含纳米碳材料的润滑油添加剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种含纳米碳材料的润滑油添加剂，按质量百分比计，原料组成包括：纳米碳材料10～100wt.％；助剂0～90wt.％；纳米碳材料为纳米金刚石/富勒烯颗粒或纳米金刚石/石墨烯颗粒；助剂包括清净剂、分散剂、抗氧剂、极压抗磨剂或黏度指数改进剂。本发明以爆炸法制备金刚石粉末为原始材料，经过粒径初选、热处理、化学处理得到纳米碳材料，以其为核心材料，再与其它助剂调合制得润滑油添加剂。该含纳米碳材料的润滑油添加剂可直接添加到商用润滑油中，降低机械摩擦面摩擦系数，修复磨损表面，提高机械使用寿命，减小能源消耗。
【专利说明】
含纳米碳材料的润滑油添加剂及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及改性润滑油技术领域，尤其涉及一种含纳米碳材料的润滑油添加剂及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 润滑油添加剂的运用是润滑油生产及提高润滑油质量，使其适应多种使用要求的 主要手段之一，近年来得到迅速的发展和广泛的应用。它弥补了润滑油加工工艺的不足，能 达到在加工工艺中难以实现的效果，可以说，没有现代高效的添加剂，就没有现代高质量的 润滑油，所以，发展添加剂的研发、生产和使用，已成为合理利用石油资源、节能减耗、提高 效益的重要经济战略。
[0003] 自1990年以来，世界润滑油产量一直在3800X 10H左右波动，年均增长率约为 1 %。按照10%的平均加剂量来估算，全球添加剂的消费总量约在(380~410) X104t左右。 其中内燃机油添加剂的消耗量约占销售量的70%。据美国克莱恩(Kline&Company.Inc)有 限公司的调研，2010年，全球添加剂总消耗量约为370 X 104t，其价值约为103亿美元，其中 分散剂、黏度指数改进剂和清净剂是使用量最大的三种润滑油添加剂，占添加剂总消耗量 68%。2011年，全球润滑剂添加剂消费量最多的国家是美国，其次是欧洲（中欧、东欧和西 欧）以及中国，不同区域添加剂消费所占比例不同。
[0004] 为提高竞争力，20世纪90年代，国外的添加剂公司通过合并和重组，基本形成了以 四大添加剂公司为主的分布格局，即路博润公司（Lubrizol)、润英联公司（Infineum)、雪弗 龙奥伦耐公司（Chevron Oronite)、雅富顿公司(Af ton)。四大添加剂专业公司控制了全球 润滑油添加剂90%左右的市场份额。
[0005] 我国润滑油添加剂产业起步较晚。自20世纪50年代添加剂产业建立起，我国通过 自主研发和引进外国生产技术并举，历经几十年的积累和发展，已经形成一定的产业规模， 目前可生产13大类约300多个牌号的添加剂单剂，总产量达到约10 X104t。我国在主要添加 剂品种上与国外相当，但产品质量还有一定差距。国内的复合剂配方也在持续开发中，但目 前主要集中在中低端产品。总之，国内添加剂产业的格局是高端产品依赖进口，中低端产品 基本依靠国内自产，产能小且分散。从市场发展趋势来看，未来我国添加剂市场需求的增长 趋势与国内润滑油市场需求的增长趋势保持一致，但增长速度会稍快。这主要是由于国内 高档润滑油的使用比例会大大提高，特别是内燃机油质量等级的提高通常都意味着添加剂 量的增加。
[0006] 发展纳米技术是未来润滑油添加剂发展的主要方向之一，纳米润滑材料由纳米添 加剂、基础油和其它功能添加剂组成，被认为是值得重视的纳米材料之一。纳米金刚石颗粒 表面负载石墨稀或富勒稀的特殊结构的纳米碳颗粒，有望产生有效的滚动而起到支承负荷 的"滚动轴承"作用。经过表面修饰，可提高其在润滑油中的分散性和稳定性。同时显著提高 基础油的减摩抗磨性能，有效地减少或防止磨损。但目前还没有这方面的文献报道。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种可直接添加到商业润滑油中的含纳米碳材料的添加剂，可显著 提尚润滑油的综合品质。
[0008] 本发明公开了一种含纳米碳材料的润滑油添加剂，按质量百分比计，所述润滑油 添加剂的原料组成包括：
[0009] 纳米碳材料10~100wt · % ;
[0010] 助剂 0 ~90wt.%;
[0011] 所述的纳米碳材料为纳米金刚石/富勒稀颗粒或纳米金刚石/石墨稀颗粒；
[0012] 所述的助剂包括清净剂、分散剂、抗氧剂、极压抗磨剂或黏度指数改进剂。
[0013]作为优选，所述纳米碳材料的制备方法如下：
[0014] 步骤A)、将纳米金刚石与水混合得到浆料，经离心、干燥后得到粒径彡10nm的纳米 金刚石初选粉；
[0015] 步骤B)、步骤A)制备的纳米金刚石初选粉经热处理后，再经表面改性处理，得到纳 米碳材料；
[0016] 所述的表面改性处理以油酸或硬脂酸为改性剂。
[0017]作为优选，所述的纳米碳材料为纳米金刚石/富勒稀颗粒时，热处理条件为：1000 ~160CTC真空热处理0 · 5~3h;
[0018]作为优选，所述的纳米碳材料为纳米金刚石/石墨稀颗粒时，热处理条件为:400~ 600 °C大气环境下热处理2~5h。
[0019] 进一步优选，当所述的纳米碳材料为纳米金刚石/石墨稀颗粒时，经热处理后依次 进行开洞处理、表面改性处理；
[0020] 所述的开洞处理以重铬酸钾、浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸或氢氧化钠为处理剂。
[0021 ]进一步优选，所述的纳米金刚石为粉末状，由爆炸法制备得到；
[0022] 所述衆料中纳米金刚石的浓度为0.88wt. %，衆料经1500~3000rpm离心5~30min 后，取上清液再进行冷冻干燥；
[0023] 作为优选，所述润滑油添加剂的原料组成包括： 纳米碳材料 10~80wt.%; 清净剂 0~90wt.%; 分散剂 0~90wt.%;
[0024] _ 、 抗氧剂 0~90wt. %; 极压抗磨剂 0~90wt.%; 黏度指数改进剂 0~90wt.%d
[0025] 作为优选，所述的清净剂包括磺酸盐、水杨酸盐、酚盐或环烷酸盐中的至少一种， 上述清净剂中的盐包括钙盐、镁盐、钡盐;进一步优选为磺酸钙、硫化烷基酚钙、水杨酸钙中 的至少一种。
[0026] 作为优选，所述的分散剂包括聚异丁烯丁二酰亚胺、聚异丁烯丁二酸酯、硫磷化聚 异丁烯聚氧乙烯脂或环苄胺中的至少一种;进一步优选为单挂丁二酰亚胺、双挂丁二酰亚 胺、高分子量丁二酰亚胺中的至少一种。
[0027] 作为优选，所述的抗氧剂包括酚型或胺型中的至少一种;进一步优选为2,6二叔丁 基对甲酚、N-苯基-α萘胺中的至少一种。
[0028] 作为优选，所述的极压抗磨剂包括含氯极压抗磨剂、含硫极压抗磨剂或含磷极压 抗磨剂;进一步优选为氯化石錯、硫化稀经、磷酸酯的至少一种。
[0029] 作为优选，所述的黏度指数改进剂包括聚甲基丙烯酸酯、烯烃共聚物、或氢化苯乙 烯-双烯共聚物的至少一种;进一步优选为聚甲基丙烯酸酯、乙丙共聚物、聚异丁烯、氢化苯 乙烯异戊二烯共聚物中的至少一种。
[0030] 进一步优选，所述润滑油添加剂的原料组成包括： 纳米金刚石/富勒烯颗粒20~80wt.%; 清净剂 0~80wt.%; 分散剂 0~80vvt.%;
[0031] 抗氧剂 0~80vvt.%; 极压抗磨剂 0~80wt%; 黏度指数改进剂 0~80vvt.%。
[0032] 进一步优选，所述润滑油添加剂的原料组成包括： 纳米金刚石/石墨烯颗粒10~60wt.%; 清净剂 0~90wt.%; 分散剂 0~9(Kvt.%;
[0033] 抗氧剂 0~()0wt.%; 极压抗磨剂 0~90wt.%; 黏度指数改进剂 0~90wt.%。
[0034] 本发明还公开了上述的含纳米碳材料的润滑油添加剂的制备方法，所述的润滑油 添加剂由纳米碳材料与各助剂经调合工艺制备得到；
[0035]调合工艺采用工业级高压均质机或高速乳化机，角速度为1000~3000rpm，时间为 20~120min。
[0036]经试验发现，将本发明制备的含纳米碳材料的润滑油添加剂直接添加到商用润滑 油中，可降低机械摩擦面摩擦系数，修复磨损表面，提高机械使用寿命，减小能源消耗。
【附图说明】
[0037]图1为实施例1中纳米金刚石初选粉末的透射电镜照片；
[0038]图2显示了实施例1中纳米碳材料单颗粒结构演变过程；
[0039] 图3为实施例1制备的纳米金刚石/富勒烯颗粒的X射线衍射图；
[0040] 图4为实施例1制备的纳米金刚石/富勒烯颗粒的拉曼光谱图；
[0041 ]图5为实施例2制备的纳米金刚石/石墨稀颗粒采用NanoSight纳米颗粒追踪分析 实时监测纳米颗粒在液态中的布朗运动及团聚特征。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下实施例 旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0043] 实施例1
[0044] 本实施例中，选用爆炸法制备的纳米金刚石（彭碳科技有限公司）为原料，选择纳 米金刚石/富勒烯颗粒为纳米碳材料，与清净剂磺酸钙和硫化烷基酚钙、分散剂单挂丁二酰 亚胺、抗氧剂2,6二叔丁基对甲酚调合制得添加剂。并将添加剂加入长城牌CH-4 15W-40 (T400)柴油机油中机械搅拌调合，测试添加剂的分散性和稳定性，以及其作为润滑油添加 剂的摩擦学行为。
[0045] 含纳米碳材料的润滑油添加剂具体制备方法如下：
[0046] 1、将原料纳米金刚石与去离子水混合物衆料，浓度0.88wt. %，通过1500r/min离 心5min，取上清液，冷冻干燥得到粒径均为~10nm的初选粉末。
[0047] 2、将纳米金刚石初选粉末经过1400°C真空处理0.5h，再将油酸、乙醇（质量比为1: 2)充分搅拌至完全混溶制得油酸改性剂，将经真空处理后的金刚石初选粉末加入油酸改进 剂(经真空处理后的金刚石初选粉末与油酸改进剂的质量比为1:200)中，置于80°C温度下 恒温超声发生器内分散20h，取出浆料多次洗涤过滤后放入烘箱中烘干，完全干燥后研磨得 到纳米金刚石/富勒稀颗粒。
[0048] 3、将纳米金刚石/富勒烯颗粒（占复合添加剂含量的20wt. %)，与磺酸钙（占复合 添加剂含量的40wt.%)、硫化烷基酚钙（占复合添加剂含量的15wt.%)、单挂丁二酰亚胺 (占复合添加剂含量的15wt. %)、2,6二叔丁基对甲酚（占复合添加剂含量的10wt. %)加入 高速乳化机混合，转速3000rpm，乳化时间60min，得到含纳米碳材料的润滑油添加剂。
[0049] 4、汽油机油在机械搅拌调合器内控制55°C预热，将含纳米碳材料的润滑油添加剂 加入，调合时间30min。
[0050] 图1为经步骤1制备得到的纳米金刚石初选粉末的透射电镜照片，观察图1可知，所 得纳米金刚石初选粉末的粒径为~l〇nm，满足设计要求。
[0051] 热处理过程对制备的纳米金刚石/富勒烯颗粒结构调控采用透射电镜分析，见图 2,证明该工艺可得到芯部金刚石表面包裹富勒烯的结构颗粒。
[0052]图3、4分别为制备得到的纳米金刚石/富勒稀颗粒的XRD及Raman谱图，由图可知， 所得纳米金刚石/富勒烯颗粒含有金刚石和石墨成分。
[0053] 对上述制备得到的含纳米碳材料的润滑油添加剂的柴油机油进行如下性能检测：
[0054] (1)采用NanoSight纳米颗粒追踪分析实时监测纳米金刚石/富勒稀颗粒在商业机 油中的布朗运动及团聚特征，见图5,证明其分散性和稳定性良好。
[0055] (2)Intertek作为国际权威检测机构和第三方公证行，对含有金刚石/富勒烯颗粒 添加剂的商业机油进行指标测试，测试结果见表1，表明加入添加剂后并没有破坏基础油的 基本性能。
[0056] (3)摩擦性能检测：利用UMT摩擦磨损试验机检测304不锈钢片表面在GCrl5球形成 的摩擦副之间的摩擦磨损情况，干磨过程造成不锈钢样品表面严重磨损，其平均摩擦系数 在0.35以上。长城牌SG级15W-40汽油机油介质下产生的摩擦系数基本在0.15左右。在摩擦 副界面引入含纳米碳材料添加剂的润滑油时，其摩擦系数进一步减小至0.32~0.33，摩擦 面磨损程度也随之降低。说明添加碳纳米材料可显著提高商业润滑油的减磨润滑作用。 [0057] 实施例2
[0058] 本实施例中，选用爆炸法制备纳米金刚石(彭碳科技有限公司）为原料，选择纳米 金刚石/石墨烯颗粒作为添加剂中核心纳米碳材料，与清净剂烷基水杨酸钙、分散剂双挂丁 二酰亚胺、黏度指数改进剂聚甲基丙烯酸酯调合制得添加剂。并将添加剂加入长城牌CH-4 15W_40(T400)柴油机油中机械搅拌调合，测试添加剂的分散性和稳定性，以及其作为润滑 油添加剂的摩擦学行为。
[0059] 该纳米碳材料润滑油添加剂具体制备方法如下：
[0000] 1、将原料纳米纳米金刚石衆料通过2000r/min离心5min，取上清液，冷冻干燥得到 粒径均为~8nm的初选粉末。
[0061 ] 2、将初选金刚石粉末经过600°C在大气环境下处理2h。
[0062] 3、按热处理后的纳米金刚石初选粉与重铬酸钾溶液比例l:3g/ml，将热处理后的 纳米金刚石初选粉加入lmol/L重铬酸钾溶液中，在70°C温度下进行氧化4h，然后抽滤，并用 蒸馏水洗涤至中性，完毕后在电烘箱中密闭条件下以80°C烘2h，得到开洞处理后的产物。 [0063] 4、按开洞处理后的产物与硬脂酸质量比为1:5的比例称取开洞处理后的产物和硬 脂酸，混合后加入2mol/L的硫酸溶液中超声分散2h，经回流和过滤处理，再用去离子水冲洗 至中性，在60°C下真空干燥，得到纳米金刚石/石墨烯颗粒。
[0064] 5、将纳米金刚石/石墨烯颗粒（占复合添加剂含量的40wt. % )，与烷基水杨酸钙 (占复合添加剂含量的30wt. % )、双挂丁二酰亚胺（占复合添加剂含量的15wt. % )、聚甲基 丙稀酸酯（占复合添加剂含量的15wt. %)加入高速乳化机混合，转速1500rpm，乳化时间 90min，得到一种含纳米碳材料的润滑油添加剂。
[0065] 6、基础油在机械搅拌调合器内控制55°C预热，将润滑油添加剂加入，调合时间 30min〇
[0066] 经透射电镜照片观察，证明初选金刚石粉末粒径为~8nm，满足设计要求。
[0067]热处理过程对制备的纳米金刚石/石墨烯颗粒结构调控采用透射电镜分析，证明 该工艺可得到芯部金刚石表面包裹石墨烯的结构颗粒。
[0068]经X射线衍射和拉曼光谱分析，证明制备的纳米金刚石/石墨烯颗粒含有金刚石和 石墨成分。
[0069] 对上述制备得到的含纳米碳材料的润滑油添加剂的柴油机油进行如下性能检测：
[0070] (1)采用NanoSight纳米颗粒追踪分析实时监测金刚石/石墨稀颗粒在商业机油中 的布朗运动及团聚特征，证明其分散性和稳定性良好。
[0071] (2) Intertek作为国际权威检测机构和第三方公证行，对含有金刚石/石墨烯颗粒 添加剂的商业机油进行指标测试，测试结果见表1，表明加入添加剂后并没有破坏基础油的 基本性能。
[0072] (3)摩擦性能检测：利用UMT摩擦磨损试验机检测304不锈钢片表面在GCrl5球形成 的摩擦副之间的摩擦磨损情况，干磨过程造成不锈钢样品表面严重磨损，其平均摩擦系数 在0.35以上。长城牌SG级15W-40汽油机油介质下产生的摩擦系数基本在0.15左右。在摩擦 副界面引入含纳米碳材料添加剂的润滑油时，其摩擦系数进一步减小至0.30~0.0.32范 围，摩擦面磨损程度也随之降低。说明添加碳纳米材料可显著提高商业润滑油的减磨润滑 作用。
[0073] 表 1
[0074]
[0075] 实施例3
[0076] 本实施例中，选用爆炸法制备纳米金刚石(彭碳科技有限公司）为原料，选择纳米 金刚石/富勒烯颗粒作为添加剂中核心纳米碳材料，与清净剂磺酸钙、分散剂硫磷化聚异丁 烯聚氧乙烯脂调合制得添加剂。并将添加剂加入长城牌SG级15W-40汽油机油中栗循环调 合，测试添加剂的分散性和稳定性，以及其作为润滑油添加剂的摩擦学行为。
[0077] 该纳米碳材料润滑油添加剂具体制备方法如下：
[0078] 1、将原料纳米纳米金刚石衆料通过2000r/min离心10min，取上清液，冷冻干燥得 到粒径均为~6nm的初选粉末。
[0079] 2、将初选金刚石粉末经过将初选金刚石粉末经过1500°C真空处理lh后再经硬脂 酸化学修饰得到纳米金刚石/富勒稀颗粒。
[0080] 3、将纳米金刚石/富勒烯颗粒（占复合添加剂含量的20wt. %)，与磺酸钙（占复合 添加剂含量的60wt. % )、硫磷化聚异丁稀聚氧乙稀脂（占复合添加剂含量的20wt. % )加入 高速乳化机混合，转速1500rpm，乳化时间90min，得到一种含纳米碳材料的润滑油添加剂。
[0081] 4、基础油在机械搅拌调合器内控制55°C预热，将润滑油添加剂加入，调合时间 30min〇
[0082] 经透射电镜照片观察，证明初选金刚石粉末粒径为~6nm，满足设计要求。
[0083]热处理过程对制备的纳米金刚石/富勒烯颗粒结构调控采用透射电镜分析，证明 该工艺可得到芯部金刚石表面包裹富勒烯的结构颗粒。
[0084] 经X射线衍射和拉曼光谱分析，证明制备的纳米金刚石/富勒烯颗粒含有金刚石和 石墨成分。
[0085] 对上述制备得到的含纳米碳材料的润滑油添加剂的汽油机油进行如下性能检测：
[0086] (1)采用NanoSight纳米颗粒追踪分析实时监测金刚石/富勒稀颗粒在商业机油中 的布朗运动及团聚特征，证明其分散性和稳定性良好。
[0087] (2)Intertek作为国际权威检测机构和第三方公证行，对含有金刚石/富勒烯颗粒 添加剂的商业机油进行指标测试，测试结果表明加入添加剂后并没有破坏基础油的基本性 能。
[0088] (3)摩擦性能检测：利用UMT摩擦磨损试验机检测304不锈钢片表面在GCrl5球形成 的摩擦副之间的摩擦磨损情况，干磨过程造成不锈钢样品表面严重磨损，其平均摩擦系数 在0.35以上。长城牌SG级15W-40汽油机油介质下产生的摩擦系数基本在0.15左右。在摩擦 副界面引入含纳米碳材料添加剂的润滑油时，其摩擦系数进一步减小至0.30~0.0.32范 围，摩擦面磨损程度也随之降低。说明添加碳纳米材料可显著提高商业润滑油的减磨润滑 作用。
[0089] 实施例4
[0090] 本实施例中，选用爆炸法制备纳米金刚石(彭碳科技有限公司）为原料，选择纳米 金刚石/石墨烯颗粒作为添加剂中核心纳米碳材料，与清净剂烷基水杨酸钙、分散剂硫磷化 聚异丁烯聚氧乙烯脂调合制得添加剂。并将添加剂加入长城牌CF-4 15W-40(T300)柴油机 油中栗循环调合，测试添加剂的分散性和稳定性，以及其作为润滑油添加剂的摩擦学行为。 [0091 ]该纳米碳材料润滑油添加剂具体制备方法如下：
[0092] 1、将原料纳米纳米金刚石衆料通过2000r/min离心10min，取上清液，冷冻干燥得 到粒径均为~6nm的初选粉末。
[0093] 2、初选金刚石粉末经过650°C在大气环境下处理2h后，经过混合酸(浓硫酸与浓硝 酸的体积比3:1)开洞处理，再进行表面硬脂酸化学修饰得到纳米金刚石/石墨烯颗粒。 [0094] 3、将纳米金刚石/石墨烯颗粒（占复合添加剂含量的10wt. % )，与烷基水杨酸钙 (占复合添加剂含量的60wt. % )、硫磷化聚异丁烯聚氧乙烯脂（占复合添加剂含量的 30wt. % )加入高速乳化机混合，转速lOOOrpm，乳化时间90min，得到一种含纳米碳材料的润 滑油添加剂。
[0095] 4、基础油在机械搅拌调合器内控制60°C预热，将润滑油添加剂加入，调合时间 60min〇
[0096] 经透射电镜照片观察，证明初选金刚石粉末粒径为~6nm，满足设计要求。
[0097]热处理过程对制备的纳米金刚石/石墨烯颗粒结构调控采用透射电镜分析，证明 该工艺可得到芯部金刚石表面包裹三维石墨烯的结构颗粒。
[0098]经X射线衍射和拉曼光谱分析，证明制备的纳米金刚石/石墨烯颗粒含有金刚石和 石墨成分。
[0099] 对上述制备得到的含纳米碳材料的润滑油添加剂的柴油机油进行如下性能检测：
[0100] (1)采用NanoSight纳米颗粒追踪分析实时监测金刚石/石墨稀颗粒在商业机油中 的布朗运动及团聚特征，证明其分散性和稳定性良好。
[0101] (2) Intertek作为国际权威检测机构和第三方公证行，对含有金刚石/石墨烯颗粒 添加剂的商业机油进行指标测试，测试结果表明加入添加剂后并没有破坏基础油的基本性 能。
[0102] (3)摩擦性能检测：利用UMT摩擦磨损试验机检测45钢片表面在GCrl5球形成的摩 擦副之间的摩擦磨损情况，干磨过程造成不锈钢样品表面严重磨损，其平均摩擦系数在 0.35以上。长城牌SG级15W-40汽油机油介质下产生的摩擦系数基本在0.15左右。在摩擦副 界面引入含纳米碳材料添加剂的润滑油时，其摩擦系数进一步减小至0.30~0.0.32范围， 摩擦面磨损程度也随之降低。说明添加碳纳米材料可显著提高商业润滑油的减磨润滑作 用。
[0103] 实施例5
[0104] 本实施例中，选用爆炸法制备纳米金刚石(彭碳科技有限公司）为原料，选择纳米 金刚石/富勒烯颗粒作为添加剂中核心纳米碳材料，与清净剂烷基水杨酸钙、极压抗磨剂磷 酸酯调合制得添加剂。并将添加剂加入美孚牌黑霸王15W-40重负荷机油中管道调合，测试 添加剂的分散性和稳定性，以及其作为润滑油添加剂的摩擦学行为。
[0105] 该纳米碳材料润滑油添加剂具体制备方法如下：
[0106] 1、将原料纳米纳米金刚石衆料通过3000r/min离心5min，取上清液，冷冻干燥得到 粒径均为~5nm的初选粉末。
[0107] 2、将初选金刚石粉末经过将初选金刚石粉末经过1550°C真空处理0.5h后，再进行 表面硬脂酸化学修饰，得到纳米金刚石/富勒烯颗粒。
[0108] 3、将纳米金刚石/富勒烯颗粒（占复合添加剂含量的80wt. % )，与烷基水杨酸钙 (占复合添加剂含量的5wt. %)、磷酸酯（占复合添加剂含量的15wt. %)加入高速乳化机混 合，转速1500rpm，乳化时间90min，得到一种含纳米碳材料的润滑油添加剂。
[0109] 4、基础油在机械搅拌调合器内控制55°C预热，将润滑油添加剂加入，调合时间 30min〇
[0110] 经透射电镜照片观察，证明初选金刚石粉末粒径为~5nm，满足设计要求。
[0111]热处理过程对制备的金刚石/富勒烯颗粒结构调控采用透射电镜分析，证明该工 艺可得到芯部为金刚石，表面包裹富勒烯的结构颗粒。
[0112] 经X射线衍射和拉曼光谱分析，证明制备的金刚石/富勒烯颗粒含有金刚石和石墨 成分。
[0113] 对上述制备得到的含纳米碳材料的润滑油添加剂的机油进行如下性能检测：
[0114] (1)采用NanoSight纳米颗粒追踪分析实时监测金刚石/富勒稀颗粒在商业机油中 的布朗运动及团聚特征，证明其分散性和稳定性良好。
[0115] (2)Intertek作为国际权威检测机构和第三方公证行，对含有金刚石/富勒烯颗粒 添加剂的商业机油进行指标测试，测试结果表明加入添加剂后并没有破坏基础油的基本性 能。
[0116] (3)摩擦性能检测:利用UMT摩擦磨损试验机检测45钢片表面在GCrl5球形成的摩 擦副之间的摩擦磨损情况，在重载作用下，干磨过程造成不锈钢样品表面严重磨损，其平均 摩擦系数在0.62以上。美孚牌黑霸王15W-40重负荷机油介质下产生的摩擦系数基本在0.47 左右。在摩擦副界面引入含纳米碳材料添加剂的润滑油时，其摩擦系数进一步减小至0.37 ~0.0.39范围，摩擦面磨损程度也随之降低。说明添加碳纳米材料可显著提高商业润滑油 的减磨润滑作用。
[0117] 实施例6
[0118] 本实施例中，选用爆炸法制备纳米金刚石(彭碳科技有限公司）为原料，选择纳米 金刚石/石墨烯颗粒作为添加剂中核心纳米碳材料，与清净剂烷基水杨酸钙、分散剂单挂丁 二酰亚胺、极压抗磨剂氯化石蜡调合制得添加剂。并将添加剂加入美孚牌黑霸王15W-40重 负荷机油中管道调合，测试添加剂的分散性和稳定性，以及其作为润滑油添加剂的摩擦学 行为。
[0119]该纳米碳材料润滑油添加剂具体制备方法如下：
[0120] 1、将原料纳米纳米金刚石衆料通过3000r/min离心5min，取上清液，冷冻干燥得到 粒径均为~5nm的初选粉末。
[0121] 2、将初选金刚石粉末经过500°C在大气环境下处理1.5h，经过氢氧化钠开洞处理， 再经表面硬脂酸化学修饰得到纳米金刚石/石墨烯颗粒。
[0122] 3、将纳米金刚石/石墨烯颗粒（占复合添加剂含量的60wt. % )，与烷基水杨酸钙 (占复合添加剂含量的15wt.%)、单挂丁二酰亚胺（占复合添加剂含量的10wt.%)、氯化石 錯（占复合添加剂含量的15wt. % )加入高速乳化机混合，转速3000rpm，乳化时间70min，得 到一种含纳米碳材料的润滑油添加剂。
[0123] 4、基础油在机械搅拌调合器内控制60°C预热，将润滑油添加剂加入，调合时间 45min〇
[0124] 经透射电镜照片观察，证明初选金刚石粉末粒径为~5nm，满足设计要求。
[0125] 热处理过程对制备的纳米金刚石/石墨烯颗粒结构调控采用透射电镜分析，证明 该工艺可得到芯部金刚石表面包裹三维石墨烯的结构颗粒。
[0126] 经X射线衍射和拉曼光谱分析，证明制备的金刚石/石墨烯颗粒含有金刚石和石墨 成分。
[0127] 对上述制备得到的含纳米碳材料的润滑油添加剂的机油进行如下性能检测：
[0128] (1)采用NanoSight纳米颗粒追踪分析实时监测金刚石/石墨稀颗粒在商业机油中 的布朗运动及团聚特征，证明其分散性和稳定性良好。
[0129] (2)Intertek作为国际权威检测机构和第三方公证行，对含有金刚石/石墨烯颗粒 添加剂的商业机油进行指标测试，测试结果表明加入添加剂后并没有破坏基础油的基本性 能。
[0130] (3)摩擦性能检测：利用UMT摩擦磨损试验机检测304不锈钢片表面在GCrl5球形成 的摩擦副之间的摩擦磨损情况，在重载作用下，干磨过程造成不锈钢样品表面严重磨损，其 平均摩擦系数在0.62以上。美孚牌黑霸王15W-40重负荷机油介质下产生的摩擦系数基本在 0.47左右。在摩擦副界面引入含纳米碳材料添加剂的润滑油时，其摩擦系数进一步减小至 0.39~0.42范围，摩擦面磨损程度也随之降低。说明添加碳纳米材料可显著提高商业润滑 油的减磨润滑作用。
【主权项】
1. 一种含纳米碳材料的润滑油添加剂，其特征在于，按质量百分比计，所述润滑油添加 剂的原料组成包括： 纳米碳材料 10~lOOwt.%; 助剂 0~90wt.%; 所述的纳米碳材料为纳米金刚石/富勒締颗粒或纳米金刚石/石墨締颗粒； 所述的助剂包括清净剂、分散剂、抗氧剂、极压抗磨剂或黏度指数改进剂。2. 根据权利要求1所述的含纳米碳材料的润滑油添加剂，其特征在于，所述纳米碳材料 的制备方法如下： 步骤A)、将纳米金刚石与水混合得到浆料，经离屯、、干燥后得到粒径《lOnm的纳米金刚 石初选粉； 步骤B)、步骤A)制备的纳米金刚石初选粉经热处理后，再经表面改性处理，得到纳米碳 材料； 所述的表面改性处理W油酸或硬脂酸为改性剂。3. 根据权利要求2所述的含纳米碳材料的润滑油添加剂，其特征在于，所述的纳米碳材 料为纳米金刚石/富勒締颗粒，热处理条件为： 1000~1600 °C真空热处理0.5~化； 所述的纳米碳材料为纳米金刚石/石墨締颗粒，热处理条件为： 400~600 °C大气环境下热处理2~化。4. 根据权利要求3所述的含纳米碳材料的润滑油添加剂，其特征在于，所述的纳米碳材 料为纳米金刚石/石墨締颗粒，经热处理后依次进行开桐处理、表面改性处理； 所述的开桐处理W重铭酸钟、浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸或氨氧化钢为处理剂。5. 根据权利要求1~4任一权利要求所述的含纳米碳材料的润滑油添加剂，其特征在 于，所述的纳米金刚石为粉末状，由爆炸法制备得到； 所述浆料中纳米金刚石的浓度为0.88wt. %，浆料经1500~3000巧m离屯、5~30min后， 取上清液再进行冷冻干燥。6. 根据权利要求1所述的含纳米碳材料的润滑油添加剂，其特征在于，所述润滑油添加 剂的原料组成包括： 纳米碳材料 10~80wt.%; 清净剂 0~90wt.%; 分散剂 0~90wt.%; 抗氧剂 0~90wt.%; 极皮抗磨剂 0~90wt.%; 黏度指数改进剂 0~90wt.%。7. 根据权利要求6所述的含纳米碳材料的润滑油添加剂，其特征在于，所述的清净剂包 括横酸盐、水杨酸盐、酪盐或环烧酸盐中的至少一种； 分散剂包括聚异下締下二酷亚胺、聚异下締下二酸醋、硫憐化聚异下締聚氧乙締脂或 环节胺中的至少一种； 抗氧剂包括酪型或胺型中的至少一种； 极压抗磨剂包括含氯极压抗磨剂、含硫极压抗磨剂或含憐极压抗磨剂； 黏度指数改进剂包括聚甲基丙締酸醋、締控共聚物或氨化苯乙締-双締共聚物的至少 一种。8. 根据权利要求7所述的含纳米碳材料的润滑油添加剂，其特征在于，所述润滑油添加 剂的原料组成包括： 如米金刚石/富勒帰颗粒20~80wt.%; 巧。剂 0~80wt.%; 分散剂 0~80wL〇/〇; 抗勒剂 0~80wt.%; 极压抗磨剂 0~80wt.%; 黏度指数改进剂 0~80wt.%。9. 根据权利要求7所述的含纳米碳材料的润滑油添加剂，其特征在于，所述润滑油添加 剂的原料组成包括： 纳米金刚石/石墨稀颗粒10~60wt.% ； 清净剂 0~90wt.%; 分散剂 0~90wt.%; 抗氧剂 0~9(Κν L %; 极压抗磨剂 0~90wt.%; 黏度指数改进剂 0~90wt.%。10. -种根据权利要求1~9任一权利要求所述的含纳米碳材料的润滑油添加剂的制备 方法，其特征在于，所述的润滑油添加剂由纳米碳材料与各助剂经调合工艺制备得到； 所述的调合工艺采用工业级高压均质机或高速乳化机，角速度为1000~3000rpm，时间 为20~120min。
【文档编号】C10N10/04GK105969481SQ201610287326
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】刘奕, 黄晶, 陈秀勇, 所新坤, 龚永锋, 周平, 李华
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所