1.本发明属于润滑油的技术领域，提供了一种具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油及制备方法。
背景技术：
2.润滑油是机械运转的血液，在现代机械设备运转中有着关键作用，性能优良的润滑油可以充分润滑机械设备，减少摩擦和磨损、降低能源消耗、提高机械效率、延长机械设备使用寿命。润滑油的摩擦等性能很大程度上取决于添加剂的性能，因此润滑油添加剂是制约润滑油性能的重要因素。润滑油在重载环境下使用时，容易被挤出摩擦副之间，造成润滑油失效，出现机械卡咬。通过在润滑油中添加极压抗磨剂，不仅可改善基础油摩擦学性能，减少摩擦副之间的摩擦阻力，降低磨损和擦伤，还可提高润滑油的承载能力，使润滑油在高荷载环境下仍能保持良好的润滑作用。极压抗磨剂中，无机层状材料因具有良好的极压、抗磨、减摩等特点，在实际润滑工作中受到重视。其中，层状磷酸锆材料具有良好的化学稳定性、热稳定性和机械强度，与传统的石墨和二硫化钼添加剂相比，在较高荷载下具有更好的承载能力和抗磨性能，同时，层状磷酸锆作为一种廉价的合成材料，其成本低，制备工艺较为成熟，原料易得。因此，层状磷酸锆作为极压抗磨剂用于润滑油具有很大的发展潜力。然而，层状磷酸锆因其具有亲水性，在基础油中的分散性差，易团聚，影响其极压抗磨能力的发挥，限制了其在润滑油中的实际应用，因此对层状磷酸锆进行改性具有重要意义。
3.中国发明专利申请号201310221283.8公开了一种含有离子交换型磷酸锆盐添加剂的润滑脂及其制备方法。润滑脂的质量份数组成为：基础润滑脂100.0份，离子交换型磷酸锆盐材料1.0-10.0份，抗氧剂0.05-5.0份，防锈剂0-6.0份。其制备方法是将基础润滑脂、离子交换型磷酸锆盐材料、抗氧剂和防锈剂在室温-200℃下搅拌混合1-10h，利用三辊机或高压均质机研磨均化0.5-3h使之均匀，制得具有良好极压抗磨减摩性能润滑脂。
技术实现要素：
4.可见，层状磷酸锆具有在润滑油中分散性差的缺陷，鉴于此，本发明提出一种具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油及制备方法，通过采用磷酰胺插层改性层状磷酸锆作为润滑油的极压抗磨添加剂，不仅可提高层状磷酸锆在润滑油中的分散性，还可进一步提高润滑油的承载能力。
5.为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：首先，本发明提供了一种具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油，包括基础油100重量份、抗氧剂0.3~2重量份、防锈剂0.5~5重量份、极压抗磨剂0.5~2重量份。所述极压抗磨剂为磷酰胺插层层状磷酸锆。
6.所述基础油可选择各种常用的矿物基础油或合成基础油。所述合成基础油包括但不限于合成碳氢基础油。优选的，所述合成碳氢基础油包括但不限于聚α烯烃、烷基苯、聚丁烯中的一种或几种。
7.所述抗氧剂可选择各种常用于润滑油的抗氧剂。优选的，所述抗氧剂包括但不限于 2,4,6
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三叔丁基苯酚、2,6
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二叔丁基
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壬基酚、2,6
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二叔丁基对甲酚、异辛基
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羟基苯基 ) 丙酸酯、β-(3,5
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二叔丁基
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羟基苯基 ) 丙酸异辛醇酯、β-(3,5-二叔丁基
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4-羟基苯基 )丙酸正十八碳醇酯中的一种或几种。
8.所述防锈剂可选择各种常用于润滑油的防锈剂。优选的，所述防锈剂为咪唑啉类防锈剂。进一步优选的，所述咪唑啉类防锈剂包括但不限于硬脂酸基咪唑啉、油酸基咪唑啉、棕榈酸基咪唑啉、硫脲基咪唑啉、十七烯基咪唑啉、苯并三氮唑基咪唑啉、1-（2-羟乙基）-2-烷基咪唑啉中的一种或几种。
9.层状磷酸锆用作润滑油添加剂，可提高润滑油的承载能力，其原理在于：层状磷酸锆具有多层结构，层与层之间通过范德华力连接，在剪切力作用下易滑动剥离，而层内原子间通过共价键连接，结构稳定。润滑油用于高荷载环境时，润滑油易被挤出摩擦副之间，此时，层状磷酸锆可在摩擦副之间沉积下来，在剪切力作用下剥离成为单层膜层，该膜层可良好地吸附于摩擦副表面，形成连续的保护膜，防止摩擦副之间的直接接触，因而在润滑油被挤出后可继续发挥润滑作用。
10.但是，层状磷酸锆在润滑油中分散性差，易发生团聚，团聚后的磷酸锆不易进入摩擦副之间，也不易剥离形成连续均匀的保护膜，大大降低极压抗磨效果。现有技术多采用对层状磷酸锆进行表面改性，通过在其表面引入亲有机基团，改善层状磷酸锆在润滑油中的分散性。虽然这种改性方法能提高层状磷酸锆在润滑油中的分散性，但是，由于层状磷酸锆的表面由亲水性变成了亲油性，不利于剥离形成的磷酸锆膜层在摩擦副表面的吸附，在不断剪切作用下，保护膜易脱落或移出摩擦副之间，从而失去效果。
11.本发明创造性地采用插层改性层状磷酸锆作为润滑油的极压抗磨剂，其优势是多方面的：第一，通过插层改性引入有机基团，可改善层状磷酸锆在润滑油中的分散性；第二，插层改性对层状磷酸锆的表面影响很小，当层状磷酸锆在摩擦副之间沉积时，剥离形成的单层膜层可良好地吸附于摩擦副表面；第三，通过插层改性可增大层状磷酸锆的层间距，使层间范德华力减小，更易剥离形成连续均匀的保护膜。
12.更进一步的，本发明采用磷酰胺插层改性层状磷酸锆，磷酰胺本身也是一种极压抗磨添加剂，可与层状磷酸锆共同提高润滑油的极压抗磨性能。在本发明方案中，磷酰胺在润滑油中发挥两个作用：第一，在磷酰胺插层层状磷酸锆进入摩擦副之间以前，磷酰胺存在于磷酸锆的片层间，其有机链段部分可提高磷酸锆在润滑油中的分散性，防止层状磷酸锆团聚；第二，在磷酰胺插层层状磷酸锆进入摩擦副之间以后，随着层状磷酸锆被剪切剥离成为单层膜层，磷酰胺被释放出来，磷酰胺本身可提高润滑油的极压抗磨性能，因而可进一步提高润滑油的承载能力。
13.然后，本发明提供了一种具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油的制备方法，包括以下制备步骤：（1）将1,6-己二胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌20~30min，然后加入层状磷酸锆，继续搅拌90~120min，再停止加热，静置1~2天，抽滤，用无水乙醇洗涤3~5次，自然干燥，得到己二胺预插层层状磷酸锆；（2）将磷酰胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌20~30min，然后加入步骤（1）制得的己二胺预插层层状磷酸锆，继续搅拌30~50min，恒温振荡处理4~6天，再停止
加热，静置2~4天，抽滤，用无水乙醇洗涤3~5次，冷冻干燥，得到磷酰胺插层层状磷酸锆；（3）将步骤（2）制得的磷酰胺插层层状磷酸锆、抗氧剂、防锈剂加入基础油中，搅拌10~30min，再超声分散5~20min，得到具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油。
14.由于磷酰胺分子较大，不易直接插层进入层状磷酸锆的片层间。较小的胺类可以克服磷酸锆层与层之间的相互作用力，从而插入层间空隙中，将层板撑开，层间距扩大，实现预插层。预插层有利于后续较大的分子顺利地插层进入层间，以获得具有特殊结构的插层复合材料。因此，本发明采用两步插层法制备磷酰胺插层层状磷酸锆。
15.优选的，步骤（1）中，所述加热的温度为50~55℃。
16.优选的，步骤（1）中，各原料的用量为，去离子水100重量份、1,6-己二胺8~10重量份、层状磷酸锆1~2重量份。
17.优选的，步骤（2）中，所述加热的温度为60~65℃。
18.优选的，步骤（2）中，各原料的用量为，去离子水100重量份、磷酰胺4~6重量份、己二胺预插层层状磷酸锆1~2重量份。
19.优选的，步骤（3）中，各原料的用量为，极压抗磨剂0.5~2重量份、抗氧剂0.3~2重量份、防锈剂0.5~5重量份、基础油100重量份。
20.本发明提供了一种具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本发明通过采用磷酰胺插层改性层状磷酸锆，可提高磷酸锆在润滑油中的分散性，防止层状磷酸锆团聚而不易进入摩擦副之间或不易剥离成膜，有利于层状磷酸锆发挥良好的极压抗磨作用。
21.2.本发明采用插层改性，对层状磷酸锆的表面影响很小，有利于磷酸锆膜层良好地吸附于摩擦副表面，防止膜层脱落或移出摩擦副之间。
22.3.本发明通过插层改性，可增大层状磷酸锆的层间距，使其更易剥离形成连续均匀的保护膜。
23.4.本发明采用磷酰胺插层改性层状磷酸锆，磷酰胺可与磷酸锆共同提高润滑油的极压抗磨性能，可进一步提高润滑油的承载能力。
24.5.本发明的制备方法较为简单，操作容易，制备成本低。
具体实施方式
25.一种具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油，包括基础油100重量份、抗氧剂0.3~2重量份、防锈剂0.5~5重量份、极压抗磨剂0.5~2重量份。其中：所述极压抗磨剂为磷酰胺插层层状磷酸锆。
26.所述基础油的选择范围较广，可选择常用的矿物基础油或合成基础油。所述合成基础油包括但不限于合成碳氢基础油；所述合成碳氢基础油包括但不限于聚α烯烃、烷基苯、聚丁烯中的一种或几种。
27.所述抗氧剂的选择范围较广，常用的润滑油抗氧剂均可用于本发明方案中。所述抗氧剂包括但不限于 2,4,6
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三叔丁基苯酚、2,6
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二叔丁基
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壬基酚、2,6
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二叔丁基对甲酚、异辛基
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3-(3,5 二叔丁基
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羟基苯基 ) 丙酸酯、β-(3,5
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羟基苯基 ) 丙酸异辛醇酯、β-(3,5-二叔丁基
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4-羟基苯基 )丙酸正十八碳醇酯中的一种或几
种。
28.类似的，所述防锈剂的选择范围也较广，常用的润滑油防锈剂均可用于本发明方案中。所述防锈剂为咪唑啉类防锈剂；所述咪唑啉类防锈剂包括但不限于硬脂酸基咪唑啉、油酸基咪唑啉、棕榈酸基咪唑啉、硫脲基咪唑啉、十七烯基咪唑啉、苯并三氮唑基咪唑啉、1-（2-羟乙基）-2-烷基咪唑啉中的一种或几种。
29.为说明本发明方案的润滑油的制备方法，下面以聚α烯烃（pao-6）作为基础油对本发明方案进行进一步说明。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
30.实施例1（1）将1,6-己二胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌22min，然后加入层状磷酸锆，继续搅拌100min，再停止加热，静置1天，抽滤，用无水乙醇洗涤4次，自然干燥，得到己二胺预插层层状磷酸锆；加热的温度为51℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、1,6-己二胺8.5重量份、层状磷酸锆1.2重量份；（2）将磷酰胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌22min，然后加入步骤（1）制得的己二胺预插层层状磷酸锆，继续搅拌35min，恒温振荡处理4天，再停止加热，静置3天，抽滤，用无水乙醇洗涤3次，冷冻干燥，得到磷酰胺插层层状磷酸锆；加热的温度为61℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、磷酰胺4.5重量份、己二胺预插层层状磷酸锆1.2重量份；（3）将步骤（2）制得的磷酰胺插层层状磷酸锆、抗氧剂、防锈剂加入pao-6中，搅拌15min，再超声分散10min，得到具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油；抗氧剂为2,4,6
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三叔丁基苯酚；防锈剂为油酸基咪唑啉；各原料的用量为，极压抗磨剂0.5重量份、抗氧剂0.3重量份、防锈剂0.5重量份、pao-6 100重量份。
31.实施例2（1）将1,6-己二胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌28min，然后加入层状磷酸锆，继续搅拌110min，再停止加热，静置2天，抽滤，用无水乙醇洗涤5次，自然干燥，得到己二胺预插层层状磷酸锆；加热的温度为54℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、1,6-己二胺9.5重量份、层状磷酸锆1.8重量份；（2）将磷酰胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌28min，然后加入步骤（1）制得的己二胺预插层层状磷酸锆，继续搅拌45min，恒温振荡处理5天，再停止加热，静置4天，抽滤，用无水乙醇洗涤4.5次，冷冻干燥，得到磷酰胺插层层状磷酸锆；加热的温度为64℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、磷酰胺5.5重量份、己二胺预插层层状磷酸锆1.8重量份；（3）将步骤（2）制得的磷酰胺插层层状磷酸锆、抗氧剂、防锈剂加入pao-6中，搅拌25min，再超声分散15min，得到具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油；抗氧剂为2,4,6
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三叔丁基苯酚；防锈剂为油酸基咪唑啉；各原料的用量为，极压抗磨剂0.8重量份、抗氧剂0.8重量份、防锈剂1重量份、pao-6 100重量份。
32.实施例3（1）将1,6-己二胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌20min，然后加入层状磷酸锆，继续搅拌90min，再停止加热，静置1天，抽滤，用无水乙醇洗涤3次，自然干燥，
得到己二胺预插层层状磷酸锆；加热的温度为50℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、1,6-己二胺8重量份、层状磷酸锆1重量份；（2）将磷酰胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌20min，然后加入步骤（1）制得的己二胺预插层层状磷酸锆，继续搅拌30min，恒温振荡处理4天，再停止加热，静置2天，抽滤，用无水乙醇洗涤3次，冷冻干燥，得到磷酰胺插层层状磷酸锆；加热的温度为60℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、磷酰胺4重量份、己二胺预插层层状磷酸锆1重量份；（3）将步骤（2）制得的磷酰胺插层层状磷酸锆、抗氧剂、防锈剂加入pao-6中，搅拌10min，再超声分散5min，得到具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油；抗氧剂为2,4,6
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三叔丁基苯酚；防锈剂为油酸基咪唑啉；各原料的用量为，极压抗磨剂1.2重量份、抗氧剂2重量份、防锈剂2重量份、pao-6 100重量份。
33.实施例4（1）将1,6-己二胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌30min，然后加入层状磷酸锆，继续搅拌120min，再停止加热，静置2天，抽滤，用无水乙醇洗涤5次，自然干燥，得到己二胺预插层层状磷酸锆；加热的温度为55℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、1,6-己二胺10重量份、层状磷酸锆2重量份；（2）将磷酰胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌30min，然后加入步骤（1）制得的己二胺预插层层状磷酸锆，继续搅拌50min，恒温振荡处理6天，再停止加热，静置4天，抽滤，用无水乙醇洗涤5次，冷冻干燥，得到磷酰胺插层层状磷酸锆；加热的温度为65℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、磷酰胺6重量份、己二胺预插层层状磷酸锆2重量份；（3）将步骤（2）制得的磷酰胺插层层状磷酸锆、抗氧剂、防锈剂加入pao-6中，搅拌30min，再超声分散20min，得到具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油；抗氧剂为2,6
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二叔丁基对甲酚；防锈剂为硫脲基咪唑啉；各原料的用量为，极压抗磨剂1.5重量份、抗氧剂1.5重量份、防锈剂3重量份、pao-6 100重量份。
34.实施例5（1）将1,6-己二胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌25min，然后加入层状磷酸锆，继续搅拌105min，再停止加热，静置2天，抽滤，用无水乙醇洗涤4次，自然干燥，得到己二胺预插层层状磷酸锆；加热的温度为52℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、1,6-己二胺9重量份、层状磷酸锆1.5重量份；（2）将磷酰胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌25min，然后加入步骤（1）制得的己二胺预插层层状磷酸锆，继续搅拌40min，恒温振荡处理5天，再停止加热，静置3天，抽滤，用无水乙醇洗涤4次，冷冻干燥，得到磷酰胺插层层状磷酸锆；加热的温度为62℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、磷酰胺5重量份、己二胺预插层层状磷酸锆1.5重量份；（3）将步骤（2）制得的磷酰胺插层层状磷酸锆、抗氧剂、防锈剂加入pao-6中，搅拌20min，再超声分散15min，得到具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油；抗氧剂为2,6
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二叔丁基对甲酚；防锈剂为硫脲基咪唑啉；各原料的用量为，极压抗磨剂1.8重量份、抗氧剂2重量份、防锈剂5重量份、pao-6 100重量份。
35.实施例6（1）将1,6-己二胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌26min，然后加入层状磷酸锆，继续搅拌100min，再停止加热，静置2天，抽滤，用无水乙醇洗涤3次，自然干燥，得到己二胺预插层层状磷酸锆；加热的温度为54℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、1,6-己二胺9重量份、层状磷酸锆1.6重量份；（2）将磷酰胺加入去离子水中，加热至一定温度，并恒温搅拌26min，然后加入步骤（1）制得的己二胺预插层层状磷酸锆，继续搅拌42min，恒温振荡处理5天，再停止加热，静置4天，抽滤，用无水乙醇洗涤4次，冷冻干燥，得到磷酰胺插层层状磷酸锆；加热的温度为2℃；各原料的用量为，去离子水100重量份、磷酰胺5重量份、己二胺预插层层状磷酸锆1.4重量份；（3）将步骤（2）制得的磷酰胺插层层状磷酸锆、抗氧剂、防锈剂加入pao-6中，搅拌18min，再超声分散14min，得到具有良好分散性和极压抗磨性的润滑油；抗氧剂为2,6
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二叔丁基对甲酚；防锈剂为硫脲基咪唑啉；各原料的用量为，极压抗磨剂2重量份、抗氧剂1.2重量份、防锈剂3重量份、pao-6 100重量份。
36.对比例1制备过程中，未对层状磷酸锆进行改性，而是直接将层状磷酸锆、2,6
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二叔丁基对甲酚、硫脲基咪唑啉加入pao-6中制备润滑油，其他制备条件与实施例6一致。
37.对比例2制备过程中，层状磷酸锆与磷酰胺未形成插层复合物，而是直接将层状磷酸锆、磷酰胺、2,6
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二叔丁基对甲酚、硫脲基咪唑啉加入pao-6中制备润滑油，其他制备条件与实施例6一致。
38.性能测试：（1）分散稳定性测试：测试环境为室内大气条件、相对湿度为25~30%、温度为20~25℃，将本发明实施例6得到的磷酰胺插层改性层状磷酸锆以及未进行任何改性的层状磷酸锆分别加入pao-6基础油中，添加质量浓度均为2%；将样品静置一周，利用紫外-可见分光光度计测试静置前后的吸光度，以静置后的吸光度与静置前的吸光度之比计算相对浓度；相对浓度越高，表示极压抗磨剂在基础油中的分散稳定性越好；结果显示：实施例6制得的极压抗磨剂在基础油中的相对浓度为0.91，而未改性的层状磷酸锆在基础油中的相对浓度仅为0.45。可见，本发明制得的极压抗磨剂在润滑油中具有良好的分散稳定性。
39.（2）摩擦磨损测试：采用optimal srv-iv微动摩擦磨损试验机，试球为φ10mm gcr15钢球，下试盘为φ24mm
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7.9mm的gcr15轴承钢盘，试样维氏硬度为hv650；将试样清洗后，室内大气条件、相对湿度为25~30%、温度为20~25℃的环境下进行测试，频率为20℃，往复振幅为1mm；利用滴管在球盘接触区域滴加2滴将本发明实施例1~6及对比例1~2制得的润滑油样品，测试润滑油的极压性，得到最大无卡咬负荷（pb）；然后在200n的荷载下，进行30min的摩擦试验，进一步测试得到摩擦系数；上述测试均重复3次计算平均值。每次摩擦试验结束后，利用光学显微镜测量磨斑直径，并计算平均值。所得数据如表1所示。
40.表1：