一种高性能润滑油添加剂的制备方法
【专利说明】
一、技术领域
[0001]本发明涉及一种高性能润滑油添加剂的制备方法，是通过POSS接枝改性纳米二氧化硅。
二、【背景技术】
[0002]纳米二氧化硅作为润滑油添加剂，能够极大的改善润滑油的摩擦性能，纳米二氧化硅作为润滑油添加剂的研宄已经成为国内外研宄热点。然而纳米二氧化硅比表面积极大，表面含有大量的羟基，容易发生团聚，影响纳米二氧化硅润滑油添加剂性能。国内外很多学者将高分子化合物修饰在二氧化硅粒子表面，明显提高了二氧化硅粒子在润滑油中的分散性能，进而发挥其在润滑油中的摩擦性能。在实际应用中，润滑油添加剂一般在高温高负荷的状态下，普通高分子修饰后的二氧化硅在高温高负荷下容易分解，高分子化合物会脱离纳米二氧化硅。导致纳米二氧化硅的团聚现象继续发生，影响其在润滑油中摩擦性能的发挥。
三、
【发明内容】
[0003]本发明旨在提供一种高性能润滑油添加剂的制备方法，是以γ -氯丙基三乙氧基硅烷为前驱体反应物制备带基团氯的POSS (POSS-Cl)，然后将带基团氯的POSS与KI发生反应，生成反应活性更强的带I的POSS ;同时利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(ΚΗ-550)与纳米二氧化硅粒子表面的羟基发生反应，使偶联剂ΚΗ-550接枝在纳米粒子上；最后利用-1与氨基基团发生取代反应，制备得到POSS改性纳米二氧化硅。
[0004]本发明润滑油添加剂即改性纳米二氧化硅，具有较好的摩擦性能，能够大大的降低润滑油的摩擦系数，提高润滑油的性能，应用范围广泛。
[0005]本发明高性能润滑油添加剂的制备方法，首先将POSS表面进行处理得到带I的POSS (POSS-1)，再通过硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅，最后通过接枝聚合反应使硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅与POSS-1接枝聚合得到POSS改性纳米二氧化硅。
[0006]本发明高性能润滑油添加剂的制备方法包括表面处理、偶联剂改性及接枝改性各单元过程:
[0007]所述表面处理是向反应器中加入4.88mL γ -氯丙基三乙氧基娃烧、90mL无水乙醇和5mL的浓盐酸(质量浓度36.5% )，超声分散0.5h，随后在60°C下搅拌反应2d，得到白色固体，用无水乙醇洗涤后真空干燥，得到POSS-Cl ;将Ig POSS-Cl和4g碘化钾加入80mL丙酮中，在30°C下搅拌反应6h，过滤以除去固体杂质，将滤液旋蒸得到白色固体；将得到的白色固体溶解于蒸馏水中，过滤后收集固体产物，真空干燥后即得POSS-1 ；
[0008]所述偶联剂改性是将5g纳米二氧化硅、10mL甲苯、2.5mL硅烷偶联剂加入到反应器中超声分散0.5h，然后在80°C下搅拌反应12h，反应完毕后利用无水甲醇洗涤数次，60°C真空干燥24h，得到硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅；
[0009]所述接枝改性是将Ig POSS-1、2.5g硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅加入80mL丙酮中，然后加入Ig NaHCO3作为缚酸剂，在90°C下反应12h，得到的固体产物依次用丙酮和蒸馏水洗涤，真空干燥后得到POSS改性纳米二氧化硅。
[0010]所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)。
[0011]本发明在纳米二氧化硅表面接枝P0SS，具有优异的力学性能和鲜明的耐热耐高温性能，能有效的改善普通高分子聚合物不耐摩擦、高温的问题，可以持久的改善二氧化硅复合材料作为润滑油添加剂在润滑油应用方面的问题。本发明制备方法反应温度低，条件温和，后处理简单，产品性能优越，工业化成本小。
四、【附图说明】
[0012]图1是以硅烷偶联剂KH-550为例的合成路线图。
[0013]图2是二氧化硅粒子与其复合材料的红外谱图。其中曲线A为POSS改性纳米二氧化硅复合材料，曲线B为硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅；曲线C为纳米二氧化硅。图2的三条曲线都在lllOcnT1处存在非常强大的峰，这是S1-O键的吸收峰，这是因为二氧化硅为主要物质，所以这个峰值最为强。曲线B(Si02-KH-550)的谱图中存在3426CHT1处的峰为伯胺中N-H的伸缩振动吸收峰，1629CHT1处的峰为N-H的面内变形振动吸收峰，这两个峰的存在，说明了硅烷偶联剂KH-550已经成功的接枝在二氧化硅粒子的表面。曲线A(S12-POSS)中可以明显看出3426CHT1和1629cm ―1处的强峰不再存在，相对应的S1-O-Si键等峰值依然很强，说明反应生成了新的物质，含有S1-O-Si的POSS使得11 1cnT1处峰值不减弱的主要原因。
[0014]图3是纳米二氧化硅(a)和POSS改性纳米二氧化硅复合材料(b)的电镜扫描图。两图放大相同的倍数。从基本相貌来看，二氧化硅粒子成球形，粒径分布比较均匀。b图相对于a图的粒子分布更分散均勾，分析认为因为二氧化娃粒子修饰了有机娃P0SS，这样一来粒子表面有一定的空间位阻，使得二氧化硅粒子分布相对较为均匀。
[0015]图4为不同掺量的POSS改性纳米二氧化硅复合材料(S12-POSS)的摩擦系数与时间关系图。图4中可以明显的观察到，随着S12-POSS掺量的增加，摩擦系数随着也降低，当掺量为0.5￥丨％时摩擦系数达到最低。当掺量为^^%时，相对于0.5wt%摩擦系数变大，所以掺量为0.5被％时达到最佳值。分析认为除了具有共晶微球在摩擦时起到了一种微球轴承的作用外，同时有机硅接枝在二氧化硅上，使得纳米复合材料具有优异的抗磨性能和抗高温性能。在摩擦过程中，纳米复合材料在摩擦表面会形成动态的化学修复膜，减少对接触面的摩擦、磨损。同时纳米复合材料因为范德华力吸附于摩擦表面，形成一层物理吸附膜，这样会带来微抛光作用，降低表面粗糙程度。
五、【具体实施方式】
[0016]本发明所使用的纳米Si0#j粒原材料购买阿拉丁试剂网，粒径球星均匀，平均粒径20nm。因为纳米S1jj粒表面能大，易存在物理吸附水，所以按照下述步骤干燥:称取30g纳米S12微粒，放入真空干燥箱中，在100°C下干燥ld，密封备用。
[0017]本发明所使用的甲苯使用前均经过预处理，处理过程如下:向反应器中先加入10ml甲苯，之后加入切成碎块的金属钠，在120°C下磁力搅拌过夜，除去甲苯中存在的少量水分，最后经过减压蒸馏，密封备用。
[0018]实施例1:
[0019]1、向300mL的圆底烧瓶中加入4.88mL γ -氯丙基三乙氧基硅烷、90mL无水乙醇和5mL的浓盐酸(质量浓度36.5%，下同)，超声分散0.5h，随后在60°C下搅拌反应2d，得到白色固体，用无水乙醇洗涤后真空干燥，得到POSS-