一种生物相容和生物可降解型乳液凝胶润滑剂及制备与应用的制作方法

本发明属于润滑乳液凝胶领域，特别涉及一种生物相容和生物可降解型乳液凝胶润滑剂及制备与应用。

背景技术：

1、润滑剂对国民经济、国防及相关高新技术产业的发展起着重要的支撑作用，它能减少两相对运动的接触表面之间的摩擦和磨损，是任何机械运转时不可缺少的。

2、目前，根据润滑剂的存在状态可以分为气体润滑剂、液体润滑剂、半固体润滑剂和固体润滑剂四大类。液体润滑剂是用量最大的一类润滑剂，其中，最常用的是矿物油基润滑剂。但是，矿物油基润滑剂在摩擦磨损过程中容易产生泄露、爬升和挥发损失，这不仅造成环境污染和浪费，而且还导致润滑失效。

3、绿色润滑技术是一种减少磨损、节约能源、可循环利用、不对环境造成危害的润滑技术。为了防止润滑油的生产对环境产生负面影响和产生生物毒性物质，人们一直在努力研究和开发环境友好型润滑剂。以植物油为原料制备的植物油基润滑剂，具有很好的润滑性能，并且可以在短时间内被微生物分解成co2和h2o，是一种无毒可生物降解的绿色润滑剂。但是，植物油基润滑剂的抗磨性、承载性和抗氧化能力较差，无法很好的应用到工业生产中。随着现代工业的快速发展以及环境问题的日益突出，合成酯润滑剂越来越受到人们的关注，尤其是具有优异润滑性、热稳定性、抗磨减摩性和高承载能力以及高生物降解性和低毒性的合成酯润滑剂，已成为制备绿色润滑剂的优异候选材料。例如：cn107722952a公开了水基钻井液用合成酯润滑剂和水基钻井液，所述润滑剂含有合成酯和有机硅；所述合成酯为c10-c18的单有机酸与醇进行酯化反应所得的产物。然而，由于液体润滑剂具有良好的流动性，因此在摩擦过程中容易导致润滑失效。

4、壳聚糖是天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌等多种功能，广泛应用于食品添加剂、纺织、农业、环保、美容保健等领域。将其作为添加组分用于润滑剂领域也有诸多报道，例如：cn109810750a将壳聚糖磷酸酯及胺盐化合物作为润滑剂组合物，和肉豆蔻酸异丙酯、油醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、有机钼组合制备环保微量润滑剂。cn103725392a、cn108504430a将羟甲基壳聚糖作为组分用于制备环保乳化切削液。cn108048168a将壳聚糖聚乙二醇脂肪酸酯作为环保可降解微量切削液的组分，满足金属加工的润滑冷却、极压抗磨和防锈要求。cn108559591a将壳聚糖作为组分用于制备润滑剂组合物。然而，上述包含壳聚糖组分的润滑剂技术中，有些仍然是液体状态，存在液体润滑剂的缺陷；有些组分过多，成分复杂。

5、乳液凝胶润滑剂作为一种半固体润滑剂，具有不易流失、密封性好等特点，可以解决液体润滑剂在摩擦磨损过程中的泄漏、爬移以及流动导致的局部失效等问题，而且乳液凝胶润滑剂还具有便于存储、存放等优点。因此，设计制备出兼具生物相容性、生物降解性和优异润滑性能的乳液凝胶润滑剂对于绿色润滑技术的的发展具有重要意义。

6、目前，将壳聚糖和合成酯结合，制备具有生物相容性、降解性且成分简单的乳液凝胶润滑剂，未见报道。为此，提出本发明。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的状况，本发明的发明人在乳液凝胶润滑剂领域进行深入而广泛的研究，发现将壳聚糖和合成酯结合，ph在6～7时壳聚糖分子间的静电作用达到平衡且分子间氢键作用增强，从而形成交联，可与合成酯形成稳定的乳液凝胶，不仅具有生物相容性、生物降解性和优异的润滑性能，而且不易流失、密封性好，可以解决液体润滑剂在摩擦磨损过程中的泄漏、爬移以及流动导致的局部失效等问题，还具有便于存储、存放等优点。本发明正是基于上述发现完成的。

2、因此，本发明的一个目的是提供一种乳液凝胶润滑剂，该乳液凝胶润滑剂不仅具有良好的生物相容性、生物降解性，而且具有良好的润滑性能。该润滑剂为半固体润滑剂，具有不易流失、密封性好等特点，可以解决液体润滑剂在摩擦磨损过程中的泄漏、爬移以及流动导致的局部失效等问题，而且便于存储、存放。

3、本发明的第二个目的是提供上述乳液凝胶润滑剂的制备方法。利用ph在6～7时壳聚糖分子间的静电作用达到平衡且分子间氢键作用增强，从而形成交联的特点，与合成酯形成稳定的乳液凝胶。不仅成分简单，而且制备便捷。

4、本发明的第三个目的是提供上述壳聚糖合成酯乳液凝胶作为润滑剂的用途。

5、实现上述发明目的的技术方案，可以概况如下：

6、乳液凝胶润滑剂，该润滑剂是由壳聚糖溶液和合成酯形成的乳液凝胶，ph＝6～7。

7、根据本发明，优选的，所述乳液凝胶的油水体积比为0.4:1至1.4:1，最优选1:1。

8、根据本发明，优选的，所述乳液凝胶中壳聚糖的浓度为0.05wt％～4wt％。

9、根据本发明，优选的，所述乳液凝胶中合成酯的体积分数为40％～60％。

10、根据本发明，优选的，所述的合成酯为季戊四醇油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯中的一种。

11、根据本发明，优选的，采用多功能摩擦磨损试验机测试润滑剂的摩擦学性能，球-盘点接触往复模式，摩擦副选择直径为10mm的钢球，所用载荷为15n，实验频率20hz，所述的润滑剂的摩擦系数为0.04～0.05。

12、根据本发明，优选的，以腐熟发酵的有机肥和壳聚糖乳液凝胶为原料制备实验体系，按照gb/t 19277.1-2011测定生物降解率，所述润滑剂45天后的生物降解率达80％以上。

13、根据本发明，上述乳液凝胶润滑剂的制备方法，包括步骤如下：

14、将壳聚糖加入酸的水溶液中溶解，得到壳聚糖溶液；将壳聚糖溶液加入合成酯并乳化均质，然后调节ph＝6～7，即得壳聚糖乳液凝胶润滑剂。

15、根据本发明，优选的，所述的酸的水溶液为醋酸水溶液；优选的，醋酸水溶液的浓度为1～3vol％。

16、根据本发明，优选的，壳聚糖的溶解温度为20～60℃。

17、根据本发明，优选的，壳聚糖溶液的浓度为0.5wt％～6wt％。

18、根据本发明，优选的，将壳聚糖溶液加入合成酯后，合成酯的体积分数为40％～60％。

19、根据本发明，优选的，乳化均质过程采用磁子搅拌的方式进行，搅拌速度为500～2000rpm，搅拌时间为10～60min。

20、根据本发明，优选的，调节ph采用碱溶液，优选的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或两种，碱溶液的浓度为1～20mol/l。

21、根据本发明，上述由壳聚糖溶液和合成酯形成的乳液凝胶作为润滑剂的用途。

22、本发明的有益效果如下：

23、1、本发明的乳液凝胶润滑剂，具有生物相容性和生物降解性，属于环保型润滑剂。以腐熟发酵的有机肥和壳聚糖乳液凝胶为原料制备实验体系，按照gb/t 19277.1-2011测定生物降解率，润滑剂45天后的生物降解率达80％以上。

24、2、本发明的乳液凝胶润滑剂，具有良好的润滑性能，采用多功能摩擦磨损试验机测试润滑剂的摩擦学性能，球-盘点接触往复模式，摩擦副选择直径为10mm的钢球，所用载荷为15n，实验频率20hz，所述的润滑剂的摩擦系数为0.04～0.05。

25、3、本发明的乳液凝胶润滑剂，为半固体润滑剂，具有不易流失、密封性好等特点，可以解决液体润滑剂在摩擦磨损过程中的泄漏、爬移以及流动导致的局部失效等问题，而且便于存储、存放。

26、4、本发明的乳液凝胶润滑剂，利用ph在6～7时壳聚糖分子间的静电作用达到平衡且分子间氢键作用增强，从而形成交联的特点，与合成酯形成稳定的乳液凝胶。不仅成分简单、无毒、可降解，而且制备便捷。