[发明专利]润滑油组合物

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种润滑油组合物，特别是涉及一种包含纳米碳球的润滑油组合物。

【背景技术】

纳米碳球是由多层石墨层结构以球中球的方式所组成的多面体碳簇。其粒径大体介于3～100nm，主要为30～40nm，内部可为中空(HollowNanocapsules)或填充金属(Metal Filled Nanocapsules)。纳米碳球外壳的石墨层，其中央部位均为六元环，在边角或转折处则由五元环所组成，每一碳原子皆为sp²杂化。纳米碳球因特殊的多层石墨层结构而具有高热传导性、高导电性、强度佳及化学稳定性等优点。由于纳米碳球的石墨壳层形成保护空间，遂可避免内部金属颗粒聚集、扩散或受外在环境影响而氧化，使内部纳米金属结构及量子效应等性质得以长久保存。

以颗粒状纳米碳球作为润滑油添加剂，相比于传统扁平石墨材的差别在于：球状纳米颗粒每一壳层的结构类似多面穹顶(geodesic dome)，直径约在数十至一百纳米，因封闭结构没有暴露活性边界，使添加纳米碳球的润滑剂品质优越，并具备微电子领域应用的优势。传统添加层状石墨材的润滑剂是由滑动层状化合物所构成，它是一种平坦、张页结构的滑动胶，可减少摩擦力，但由于层状边界属于化学活性，遂会慢慢分解及裂开而连结至欲进行润滑的金属表面。球状纳米颗粒，其优点在于利用类似微细小球轴承的滚动来降低润滑剂摩擦及磨损，其颗粒大小可沿金属表面进入每一坑洞缝隙。此外，因球状纳米颗粒在形状上无暴露的活性边界，因此这种较佳的润滑剂可抵抗较恶劣的环境。

然而，球状纳米颗粒因无暴露的活性边界而使其不易分散于溶剂中，因此如何克服纳米粒子与有机相(润滑油)的界面性质，保持粒子间的分散性，以使其在润滑油中发挥降低摩擦的特性，为一重要关键技术。

【发明内容】

本发明的一实施例提供一种润滑油组合物，包括：基础油料；以及纳米碳球，其表面接枝有烷基，使其分散于该基础油料中。

本发明经改性后的纳米碳球，表面接枝有烷基分子链，可均匀分散于润滑油中，成为极佳的添加剂配方，以提高润滑油的润滑性、修补磨痕、热传导效率及使用寿命，非常适合应用于轧延油、导热油、含浸油、链条油、引擎油、机械油及真空轴封油料等。

为使本发明的特征及优点能更明显易懂，下文特举相关实施例，并配合附图，作详细说明如下：

【具体实施方式】

本发明的一实施例，提供一种润滑油组合物，包括：基础油料；以及纳米碳球，其表面接枝有烷基，使其分散于基础油料中。

上述纳米碳球表面可以共价键与烷基键结，而接枝于纳米碳球表面的烷基，其碳数大体介于12～18，例如碳数18的十八烷基(stearyl)。纳米碳球可为中空结构或填充有金属、金属合金、金属氧化物、金属碳化物、金属硫化物、金属氮化物或金属硼化物。金属如为Sc、V、Cr、Fe、Co、Ni、Y、Zr、Mo、Ru、Rh、Pd、La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Ta、Os、Ir、Pt、Au、Th、U或其组合，其中又以Co、Fe、Ni、La、Y等元素或其组合是优选的。纳米碳球外壳可为纯碳或掺杂有氮、磷或硼。纳米碳球的粒径大体介于3～100nm，大多数为30～40nm。本发明的润滑油组合物可应用作为例如轧延油、含浸油、导热油、链条油或真空机械油。

本发明润滑油组合物中所含的改性纳米碳球具有极佳的物性，例如自由基去除率可达1×10⁸～2×10⁸(g/l)^-1s^-1，在氧气下的热稳定性可达摄氏600度以上，在溶剂中的分散性可达1～10mg/ml。

本发明纳米碳球的添加量一般来说是依基础油料种类的不同而有所差异，大约占润滑油组合物重量百分比的千分之0.05至百分之1左右。若在1,000ppm的添加量下，本发明润滑油组合物以SRV润滑油性能测试可比一般基础油料荷重提高56％，达700N。

本发明纳米碳球的改性步骤如下。首先，将纳米碳球分散于例如双氧水的溶剂中，通过羟基自由基加成反应使纳米碳球表面形成共价键结的羟基。加成于纳米碳球表面的基团并不限于羟基，亦可通过适当化学反应形成胺基或羧基键结。之后，将上述表面键结有羟基的纳米碳球与其相当摩尔数、碳数12～18的烷类化合物，例如碳数18的十八烷基，置于酸性溶液中回流进行加成反应。待分离纯化后，即可获得表面接枝有硬脂酸的纳米碳球产物，作为润滑油添加剂。