器中的十二烷基三甲氧基硅烷和親水性氣相二氧化硅的混合物加入到不銹鋼調(diào)和釜中，攪拌10min，停止加熱，并用冷卻水將釜溫降至50℃，得到潤(rùn)滑油組合物I。
對(duì)比例1
除了將實(shí)施例1中的1重量份的硬脂酸換成1重量份的十二烷基三甲氧基硅油以外，按照與實(shí)施例1相同的方法，得到成品潤(rùn)滑油組合物II。
對(duì)比例2
除了將實(shí)施例1中的1重量份的十二烷基三甲氧基硅烷換成1重量份的(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(生產(chǎn)廠家：美國(guó)聯(lián)碳有限公司，牌號(hào)：A-187)以外，按照與實(shí)施例1相同的方法，得到成品潤(rùn)滑油組合物III。
對(duì)比例3
除了將實(shí)施例1中的1重量份的親水性氣相二氧化硅換成1重量份的沉淀型納米二氧化硅(生產(chǎn)廠家：安吉東來藥用輔料有限責(zé)任公司，牌號(hào)：S100)以外，按照與實(shí)施例1相同的方法，得到成品潤(rùn)滑油組合物IV。
對(duì)比例4
除了將實(shí)施例1中的1重量份的親水性氣相二氧化硅換成1重量份的疏水性氣相二氧化硅，按照與實(shí)施例1相同的方法，得到成品潤(rùn)滑油組合物V。
實(shí)施例2
除了將實(shí)施例1中的親水性氣相二氧化硅的1重量份換成0.4重量份以外，按照與實(shí)施例1相同的方法，得到成品潤(rùn)滑油組合物VI。
表1列出了上述潤(rùn)滑油組合物I、II、III、IV、V和VI的性能測(cè)試數(shù)據(jù)。
表1潤(rùn)滑油組合物I、II、III、IV、V和VI的性能測(cè)試數(shù)據(jù)
本發(fā)明的實(shí)施例1中，脂肪酸和烷基硅烷，即十二烷基三甲氧基硅烷互配后具有顯著的促分散、促溶解作用，并使親水性氣相二氧化硅均一穩(wěn)定的溶解到潤(rùn)滑油中，形成外觀透明的液體。
而對(duì)比例1的潤(rùn)滑油組合物中只加入烷基硅烷，對(duì)比例2的潤(rùn)滑油組合物III中使用其他類型的硅烷替代烷基硅烷，均不能將二氧化硅穩(wěn)定溶解到基礎(chǔ)油中，所制備的組合物渾濁有較多顆粒，穩(wěn)定性差，沒有形成均一穩(wěn)定透明的潤(rùn)滑油，因而性能也無法測(cè)試。
相對(duì)于潤(rùn)滑油組合物I，由對(duì)比例3和4可以看出，沉淀型納米二氧化硅和疏水性氣相二氧化硅替代本發(fā)明親水性氣相二氧化硅后，均不能制備出均一穩(wěn)定透明的潤(rùn)滑油組合物，因而性能也無法測(cè)試。
實(shí)施例2能夠制備得到均勻透明的潤(rùn)滑油組合物VI，但是，實(shí)施例2的潤(rùn)滑油組合物VI的運(yùn)動(dòng)粘度、粘度指數(shù)、以及四球?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)都有一定程度的下降。
實(shí)施例3
將0.5重量份的十二烷基三甲氧基硅烷加入到盛有1.2重量份的親水性氣相二氧化硅(生產(chǎn)廠家：瓦克化學(xué)公司；牌號(hào)：N20)中的加熱容器中，升溫至70℃，充分?jǐn)嚢?0min；將100重量份的聚α烯烴合成油(生產(chǎn)廠家：INEOSGroup，牌號(hào)：Durasyn174I)加入到帶攪拌器的不銹鋼調(diào)和釜中，維持釜溫在90℃，加入0.8重量份的十二羥基硬脂酸，攪拌5min至均勻透明；再將加熱容器中的十二烷基三甲氧基硅烷和親水性氣相二氧化硅的混合物加入到不銹鋼調(diào)和釜中，攪拌10min，停止加熱，并用冷卻水將釜溫降至50℃，得到成品潤(rùn)滑油組合物VII。
對(duì)比例5
除了將實(shí)施例3中的0.5重量份的十二烷基三甲氧基硅烷換成0.5重量份的硬脂酸以外，按照與實(shí)施例3相同的方法，得到成品潤(rùn)滑油組合物VIII。
對(duì)比例6
除了將實(shí)施例3中的1.2重量份的親水性氣相二氧化硅換成1.2重量份的十二烷基三甲氧基硅烷，按照與實(shí)施例3相同的方法，得到成品潤(rùn)滑油組合物IX。
表2列出了上述潤(rùn)滑油組合物VII、VIII和XI的性能測(cè)試數(shù)據(jù)。
表2潤(rùn)滑油組合物VII、VIII和XI性能測(cè)試數(shù)據(jù)
由表2可以看到，相對(duì)于實(shí)施例3，對(duì)比例5的潤(rùn)滑油組合物VIII中不含有烷基硅烷，導(dǎo)致親水性氣相二氧化硅無法在烴類基礎(chǔ)油中進(jìn)行有效分散溶解，所制備體系渾濁并含有較多未溶解的二氧化硅顆粒，進(jìn)一步說明親水性氣相二氧化硅需要在脂肪酸和烷基硅烷共同配伍作用下，才可以均一分散在基礎(chǔ)油中。
相對(duì)于實(shí)施例3，對(duì)比例6的潤(rùn)滑油組合物IX沒有添加親水性氣相二氧化硅，潤(rùn)滑油組合物IX的運(yùn)動(dòng)粘度、粘度指數(shù)都有較大程度的降低，四球?qū)嶒?yàn)最大無卡咬負(fù)荷、摩擦系數(shù)也出現(xiàn)下降趨勢(shì)，磨斑直徑增大。這表明親水性氣相二氧化硅的加入還可以提高潤(rùn)滑油組合物的運(yùn)動(dòng)粘度、粘溫性能和減磨抗磨性能，尤其是能夠使?jié)櫥徒M合物的摩擦系數(shù)大幅度下降，便固體潤(rùn)滑劑的優(yōu)勢(shì)在潤(rùn)滑油中體現(xiàn)，得到綜合性能優(yōu)異的潤(rùn)滑油。
另外，從實(shí)施例1和實(shí)施例3可以看出，本發(fā)明的潤(rùn)滑油組合物可以制備得到不同運(yùn)動(dòng)粘度級(jí)別的潤(rùn)滑油，應(yīng)用范圍更廣范。