纳米羟基硅酸镁的制备方法、抗磨剂的制备方法及应用

摘要

本发明公开了一种纳米羟基硅酸镁的制备方法、抗磨剂的制备方法及应用，纳米羟基硅酸镁的制备方法包括以下步骤：S1、提供预定质量比的氧化镁和二氧化硅，并将所述氧化镁和所述二氧化硅与预定浓度的氢氧化钠溶液混合，得到混合溶液；S2、将所述混合溶液在预定温度下反应预定时间，得到反应后的混合溶液；S3、将所述反应后的混合溶液进行清洗过滤，直至所述反应后的混合溶液的pH值

权利要求

1.一种抗磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过以氧化镁和二氧化硅为原料，在氢氧化钠溶液中通过水热法合成，经过洗涤干燥后便可得到纳米级羟基硅酸镁：S1、提供预定质量比的氧化镁和二氧化硅，并将氧化镁和二氧化硅与预定浓度的氢氧化钠溶液混合，得到混合溶液；

S2、将混合溶液在预定温度下反应预定时间，得到反应后的混合溶液；

S3、将反应后的混合溶液进行清洗过滤，直至反应后的混合溶液的pH值<8，再过滤得到过滤产物；

S4、将过滤产物进行干燥，得到纳米羟基硅酸镁；

S5、将纳米羟基硅酸镁与纳米铁粉、纳米镍粉和片状石墨混合，并加入表面修饰剂，得到混合物料；

S6、将混合物料进行研磨，得到抗磨剂；

纳米羟基硅酸镁与纳米铁粉、纳米镍粉、石墨和表面修饰剂的质量比为：80％-70％：

5％-8％：5％-7％：8％-10％：3％-5％；

表面修饰剂为选自油酸；抗磨剂相对于润滑油或润滑脂的质量分数为0.1％-2％；

首先，将氢氧化钠滴定溶液,浓度1-6mo l/L、氧化镁和二氧化硅,摩尔比为2:3-2:9在容器中混合，混合后移至高温高压反应釜中，在温度为180℃～250℃的条件下，反应6h～

72h；然后，采用去离子水将反应后的混合溶液反复清洗、过滤，直至混合溶液的pH值小于8，将过滤后的产物放置于烘干设备中，在50℃～100℃的条件下干燥，即可得到羟基硅酸镁纳米粉体,将羟基硅酸镁纳米粉体,重量比为80％-70％与纳米铁粉,重量比为5％-8％和纳米镍粉重量比为5％-7％以及片状石墨重量比为8％-10％混合，最后加入质量分数为3％－5％的油酸，置于球磨机中研磨1小时，得到表面改性的纳米级粉体，既抗磨剂。

说明书

纳米羟基硅酸镁的制备方法、抗磨剂的制备方法及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种纳米羟基硅酸镁的制备方法、一种抗磨剂的制备方法及其在润滑油或润滑脂中的应用。

背景技术

[0002] 羟基硅酸镁是天然蛇纹石的主成分之一。粉碎至微纳米级的天然蛇纹石可以作为一种润滑油添加剂，改善机械零部件的磨损，甚至在一定程度上修复机械零件的磨损部位。但是天然蛇纹石存在两大缺点，一方面其成分复杂，一致性较差，其中某些杂质甚至会加剧机械零件的磨损，导致天然蛇纹石作为润滑油添加剂稳定性欠佳；另一方面通过机械球磨的方法极难得到尺寸达纳米级、且一致性较好的天然蛇纹石纳米颗粒。

[0003] 现有技术中，专利号为CN101386713A的申请公开了一种利用球磨的方法制备羟基硅酸镁的技术，该技术的缺点是难以保证合成产物的一致性，难以工业化生产。

[0004] 专利号为CN104261417A的申请公开了一种利用水热法合成羟基硅酸镁的技术，该技术并没有确切控制合成条件分别得到片状、管状和纤维状的纳米羟基硅酸镁。

[0005] 专利号为CN103880027A的申请公开了一种羟基硅酸镁纳米管抗磨材料及其制备方法，该技术并没有提及片状纳米羟基硅酸镁的合成和表面改性。如果直接将羟基硅酸镁纳米粒子添加到润滑油中，粉体很快发生团聚，继而沉淀。因此，存在改进需要。

发明内容

[0006] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明提出一种纳米羟基硅酸镁的制备方法，该方法简单，可操作性强，产物一致性高。

[0007] 本发明还提出一种抗磨剂的制备方法。

[0008] 本发明还提出一种抗磨剂的应用。

[0009] 根据本发明第一方面实施例的纳米羟基硅酸镁的制备方法，包括以下步骤：S1、提供预定质量比的氧化镁和二氧化硅，并将所述氧化镁和所述二氧化硅与预定浓度的氢氧化钠溶液混合，得到混合溶液；S2、将所述混合溶液在预定温度下反应预定时间，得到反应后的混合溶液；S3、将所述反应后的混合溶液进行清洗过滤，直至所述反应后的混合溶液的pH值<8，再过滤得到过滤产物；S4、将所述过滤产物进行干燥，得到所述纳米羟基硅酸镁。

[0010] 根据本发明实施例的纳米羟基硅酸镁的制备方法，通过以氧化镁和二氧化硅为原料，在氢氧化钠溶液中通过水热法合成，经过洗涤干燥后便可得到纳米级羟基硅酸镁，该制备方法简单可行，可操作性强，并且在羟基硅酸镁的合成过程中，通过控制反应时间，可以得到片层状和管状等不同微观形貌的纳米微粒，从而实现羟基硅酸镁纳米微粒的可控合成。

[0011] 另外，根据本发明上述实施例的纳米羟基硅酸镁的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：

[0012] 根据本发明的一个实施例，所述预定质量比为1:1-1:3。

[0013] 根据本发明的一个实施例，所述预定浓度为1-6mol/L。

[0014] 根据本发明的一个实施例，所述预定温度为180-250℃，所述预定时间为6-72小时。

[0015] 根据本发明的一个实施例，在所述步骤S3中，采用去离子水对所述反应后的混合溶液进行清洗。

[0016] 根据本发明的一个实施例，在所述步骤S4中，所述过滤产物的干燥温度为50-100℃。

[0017] 根据本发明第二方面实施例的抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：S5、将权利要求1所述的纳米羟基硅酸镁与纳米铁粉、纳米镍粉和石墨中的至少两种混合，并加入表面修饰剂，得到混合物料；S6、将所述混合物料进行研磨，得到所述抗磨剂。

[0018] 根据本发明的一个实施例，所述纳米羟基硅酸镁与所述纳米铁粉、纳米镍粉、石墨和表面修饰剂的质量比为：(80％-70％)：(5％-8％)：(5％-7％)：(8％-10％)：(3％-5％)。

[0019] 根据本发明的一个实施例，所述表面修饰剂为选自油酸、硬脂酸和六甲基二胺烷偶联剂中的至少一种。

[0020] 根据本发明第三方面实施例的抗磨剂的应用，所述抗磨剂在润滑油或润滑脂中应用，所述抗磨剂相对于润滑油或润滑脂的质量分数为0.1％-2％。

[0021] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0022] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0023] 图1是根据本发明实施例的纳米羟基硅酸镁的制备方法的流程图；

[0024] 图2是根据本发明实施例1中一种纳米羟基硅酸镁的X射线衍射图谱；

[0025] 图3是根据本发明实施例1中一种纳米羟基硅酸镁的微观形貌图；

[0026] 图4是根据本发明实施例2中一种纳米羟基硅酸镁的X射线衍射图谱；

[0027] 图5是根据本发明实施例2中一种纳米羟基硅酸镁的微观形貌图；

[0028] 图6是根据本发明实施例的抗磨剂的制备方法的流程图；

[0029] 图7是根据本发明试验例中试件的磨斑形貌图，其中图7中(a)表示试件添加了抗磨剂的磨斑形貌图；图7中(b)表示试件未添加抗磨剂的磨斑形貌图；

[0030] 图8是根据本发明试验例中试件的摩擦表面膜的成分能谱图。

具体实施方式

[0031] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0032] 下面首先结合附图1具体描述根据本发明实施例的纳米羟基硅酸镁的制备方法。

[0033] 如图1所示，根据本发明实施例的纳米羟基硅酸镁的制备方法包括以下步骤：

[0034] S1、提供预定质量比的氧化镁和二氧化硅，并将所述氧化镁和所述二氧化硅与预定浓度的氢氧化钠溶液混合，得到混合溶液。

[0035] S2、将所述混合溶液在预定温度下反应预定时间，得到反应后的混合溶液。

[0036] S3、将所述反应后的混合溶液进行清洗过滤，直至所述反应后的混合溶液的pH值<8，再过滤得到过滤产物。

[0037] S4、将所述过滤产物进行干燥，得到所述纳米羟基硅酸镁。

[0038] 由此，根据本发明实施例的纳米羟基硅酸镁的制备方法，通过以氧化镁和二氧化硅为原料，在氢氧化钠溶液中通过水热法合成，经过洗涤干燥后便可得到纳米级羟基硅酸镁，该制备方法简单可行，可操作性强，并且在羟基硅酸镁的合成过程中，通过控制反应时间，可以得到片层状和纤维状等不同微观形貌的纳米微粒，从而实现羟基硅酸镁纳米微粒的可控合成。

[0039] 根据本发明的一个实施例，所述预定质量比为1:1-1:3，优选为1：1，所述预定浓度为1-6mol/L。也就是说，在本申请中，氧化镁和二氧化硅的质量比可以为1:1-1:3，氧化镁和二氧化硅的摩尔比则可以为2:3-2:9，氢氧化钠为滴定溶液，其浓度可以为1-6mol/L，优选为2-6mol/L。

[0040] 在本发明的一些具体实施方式中，所述预定温度为180-250℃，所述预定时间为6-72小时。

[0041] 具体地，氧化镁和二氧化硅与氢氧化钠溶液混合得到的混合溶液可以转移至高温高压反应釜中，在温度为180℃-250℃的条件下，反应6h～72h。

[0042] 其中，在羟基硅酸镁的合成过程中，通过控制时间得到片层状和管状等不同微观形貌的纳米微粒，从而实现羟基硅酸镁纳米微粒的可控合成。具体地，当反应时间在6-18小时内，羟基硅酸镁的形状为片状；当反应时间在18-48小时内，羟基硅酸镁的形状为片管混合状；当反应时间在48-72小时内，羟基硅酸镁的形状为管状。

[0043] 根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，采用去离子水对反应后的混合溶液进行清洗。进一步地，在步骤S4中，过滤产物的干燥温度为50-100℃。

[0044] 也就是说，在本申请中，可以采用去离子水对羟基硅酸镁的混合溶液进行清洗和过滤，清洗过程一直持续到混合溶液的pH小于8，然后再将混合溶液进行过滤，得到过滤产物，即固态的羟基硅酸镁。接着再将固态的羟基硅酸镁放入干燥设备中进行干燥，即可得到纳米羟基硅酸镁。

[0045] 下面参照图6具体描述根据本发明实施例的抗磨剂的制备方法。

[0046] 具体地，根据本发明实施例的抗磨剂的制备方法包括以下步骤：

[0047] S5、将权利要求1所述的纳米羟基硅酸镁与纳米铁粉、纳米镍粉和石墨中的至少两种混合，并加入表面修饰剂，得到混合物料。

[0048] S6、将所述混合物料进行研磨，得到所述抗磨剂。

[0049] 根据本发明的一个实施例，所述纳米羟基硅酸镁与所述纳米铁粉、纳米镍粉、石墨和表面修饰剂的质量比为：(80％-70％)：(5％-8％)：(5％-7％)：(8％-10％)：(3％-5％)。优选地，所述表面修饰剂为选自油酸、硬脂酸和六甲基二胺烷偶联剂中的至少一种。

[0050] 由此，根据本发明实施例抗磨剂的制备方法，由于不同微观形貌的纳米微粒在基础油中的分散性不同，所采用的表面修饰剂不同，从而保证了各种片层状和管状的羟基硅酸镁在基础油中都具有良好的分散性。另外，在制备过程中，由于纳米镍粉的加入，既可以作为催化剂，又可以在轻载的时候起到抗磨剂的作用。

[0051] 总之，本发明所述的抗磨极压剂在基础油中具有极佳的分散性，可以作为润滑油或润滑脂的极压抗磨添加剂，在使用过程中，可以延长机械零部件的使用寿命。

[0052] 根据本发明实施例的抗磨剂的制备方法大体可以包括如下步骤：

[0053] 首先，将氢氧化钠滴定溶液(浓度1-6mol/L)、氧化镁和二氧化硅(摩尔比为2:3-2:9)在容器中混合，混合后移至高温高压反应釜中，在温度为180℃～250℃的条件下，反应6h～72h。然后，采用去离子水将反应后的混合溶液反复清洗、过滤，直至混合溶液的pH值小于
8。接着，将过滤后的产物放置于烘干设备中，在50℃～100℃的条件下干燥，即可得到羟基硅酸镁纳米粉体。

[0054] 将羟基硅酸镁纳米粉体(重量比为80％-70％)与纳米铁粉(重量比为5％-8％)和纳米镍粉(重量比为5％-7％)以及片状石墨(重量比为8％-10％)混合，最后加入质量分数为3％－5％的油酸，置于球磨机中研磨1小时，得到表面改性的纳米级粉体，既抗磨剂。

[0055] 在使用时，将上述抗磨剂按0.1％-2％的质量分数加入润滑油或润滑脂中，充分搅拌，便可得到分散均匀的胶体。

[0056] 本发明还提供了根据本发明上述实施例的抗磨剂的制备方法制备得到的抗磨剂的应用，该抗磨剂可以在润滑油或润滑脂中应用，所述抗磨剂相对于润滑油或润滑脂的质量分数为0.1％-2％。

[0057] 本发明提供的抗磨剂可作为润滑油或润滑脂的添加剂，降低轴承、齿轮等机械零部件的磨损，尤其是在高速重载的工况下，可以在零件表面生成一层抗磨性极高的陶瓷层，从而大大延长零部件的磨损寿命。

[0058] 下面结合具体实施例和附图来描述根据本发明实施例的纳米羟基硅酸镁的制备方法和抗磨剂的制备方法。

[0059] 实施例一

[0060] 将2.143g的氧化镁和2.143g的二氧化硅放入容器中充分混合，加入200ml的去离子水用磁力加热搅拌器搅拌溶解，再加入5mol/L的氢氧化钠滴定溶液搅拌5分钟，放入反应釜中加热，加热温度设定为200℃，反应时间设定为12小时，冷却处理后得到反应产物；采用去离子水将反应产物洗涤、过滤直至溶液pH值小于8，将过滤后的合成物放置于烘干设备中，设定温度为70℃，干燥后得到片状羟基硅酸镁的纳米粉体，如图2和图3所示。

[0061] 由图3可以看出，本发明实施例得到片层状的纳米微粒，从而实现羟基硅酸镁纳米微粒的可控合成。

[0062] 实施例二

[0063] 将2.143g的氧化镁和2.143g的二氧化硅放入容器中充分混合，加入200ml的去离子水用磁力加热搅拌器搅拌溶解，再加入6mol/L的氢氧化钠滴定溶液搅拌5分钟，放入反应釜中加热，加热温度设定为220℃，反应时间设定为72小时，冷却处理后得到反应产物；采用去离子水将反应产物洗涤、过滤直至溶液pH值小于8，将过滤后的合成物放置于烘干设备中，设定温度为80℃，干燥后得到片状羟基硅酸镁的纳米粉体，如图4和图5所示。

[0064] 由图5可以看出，本发明实施例得到管状的纳米微粒，从而实现羟基硅酸镁纳米微粒的可控合成。

[0065] 实施例三

[0066] 将2.525g的氧化镁和2.525g的二氧化硅放入容器中充分混合，加入200ml的去离子水用磁力加热搅拌器搅拌溶解，再加入3mol/l的氢氧化钠滴定溶液搅拌5分钟，放入反应釜中加热，加热温度设定为200℃，保温时间设定为50小时，冷却处理后得到反应产物；采用去离子水将反应产物洗涤、过滤直至溶液pH值小于8，将过滤后的合成物放置于烘干设备中，设定温度为70℃，干燥后得到管状羟基硅酸镁的纳米粉体。

[0067] 实施例四

[0068] 将2.143g的氧化镁和2.143g的二氧化硅放入容器中充分混合，加入200ml的去离子水用磁力加热搅拌器搅拌溶解，再加入2mol/l的氢氧化钠滴定溶液搅拌5分钟，放入反应釜中加热，加热温度设定为180℃，保温时间设定为72小时，冷却处理后得到反应产物；采用去离子水将反应产物洗涤、过滤直至溶液pH值小于8，将过滤后的合成物放置于烘干设备中，设定温度为60℃，干燥后得到管状羟基硅酸镁的纳米粉体。

[0069] 实施例五

[0070] 在实施例一制备得到的纳米羟基硅酸镁中加入纳米镍粉，并与油酸混合，其中，片状羟基硅酸镁占84％、纳米镍粉占10％、油酸占6％，在球磨机中球磨120分钟，得到抗磨剂。

[0071] 实施例六

[0072] 在实施例一制备得到的纳米羟基硅酸镁中加入纳米镍粉，并与硬脂酸混合，其中，片、管状羟基硅酸镁占90％、纳米镍粉占5％、硬脂酸占5％，在球磨机中球磨40分钟，得到抗磨剂。

[0073] 实施例七

[0074] 在实施例一制备得到的纳米羟基硅酸镁中加入纳米氧化铁粉和纳米镍粉，并与六甲基二胺烷偶联剂混合，其中，管状羟基硅酸镁占85％，纳米镍粉占10％、六甲基二胺烷偶联剂占5％，在球磨机中球磨100分钟，得到抗磨剂。

[0075] 实施例八

[0076] 在实施例一制备得到的纳米羟基硅酸镁中加入纳米镍粉，并与油酸混合，其中，羟基硅酸镁占88％、纳米镍粉占7％、油酸占5％，在球磨机中球磨45分钟，得到抗磨剂。

[0077] 试验例

[0078] 本试验例将实施例五得到的抗磨剂以质量分数1％加入PAO10基础油中，搅拌5分钟；超声分散5分钟；采用MRS-10A型四球摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，载荷600N，转速600r/min，运行时间为2小时。

[0079] 试验后试件表面的磨斑形貌及化学成分见图7和图8，其中，图7中(a)表示试件添加了抗磨剂的磨斑形貌图；图7中(b)表示试件未添加抗磨剂的磨斑形貌图；图8是根据本发明试验例中试件的摩擦表面膜的成分能谱图。

[0080] 通过上述实施例以及试验例可以看出，根据本发明实施例的纳米羟基硅酸镁的制备方法，通过以氧化镁和二氧化硅为原料，在氢氧化钠溶液中通过水热法合成，经过洗涤干燥后便可得到纳米级羟基硅酸镁，该制备方法简单可行，可操作性强，并且在羟基硅酸镁的合成过程中，通过控制反应时间，可以得到片层状和纤维状等不同微观形貌的纳米微粒，从而实现羟基硅酸镁纳米微粒的可控合成。

[0081] 根据本发明实施例抗磨剂的制备方法，由于不同微观形貌的纳米微粒在基础油中的分散性不同，所采用的表面修饰剂不同，从而保证了各种片层状和管状的羟基硅酸镁在基础油中都具有良好的分散性。另外，在制备过程中，由于纳米镍粉的加入，既可以作为催化剂，又可以在轻载的时候起到抗磨剂的作用。

[0082] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0083] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。