有机氮钼富勒烯润滑剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种有机氮钼富勒烯润滑剂及其制备方法，所述润滑剂由极性修饰富勒烯C60、琥珀酰胺、非硫磷有机钼制备而成；其中极性修饰富勒烯C60、琥珀酰胺、非硫磷有机钼的重量比是：1：5～8：30～35。极性修饰富勒烯C60由富勒烯C60、浓硝酸、浓盐酸、蓖麻油酸反应制成。该添加剂是一种有机氮钼富勒烯润滑剂，是润滑油特别是内燃机发动机用润滑油的摩擦改进剂、抗磨剂和抗氧剂，节油效果显著，由于不含有硫、磷、氯，该添加剂还具有节能环保的优点，生产方法简单、成本低、油溶性好、产率高。

权利要求

1.一种有机氮钼富勒烯润滑剂的制备方法，其特征在于，以富勒烯C60为基础与浓硝酸、浓盐酸反应，再加入蓖麻油酸，采用调节pH值的方法，得极性修饰富勒烯，然后与琥珀酰胺、非硫磷有机钼反应，采取两步分压减压法，制得有机氮钼富勒烯润滑剂，包括步骤如下：

1)极性修饰富勒烯的合成

将富勒烯C60和浓硝酸、浓盐酸置于容器中，于90℃～100℃真空的条件下反应2～3小时，然后水洗、醇洗，调整pH＝6.5～7之间，加入蓖麻油酸，在温度为180～200℃继续反应3～4小时，然后真空过滤，得到沉淀物，醇洗、水洗至中性，得到褐色糊状物为极性修饰富勒烯，所述富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸的质量比＝1：8.5～10：8.5～10：17～20；

2)有机氮钼富勒烯润滑剂的合成

将上述制备的极性修饰富勒烯与琥珀酰胺混合，搅拌均匀后在温度90～100℃、压力

0.2MPa条件下，反应4～5小时；冷却到50～60℃，加入非硫磷有机钼，调高温度到180～190℃，压力不变条件下继续反应3～4小时，然后降温到100℃，抽真空至压力到0.1MPa；最后过滤，得到棕黄色有机氮钼富勒烯润滑剂，所述极性修饰富勒烯：琥珀酰胺：非硫磷有机钼的重量比＝1：5～8：30～35。

2.根据权利要求1所述有机氮钼富勒烯润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中合成反应的真空的条件为0.098～0.1MPa。

3.根据权利要求1所述有机氮钼富勒烯润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中水洗、醇洗后调整pH＝7。

4.根据权利要求1所述有机氮钼富勒烯润滑剂的制备方法，其特征在于，所述原料重量比，极性修饰富勒烯：琥珀酰胺：非硫磷有机钼＝1：6：32；所述富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸＝1：9：9：18。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的制备方法制备的有机氮钼富勒烯润滑剂。

说明书

有机氮钼富勒烯润滑剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及有机氮钼富勒烯润滑剂及其制备方法，具体地说是一种油溶性有机氮钼富勒烯润滑剂类化合物及其制备方法。

背景技术

[0002] 富勒烯C60由于其独特的结构特性，成为近年来物理学、化学、材料学以及生命科学等众多学科及相关应用领域研究的热点。它是由同心封闭壳层组成的准球形颗粒,其层间距为0.349nm,与石墨的层间距0.336nm相接近，都是性能优良的润滑剂。

[0003] 如果把富勒烯应用在润滑油中，会极大的提高润滑油的抗磨减摩特性，有效保护发动机，但由于富勒烯是固体，在润滑油中的使用得到限制。

[0004] 非硫磷有机钼是应用在润滑油中最顶级的减摩剂，它不但具有优异的减摩性能和极好的高温抗氧化性能，还具有良好的油溶和分散性能；和富勒烯配合在润滑油中会大大提高润滑油的抗磨、减摩、抗氧化性功能，可以有效延长换油周期，更有效持久的保护发动机。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种生产方法简单、成本低、油溶性好、产率高的有机氮钼富勒烯润滑剂及其制备方法。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种有机氮钼富勒烯润滑剂的制备方法，以富勒烯C60为基础与浓硝酸、浓盐酸反应，再加入蓖麻油酸，采用调节pH值的方法，得极性修饰富勒烯，然后与琥珀酰胺、非硫磷有机钼反应，采取两步分压减压法，制得有机氮钼富勒烯润滑剂，包括步骤如下：

[0007] 1)极性修饰富勒烯的合成

[0008] 将富勒烯C60和浓硝酸、浓盐酸置于容器中，于90℃～100℃真空的条件下反应2～3小时，然后水洗、醇洗，调整pH＝6.5～7之间，加入蓖麻油酸，在温度为180～200℃继续反应3～4小时，然后真空过滤，得到沉淀物，醇洗、水洗至中性，得到褐色糊状物为极性修饰富勒烯，所述富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸的质量比＝1：8.5～10：8.5～10：17～20；

[0009] 2)有机氮钼富勒烯润滑剂的合成

[0010] 将上述制备的极性修饰富勒烯与琥珀酰胺混合，搅拌均匀后在温度90～100℃、压力0.2MPa条件下，反应4～5小时；冷却到50～60℃，加入非硫磷有机钼，调高温度到180～190℃，压力不变条件下继续反应3～4小时，然后降温到100℃，抽真空至压力到0.1MPa；最后过滤，得到棕黄色有机氮钼富勒烯润滑剂，所述极性修饰富勒烯：琥珀酰胺：非硫磷有机钼的重量比＝1：5～8：30～35。

[0011] 所述步骤1)中合成反应的真空的条件为0.098～0.1MPa。

[0012] 所述步骤1)中水洗、醇洗后调整pH＝7。

[0013] 所述原料重量比，极性修饰富勒烯：琥珀酰胺：非硫磷有机钼＝1：6：32；富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸＝1：9：9：18。

[0014] 上述的制备方法制备的有机氮钼富勒烯润滑剂。

[0015] 本发明的有益效果是：制备具有良好润滑性和极佳抗磨性的有机氮钼富勒烯润滑剂，特别是内燃机发动机用润滑油的摩擦改进剂、抗磨剂和抗氧剂，节油效果显著。具有节能、低硫、低磷、无氯、环保、高效的优点。

具体实施方式

[0016] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

[0017] 本发明的有机氮钼富勒烯润滑剂的制备方法，以富勒烯C60为基础与浓硝酸、浓盐酸反应，再加入蓖麻油酸，采用调节pH值的方法，得极性修饰富勒烯，然后与琥珀酰胺、非硫磷有机钼反应，采取两步分压减压法，制得有机氮钼富勒烯润滑剂，包括步骤如下：

[0018] 1)极性修饰富勒烯的合成

[0019] 将富勒烯C60和浓硝酸、浓盐酸置于容器中，于90℃～100℃真空的条件下反应2～3小时，然后水洗、醇洗，调整pH＝6.5～7之间，加入蓖麻油酸，在温度为180～200℃继续反应3～4小时，然后真空过滤，得到沉淀物，醇洗、水洗至中性，得到褐色糊状物为极性修饰富勒烯，所述富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸的质量比＝1：8.5～10：8.5～10：17～20；

[0020] 2)有机氮钼富勒烯润滑剂的合成

[0021] 将上述制备的极性修饰富勒烯与琥珀酰胺混合，搅拌均匀后在温度90～100℃、压力0.2MPa条件下，反应4～5小时；冷却到50～60℃，加入非硫磷有机钼，调高温度到180～190℃，压力不变条件下继续反应3～4小时，然后降温到100℃，抽真空至压力到0.1MPa；最后过滤，得到棕黄色有机氮钼富勒烯润滑剂，所述极性修饰富勒烯：琥珀酰胺：非硫磷有机钼的重量比＝1：5～8：30～35。

[0022] 所述步骤1)中合成反应的真空的条件为0.098～0.1MPa。

[0023] 所述步骤1)中水洗、醇洗后调整pH＝7。

[0024] 所述原料重量比，极性修饰富勒烯：琥珀酰胺：非硫磷有机钼＝1：6：32；富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸＝1：9：9：18。

[0025] 上述的制备方法制备的有机氮钼富勒烯润滑剂。

[0026] 本发明是把富勒烯C60先进行极性修饰改造然后和非硫磷有机钼有效配合；经过修饰后的富勒烯，它的表面能大大降低，并且形成单分子吸附层，亲水基朝向富勒烯表面，亲油基朝向外，这一方面使富勒烯颗粒具有亲油性，和油溶性的非硫磷有机钼配伍结合，使富勒烯吸附在非硫磷有机钼的表面，能够完全溶解在润滑油中阻碍富勒烯的碰撞团聚和重力沉淀，从而提高了有机氮钼富勒烯润滑剂在润滑油中的分散性和稳定性。

[0027] 有机氮钼富勒烯润滑剂以液态形式溶于各种润滑油中，最小摩擦系数可减小到0.0127；能够显著提高润滑油的成膜和承载能力。润滑机制是将滑动摩擦和滚动摩擦有效的融合。在润滑部件正常工况下，在摩擦表面形成一种具有减摩、抗磨作用的物理、化学吸附膜，这种吸附膜即为滑动摩擦；在高速、高温、高压等苛刻的工况下，在摩擦副表面的富勒烯因子将滑动摩擦变为滚动摩擦，更近一层保护发动机。

[0028] 这种滑动摩擦和滚动摩擦有效的融合，在我们国家甚至在世界其他各国都属于超前先例。

[0029] 此种有机氮钼富勒烯润滑剂，是把富勒烯和非硫磷有机钼有机合成在一起，是离子型的液态化合物，油溶性好，永远不会沉淀。而目无硫无磷无氯，加剂量小、性能高，是一种不可多得的环保润滑剂。

[0030] 目前国内甚至国外的富勒烯润滑油添加剂都是固态纳米型的，用分散剂分散到润滑油中，时间长了会沉淀下来。

[0031] 实验数据表明，发动机油中加入这种0.5％的有机氮钼富勒烯润滑剂，摩擦系数可以降低到0.0127以下(常规发动机油的摩擦系数是0.08以上)，四球机40公斤力60分钟长摩实验，磨斑直径只有0.30mm(常规发动机油的磨斑直径是0.50左右)，温度达到45度，不再继续升高。所以使用有机氮钼富勒烯润滑剂可以达到如下效果

[0032] 1、减小摩擦系数：可以降低80％以上。

[0033] 2、降低发动机温度：采用普通润滑油添加剂时，发动机温度可以达到170℃左右，加入本发明添加剂，发动机的温度到45度就不再升高。

[0034] 3、节省燃油：可以节油15％以上。

[0035] 4、延长换油周期：可以延长到10000公里或以上更换润滑油。

[0036] 实施例1

[0037] 1、极性修饰富勒烯的合成

[0038] 将富勒烯C60和浓硝酸、浓盐酸置于容器中，于100℃真空(压力＝0.10MPa)的条件下反应2小时，然后水洗、醇洗，调整pH＝6.5，加入蓖麻油酸，在温度为180℃继续反应3小时，然后真空过滤，得到糊状混合物，醇洗、水洗至中性，得到褐色糊状物为极性修饰富勒烯；

[0039] 富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸＝1：9：9：18(重量比)。

[0040] 2、有机氮钼富勒烯润滑剂的合成

[0041] 将上述制备的极性修饰富勒烯5克与琥珀酰胺30克混合，搅拌均匀后在温度90℃、压力0.2MPa条件下，反应4小时；冷却到50℃，加入非硫磷有机钼160克，调高温度到180℃，压力不变条件下继续反应3小时，然后降温到100℃，抽真空至压力到0.1MPa；最后过滤，得到棕黄色有机氮钼富勒烯润滑剂。

[0042] 产品的减摩抗磨性和承载能力的考察：利用四球机测定，设定载荷(温度20℃，负荷392N，速度1450R/min，时间30min)下的极压和减摩抗磨性能，四球试验所用的钢球为直径12.7mm的GCR钢球，试验表明产品具有良好的极压和减摩抗磨性能。通过对比，直接采用润滑油，磨斑直径达到0.8mm。API SN5W/40润滑油中添加0.5％(重量)本实施例制备产品，磨斑直径达到0.30mm，摩擦系数0.0119。

[0043] 实施例2

[0044] 1、极性修饰富勒烯的合成

[0045] 将富勒烯C60和浓硝酸、浓盐酸置于容器中，于90℃真空(压力＝0.10MPa)的条件下反应2.5小时，然后水洗、醇洗，调整pH＝7，加入蓖麻油酸，在温度为200℃继续反应3.5小时，然后真空过滤，得到糊状混合物，醇洗、水洗至中性，得到褐色糊状物为极性修饰富勒烯；

[0046] 富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸＝1：10：10：20(重量比)。

[0047] 2、有机氮钼富勒烯润滑剂的合成

[0048] 将上述制备的极性修饰富勒烯4克与琥珀酰胺20克混合，搅拌均匀后在温度100℃、压力0.2MPa条件下，反应5小时；冷却到60℃，加入非硫磷有机钼120克，调高温度到190℃，压力不变条件下继续反应4小时，然后降温到100℃，抽真空至压力到0.1MPa；最后过滤，得到棕黄色有机氮钼富勒烯润滑剂。

[0049] 产品的减摩抗磨性和承载能力的考察：利用四球机测定，设定载荷(温度20℃，负荷392N，速度1450R/min，时间30min)下的极压和减摩抗磨性能，四球试验所用的钢球为直径12.7mm的GCR钢球，试验表明产品具有良好的极压和减摩抗磨性能。通过对比，直接采用润滑油，磨斑直径达到0.8mm。API SN5W/40润滑油中添加0.5％(重量)本实施例制备产品，磨斑直径达到0.31mm，摩擦系数0.0125。

[0050] 实施例3

[0051] 1、极性修饰富勒烯的合成

[0052] 将富勒烯C60和浓硝酸、浓盐酸置于容器中，于95℃真空(压力＝0.10MPa)的条件下反应3小时，然后水洗、醇洗，调整pH＝6.5，加入蓖麻油酸，在温度为190℃继续反应4小时，然后真空过滤，得到糊状混合物，醇洗、水洗至中性，得到褐色糊状物为极性修饰富勒烯；

[0053] 富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸＝1：8.5：9：19(重量比)。

[0054] 2、有机氮钼富勒烯润滑剂的合成

[0055] 将上述制备的极性修饰富勒烯8克与琥珀酰胺56克混合，搅拌均匀后在温度95℃、压力0.2MPa条件下，反应4.5小时；冷却到50℃，加入非硫磷有机钼256克，调高温度到185℃，压力不变条件下继续反应3.5小时，然后降温到100℃，抽真空至压力到0.1MPa；最后过滤，得到棕黄色有机氮钼富勒烯润滑剂。

[0056] 产品的减摩抗磨性和承载能力的考察：利用四球机测定，设定载荷(温度20℃，负荷392N，速度1450R/min，时间30min)下的极压和减摩抗磨性能，四球试验所用的钢球为直径12.7mm的GCR钢球，试验表明产品具有良好的极压和减摩抗磨性能。通过对比，直接采用润滑油，磨斑直径达到0.8mm。API SN5W/40润滑油中添加0.5％(重量)本实施例制备产品，磨斑直径达到0.29mm，摩擦系数0.0115。

[0057] 实施例4

[0058] 1、极性修饰富勒烯的合成

[0059] 将富勒烯C60和浓硝酸、浓盐酸置于容器中，于90℃真空(压力＝0.10MPa)的条件下反应3小时，然后水洗、醇洗，调整pH＝7，加入蓖麻油酸，在温度为190℃继续反应3小时，然后真空过滤，得到糊状混合物，醇洗、水洗至中性，得到褐色糊状物为极性修饰富勒烯；

[0060] 富勒烯C60：浓硝酸：浓盐酸：蓖麻油酸＝1：9：8.7：17(重量比)。

[0061] 2、有机氮钼富勒烯润滑剂的合成

[0062] 将上述制备的极性修饰富勒烯3克与琥珀酰胺15克混合，搅拌均匀后在温度98℃、压力0.2MPa条件下，反应4小时；冷却到60℃，加入非硫磷有机钼90克，调高温度到195℃，压力不变条件下继续反应3小时，然后降温到100℃，抽真空至压力到0.1MPa；最后过滤，得到棕黄色有机氮钼富勒烯润滑剂。

[0063] 产品的减摩抗磨性和承载能力的考察：利用四球机测定，设定载荷(温度20℃，负荷392N，速度1450R/min，时间30min)下的极压和减摩抗磨性能，四球试验所用的钢球为直径12.7mm的GCR钢球，试验表明产品具有良好的极压和减摩抗磨性能。通过对比，直接采用润滑油，磨斑直径达到0.8mm。API SN5W/40润滑油中添加0.5％(重量)本实施例制备产品，磨斑直径达到0.31mm，摩擦系数0.0127。

[0064] 综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。