一種水基石墨烯-二硫化鉬納米管潤滑添加劑的製備方法
2023-12-01 15:02:11 1
一種水基石墨烯-二硫化鉬納米管潤滑添加劑的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種水基石墨烯-二硫化鉬納米管潤滑添加劑的製備方法，包括水溶性石墨烯的製備、水溶性二硫化鉬納米管的製備、水基石墨烯-二硫化鉬納米管潤滑添加劑的製備三個過程，本發明利用二硫化鉬納米管的性質和結構插入到石墨烯之間，從而將石墨烯間的滑動摩擦變為滾動摩擦，有效地提高了石墨烯的潤滑性能，而且二硫化鉬納米管本身就可作為潤滑添加劑，具有良好的潤滑性能，本發明將石墨烯和二硫化鉬納米管分別功能化使其具備水溶性再複合配製成一定比例的潤滑添加劑，該潤滑添加劑具有穩定性高，潤滑性能好且汙染小的優點。
【專利說明】一種水基石墨烯-二硫化鉬納米管潤滑添加劑的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及潤滑添加劑的製備方法，尤其涉及一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的製備方法。
【背景技術】
[0002]據統計，大約30%~50%的能源損失於由相互作用面間的摩擦力作用造成的摩擦磨損。潤滑劑能夠降低摩擦阻力，從而減少各種機械器件的磨損。將潤滑劑應用於機械接觸面間一直被認為是將摩擦磨損引發的能源損失降低到最小的關鍵。所以，潤滑劑在提高能源利用效率、減少能源浪費方面起著重要的作用。隨著工業的發展，礦物油基潤滑劑被研發出來，生產技術也日漸成熟，並在減少機械摩擦方面發揮了重大作用。但是礦物油基潤滑劑的潤滑效果稍差，易燃，並且會引發石油資源的浪費和環境汙染等問題，基於全球能源危機以及人們對環境保護意識的日益強烈，發展環境友好型的「綠色」潤滑劑一水基潤滑劑成了潤滑劑研發領域的關注中心。
[0003]石墨烯是碳原子以Sp2雜化的方式連接而成的一種蜂窩狀晶格排列的單原子厚度二維晶體。它具備原子層厚度、強度高以及在惡劣的環境條件下仍能保持穩定的化學性質等優點，並有研究證實石墨烯可以有效地作為潤滑劑在機械作用面間起到潤滑作用。
[0004]二硫化鑰是一種層狀結構的過渡金屬硫化物，這種類石墨的層狀結構使其能夠通過結構邊緣的活性Mo、S等原子的化學鍵結合而形成納米管狀結構。二硫化鑰晶體結構的層間作用力相對較弱，易發生滑動，且其露在外面的硫原子能夠與金屬形成較強的黏附作用，從而附著在金屬表面， 減小摩擦磨損，從而起到潤滑的作用。鑑於其優異的減摩、抗磨和極壓性能，二硫化鑰已廣泛應用於潤滑劑領域，但主要應用是堆積狀的二硫化鑰。
【發明內容】
[0005]針對上述現有技術，本發明提供了一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的製備方法，製備水基潤滑添加劑具備減摩、抗磨和極壓性能優異等優點。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0007]一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的製備方法，包括以下步驟:
[0008](I)親水型石墨烯的製備
[0009]根據Hummers法將天然鱗片石墨氧化為氧化石墨，將得到的氧化石墨取20mg分散在30~50ml水中，超聲得到氧化石墨烯分散液，再用質量分數為20%~25%的氨水將分散液的PH值調至9~10，然後將上述溶液加熱到100°C，加入40~50mg鐵粉，繼續加熱，使其保持在100°C的溫度條件下攪拌回流1.5h，冷卻後，用磁鐵將未反應的鐵粉除去，得到石墨烯分散液，液體呈黑色且分散均勻，使用微孔濾膜對該分散液進行真空抽濾，並將得到的固體用水衝洗三次，然後置於60°C的真空條件下乾燥，得到所需的親水性石墨烯；
[0010](2) 二硫化鑰納米管的製備
[0011]在手套箱中稱取400mg的Mo (CO)6，在氬氣保護下用剛玉舟將稱量的Mo (CO)6轉移出手套箱，再稱量800mg的碘與Mo (CO)6混合，將剛玉舟置於內徑為15mm的玻璃管中，再將玻璃管放到三區水平管式爐的反應管上端，持續通入氬氣30min，加熱，使三區水平管式爐以10°C /min的速度加熱到550°C，然後將剛玉舟轉移到反應管的中心，持續通入H2S—個小時停止加熱，使爐子在氬氣保護下以10°C /min的速度降低到室溫，然後用潔淨的刮刀從小管的外壁和大管的內壁刮去產物，得到所需的二硫化鑰納米管；
[0012](3)親水型二硫化鑰納米管的製備
[0013]取上述步驟(2)製備的二硫化鑰納米管5mg分散於2ml的氯仿中，形成均勻的膠狀分散液，然後將該分散液加入到8~IOml的濃度為3.64g/ml的CTAB溶液中，超聲振蕩使其變為穩定的白色乳狀液體，然後將該液體加熱至80°C，劇烈攪拌20min使其變為透明的溶液，冷卻後，離心除去剩餘的表面活性劑，得到的沉澱即為所需的親水型二硫化鑰納米管；
[0014](4)水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的製備
[0015]將上述步驟(1)製備的親水型石墨烯和步驟(3)製備的親水型二硫化鑰納米管以0.5~2:1的比例加入到超純水中，超聲分散I~2個小時，然後在室溫避光的條件下攪拌24h，離心分離，將得到的沉澱物在60°C的真空條件下烘乾48h，即得到所需的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
[0016]本發明還提供了一種利用上述方法製備的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
[0017]本發明的有益效果為，
[0018]1.以「水」代「油」，將常應用於油基潤滑劑的二硫化鑰和石墨烯應用於水基潤滑劑，尤其是使用納米管狀的二硫化鑰而不是堆積狀二硫化鑰，以利用二硫化鑰納米管和石墨烯間的滾動摩擦來提高其潤滑性能，同時水基潤滑劑符合綠色環保的概念，也能夠克服油基潤滑劑的冷卻性不好和易燃的缺點，這種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑具有良好的減摩、抗磨和極壓性能；
[0019]2.本發明將石墨烯和二硫化鑰納米管分別功能化使其具備水溶性再複合配製成一定比例的潤滑添加劑，該潤滑添加劑具有穩定性高，潤滑性能好且汙染小的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例1中所製備的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑磨斑直徑及極壓值與其濃度的關係曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
[0022]實施例1
[0023]一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的製備方法，包括以下步驟:
[0024](1)親水型石墨烯的製備
[0025]根據Hummers法將天然鱗片石墨氧化為氧化石墨，將得到的氧化石墨取20mg分散在40ml水中，超聲得到氧化石墨烯分散液，再用質量分數為25%的氨水將分散液的pH值調至10，然後將上述溶液加熱到100°C，加入40mg鐵粉，繼續加熱，使其保持在100°C的溫度條件下攪拌回流1.5h，冷卻後，用磁鐵將未反應的鐵粉除去，得到石墨烯分散液，液體呈黑色且分散均勻，使用微孔濾膜對該分散液進行真空抽濾，並將得到的固體用水衝洗三次，然後置於60°C的真空條件下乾燥，得到所需的親水性石墨烯；
[0026](2) 二硫化鑰納米管的製備
[0027]在手套箱中稱取400mg的Mo (CO) 6，在氬氣保護下用剛玉舟將稱量的Mo (CO) 6轉移出手套箱，再稱量800mg的碘與Mo (CO)6混合，將剛玉舟置於內徑為15mm的玻璃管中，再將玻璃管放到三區水平管式爐的反應管上端，持續通入氬氣30min，加熱，使三區水平管式爐以10°C /min的速度加熱到550°C，然後將剛玉舟轉移到反應管的中心，持續通入H2S—個小時停止加熱，使爐子在氬氣保護下以10°C /min的速度降低到室溫，然後用潔淨的刮刀從小管的外壁和大管的內壁刮去產物，得到所需的二硫化鑰納米管；
[0028](3)親水型二硫化鑰納米管的製備
[0029]取上述步驟(2)製備的二硫化鑰納米管5mg分散於2ml的氯仿中，形成均勻的膠狀分散液，然後將該分散液加入到IOml的濃度為3.64g/ml的CTAB溶液中，超聲振蕩使其變為穩定的白色乳狀液體，然後將該液體加熱至80°C，劇烈攪拌20min使其變為透明的溶液，冷卻後，離心除去剩餘的表面活性劑，得到的沉澱即為所需的親水型二硫化鑰納米管；
[0030](4)水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的製備
[0031]將上述步驟(1)製備的親水型石墨烯和步驟(3)製備的親水型二硫化鑰納米管以 0.5~2:1的比例加入到超純水中，超聲分散2個小時，然後在室溫避光的條件下攪拌24h，離心分離，將得到的沉澱物在60°C的真空條件下烘乾48h，即得到所需的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
[0032]將實驗中製備出的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑進行摩擦學性能測試:將上述製備的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑分散在水中，超聲振蕩，得到均勻分散液，在四球摩擦磨損試驗機上對不同質量分數的潤滑添加劑分散液進行摩擦學性能測試。設定主軸轉速為1450r/min，試驗所用鋼球由GCrl5製成，硬度為60~63HRC，表面粗糙度Ra為0.025 μ m,基礎液為質量分數為2%的三乙醇胺水溶液，加入本發明的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑，極壓值(PB)參照GB3142-82測試；磨斑直徑(WSD)在負載為200N，測試時間為30min，考察水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑對WSD的影響。結果如表1所示，以質量分數為2%的三乙醇胺水溶液為基礎液進行的摩擦學性能測試得到的磨斑直徑為0.89mm，極壓值為102.5N，在基礎液中添加適量的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑能夠顯著改善基礎液的摩擦性能，在本發明的潤滑添加劑質量分數為0.5%的時候，改善效果最好，添加0.5%的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑使基礎液的磨斑直徑減小了 27.9%，極壓值增大了 270.6%。
[0033]表1本發明實施例1摩擦學性能測試結果
[0034]
【權利要求】
1.一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)親水型石墨烯的製備 根據Hummers法將天然鱗片石墨氧化為氧化石墨,將得到的氧化石墨取20mg分散在30~50ml水中，超聲得到氧化石墨烯分散液，再用質量分數為20%~25%的氨水將分散液的pH值調至9~10，然後將上述溶液加熱到100°C，加入40~50mg鐵粉，繼續加熱，使其保持在100°C的溫度條件下攪拌回流1.5h，冷卻後，用磁鐵將未反應的鐵粉除去，得到石墨烯分散液，使用微孔濾膜對該分散液進行真空抽濾，並將得到的固體用水衝洗三次，然後置於60°C的真空條件下乾燥，得到所需的親水性石墨烯； (2)二硫化鑰納米管的製備 在手套箱中稱取400mg的Mo (CO)6，在氬氣保護下用剛玉舟將稱量的Mo (CO)6轉移出手套箱，再稱量800mg的碘與Mo (CO)6混合，將剛玉舟置於內徑為15mm的玻璃管中，再將玻璃管放到三區水平管式爐的反應管上端，持續通入氬氣30min，加熱，使三區水平管式爐以IO0C /min的速度加熱到550°C，然後將剛玉舟轉移到反應管的中心，持續通入H2S —個小時停止加熱，使爐子在氬氣保護下以10°C /min的速度降低到室溫，然後用潔淨的刮刀從小管的外壁和大管的內壁刮去產物，得到所需的二硫化鑰納米管； (3)親水型二硫化鑰納米管的製備 取上述步驟(2)製備的二硫化鑰納米管5mg分散於2ml的氯仿中，形成均勻的膠狀分散液，然後將該分散液加入到8~IOml的濃度為3.64g/ml的CTAB溶液中，超聲振蕩使其變為穩定的白色乳狀 液體，然後將該液體加熱至80°C，劇烈攪拌使其變為透明的溶液，冷卻後，離心除去剩餘的表面活性劑，得到的沉澱即為所需的親水型二硫化鑰納米管； (4)水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的製備 將上述步驟(1)製備的親水型石墨烯和步驟(3)製備的親水型二硫化鑰納米管以0.5~2:1的比例加入到超純水中，超聲分散I~2個小時，然後在室溫避光的條件下攪拌24h，離心分離，將得到的沉澱物在60°C的真空條件下烘乾48h，即得到所需的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
2.利用權利要求1所述的方法製備的一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
【文檔編號】C10M125/02GK103992839SQ201410212428
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】王宗花, 修瑞萍, 張菲菲, 夏建飛, 畢賽, 夏霖, 夏臨華, 李延輝, 夏延致 申請人:青島大學