有机柱撑型层状铝硅酸盐材料的合成及稠化性质研究

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润滑脂具有优良的润滑性能、好的密封性、润滑寿命长等优点,可以有效地减小摩擦,降低磨损,延长设备使用寿命。润滑脂是由基础油、稠化剂和添加剂组成的半固态非牛顿型流体。稠化剂构成了润滑脂的基础骨架,约占润滑脂组成的5~25 wt.%。稠化剂在很大程度上决定着润滑脂的理化性能和润滑性能。锂基润滑脂是当前应用最广泛的润滑脂,但是近年来锂电池工业的迅猛发展使得锂资源日益紧缺,严重影响到锂基脂的发展。因此,开发新型润滑脂稠化剂具有重要的意义。传统脂肪酸金属皂基润滑脂是由长链脂肪酸金属盐稠化基础油获得,长链脂肪酸金属盐的基本结构是一端是具有亲油性的烷基链,另一端是羧酸金属盐。本文从“类盐化合物”理念出发,以长链季铵盐柱撑层状铝硅酸盐构筑“类盐化合物”材料,并以其为稠化剂,聚烯烃PAO8为基础油制备有机柱撑型层状铝硅酸盐凝胶,研究其作为润滑脂稠化剂的性质。具体内容和主要结论如下:(1)以十八烷基三甲基溴化铵,氢氧化钠,硅溶胶为原料,在水热合成体系中制备了结晶度良好的十八烷基三甲基溴化铵柱撑型层状硅酸钠材料(Layered octadecyltrimethylammonium-templated silicates,LS)。LS样品是由薄片组成的聚集体,粒径约为6μm~12μm;CHN元素分析表明季铵盐含量为52.47%。(2)以LS为稠化剂,聚烯烃PAO8为基础油,分别采用室温常压法、高温法、高温高压法制备了LS凝胶。流变学结果表明,LS凝胶的黏弹性比较低,虽然采取了改变稠化时间、温度、压力、搅拌方式以及增加陈化等多种试验方法,但LS凝胶的黏弹性都没有提高,LS凝胶无法满足润滑脂的基本要求。SRV摩擦学试验结果表明,LS凝胶有优良的润滑性能,LS起到了固体润滑添加剂的作用。(3)以偏铝酸钠,十八烷基三甲基溴化铵,氢氧化钠,硅溶胶为原料,制备了硅铝比分别为0.05、0.10、0.15、0.20的十八烷基三甲基溴化铵柱撑型层状铝硅酸钠材料(Layered octadecyltrimethylammonium-templated alumino silicates,LAS)。27Al MAS NMR核磁测试表明,Al原子在LAS骨架中是四配位状态;薄片LAS的粒径长为250~350nm,厚度约为40 nm;CHN元素分析表明,硅铝比为0.05~0.20 LAS样品中季铵盐含量分别为51.91%、51.34%、49.48%、48.92%。(4)采用室温常压法制备了LAS凝胶。流变结果表明,随着LAS硅铝比增加,凝胶的黏弹性和结构强度逐渐增加,LAS(0.20)凝胶的黏弹性最高,而且LAS(0.20)凝胶的黏弹性随着LAS(0.20)质量分数的增加而增高。随着LAS硅铝比增加和LAS(0.20)质量分数增加,LAS凝胶的滴点逐渐增高,分油量逐渐减少。LAS(0.20)凝胶的起始氧化温度与基础油接近,对铜片有轻微腐蚀。LAS具有典型的润滑脂特征。(5)利用SRV摩擦磨损试验机,考察了不同质量分数LAS(0.20)凝胶样品的摩擦学性能。LAS(0.20)凝胶的最高运行载荷为700 N,质量分数为20 wt.%LAS(0.20)凝胶的抗磨减摩性最好。
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