一种含有纳米钻石烯的润滑油添加剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米粒子添加剂领域，具体涉及一种含有纳米钻石烯的润滑油添加剂 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 润滑油起到降低摩擦、减少磨损、冷却降温、防止腐蚀、传递动力、减震、绝缘、清 洗、密封等作用，润滑油可减少摩擦表面间的摩擦力或其它表面破坏形式的作用，降低摩擦 带来的能量消耗和环境污染，因此润滑油被称为机械运转的血液。良好的润滑油不但要有 很好的动力性、经济性和安全性，还要有低粘度、低摩擦、低阻力、寿命长、毒性低、气味小、 颜色浅、灰分小、使用时限较长、可循环利用、环境友好型等特点。
[0003] 通常情况下，润滑油是由70%-95%的润滑油基础油与5%-30%的各类添加剂组成。润 滑油基础油为主要成分，对润滑油的基本性质起决定性作用；添加剂是润滑油的重要组成 部分，可以弥补润滑油基础油性能的不足，改善润滑油性能。
[0004] ZDDP具有抗氧、抗腐和抗磨的特性，被广泛用于发动机油、抗磨液压油、工业齿轮 油等油品中。由于ZDDP是有灰型的润滑油添加剂，排气中会产生粒状物质的灰分，而环保法 规对粒状物质要求加以限制，使得ZDDP的应用受到限制。
[0005] 目前，高中档润滑油添加剂均为液态的含硫、磷、氯和萜的有机衍生物，它们都具 有较好的润滑性能。但由于该类添加剂为不耐高温，不耐挤压的有机物，其寿命短且会造成 环境污染，因此开发环境友好型润滑油添加剂的研究受到广泛关注。
[0006] 在过去的几十年中，纳米颗粒由于其特殊性能和尺度效应被广泛应用在润滑油添 加剂的制备中，纳米颗粒可以降低摩擦阻力，并减少机械部件在运行时的磨损，所以纳米粒 子作为润滑油添加剂的研究更是成为焦点之一。然而目前市场销售用于润滑油剂中的纳米 颗粒存在以下缺陷，一是纳米颗粒的改性不彻底，造成分散困难、分散浓度不高，纳米颗粒 容易沉淀析出；二是应用不方便，直接把纳米颗粒加入润滑油中时，用普通的机械搅拌时颗 粒分布不均匀，造成润滑油的外观透明度差，需要配合均质机、超声波和胶体磨等辅助设备 来分散，然而这些辅助设备的产能低、成本高，加工出的成品润滑油稳定性不理想，不利于 大规模工业化推广使用。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种能够提高润滑油的摩擦性能、对油性体系亲和力、悬 浮稳定性的含有纳米钻石烯的润滑油添加剂，提供该含有纳米钻石烯的润滑油添加剂的制 备方法则是本发明的另一个目的。
[0008] 基于上述目的，本发明采用以下技术方案:一种含有纳米钻石烯的润滑油添加剂， 由纳米钻石烯、分散剂和润滑油基础油制备而成，纳米钻石烯:分散剂:润滑油基础油的重 量比为(2~10):(0~7):85。
[0009] 优选地，纳米钻石烯:分散剂:润滑油基础油的重量比为10:5:85。
[0010] 进一步地，所述纳米钻石烯为层片状单晶结构，同一片层的碳原子之间为sp3轨道 杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为SP 2杂化碳键连接，C含量为99~100%，晶格间距 为0.21nm;粒径为R，20 < R < 500nm。纳米钻石稀具有硬度高、耐磨性好、颗粒细小且分布均 匀(粒径为20~500nm)、比表面积大、吸附性强、表面活性高、无毒无害、无污染、耐高温、化学 性质稳定等特点，是十分理想的润滑油添加剂。
[0011] 本发明采用兼具纳米颗粒与钻石烯的双重性质的纳米钻石烯作为原料，使得润滑 油添加剂具有较好的润滑效果。纳米钻石烯的纳米尺寸效应使钻石烯中的C等元素在滑动 摩擦力的作用下迅速渗透到了摩擦副基体中，在其表面形成了一层连续的润滑膜，改善了 摩擦副的表面硬度和耐磨强度，可承受更高的载荷。纳米钻石烯在润滑油中的均匀分布会 强化润滑油与摩擦副表面的油膜强度，纳米钻石烯颗粒在摩擦表面之间滚动形成"滚珠轴 承效应"，变油膜的"滑动摩擦"为"滑动和滚动混合摩擦"，减少摩擦降低阻力。同时，纳米钻 石烯的层状片层结构具有自润滑的作用，与润滑油复配使用可以起到抗磨减磨的效果，在 润滑油中加入含有纳米钻石烯的添加剂，润滑油的摩擦系数能显著降低。
[0012] 进一步地，由于纳米钻石稀的表面活性高，容易对纳米钻石稀进行表面功能化处 理，采用偶联剂将纳米钻石烯进行表面处理，得到偶联剂修饰的纳米钻石烯，处理的过程 为:将纳米钻石烯通过超声分散在无水乙醇中，不断搅拌下加入经无水乙醇稀释的钛酸酯 偶联剂，使纳米钻石烯与偶联剂充分接触，然后将反应体系真空烘干即可。功能化处理后的 纳米钻石烯在布朗运动的作用下迅速分散并均匀稳定的分布在润滑油中，具有良好的亲油 性和分散性，不会因润滑油酸化、极端温度变化和水分渗入等原因产生沉降、团聚。
[00?3]进一步地，纳米钻石稀经过偶联剂修饰过程中，纳米钻石稀与乙醇的用量比为（1 ~2)g: 100ml，钛酸酯偶联剂的质量为纳米钻石烯质量的（2.0~10.0)%。
[0014] 优选地，所述分散剂为双烯基丁二酰亚胺（T152)或高氮聚异丁烯丁二酰亚胺 (T154)〇
[0015] 上述含有纳米钻石烯的润滑油添加剂的制备方法，包括将纳米钻石烯、分散剂和 润滑油基础油混合的步骤，使用高速剪切乳化机将混合物在l〇〇〇r/min高速下剪切10~ 20min，使颗粒的粒度变小并使其充分混合，然后再超声处理20~30min得到含有纳米钻石 烯的润滑油添加剂的步骤。
[0016] 使用方法:所制备的润滑油添加剂与普通润滑油按重量比1: (1000~10000)的比例 混合。
[0017] 本发明制备的含有纳米钻石烯的润滑油添加剂添加到润滑油中能降低润滑油的 摩擦系数，降低磨损程度，提高机械使用寿命。
【附图说明】
[0018] 图1不同偶联剂用量时纳米钻石烯在润滑油中的沉降率统计图； 图2润滑油粘度随纳米钻石烯的用量的变化曲线。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0020] 实施例1纳米钻石烯的制备 采用以下方法制备纳米钻石烯： (1) 初步破碎:将金刚石原料送入球磨整形桶内破碎筛出70目以上的颗粒，破碎时间为 l-5h，70目以下的粗料返回球磨整形桶进行重新破碎;颗粒经多级振筛机筛分出800目以上 的细料，振筛时间为30min-2h，该细料重复过筛一次以上； (2) 再次破碎:将筛分出800目以上细料输送至气流破碎机内，利用高压气流对细料粉 碎后筛分出8000目以上的细粉，筛余物返回气流破碎机进行重新破碎； (3 )酸洗:首先将8000目以上的细粉置于浓硫酸与浓硝酸混合液中酸洗2~7h、过滤、清 洗，所述浓硫酸与浓硝酸混合液由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为10%浓硝酸按照质量 比为5:1混合而成;然后将细粉置于140°C~160°C质量分数为5%~8%的稀盐酸中4~9h、过滤； 再将该细粉置于氢氟酸中10~20 h，去除料中的金属杂质以及在球磨整形、气流破碎过程中 附着在料上的杂质，然后使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7; (4)分选:将清洗后的物料进行离心分离，取上层液体进行1-5天沉淀分选，去除上层清 液，将下层沉淀物干燥后即得成品纳米钻石稀;离心分离步骤中，离心时间为30min-2h，转 速为8000rpm-15000rpm。
[0021]制备出纳米钻石烯为层片状单晶结构，同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳 键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接，C含量为99~100%，晶格间距为 0.21nm4^5SR，20<R< 500nm。
[0022]实施例2偶联剂用量实验 2.1偶联剂修饰的纳米钻石稀的制备 按照纳米钻石烯与乙醇的用量比为（1~2)g: 100ml(乙醇只是作为纳米钻石烯的分散 介质和偶联剂的稀释剂，只要能使纳米钻石烯分散开即可)将纳米钻石烯通过超声分散在 无水乙醇中，，将所得的溶液等分为4份，不断搅拌分别加入无水乙醇稀释的钛酸酯偶联剂， 钛酸酯偶联剂的质量分别为纳米钻石烯的〇%、2%、5%、10%、10%，使纳米钻石烯与偶联剂充分 接触，然后将反应体系真空烘干制得偶联剂修饰的纳米钻石烯，依次记为1、2、3、4、5号样 品。
[0023]含有纳米钻石烯的润滑油添加剂的制备 分别称取1、2、3、4号样品，将偶联剂修饰的纳米钻石烯:润滑油基础油的按照重量比为 10:85混合，然后使用高速剪切乳化机将混合物在100(^/11^11高速下剪切151^11后再超声处 理25min得到含有纳米钻石烯的润滑油添加剂，依次标记为bl、b2、b 3、b 4号产品。
[0024]取5号样品，按照偶联剂修饰的纳米钻石烯（5号样品）：T152:润滑油基础油为10: 5:85制备含有纳米钻石烯的润滑油添加剂，标记为b 5号产品，制备方法参考bl号产品。 [0025] bl、b2、b 3、b 4、b 5号产品与润滑油(选用长城润滑油）按重量比1:1000的比例 混合，经高速离心机离心（离心机的转速分别为1000r/min、2000r/min、3000r/min)后统计 纳米钻石烯的沉降率，具体结果见图1。
[0026]从图1可以看出，偶联剂占纳米钻石烯质量分数为10%时，添加本发明提供的添加 剂制备出的润滑油经过高速离心机离心后的沉降率最低，而将偶联后的钻石烯与分散剂复 配使用所得到的离心沉降率进一步减小，偶联剂与分散剂复配使用更有利于提高钻石