专利名称：一种偶联改性纳米氧化钇的制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种偶联接枝改性纳米氧化钇的制备方法及其作为极压、抗磨、减摩添加剂的应用。
背景技术：
润滑油是机械正常运行和维护的重要组成部分。据测算，全世界生产能源的1/3 到1/2由于摩擦磨损作用而被损失。所以提高润滑油的抗磨减摩性能具有重要意义。为了提高润滑油的性能，在润滑油中添加各种不同功能的润滑油添加剂，则是必不可少的。润滑油添加剂的使用，不仅满足了各种新型机械和发动机的要求，而且延长了润滑油的使用寿命，提高了润滑油的品质，对减少机械磨损、延长机械寿命、燃料油的节约及润滑油本身的消耗、操作和维护等方面都带来了极大的好处。目前国内外应用的绝大多数润滑油添加剂为有机添加剂，有机添加剂对环境有一定的污染，在某些方面的润滑性能不能满足机械润滑的需要，而对无机润滑油添加剂的研究相对较少。随着研究的深入，很多无机润滑油添加剂表现出优异的润滑性能，但无机添加剂很难在润滑油中稳定的分散，使得其的应用受到一定的限制。纳米级润滑添加剂是最近20年随着纳米技术的发展而发展起来的。由于纳米级润滑添加剂具有比表面积大、扩散性好、易烧结、熔点低等特性，因此纳米润滑油添加剂将不同于传统的润滑油添加剂的作用方式起到减摩作用，纳米润滑油添加剂不仅可以在摩擦表面形成一层薄膜，降低摩擦系数，而且对摩擦表面能进行一定程度的填补与自修复作用， 纳米润滑油添加剂因其粒径小，表面活性高，使得其更容易进入摩擦表面，使得摩擦表面分离，提高抗磨减摩效果。纳米材料作为润滑油添加剂的研究已有不少报道。如CeF3(Wear，1999,230 :35)； 油酸改性的纳米 PbS (Materials Chemistry and Physics，2006，98 183)；表面活性剂改性的纳米二氧化铈(润滑与密封，2007，32 (11) 91)；纳米铜％ (摩擦学学报，2007，27 (3) 235)；卤化稀土 (Tribology International. 2001，；34 :83 ；润滑与密封，2006，(12) :37，)、 氧化稀土(Journal of Shanghai Maritime University. 2007, 27 (1) :68 ；Journal of Rare Earths. 2006,26(2) :163)、硼酸稀土(摩擦学学报，2000，20 (3) :220)等。然而克服纳米微粒极易团聚和非油溶性的缺点限制了其性能的稳定发挥，因此开发无机-有机纳米复合的稀土基添加剂就具有重要的意义。先经硅烷偶联剂偶联，再经丙烯酸甲酯接枝改性得到的纳米氧化钇(氧化钇)，兼具纳米材料有机材料的优点，可以有效改善在润滑油的稳定性，将其作为极压、抗磨、减摩添加剂在理论及应用方面均有良好的发展前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种先经硅烷偶联剂偶联，再经丙烯酸甲酯接枝改性纳米氧化钇的制备方法，并用于润滑油的极压、抗磨、减摩添加剂。
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本发明提供的一种偶联改性纳米氧化钇的制备方法，其步骤如下(1)称取纳米氧化钇，超声分散到甲苯溶剂中，继续在超声波分散下加入冰醋酸和硅烷偶联剂，在60 90°C下，搅拌反应2 6h，而后离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到硅烷偶联剂改性的氧化钇；(2)取上述硅烷偶联剂改性的氧化钇，超声分散到甲苯中，将引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸甲酯分别溶解在甲苯中；在氮气气氛下加热到75°C，缓慢加入引发剂与单体反应，然后再离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到偶联接枝改性的纳米氧化钇。上述步骤(1)中所用冰醋酸的用量按每克氧化钇加入的冰醋酸体积量计为 0.05 0.5mL/g，氧化钇与所用硅烷偶联剂质量比为10 2 6 ；所用的硅烷偶联剂为乙
烯基三甲基硅烷，或者Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，或者甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，或者3-氨基丙基三乙氧基硅烷。上述步骤O)中丙烯酸甲酯接枝硅烷偶联剂改性的氧化钇的反应时间为1 5h， 氧化钇与所用单体质量比为1 4 20，引发剂用量相对于单体的质量为0.4% 2.0%。上述制备方法制备是偶联接枝改性的纳米氧化钇作为极压、抗磨、减摩添加剂直接经超声分散于液体石蜡基础油，或者成品润滑油中，其添加的质量分数为0. 01% 1%。本发明的有益效果是采用硅烷偶联剂偶联，再经丙烯酸甲酯接枝改性在纳米氧化钇表面包覆一层有机聚合物，得到油溶性的稀土纳米复合材料克服了常规纳米粒子极易团聚和非油溶性的缺点，使之可以较长时间内稳定分散在基础油和润滑中，并且表现出了良好的极压、抗磨、减摩效果。
图1是偶联接枝改性前㈧后⑶的纳米氧化钇的XRD图谱。图2-图3是液体石蜡润滑下钢球磨斑形貌SEM图。图4-图5是偶联接枝改性纳米氧化钇的液体石蜡润滑下钢球磨斑形貌SEM图。
具体实施例方式实施例1 称取纳米氧化钇，超声分散到甲苯溶剂中。继续在超声波分散下加入0mL/g(Y203) (该单位表示每克氧化钇需要加入的冰醋酸体积量，以下同)用量的冰醋酸和硅烷偶联剂乙烯基三甲基硅烷，氧化钇与硅烷偶联剂所用质量的比值为10 2，60°C下搅拌反应池， 而后离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到硅烷偶联剂改性的氧化钇。再取经硅烷偶联剂改性的氧化钇，超声分散到甲苯中。将引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸甲酯分别溶解在甲苯中，氧化钇与单体所用质量比为1 4，引发剂用量相对于单体的质量为0. 4%。在氮气气氛下加热到75°C，缓慢加入引发剂与单体反应 lh，然后再离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到偶联接枝改性的纳米氧化钇。实施例2 称取纳米氧化钇，超声分散到甲苯溶剂中。继续在超声波分散下加入0.5mL/g (Y2O3)用量的冰醋酸和硅烷偶联剂乙烯基三甲基硅烷，氧化钇与硅烷偶联剂所用质量的比值10 2，90°C下搅拌反应他，而后离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到硅烷偶联剂改性的氧化钇。再取经硅烷偶联剂改性的氧化钇，超声分散到甲苯中。将引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸甲酯分别溶解在甲苯中，氧化钇与单体所用质量比为1 20，引发剂用量相对于单体的质量为2%。在氮气气氛下加热到75°C，缓慢加入引发剂与单体反应5h，然后再离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到偶联接枝改性的纳米氧化钇。实施例3 称取纳米氧化钇，超声分散到甲苯溶剂中。继续在超声波分散下加入0.2mL/ g (Y2O3)用量的冰醋酸和硅烷偶联剂乙烯基三甲基硅烷，氧化钇与硅烷偶联剂所用质量的比值10 4，70°C下搅拌反应4h，而后离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到硅烷偶联剂改性的氧化钇。再取经硅烷偶联剂改性的氧化钇，超声分散到甲苯中。将引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸甲酯分别溶解在甲苯中，氧化钇与单体所用质量比为1 12，引发剂用量相对于单体的质量为1.3%。在氮气气氛下加热到75°C， 缓慢加入引发剂与单体反应池，然后再离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到偶联接枝改性的纳米氧化钇。实施例4称取纳米氧化钇，超声分散到甲苯溶剂中。继续在超声波分散下加入0.2mL/ g(Y2O3)用量的冰醋酸和硅烷偶联剂Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，氧化钇与硅烷偶联剂所用质量的比值10 4，70°C下搅拌反应4h，而后离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到硅烷偶联剂改性的氧化钇。再取经硅烷偶联剂改性的氧化钇，超声分散到甲苯中。将引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸甲酯分别溶解在甲苯中，氧化钇与单体所用质量比为1 12，引发剂用量相对于单体的质量为1.3%。在氮气气氛下加热到75°C，缓慢加入引发剂与单体反应3h，然后再离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到偶联接枝改性的纳米氧化钇。实施例5 称取纳米氧化钇，超声分散到甲苯溶剂中。继续在超声波分散下加入0.4mL/ g(Y2O3)用量的冰醋酸和硅烷偶联剂甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，氧化钇与硅烷偶联剂所用质量的比值10 5，70°C下搅拌反应4h，而后离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到硅烷偶联剂改性的氧化钇。再取经硅烷偶联剂改性的氧化钇，超声分散到甲苯中。将引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸甲酯分别溶解在甲苯中，氧化钇与单体所用质量比为1 14，引发剂用量相对于单体的质量为1.7%。在氮气气氛下加热到75°C，缓慢加入引发剂与单体反应4h，然后再离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到偶联接枝改性的纳米氧化钇。实施例6 称取纳米氧化钇，超声分散到甲苯溶剂中。继续在超声波分散下加入0.4mL/ g(Y2O3)用量的冰醋酸和硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷，氧化钇与硅烷偶联剂所用质量的比值10 5，70°C下搅拌反应4h，而后离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到硅烷偶联剂改性的氧化钇。再取经硅烷偶联剂改性的氧化钇，超声分散到甲苯中。将引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸甲酯分别溶解在甲苯中，氧化钇与单体所用质量比为1 14，引发剂用量相对于单体的质量为1.3%。在氮气气氛下加热到75°C，缓慢加入引发剂与单体反应4h，然后再离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到偶联接枝改性的纳米氧化钇。实施例7 改性后的纳米氧化钇经过超声分散后分布于液体石蜡基础油，或者成品润滑油中，添加改性的纳米氧化钇的质量分数为液体石蜡基础油或者成品润滑油质量的0.01% 1%，根据国标GB/T 3142-198进行四球实验性能测试，结果如下表
权利要求
1.一种偶联改性纳米氧化钇的制备方法，其特征在于步骤如下(1)称取纳米氧化钇，超声分散到甲苯溶剂中，继续在超声波分散下加入冰醋酸和硅烷偶联剂，在60 90°C下，搅拌反应2 6h，而后离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到硅烷偶联剂改性的氧化钇；(2)取上述硅烷偶联剂改性的氧化钇，超声分散到甲苯中，将引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸甲酯分别溶解在甲苯中；在氮气气氛下加热到75°C，缓慢加入引发剂与单体反应，然后再离心分离，使用索氏提取器提取均聚物及未反应完的单体，经真空干燥后得到偶联接枝改性的纳米氧化钇。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于上述步骤(1)中所用冰醋酸的用量按每克氧化钇加入的冰醋酸体积量计为0. 05 0. 5mL/g，氧化钇与所用硅烷偶联剂质量比为10 2 6;所用的硅烷偶联剂为乙烯基三甲基硅烷，或者γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，或者甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，或者3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于上述步骤O)中丙烯酸甲酯接枝硅烷偶联剂改性的氧化钇的反应时间为1 证，氧化钇与所用单体质量比为1 4 20，引发剂用量相对于单体的质量为0. 4% 2. 0%。
4.权利要求1制备的偶联接枝改性的纳米氧化钇作为极压、抗磨、减摩添加剂直接经超声分散于液体石蜡基础油，或者成品润滑油中，其添加的质量分数为0. 01 % 1 %。
全文摘要
本发明公开了一种偶联改性纳米氧化钇的制备方法及其应用，其制备方法的步骤如下称取纳米氧化钇加入到甲苯中，超声分散；加入冰醋酸和硅烷偶联剂，搅拌反应，而后离心分离，提取均聚物及未反应完的单体，真空干燥后得到硅烷偶联剂改性的氧化钇；再取硅烷偶联剂改性的氧化钇，加入甲苯，超声分散；将引发剂偶氮二异丁腈和单体丙烯酸甲酯，在氮气气氛下加热到75℃，缓慢加入引发剂与单体反应，然后再离心分离，提取均聚物及未反应完的单体，真空干燥后得到偶联接枝改性的纳米氧化钇；改性后的纳米氧化钇作为极压、抗磨、减摩添加剂直接经超声分散于液体石蜡基础油，或者成品润滑油中；表现出了良好的极压、抗磨、减摩效果。
文档编号C10M155/02GK102504146SQ201110370629
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者余坚, 余林, 刁贵强, 孙明, 张 林, 成晓玲, 郝志峰 申请人:广东工业大学