纳米仿生自组织润滑油添加剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米仿生自组织润滑油添加剂及其制备方法。该纳米仿生自组织润滑油添加剂包括如下重量配比的仿生自组织分子、相转移催化剂、微乳化表面活性剂、微乳化助剂和界面改性剂：自组织分子 0.5－5份，相转移催化剂 0.8－10份，微乳化表面活性剂 2－15份，微乳化助剂 3－20份，界面改性剂0.5－10份。本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂产品用途极其广阔，而且没有任何副作用。该产品可解决因摩擦磨损、润滑养护或维修引起的各种难题。

说明书

技术领域

本发明涉及润滑油添加剂，尤其涉及纳米仿生自自组织润滑油添加剂及其制备方法。

背景技术

目前，专利公布的润滑油添加剂很多，但大多数是属于含有机金属盐、磷、硫等传统抗极压的添加剂。含有有机金属盐，例如中国专利申请02148328.0公开了一种发动机抗磨添加剂；含有磷化物的，例如中国专利申请01130775.7公开了一种工业齿轮油添加剂组合物，中国专利申请01130774.9公开了一种润滑油添加剂等。这些添加剂虽然可以起到降低摩擦的作用，但是由于添加了硫、磷等，长期使用会对机械设备产生一定腐蚀。

众所周知，人的关节既传递载荷又传递运动，是十分奇妙和性能优异的生物摩擦润滑系统。其摩擦系数极小，几乎无磨损，通常能工作70年以上。美国生物医学工程科学家研究发现，生物关节的骨滑液中胆甾醇分子以长轴沿软骨表面的微沟槽进行“自组织”排列，使得骨液中的其他润滑分子沿着胆甾醇分子的长轴排列，导致固体表面形成润滑剂的中介态，从而使摩擦力减小。

纳米仿生自组织技术在20世纪中叶开始研究，到20世纪九十年代得到长足发展，本世纪初纳米技术及相关产品越来越被人们重视，仿生自组织技术正是化学家、生物学家实现纳米合成和加工的重要解决方案。

如果能够提供类似于“自组织”结构的润滑油添加剂，将会极大降低使用者相互部分之间的摩擦系数，从而显著延长使用者的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供纳米仿生自组织润滑油添加剂，本发明的纳米仿生自组织润滑油是采用纳米仿生技术之一的纳米仿生“自组织”技术研制而成的全新多功能高效润滑油添加剂。

本发明的另一目的在于提供纳米仿生自组织润滑油添加剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供纳米仿生自组织润滑油添加剂的应用。

发明人从以下观点收到启发：生物关节的骨滑液中胆甾醇分子以长轴沿软骨表面的微沟槽呈“自组织”进行排列，使得骨液中的其他润滑分子沿着胆甾醇分子的长轴排列，导致固体表面形成润滑剂的中介态，从而使摩擦力减小。因此，利用纳米微粒制备技术制备出纳米仿生自组织润滑油添加剂，以显著降低摩擦，提高使用者的寿命。本发明还解决了传统添加剂加入润滑油的不透明、不稳定的致命弱点。

本发明提供了一种纳米仿生自组织润滑油添加剂，其包括仿生自组织分子、相转移催化剂、微乳化表面活性剂、微乳化助剂和界面改性剂。

本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂中，仿生自组织分子可以使用联苯类化合物或偶氮苯类化合物。其中，联苯类化合物可以使用选自下式(I-IV)所表示的化合物，具体例如，联苯胺和4-氨基联苯等；偶氮苯类化合物具体例如，对二乙氨基偶氮苯和对二甲氨基偶氮苯等。

式I

式II

式III

式IV

其中，A和B分别是连接芳环的中心桥键原子，例如碳、氮、氧等，它和两侧的芳环共轭体系形成刚性部分；

X和Y是分子的末端基团，它可以是柔性的烃基(例如，含有2-5个碳原子的烃基，其可以是直链的也可以是支链的，具体包括烷基、烯基和炔基)、烷氧基等(通常含有5-8个碳原子，例如，戊氧基、辛氧基等)，也可是氰基或硫氰基等强极性基团。

本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂中，相转移催化剂可以使用选自曲拉通系列、司盘系列和吐温系列的相转移催化剂，相转移催化剂的具体实例包括曲拉通-100、司盘-60等。

本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂中，微乳化表面活性剂可以使用从烷基磺酸(如，十二烷基或十二烷基苯磺酸)、柠檬酸、水杨酸、亚麻酸或油酸等形成的盐，如其钠盐、钾盐等。

本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂中，微乳化助剂可以使用多元醇类、脂肪酸类或脂肪醚，其中多元醇类可以是二元醇(如丙二醇)、三元醇(如己三醇)，脂肪酸类具体可以是正十八酸，脂肪醚具体可以是R-O-R’，其中R和R’分别为碳原子数1-15的烷烃、烯烃或芳烃，可以是正构直链，也可以是异构支链，如：丁甲醚，二乙基醚。

本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂中，界面改性剂可以是聚酰胺或多胺，其中聚酰胺例如可以使用是分子量小于2000的聚乙烯酰胺，多胺例如可以使用丙二胺。

本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂中，仿生自组织分子、相转移催化剂、微乳化表面活性剂、微乳化助剂和界面改性剂的重量配比优选如下：

自组织分子               0.5-5份

相转移催化剂             0.8-10份

微乳化表面活性剂         2-15份

微乳化助剂               3-20份

界面改性剂               0.5-10份

更优选如下：

自组织分子               0.8-3份

相转移催化剂             1.0-5份

微乳化表面活性剂         3.0-6份

微乳化助剂               4.5-8份

界面改性剂               1.0-4份

还更优选如下：

自组织分子               1-1.5份

相转移催化剂             1.3-2.7份

微乳化表面活性剂           3.6-4.5份

微乳化助剂                 5.6-6.8份

界面改性剂                 1.2-2.4份

最优选如下：

自组织分子                 1.2-1.5份

相转移催化剂               1.5-2.0份

微乳化表面活性剂           4.0-4.5份

微乳化助剂                 6.0-6.5份

界面改性剂                 1.5-2.0份。

本发明还提供了上述纳米仿生自组织润滑油添加剂的制备方法，该方法包括：

将自组织分子，如联苯类化合物或偶氮苯类化合物在1-3个大气压、60-120℃温度下加入反应釜中，然后将相转移催化剂(例如，曲拉通系列、司牌系列和吐温系列的)按比例加入，连续搅拌使得温度和压力保持不变，其中温度大于80℃，压力为1-2个大气压；

搅拌均匀后，将微乳化表面活性剂(例如，从烷基磺酸、柠檬酸、水杨酸、亚麻酸、油酸等形成的盐)、微乳化助剂(例如，多元醇类、脂肪酸类、脂肪醚等)和界面改性剂(例如，聚酰胺、多胺等)一起加入到反应釜中；

将温度升高到85-90℃，反应釜在1.2-2个大气压下持续反应3-6个小时。

得到成品，即本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂，其为均一、透明的棕黄色液体。

研究发现，本发明纳米仿生自组织润滑油添加剂倾向于与固体表面发生作用，在一些情况下相互作用还相当强烈，或者观察到静态时没有吸附但是动态时吸附纳米仿生自组织分子呈现“宾一主”效应(少量的纳米自组织分子改变了整体润滑油性能，如同宾客，反客为主)，令润滑剂分子沿自组织分子的长轴方向，即碳链排列方向进行排列，导致在固体表面形成润滑剂的中介态，即润滑油处在临界摩擦和极限摩擦的中间状态，从而使摩擦力减小。这一理论解释了润滑剂中纳米仿生自组织润滑油添加剂浓度对表面粗糙度的影响。当纳米仿生自组织添加剂含量较低时，摩擦系数和平均粗糙度(R，)减少较小，这是由于摩擦面上形成的润滑膜可能不连续，而不能覆盖所有的微观不平滑区域。此种情况下未被保护的部分会变形甚至被磨去。当纳米仿生自组织添加剂含量较高时，形成连续的润滑膜，填平了细小的凸凹不平，从而使摩擦力减小。微观研究还发现，纳米仿生自组织分子会沿着摩擦表面内的小沟槽纵向取向，从而改善了润滑油的润滑作用，就如同人们发现在生物关节的骨滑液中胆甾醇分子以长轴沿软骨表面的微沟槽排列那样。但本发明的效果并不受该理论的限制。

本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂是模仿人骨关节滑液开发出的新型高效工业润滑油添加剂，其可以直接添加到润滑油中使用，例如将该添加剂与润滑油以体积比1∶250加入到各种工业润滑油中，例如矿物油、合成油等。本发明的纳米仿生自组织润滑油添加剂产品用途极其广阔，不仅适用于机电设备、交通运输工具，而且适用于工程机械、工矿企业、食品医药行业、航空航天、军事装备等，可以说，凡是金属机械运动摩擦的地方均可使用，而且没有任何副作用。该产品可解决因摩擦磨损、润滑养护或维修引起的各种难题，特别是那些重压重负、高温高速或长时间不间断运行，磨损严重，精密度要求高或老旧汽车及机械设备，其实际效益更佳。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1纳米仿生车用润滑油添加剂

按以下重量配比选取原料：

4′-(4″-n-烷氧基亚苯基乙炔基)4-n-己氧基偶氮苯(偶氮苯类化合物)1.0份

曲拉通-100(作为相转移催化剂)                          1.5份

十二烷基石油磺酸(作为微乳化表面活性剂)                4份

甘油醇或正庚醇(作为微乳化助剂)                        6份

正辛胺(作为界面改性剂)                                2份

将偶氮苯类化合物(4′-(4″-n-烷氧基亚苯基乙炔基)4-n-己氧基偶氮苯)在1.5个大气压、80℃温度下加入反应釜中，然后加入曲拉通-100，连续搅拌使得温度和压力保持不变；

搅拌均匀后，向反应釜中加入十二烷基石油磺酸、甘油醇或正庚醇和正辛胺；

将温度升高到90℃，反应釜在1个大气压下持续反应3个小时。

得到均一、透明的棕黄色液体，即纳米仿生车用润滑油添加剂。

实施例2纳米仿生齿轮油添加剂

按以下重量配比选取原料：

辛氧基氛基联苯(作为自组织分子)                1份

吐温40(作为相转移催化剂)                      2份

硬脂酸(作为微乳化表面活性剂)                  3.8份

丙二醇单乙醚(作为微乳化助剂)                  5.8份

十八烷基胺(作为界面改性剂)                    2份

按照实施例1的方法制备纳米仿生齿轮油添加剂，区别在于：反应温度控制在85℃，反应釜在1个大气压压力下反应5个小时。

实施例3纳米仿生工业润滑脂添加剂

辛氧基氛基联苯(作为联苯类化合物)              1份

司派60(作为相转移催化剂)                      2.5份

水杨酸(作为微乳化表面活性剂)                  3.7份

十八烷基(三乙氧基)硅烷(作为微乳化助剂)        6.2份

庚氧基苯甲酸(作为界面改性剂)                  2份

按照实施例1的方法制备纳米仿生齿轮油添加剂，区别在于：反应温度控制在85℃，反应釜在1个大气压的压力下反应4个小时。

试验例

试验例1：纳米仿生自组织润滑油添加剂增效技术功效

当轴等固体表面用实施例1-3的仿生纳米自组织润滑技术处理摩擦系数要比没处理的的要低，具体如下：

              表面处理对摩擦系数的影响

添加剂     未处理(平行取向)        处理后(垂直取向)

实施例1    0＝0.096；500＝0.081    0＝0.09；500＝0.051

实施例2    0＝0.105；500＝0.083    0＝0.099；500＝0.048

实施例3    0＝0.072；500＝0.054    0＝0.056；500＝0.030

其中，0为刚开始的摩擦系数    500为500小时后的摩擦系数测定方法，液体润滑剂摩擦系数测定法(振子法)SH/T 0072-1991

试验例2：纳米仿生自组织润滑油添加剂实际工业应用效果

实验设备：天津市振宇钢管厂轧管设备：

直流电机50千瓦和与之配套的减速机一台；小行导管箱7台；有负荷电流为；72安培(卡钳式电流表)

减速机加入1/500(v/v)的纳米添加剂比例

小行导管箱加入1/1000(v/v)的纳米添加剂

加入后2小时有同样的负荷电流为66安培，节电率8.3％

通过纳米仿生自组织润滑增效技术在工业齿轮油中的应用，原本的微米级沟壑“滑动摩擦”填充纳米级“滚动摩擦”，大幅降低齿轮啮合摩擦副表面的摩擦内耗。同时，在提升齿轮油膜强度的同时显著降低油品自身的粘滞阻力(齿轮油自身流动阻力)带来的能量损耗。在二者的共同作用下，根据齿轮传动设备和油品的性能差异，本品在国内219台各型减速设备上应用的实测数据表明，节省电耗可达6-22％(某些情况下更高)，使企业用户经济效益以极低投入获得显著提高。

提升工业齿轮油综合性能

天津市武清区王庆坨镇大三河橡胶厂

轧胶机，电机是7.5千瓦，减速机与之配套，空载电流为5.2安培；添加1/700(v/v)本发明实施例1的油添加剂后，电流为4.9安培，节电率为6％

在同一台机子上添加1/500本发明实施例1的添加剂后电流为4.6安培，节电率11.5％

实验过程中，发现机械温度下降5-8度(红外线测温仪测定)，噪音下降8分贝(分贝测量仪)

添加纳米仿生自组织润滑增效技术后的国产工业齿轮油具有更为优异的使用性能，大幅超过进口新一代高效齿轮油，即可用于节线速度30m/s的高速齿轮传动，也适用于低速重载并伴随强烈冲击和震动的齿轮传动，尤其是对已产生疲劳点蚀或严重擦伤的齿轮具有保护/修复作用。在极压抗磨性能方面则表现更为杰出，利用本技术的L-CKD重负荷齿轮油烧结负荷PD大于5500N，远超过我国现行标准(2500N)一倍以上，FZG大于12级(国家标准为11级)，分水性能良好(40-40-0分水时间不超过30min)。在氧化安定性、抗腐蚀、防锈等性能方面也全面得以提升。此外，添加本品的齿轮油具有更广泛的通用性，即可用于循环系统和油池的润滑，也可用于喷射和喷雾润滑，还可用于滑动和滚动轴承的润滑。

预防和消除减速机齿轮损伤

台驾试验表明：本技术应用至齿轮油中后，能显著提高摩擦副接触表面润滑油膜的承载能力，减轻和避免齿面磨损；纳米仿生自组织润滑增效技术中的“生物纳米自组装颗粒”的大量稳定存在还能有效降低和消除齿面接触应力和表面粗糙度，防止齿面塑性变形和疲劳破坏；消除齿面互相啮合发生严重黏着磨损损伤造成的齿面胶合。在齿轮润滑状态正常的情况下，能有效消除齿轮折断的可能性。在大量应用实测中，绝大多数减速机在添加本品数小时后直观即可感受到的温度大幅下降、噪音明显减轻，也可反映出本品对预防和消除齿轮损伤的神奇功效。

从上述内容可知，本发明纳米仿生自组织润滑增效剂是一种彻底改变工业齿轮表面摩擦模式，提高传能效率的纳米仿生自组织复合技术。它是利用生物摩擦学最新研究进展——模仿生物骨骼滑液技术，同时结合生物纳米自组装技术研制而成的最新一绿色节能技术产品。

一项广泛适用于发动机润滑油、汽车齿轮油、工业齿轮油、工业润滑脂和液压油等油品的减磨增效剂。