CN108410541B - 双组份超分子凝胶润滑剂 - Google Patents

双组份超分子凝胶润滑剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了双组份超分子凝胶润滑剂，该润滑剂通过以下方法制备得到：将2‑乙基己基琥珀酸酯磺酸钠与质量分数为1.0%‑10.0%的苯酚衍生物、萘酚衍生物或蒽酚衍生物添加到质量分数为99.0%‑90.0%的基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解，然后自然冷却至室温即得双组份超分子凝胶润滑剂。该凝胶润滑剂制备方法简单，能明显改善润滑油的摩擦学性能，具有优良的减摩、抗磨性能以及高的承载能力。热分析和流变学实验结果表明，该系列凝胶同时具有良好的热稳定性能和机械稳定性。此类润滑剂制备简单、成本低、摩擦学性能优异，在使用的过程中，能够防止润滑油的泄露、爬移等问题，有望用于特殊机械部件的润滑。

Description

双组份超分子凝胶润滑剂
技术领域
本发明涉及双组份超分子凝胶润滑剂，该凝胶润滑剂制备方法简单，具有优异的摩擦学性能。
背景技术
凝胶是日常生活中一种很常见的物质，例如果冻食品、牙膏和一些化妆品等。根据不同的交联方式，凝胶则可分为化学凝胶(共价键交联)和物理凝胶(非共价键交联)，其中物理凝胶中的有机小分子凝胶（又称超分子凝胶）因特殊的性质在材料模板制备、智能相变材料、不对称催化、手性分子识别、传感器、光开关、生物材料和药物输送等领域具有广泛应用前景。正确使用润滑剂是减少摩擦降低磨损的有效途径，但是润滑剂在使用的过程中本身也存在一些问题，例如润滑油存在漏油、渗油以及挥发损失，润滑脂制备繁琐、导热系数很小、流动性差等。为了解决润滑油、脂在应用过程中存在的上述问题，发展一种新型润滑剂—“超分子凝胶润滑剂”，其从表面上看像润滑脂呈半流动状，但使用的过程中却像润滑油一样具有流动性，兼具润滑油和润滑脂的双重特性。目前国际上有关凝胶润滑剂的研究报道非常少。日本的Mori研究组报道了一种热可逆的凝胶润滑剂，他们研究发现这种凝胶润滑剂的润滑能力与凝胶因子的结构、添加量等有很大的关系。(1.Takahashi, K.;Shitara, Y.; Mori, S. Tribology Online 2008, 3, 131-136. 2.Takahashi, K.;Shitara, Y.; Kaimai, T.; Kanno, A.; Mori, S. Tribology International 2010,43, 1577-1583. 3.Shitara, Y.; Kanno, A.; Kaimai, T.; Mori, S. TribologyOnline 2010, 5, 284-290.)摩擦学试验结果表明这种凝胶具有较好的润滑性能，主要是因为这种润滑剂容易在摩擦副的表面形成有效保护膜所以具有更好的润滑能力。申请人所在课题组设计制备了一类小分子量凝胶因子，这些凝胶因子能使多种润滑油形成凝胶。（1.Cai, M.; Liang, Y.; Zhou, F.; Liu, W. Journal of Materials Chemistry 2011,21, 13399-13405. 2.Yu, Q.; Fan, M.; Li, D.; Song, Z.; Cai, M.; Zhou, F.; Liu,W. ACS applied materials & interfaces 2014, 6, 15783-94. 3.Yu, Q.; Huang, G.;Cai, M.; Zhou, F.; Liu, W. Tribology International 2016, 95, 55-65. 4.Huang,G.; Yu, Q.; Cai, M.; Zhou, F.; Liu, W. Advanced Materials Interfaces 2016, 3,1500489. 5. CN104877748B 6. CN105669497B）实验结果表明所制备的新型凝胶润滑剂能够有效的避免润滑油的爬移，比基础润滑液体和润滑脂具有更好的减磨抗磨特性。但是上述报道的凝胶润滑剂也存在一些问题，其凝胶因子合成步骤复杂、成本昂贵等问题，其限制了它们在摩擦学领域的应用。因此，设计和制备高性能、低成本的超分子凝胶润滑剂仍然是该领域的研究热点之一。
发明内容
本发明的目的在于提供组成可调控的双组份超分子凝胶润滑剂。
本发明所述双组份超分子凝胶润滑剂成本低，制备方法简单，其凝胶因子不用合成，只要将二种低分子量有机化合物混合先形成复合物，然后原位添加在润滑油中，通过自组装成超分子聚集体从而形成稳定的凝胶润滑剂。双组份超分子凝胶润滑剂最大的特征是由两种低分子量有机化合物通过非共价键作用在不同的基础油中自组装形成稳定的凝胶体系，凝胶因子由于其具有结构和性能的易调控性，可产生不同的超分子聚集态，从而对材料的性能进行调控。通过凝胶因子间形成的超分子网络结构对润滑油进行约束，解决了在摩擦过程中润滑油的爬移及泄露问题，进而改善润滑油在摩擦过程中的润滑性能，因此，制备方法简单且具有可调控性的双组份超分子凝胶润滑剂在摩擦学领域具有潜在的应用。
双组份超分子凝胶润滑剂，其特征在于该润滑剂通过以下方法制备得到：将2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠（AOT）与质量分数为1.0%-10.0%的苯酚衍生物、萘酚衍生物或蒽酚衍生物添加到质量分数为99.0%-90.0% 的基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解，然后自然冷却至室温即得双组份超分子凝胶润滑剂。
所述苯酚衍生物、萘酚衍生物或蒽酚衍生物与2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠（AOT）的摩尔比为1:1。
所述苯酚衍生物为苯酚、对甲苯酚、苯甲酸或水杨酸；所述萘酚衍生物为α-萘酚、β-萘酚或萘甲酸；所述蒽酚衍生物为蒽甲酸。
采用德国optimol 油脂公司生产的SRV-IV 微振动摩擦磨损试验机评价了所发明双组份凝胶润滑剂的摩擦磨损性能，并和常用基础油PAO10、500SN、150BS、PAO40作对比。选用载荷300 N（500SN及其凝胶），200N（PAO10及其凝胶）400N (PAO40及其凝胶、150BS及其凝胶)，温度25 ℃，频率25 Hz，振幅1 mm，实验时间30 min，实验上试球为AISI 52100钢球，下试样为AISI 52100 钢块。实验表明，双组份凝胶润滑剂的减摩抗磨性能远远优于基础油的减摩抗磨性能，具有极低的摩擦系数和优异的抗磨性能。
本发明的优点：
（1）本发明中所涉及的双组份超分子凝胶润滑剂与一般的超分子凝胶润滑剂相比，具有制备方法极其简单，成本低的优点。
（2）本发明中所涉及的双组份超分子凝胶润滑剂具有优异的减摩抗磨性能。
具体实施方式
为了更好的诠释本发明，通过实施具体的案例对双组份超分子凝胶润滑剂的减摩抗磨性能进行说明。
实施例1：
S-AOT（水杨酸+AOT）PAO10凝胶润滑剂的制备：将0.237g（0.0017mol）水杨酸与0.763g（0.0017mol）AOT加入到50g PAO10中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解， 然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。其平均摩擦系数和平均磨损体积如下（表1摩擦测试条件：载荷200N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 869588DEST_PATH_IMAGE001
实施例2：
S-AOT（水杨酸+AOT）500SN凝胶的制备方法同实施例1，其平均摩擦系数和平均磨损体积如下（表2摩擦测试条件：载荷300N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 202481DEST_PATH_IMAGE002
实施例3：
S-AOT（水杨酸+AOT）150BS凝胶的制备方法实施例1，其平均摩擦系数和平均磨损体积如下（表3摩擦测试条件：载荷400N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 829902DEST_PATH_IMAGE003
实施例4：
S-AOT（水杨酸+AOT）PAO40凝胶的制备方法实施例1，其平均摩擦系数和平均磨损体积如下（表4摩擦测试条件：载荷400N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 714682DEST_PATH_IMAGE004
实施例5：
B-AOT(苯甲酸+AOT)PAO10凝胶的制备方法：将0.2155g（0.0017mol）苯甲酸与0.7845g（0.0017mol）AOT加入到50g PAO10基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解， 然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。（表５摩擦测试条件：载荷200N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 794764DEST_PATH_IMAGE005
实施例6：
B-AOT(苯甲酸+AOT)500SN凝胶的制备方法同实施例5，将0.2155g（0.0017mol）苯甲酸与0.7845g（0.0017mol）AOT加入到50g 500SN基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解， 然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。（表６摩擦测试条件：载荷300N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 55981DEST_PATH_IMAGE006
实施例7：
N-AOT(萘甲酸+AOT)PAO10凝胶的制备方法：将0.279g（0.0016mol）萘甲酸与0.721g（0.0016mol）AOT加入到50g PAO10基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解， 然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。（表７摩擦测试条件：载荷200N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 537909DEST_PATH_IMAGE007
实施例8：
N-AOT(萘甲酸+AOT)500SN凝胶的制备方法：将0.279g（0.0016mol）萘甲酸与0.721g（0.0016mol）AOT加入到50g 500SN相应的凝胶润滑剂。（表８摩擦测试条件：载荷300N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 531273DEST_PATH_IMAGE008
实施例9：
Ph-AOT(苯酚+AOT)PAO10凝胶的制备方法：将0.1747g（0.0018 mol）苯酚与0.8253g（0.0018 mol）AOT加入到50g PAO10基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解，然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。（表９摩擦测试条件：载荷200N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 160969DEST_PATH_IMAGE009
实施例10：
Ph-AOT(苯酚+AOT)500SN凝胶的制备方法：将0.1747g（0.0018 mol）苯酚与0.8253g（0.0018 mol）AOT加入到50g 500SN基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解，然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。（表10摩擦测试条件：载荷300N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 897980DEST_PATH_IMAGE010
实施例11：
P-c-AOT(对甲苯酚+AOT)PAO10凝胶的制备方法：将0.1956g（0.0018 mol）对甲苯酚与0.8044g（0.0018 mol）AOT加入到50g PAO10基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解， 然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。（表11摩擦测试条件：载荷200N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 296732DEST_PATH_IMAGE011
实施例12：
P-c-AOT(对甲苯酚+AOT)500SN凝胶的制备方法：将0.1956g（0.0018 mol）对甲苯酚与0.8044g（0.0018 mol）AOT加入到50g 500SN基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解， 然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。（表12摩擦测试条件：载荷300N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 726576DEST_PATH_IMAGE012
实施例13：
β-AOT(β-萘酚+AOT)PAO10凝胶的制备方法：将0.245g（0.0017 mol）对β-萘酚与0.755g（0.0017 mol）AOT加入到50g PAO10基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解， 然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。（表13摩擦测试条件：载荷200N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 30519DEST_PATH_IMAGE013
实施例14：
β-AOT(β-萘酚+AOT)500SN凝胶的制备方法：将0.245g（0.0017 mol）对β-萘酚与0.755g（0.0017 mol）AOT加入到50g 500SN基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解， 然后自然冷却至室温，即得到相应的凝胶润滑剂。（表14摩擦测试条件：载荷300N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球直径为10mm，下试样为硬度700HV钢块）。
Figure 118691DEST_PATH_IMAGE014
。

Claims (2)

1.双组份超分子凝胶润滑剂，其特征在于该润滑剂通过以下方法制备得到：将2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠与质量分数为1.0%-10.0%的苯酚、对甲苯酚、苯甲酸、水杨酸、α-萘酚、β-萘酚、萘甲酸或蒽甲酸添加到质量分数为99.0%-90.0% 的基础油中，加热搅拌使得凝胶因子完全溶解，然后自然冷却至室温即得双组份超分子凝胶润滑剂；将2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠与苯酚、对甲苯酚、苯甲酸、水杨酸、α-萘酚、β-萘酚、萘甲酸或蒽甲酸混合先形成复合物，然后原位添加在基础油中，通过自组装成超分子聚集体从而形成稳定的凝胶润滑剂。
2.如权利要求1所述的润滑剂，其特征在于所述苯酚、对甲苯酚、苯甲酸、水杨酸、α-萘酚、β-萘酚、萘甲酸或蒽甲酸与2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠的摩尔比为1:1。
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