專利名稱：含有有機(jī)粘土的潤(rùn)滑油的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種潤(rùn)滑油，更具體地說，本發(fā)明涉及一種添加有機(jī)粘土的潤(rùn)滑油。
背景技術(shù)：
粘土礦物是土壤的重要成分，廣泛存在于各類土壤環(huán)境中。其主要元素是硅、鋁、氧等。在粘土礦物中，硅和氧結(jié)合生成硅氧四面體，鋁和氧結(jié)合生成鋁氧八面體。硅氧四面體共用氧原子形成片狀硅氧體層，鋁氧八面體共用邊角形成片狀鋁氧八面體層。這些硅氧四面體片和鋁氧八面體片又共用氧原子而將不同的片結(jié)合在一起形成層狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)粘土礦物處于濕潤(rùn)狀態(tài)時(shí)，特別是在水溶液中，由于陽(yáng)離子的強(qiáng)烈水合作用，礦物表面覆蓋有一層水膜并具有強(qiáng)烈的親水性。
為了降低粘土礦物的親水性，需要對(duì)粘土礦物進(jìn)行有機(jī)化處理。有機(jī)化處理有兩種方法離子交換法和熔融嵌入法，可以參見自然雜志，第19卷第2期，第95～104頁(yè)；IM & P化工礦物與加工，2004年第1期，第17～20頁(yè)和地球科學(xué)進(jìn)展，第15卷第2期，2000年4月，第197～203頁(yè)。
離子交換法是將粘土礦物懸浮液或膠體與待結(jié)合的有機(jī)化合物(如季銨鹽、硅烷類等)相混合，在攪拌或振蕩條件下充分反應(yīng)制得。通過陽(yáng)離子交換反應(yīng)，把粘土礦物中原有的無機(jī)陽(yáng)離子交換成有機(jī)陽(yáng)離子，由于有機(jī)陽(yáng)離子的水合作用微弱，生成的有機(jī)粘土礦物具有疏水親油性。有機(jī)基團(tuán)的嵌入使粘土的片層間距擴(kuò)大，在有機(jī)溶劑中更容易解離成單晶片。
熔融嵌入法是把粘土礦物浸入過量的有機(jī)熔融物中，使得有機(jī)物嵌入到晶層。對(duì)于高嶺石和埃洛石等1∶1型礦物由于層間不帶電荷，一般的非極性和弱極性有機(jī)物很難進(jìn)入其晶層之間，可以利用強(qiáng)極性的有機(jī)物如甲酰胺、水合聯(lián)胺、二甲基亞砜等將高嶺石晶層間的氫鍵打開并楔入晶層之間。
有機(jī)粘土在適宜的有機(jī)溶劑中具有良好的懸浮性、分散性、增稠性和觸變性，廣泛地應(yīng)用于油漆、油墨、日用化工等行業(yè)，但是把有機(jī)粘土作為固體潤(rùn)滑油添加劑還未見有報(bào)道和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了將有機(jī)粘土用作潤(rùn)滑油添加劑，提出了如下具體的技術(shù)方案。
本發(fā)明提出的含有有機(jī)粘土的潤(rùn)滑油，包含有機(jī)粘土、分散劑和基礎(chǔ)油。
本發(fā)明的含有有機(jī)粘土的潤(rùn)滑油，優(yōu)選包含下述重量百分比的組成0.05～1％的有機(jī)粘土，1～6％的分散劑，92～98.95％的基礎(chǔ)油。
所述的有機(jī)粘土優(yōu)選為用季銨鹽類有機(jī)物質(zhì)改性的粘土。所述的季銨鹽類有機(jī)物質(zhì)為可以進(jìn)行離子交換的物質(zhì)，例如為含有不同碳鏈長(zhǎng)度的單季銨鹽、多聚季銨鹽、雙長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽等。粘土通過改性處理后，粘土與基礎(chǔ)油的親潤(rùn)性得到提高，在基礎(chǔ)油中易于分散。所述的粘土進(jìn)一步優(yōu)選為2∶1型粘土礦物。粘土改性的方法為現(xiàn)有的已知方法，制備方法采用現(xiàn)有技術(shù)，有機(jī)陽(yáng)離子與粘土礦物中的無機(jī)陽(yáng)離子在水溶液中進(jìn)行離子交換。在本發(fā)明中對(duì)改性方法沒有特殊的要求。
所述的分散劑優(yōu)選為無灰分散劑，進(jìn)一步優(yōu)選為丁二酰亞胺類或丁二酸酯類，例如單丁二酰亞胺、雙丁二酰亞胺、硼化丁二酰亞胺、無氯丁二酰亞胺、聚異丁烯丁二酰亞胺、丁二酸乙酯等。
所述的基礎(chǔ)油優(yōu)選為礦物油、合成油或植物油。
根據(jù)應(yīng)用情況的需要，本發(fā)明的含有有機(jī)粘土的潤(rùn)滑油還可以包括清凈劑，例如磺酸鹽，烷基酚鹽、烷基水楊酸鹽、硫代膦酸鹽、環(huán)烷酸鹽等，還可以包括抗氧劑、金屬減活劑、防銹劑、降凝劑等用以優(yōu)化油品的其他性能。這些組分以常規(guī)的含量存在在本發(fā)明的潤(rùn)滑油中。它們所起的作用和現(xiàn)有潤(rùn)滑油中這些組分的作用相同。因此它們的含量和作用在本發(fā)明中不展開解釋說明。
本發(fā)明可以使用有機(jī)粘土、基礎(chǔ)油和其它組分制備本發(fā)明的潤(rùn)滑劑，也可以在現(xiàn)有潤(rùn)滑油中添加有機(jī)粘土制備本發(fā)明的潤(rùn)滑劑。
含有有機(jī)粘土的潤(rùn)滑油的制備需要借助高速剪切、超聲波等機(jī)械作用進(jìn)行分散，使有機(jī)粘土在潤(rùn)滑油中解離成薄晶片。所述的高速剪切條件為在常壓下，溫度不高于80℃，高速剪切，轉(zhuǎn)速15000～30000rpm，時(shí)間為1～20分鐘。
實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明的潤(rùn)滑油相對(duì)于基礎(chǔ)油能夠大大降低金屬摩擦副的磨損量。有機(jī)粘土能作為固體潤(rùn)滑油添加劑取決于兩個(gè)因素第一，有機(jī)粘土能在基礎(chǔ)油中有效地溶劑化并分散，形成微米甚至納米級(jí)別的懸浮膠體顆粒，這是未經(jīng)有機(jī)化處理的無機(jī)粘土礦物難以實(shí)現(xiàn)的；第二，有機(jī)粘土保留了粘土礦物的片層狀結(jié)構(gòu)，這是有機(jī)粘土可以起到改善潤(rùn)滑的根本原因。片層狀的有機(jī)粘土在潤(rùn)滑的過程中存在于滑動(dòng)面間，能有效地防止兩個(gè)滑動(dòng)面的直接接觸，從而防止了基材的磨損，提高抗磨性和載荷性。有機(jī)粘土膠體微粒本身帶有一定的電荷，容易被吸附在滑動(dòng)表面，起到維持油膜的作用；而且其片層結(jié)構(gòu)容易被剪切，可以減少滑動(dòng)面的摩擦；如果油膜變薄，滑動(dòng)面間的突起部分相互接觸，表面產(chǎn)生磨損，在有有機(jī)粘土存在的情況下，粘土片層吸附在金屬表面，形成一種類似緩沖墊的保護(hù)膜把金屬分開，就可以減少金屬直接接觸的頻度，抑制磨損的產(chǎn)生。
為了證實(shí)有機(jī)粘土用作潤(rùn)滑油添加劑的效果進(jìn)行了下述試驗(yàn)。
1.實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)用實(shí)施例1的潤(rùn)滑油。利用德國(guó)進(jìn)口FA25高速剪切分散機(jī)，轉(zhuǎn)速設(shè)置為25000rpm，剪切分散3min，得到分散均勻的油樣。
2.實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)采用M200型環(huán)塊摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)。試塊不動(dòng)，通過主軸旋轉(zhuǎn)使試環(huán)在塊上轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)浸泡在油池中，旋轉(zhuǎn)的圓環(huán)把油帶到摩擦副間進(jìn)行潤(rùn)滑。
試塊采用45#鋼，硬度78～80HRB，試環(huán)為軸承鋼，真空淬火，硬度56~59HRC。實(shí)驗(yàn)溫度為24℃，轉(zhuǎn)速200r/min，每次實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦?xí)r間30min。磨損前后試塊質(zhì)量用德國(guó)Sartorius 0.1mg精密天平測(cè)量，稱量前試塊先用超聲波在石油醚中清洗，再在無水乙醇中清洗。用普通光學(xué)顯微鏡觀察摩擦表面形貌，進(jìn)行輔助分析。
3.結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)是在轉(zhuǎn)速200r/min下進(jìn)行的，轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦?xí)r間30min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1表1磨損量對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將表1中的數(shù)據(jù)繪成曲線圖，如圖1所示。
從圖1中可以看到，在載荷較小時(shí)(30kg力)，基礎(chǔ)油的磨損量較?。辉谳d荷較大時(shí)(40、50、60、70kg力)，加入0.5％粘土添加劑的油樣的磨損量變小，比采用基礎(chǔ)油潤(rùn)滑的磨損量減少20～30％。這可能是因?yàn)檩d荷較小時(shí)，摩擦副主要處于流體潤(rùn)滑狀態(tài)，基礎(chǔ)油由于粘度較低，所以潤(rùn)滑效果較好；但是隨著載荷加大，摩擦副主要處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，這時(shí)粘土微粒發(fā)揮了作用，因此摩擦失重比基礎(chǔ)油的小。
從圖1還可以看到，磨損量存在一個(gè)峰值(50kg力時(shí))，在此之前和之后磨損量都較小。這可能是因?yàn)樵诖筝d荷(60、70kg力)下，由于45#鋼較軟，變形較大，使得摩擦接觸面積增大，在油潤(rùn)滑的條件下，摩擦得到一定的改善。還有一個(gè)可能的原因是，由于變形，磨痕區(qū)域發(fā)生了一定的形變強(qiáng)化，導(dǎo)致磨損量相對(duì)于低載荷(50kg力)減小。
分別使用基礎(chǔ)油和本發(fā)明的潤(rùn)滑油，進(jìn)行不同載荷力的試驗(yàn)后，使用光學(xué)顯微鏡拍攝磨痕表面的形貌，得到的圖片表示在圖2～9中。對(duì)比圖2～9，可以看到加入粘土添加劑后，犁溝變淺，磨痕的表面明顯變得光滑。
4.結(jié)論(1)加入0.5wt％粘土添加劑后，在較大載荷下，磨損量比采用基礎(chǔ)油潤(rùn)滑減少20～30％。
(2)加入0.5wt％粘土添加劑后，犁溝變淺，磨痕的表面明顯變得光滑。
另外，粘土礦物作為固體潤(rùn)滑油添加劑的優(yōu)點(diǎn)最明顯地體現(xiàn)在一、化學(xué)穩(wěn)定性，粘土礦物不易被氧化，在高溫下仍能發(fā)揮作用；二、環(huán)保性，粘土礦物本身不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生副作用；三、成本低。


圖1是表示載荷對(duì)磨損量的影響的圖；圖2是使用基礎(chǔ)油的試驗(yàn)載荷力為40kg的光學(xué)顯微鏡拍攝的磨痕表面形貌圖；圖3是使用本發(fā)明的潤(rùn)滑油的試驗(yàn)載荷力為40kg的光學(xué)顯微鏡拍攝的磨痕表面形貌圖；圖4是使用基礎(chǔ)油的試驗(yàn)載荷力為50kg的光學(xué)顯微鏡拍攝的磨痕表面形貌圖；圖5是使用本發(fā)明的潤(rùn)滑油的試驗(yàn)載荷力為50kg的光學(xué)顯微鏡拍攝的磨痕表面形貌圖；圖6是使用基礎(chǔ)油的試驗(yàn)載荷力為60kg的光學(xué)顯微鏡拍攝的磨痕表面形貌圖；圖7是使用本發(fā)明的潤(rùn)滑油的試驗(yàn)載荷力為60kg的光學(xué)顯微鏡拍攝的磨痕表面形貌圖；圖8是使用基礎(chǔ)油的試驗(yàn)載荷力為70kg的光學(xué)顯微鏡拍攝的磨痕表面形貌圖；圖9是使用本發(fā)明的潤(rùn)滑油的試驗(yàn)載荷力為70kg的光學(xué)顯微鏡拍攝的磨痕表面形貌圖；
具體實(shí)施例方式
下面以實(shí)施例的方式進(jìn)一步解釋本發(fā)明。
實(shí)施例1(1)制備有機(jī)粘土將100kg的鈉基膨潤(rùn)土、30kg的十六烷基三甲基溴化銨和400kg的水混合在一起，攪拌，在60～80℃下反應(yīng)1～2小時(shí)，壓濾、在40℃下干燥8小時(shí)，研磨粉碎，制得有機(jī)粘土；(2)制備本發(fā)明的潤(rùn)滑油將0.5kg的上述有機(jī)粘土、5kg的分散劑聚異丁烯丁二酰亞胺和94.5kg的機(jī)械油在50℃下以25000rpm的轉(zhuǎn)速高速剪切3min制備得到本發(fā)明的潤(rùn)滑油。
實(shí)施例2(1)制備有機(jī)粘土將100kg的鈉基膨潤(rùn)土、40kg的十八烷基溴化銨和400kg的水混合在一起，攪拌，在60～80℃下反應(yīng)1～2小時(shí)，壓濾、在40℃下干燥8小時(shí)，研磨粉碎，制得有機(jī)粘土；(2)制備本發(fā)明的潤(rùn)滑油將0.2kg的上述有機(jī)粘土、3kg的分散劑雙丁二酰亞胺和96.8kg的機(jī)械油在60℃下以30000rpm的轉(zhuǎn)速高速剪切3min制備得到本發(fā)明的潤(rùn)滑油。
實(shí)施例3使用實(shí)施例1中得到的有機(jī)粘土制備本發(fā)明的潤(rùn)滑油。
將1kg的上述有機(jī)粘土、6kg的分散劑丁二酸乙酯和93kg的機(jī)械油在40℃下以15000rpm的轉(zhuǎn)速高速剪切3min制備得到本發(fā)明的潤(rùn)滑油。
實(shí)施例4使用實(shí)施例1中得到的有機(jī)粘土制備本發(fā)明的潤(rùn)滑油。
將0.5kg的上述有機(jī)粘土、3kg的分散劑單丁二酰亞胺、3kg的石油磺酸鈣和93.5kg的機(jī)械油在60℃下以30000rpm的轉(zhuǎn)速高速剪切3min制備得到本發(fā)明的潤(rùn)滑油。
權(quán)利要求
1.一種含有有機(jī)粘土的潤(rùn)滑油，其特征在于，它包含有機(jī)粘土、分散劑和基礎(chǔ)油。
2.一種含有有機(jī)粘土的潤(rùn)滑油，其特征在于，它包含下述重量百分比的組成0.05～2％的有機(jī)粘土，1～6％的分散劑，92～98.95％的基礎(chǔ)油。
3.如權(quán)利要求1或2所述的潤(rùn)滑油，其特征在于，所述的有機(jī)粘土為用季銨鹽類有機(jī)物質(zhì)改性的粘土。
4.如權(quán)利要求1或2所述的潤(rùn)滑油，其特征在于，所述的分散劑為無灰分散劑。
5.如權(quán)利要求1或2所述的潤(rùn)滑油，其特征在于，所述的基礎(chǔ)油為礦物油、合成油或植物油。
6.如權(quán)利要求3所述的潤(rùn)滑油，其特征在于，所述的粘土為2∶1型粘土礦物。
7.如權(quán)利要求4所述的潤(rùn)滑油，其特征在于，所述的無灰分散劑為丁二酰亞胺類或丁二酸酯類。
8.如權(quán)利要求7所述的潤(rùn)滑油，其特征在于，所述的無灰分散劑為單丁二酰亞胺、雙丁二酰亞胺、硼化丁二酰亞胺、無氯丁二酰亞胺、聚異丁烯丁二酰亞胺或丁二酸乙酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的潤(rùn)滑油，其特征在于，它還包括清凈劑、抗氧劑、金屬減活劑、防銹劑、降凝劑中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明公開的含有有機(jī)粘土的潤(rùn)滑油屬于潤(rùn)滑劑的技術(shù)領(lǐng)域，開發(fā)了將有機(jī)粘土用作潤(rùn)滑油添加劑的新技術(shù)，在基礎(chǔ)油或現(xiàn)有潤(rùn)滑油中添加0.05～2重量％的有機(jī)粘土，經(jīng)過高速剪切分散制備均勻的潤(rùn)滑油，能夠降低磨損量的20～30％，并且有機(jī)粘土具有化學(xué)穩(wěn)定性、環(huán)保性和成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C10M129/00GK1891801SQ200510080690
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者張?jiān)鲋?申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)