[发明专利]可用作润滑剂添加剂的聚合物-无机粒子

说明书

本发明涉及聚合物‑无机纳米粒子和它们的制备方法。本发明还涉及包含这些聚合物‑无机纳米粒子的粉末、浓缩物和润滑组合物，涉及将纳米粒子分散在润滑油中的方法，以及这些聚合物‑无机粒子在油润滑剂配制剂中用于降低倾点、摩擦和磨损的用途。

技术领域

本发明涉及聚合物-无机纳米粒子和它们的制备方法。本发明还涉及包含这些聚合物-无机纳米粒子的粉末、浓缩物和润滑组合物，涉及将纳米粒子分散在润滑油中的方法，以及这些聚合物-无机粒子在油润滑剂配制剂中用于降低倾点、摩擦和磨损的用途。

背景技术

本发明涉及润滑领域。润滑剂是降低表面之间的摩擦的组合物。除了允许两个表面之间的运动自由度和降低表面的机械磨损外，润滑剂还可抑制所述表面的腐蚀和/或可抑制由于热或氧化导致的对表面的损坏。润滑剂组合物的实例包括但不限于发动机油、传动流体、齿轮油、工业润滑油、润滑油脂(grease)和金属加工油。

润滑剂通常含有基础流体和可变量的添加剂。在润滑剂配制剂中的一些添加剂用于降低接触件之间的摩擦和磨损，这对正在被润滑的器件的能量效率和耐久性是重要的。

近年来，在润滑剂配制剂中使用固体无机纳米粒子方面已经有不断增长的兴趣。这些粒子尤其可用于实现边界润滑和使表面保持分开。研究已经表明添加纳米粒子可大大改进磨损和摩擦性能(Zhou等人，Tribolology Letters 8,213-218(2000)；Qiu等人，J.Tribol.123(3)441-443(2001))。

然而，创建纳米粒子的稳定分散体是有问题的。大多数未经处理的无机纳米粒子，例如TiO₂和SiO₂，在性质上是亲水的，并且因此在油或非极性环境中形成差的分散体。另外，粒子的差的分散和弱的力将粒子吸引在一起，这导致附聚和粒子聚集体。这些聚集体将导致沉降，其对于所述配制剂是不希望的和无效的。

为了防止这种沉降和增强分散，已经采用数种技术。这些技术包括例如在油掺混物中使用分散剂结构部分。通过将分散剂结构部分添加到油配制剂中，可改善纳米粒子的分散。分散剂或表面活性剂将具有可与粒子的表面相互作用的亲水部分和将有助于油分散的疏水尾部，由此形成胶束。使用分散剂的一个问题是必须存在分散剂与粒子的小心平衡，否则分散体将崩溃。存在于工作机器或部件中的热、能量和剪切力可容易打破这种平衡。所述平衡的破坏将导致粒子的沉降和附聚。另外，分散剂结构部分对于非极性环境的适用性不好。典型地，需要添加极性较大的基础流体，以便所述分散剂可以是相容的。随着向非极性更大的流体(第III组或第IV组油)的倾向增加，许多分散剂在含有这些油的油配制剂中将不会很好地发挥作用。

US 2013/0005619 A1描述了为了降低摩擦，在润滑剂配制剂中使用纳米粒子(SiO₂、TiO₂、氧化铝和氧化锡)。在这篇文献中，为了恰当分散所述粒子，使用了一种常见的分散剂，聚异丁烯基琥珀酰亚胺。所得的改性的无机纳米粒子SiO₂可以是如在图7中呈现的。

US 2011/0118156使用陶瓷纳米粒子，具体地是具有特殊几何形状的SiO₂，用于降低磨损和摩擦。还表明了添加这些粒子有助于材料的承载能力。为了分散所述粒子，基础油必须是极性的，例如水或极性天然油，例如大豆或棕榈油。

Battez等人(Wear 261(2006)256-263)描述了在PAO6油配制剂中ZnO粒子如何能降低在极压(EP)条件下的磨损。为了分散和稳定所述粒子，需要分散剂。此处，使用含有多羟基硬脂酸的非离子分散剂(该分散剂的商业名是Octacare DSP-OL100和Octacare DSP-OL300)。尽管创建了分散体，仍然会发生沉降和附聚。该作者还表明了仅含有所述分散剂和基础油的配制剂可以大大改善磨损，并且在某些测试中的表现优于经稳定化的纳米粒子分散体。实际上，不稳定的纳米粒子增加了磨损。