唐诗洋，张树华，刘　岩，李　健，陈庆海

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江哈尔滨150027）

微米稀土粉体表面改性技术研究*

唐诗洋，张树华，刘岩，李健，陈庆海

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江哈尔滨150027）

摘要：本文采用稀土粒子与蛇纹石粉体组成的微米复合粉体，研究了油酸、Span、硼酸酯对其的表面改性效果，确定了复合改性剂的复配配比为油酸∶Span∶硼酸酯=43.1∶24.1∶32.8。通过实验，得到了较优工艺条件：复合改性剂添加量5.8%，改性温度75℃，改性时间80min。改性后的微米稀土粉体表现出良好的亲油疏水性，提高了其在机油中的分散稳定性。

关键词：微米复合粉体；表面改性；分散性

磨损是材料与设备报废的3种主要原因之一[1]，目前，全世界每年因摩擦磨损造成的资源浪费已超过上千亿美元。机械的润滑与润滑油息息相关。目前使用的润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成。添加剂可弥补和改善基础油性能方面的不足，赋予某些新的性能，是润滑油重要组成部分。润滑油品质的每一次提升，几乎都是添加剂发展的结果。近年来，发展具有优良抗磨损、显著节能效果、环境友好的润滑油添加剂，一直是国际润滑研究领域的前沿课题。国内外学者在开发优异的抗磨减摩和抗极压性能的润滑油添加剂的过程中，逐渐将注意力转向超细粉体[2 ]，并对其进行了一系列的摩擦学性能研究，取得了良好的效果。但粉体粒子在润滑油中的分散性及稳定性问题还没很好地解决，从而限制了超细粉体作为润滑添加剂的使用。

超细粉体润滑添加剂在润滑油中的分散稳定性是润滑技术领域中的关键技术。复合粉体具有很强的亲水性，需要利用改性剂对其表面进行改性，提高其在非极性溶剂中的分散性，并且不会因外部环境变化而在润滑油中再次产生凝集与沉淀，这是目前国内外的研究热点，也是应用润滑油技术促进高效节能环保产业发展的重要因素。其对缓解能源、原材料等问题有着不同寻常的意义。

1　实试部分

1.1主要试验材料与仪器

含稀土复合矿石粉体（俄罗斯）；油酸（A.R.天津市博迪化工有限公司）；司班（Span）（C.P.天津市河东区红岩试剂厂）。硼酸酯（A.R.韶关市翁江化学试剂有限公司）。无水乙醇（A.R.天津市富宇精细化工有限公司）。长城牌汽油机油（SD级中国石油化工股份有限公司润滑油分公司）。

FA2004电子天平（山东菏泽市生化仪器厂）；GM06A电热恒温干燥箱（北京市永光明医疗仪器厂）；85- 2数显磁力搅拌器（金坛市瑞华仪器有限公司）；KQ- 100B超声清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；OSB- 2000油浴锅（重庆市永生实验仪器厂）。

1.2试验方法

1.2.1含稀土复合矿石粉体的改性[3]将一定量的改性剂和溶剂置于三口烧瓶中，加热搅拌至其混合均匀，然后将含稀土复合矿石粉体缓慢加入，加热至指定温度，恒温回流。待搅拌反应进行一定时间后，抽滤，并在与改性温度相同的温度条件下干燥，经研磨、筛分，得到表面改性的含稀土复合矿石粉体。

1.2.2亲油化度测试亲油化度值的测定即疏水程度的检验，此值的大小可以作为评价改性效果的标准，值越高说明粉体的疏水性越好。测试方法为将改性粉体置于50mL蒸馏水中，然后逐滴加入无水乙醇，当漂浮于水面上的粉体完全浸润时，记录无水乙醇的加入量V（mL）[4]，则：

2　结果与分析

2.1不同改性剂的改性效果

2.1.1油酸的改性效果在改性温度为75℃，改性时间为1h的条件下，考察油酸[5 ]不同添加量（m/m）对复合粉体改性效果的影响，结果见图1。

图1　油酸用量对亲油化度的影响Fig.1 Effect of oleic acid amount on lipophilicity

由图1的试验结果可以看出，油酸的用量明显影响复合粉体的修饰效果。复合粉体的亲油化度值随油酸的增加而大幅度增大，当油酸添加量达到2.5%时，亲油化度值达到了42.30%的最大值。

2.1.2司班（Span）的改性效果在改性温度为75℃，改性时间为1h的条件下，考察硬脂酸不同添加量（m/m）对复合粉体改性效果的影响，结果见图2。

由图2中曲线可以看到，Span的用量为0.5% ～1.5%时，明显影响复合粉体的修饰效果，亲油化度值大幅度增大。当Span的添加量继续增加，亲油化度值开始缓慢减小，并且有呈大幅度减小的趋势。以上实验数据得出，司班（Span）的最佳改性用量是1.5%。

图2　硬脂酸用量对亲油化度的影响Fig.2 Effect of octadecanoic acid amount on lipophilicity

2.1.3硼酸酯的改性效果在改性温度为75℃，改性时间为1h的条件下，考察硼酸酯[ 6 ]不同添加量（m/m）对复合粉体改性效果的影响，见图3。

图3　硼酸酯用量对亲油化度的影响Fig.3 Effect of boric acid ester amount on lipophilicity

由实验结果看到，当用量低于2%时，粉体的亲油化度值呈大幅度增大趋势，这是由于硼酸酯中存在着活性基团，其既与复合粉体表面羟基发生脱水反应，也可与不饱和键键合，从而提高其在有机介质中的分散性与悬浮稳定性。

2.2复合改性剂用量对改性效果的影响

在改性温度为75℃，改性时间为1h条件下，考察各单剂最优值复配复合改性剂（m/m）对复合粉体改性效果的影响，见表1。

通过表1的试验数据得出，当油酸、Span、硼酸酯的添加量分别为2.5%、1.4%、1.9%，即复合改性剂中油酸∶Span∶硼酸酯= 43.1∶24.1∶32.8，添加量为5.8%时，对粉体表面的改性效果最明显，亲油化度值达到83.86%。油酸、Span、硼酸酯之间与粉体有很好的相溶性，产生了良性的复合协同效应，使分散体系最稳定。

表1　改性单剂复配复合改性剂对亲油化度的影响Tab.1 Effect of composite modifier on lipophilicity

2.3改性温度对改性效果的影响

在改性时间为1h，复合改性剂用量为5.8%的条件下，考察改性温度对复合粉体改性效果的影响，见表图4。

图4　改性温度对亲油化度的影响Fig.4 Effect of modified temperature on lipophilicity

由图4可以看出，改性效果随温度的增加变得明显，在75℃时，反应得到最大亲油化度。

2.4改性时间对改性效果的影响

在改性温度为75，复合改性剂用量为5.8%的条件下，考察改性时间对复合粉体改性效果的影响，见图5。

图5　改性时间对亲油化度的影响Fig.5 Effect of modified time on lipophilicity

由图5可见，随着反应时间的增加，复合改性剂和粉体迅速发生反应，亲油化度值迅速增大。随着修饰时间增加到80min时，包覆趋近饱和，亲油化度达到最大值。

2.5改性前后复合粉体的接触角

为了考察改性前后复合粉体的亲水疏水程度，对其进行了接触角的测定。

表2　改性前后含稀土复合粉体接触角的测定结果Tab.2 Determination results of contact angles before and after modified

由表2中数据可以看出，未改性的复合粉体接触角为10.705°，表面具有很强的亲水性。经过复合改性剂表面修饰后，复合粉体的接触角增加到152. 475°，表明粉体表面的疏水性大幅度增加，改性效果非常明显。

3　结论

（1）考察改性单剂的改性效果，得到复合改性剂的复配配比为油酸∶Span∶硼酸酯=43.1∶24.1∶32.8。

（2）通过实验，得到较优改性工艺条件：复合改性剂添加量5.8%，改性温度75℃，改性时间80min。

（3）经复合改性剂处理后，微米稀土粉体表现出良好的亲油疏水性，降低了粉体间的聚集，有利于粉体分散。

参考文献

［1］陈文刚.硅酸盐粉体作为添加剂对金属摩擦副磨损特性影响的研究［D］.大连：大连海事大学载运工具运用工程系, 2006: 13- 27.

［2］曹娟,张振忠,赵芳霞.超细蛇纹石粉体改善润滑油摩擦磨损性能的研究［J］.润滑与密封, 2007, 32（12）: 53- 55.

［3］陈志刚.微米碳酸钙、稀土粒子用作润滑油添加剂的摩擦学性能和机理研究［D］.上海：上海海事大学轮机工程系, 2004: 37- 42.

［4］吕静.蛇纹石微粒润滑油添加剂的研究［D］.大连：大连海事大学轮机工程系, 2011: 21- 33.

［5］许一,张保森,徐滨士，等.镧/蛇纹石复合润滑材料的热力学及摩擦学性能［J］.粉末冶金材料科学与工程,2011,16（3）:349-354.

［6］李桂金,白志民,黄卫俊.蛇纹石粉体表面改性研究［J］.硅酸盐通报, 2008, 27（6）: 1091- 1095.

中图分类号：TH117.3

文献标识码：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tg 20150255

收稿日期：2015- 01- 08

基金项目：黑龙江省科学院青年创新基金资助项目

作者简介：唐诗洋（1986-），女，研究实习员，2012年毕业于哈尔滨理工大学，硕士，主要从事油品助剂的研发工作。

Research of the micron composite powders containing rare earth surface modification*

TANG Shi-Yang，ZHANG Shu-Hua，LIU Yan，LI Jian，CHEN Qing-Hai

（Energy and Environment Research Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150027，China）

Abstract：This paper studies the effect of surface modification on composite powders containing rare earth and serpentine by using oleic acid, Span and boric acid ester. The composite modifier which is mixed oleic acid, span and boric acid ester by 43.1∶24.1∶32.8 is ascertained. The optimized process condition is obtained through the experiment: composite modifier dosage 5.8% , modification temperature 75℃, modification time 80 min. The modified micron composite powders containing rare earth are showing better oil-wet hydrophobic, improved the dispersion stability in the engine oil.

Key words：micro composite powders；surface modification；dispersity