一種乙二醇十二烷基醚（GDE）功能化氧化石墨烯潤滑油的製備方法
2023-09-17 22:44:18 1
一種乙二醇十二烷基醚（gde）功能化氧化石墨烯潤滑油的製備方法
技術領域
1.本發明涉及潤滑材料領域，具體涉及一種乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油的製備方法。
背景技術：
2.近年來，能源和環境問題逐漸成為軌道交通領域的熱門話題，對於車輛運行的關鍵部位，例如齒輪箱，具有速度快、溫度高、載荷高等特點。開發一種先進的潤滑系統，以減少摩擦引起的能量耗散、材料損失和二氧化碳排放，已成為軌道交通潤滑領域的大勢所趨。聚α-烯烴(pao)作為一種常用工業潤滑油，是由α-烯烴氫化聚合而成的飽和烴，具有高粘度指數、高閃點、低傾點、低揮發性和優異的熱氧化穩定性，然而，傳統pao潤滑油極性較低，難以滿足日益提高的使用要求。潤滑添加劑的引入是提高潤滑油性能的重要手段，然而傳統的潤滑添加劑如抗磨添加劑、極壓劑等也存在一些不可克服的問題，如摩擦分解、有毒化合物的產生、有毒氣體的釋放、金屬表面的腐蝕等。因此開發多功能、高性能潤滑油迫在眉睫。
3.石墨烯基材料因其高機械強度和低層間剪切而表現出了獨特的減摩抗磨性能，同時，石墨烯材料具備優異的導熱性能，能夠快速散出摩擦產生的熱量，在潤滑添加劑上具有巨大的潛力。但由於石墨烯的π-π相互作用和層間範德華力，石墨烯添加劑在潤滑油中傾向於團聚然後沉澱，此外，石墨烯複合pao與納米顆粒添加劑的配伍性較差，進一步阻礙了其工業化應用。目前的石墨烯基添加劑普遍存在成本高、技術複雜、產品穩定性差、與潤滑油相容性差等特點。
4.二甘醇十二烷基醚作為表面活性劑，能夠通過酯化反應共價接枝到氧化石墨烯納米片上，並在氧化石墨烯長鏈端可以產生空間位阻，提高氧化石墨烯的親油性，使氧化石墨烯在潤滑油中形成穩定的分散體系，充分發揮石墨烯基材料的摩擦學特性。
5.基於此，我們提出一種乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油的製備方法。
技術實現要素：
6.本發明的第一目的是提供一種乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑添加劑，該複合潤滑添加劑在pao中的分散穩定性佳，摩擦學性能優異。
7.本發明的第二目的在於克服現有技術中存在的上述問題，提供一種乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油的製備方法，通過酯化反應將親油官能團接枝到氧化石墨烯表面，實現功能化氧化石墨烯在pao中的均勻分散，並獲得了一種潤滑性能優異的乙二醇十二烷基醚功能化氧化石墨烯潤滑油，該方法操作簡單、產率穩定、產品性能優越。
8.為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明是通過以下技術方案實現：
9.一種乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油的製備方法，包括以下步驟：
10.步驟1：反應原料的製備：將氧化石墨烯和gde以13：1～5：1的質量比混合，加入無水dmf配置成懸浮液，並加入二環己基碳二亞胺與二甲基氨基吡啶；
11.步驟2：進行酯化反應，反應完成後將產品離心並冷凍乾燥，將獲得的改性氧化石墨烯粉末添加至pao中；
12.步驟3：經步驟1和步驟2製備的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油，靜置20天後觀察有無沉降現象。
13.優選地，步驟1中，所述氧化石墨烯和gde混合物與無水dmf的質量比為16：5～9：5。
14.優選地，步驟1中，所述二環己基碳二亞胺與二甲基氨基吡啶的質量比為1：2，總質量不超過懸浮液的0.01％。
15.優選地，步驟2中，所述酯化反應需在75℃下反應12h。
16.優選地，步驟2中，所述酯化反應過程中需不斷攪拌。
17.優選地，步驟2中，所述pao選自pao2、pao2.5、pao4、pao5、pao6、 pao7、pao8、pao9、pao10、pao25、pao40、pao100、pao150、pao300中的一種或多種。
18.優選地，步驟2中，所述改性氧化石墨烯粉末在pao中的添加量為 0.04wt％～0.12wt％。
19.本發明由於採用以上技術方案，使其與現有技術相比具有以下的優點和積極效果：
20.本發明提供的一種乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油的製備方法，利用酯化反應，將親油長連結枝到氧化石墨烯表面，提高氧化石墨烯與潤滑油的相容性，使得添加劑在pao中具備良好的分散穩定性，充分發揮石墨烯的摩擦學特性，相較常規潤滑油，具備優異的抗磨減摩能力，有效解決了摩擦分解、有毒化合物的產生、有毒氣體的釋放、金屬表面的腐蝕等痛點。該方法設備簡單、製備成本低、產品性能好、穩定性高，有潛力實現大規模生產，符合當下節能高效的訴求，該發明極大促進了新型綠色潤滑添加劑的發展和高性能潤滑油的革新。
附圖說明
21.圖1為本發明實例1製備的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯的結構示意圖。
22.圖2為本發明實例1製備的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油超聲後、靜置10天、靜置20天後的油樣情況圖。
23.圖3為本發明實例1製備的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油在80n，0.04m/s，1mm下以gcr15鋼作為摩擦副的摩擦係數曲線圖。
具體實施方式
24.以下結合附圖1-3和具體實施例對本發明提出的一種乙二醇十二烷基醚 (gde)功能化氧化石墨烯潤滑油的製備方法作進一步詳細說明。
25.一種乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油的製備方法，包括以下步驟：
26.步驟1：反應原料的製備：
27.將氧化石墨烯和gde以13：1～5：1按的質量比混合，加入無水dmf配置成懸浮液，並使氧化石墨烯和gde混合物與無水dmf的質量比為16：5～9： 5，之後加入質量比為1：2的二環己基碳二亞胺與二甲基氨基吡啶作為催化劑，二環己基碳二亞胺與二甲基氨基吡啶的總質量不超過懸浮液的0.01％。
28.步驟2：進行酯化反應：
29.將原料置於75℃下進行酯化反應並不斷攪拌，反應12h後取出，用乙醇和去離子水衝洗5次以上，並將產品在10000r/min下離心10min，使改性後的氧化石墨烯沉積在離心管底部，取下層物質冷凍乾燥成粉末，從而完成反應完成後將產品離心並冷凍乾燥的工作，最後將獲得的改性氧化石墨烯粉末添加至pao中，pao選自pao2、pao2.5、pao4、pao5、pao6、pao7、pao8、 pao9、pao10、pao25、pao40、pao100、pao150、pao300中的一種或多種；改性氧化石墨烯粉末在pao中的添加量為0.04wt％～0.12wt％。
30.步驟3：經步驟1和步驟2製備的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油，靜置20天後觀察有無沉降現象，無沉降現象即為潤滑油製備成功。
31.實施例1
32.(1)反應原料的製備：將200mg氧化石墨烯與20mlgde混合，並加入100ml 無水dmf中配置成懸浮液，加入質量比為0.1g二環己基碳二亞胺與0.2g二甲基氨基吡啶作為催化劑，超聲分散5min，使之混合均勻。
33.(2)酯化反應：將原料置於75℃下進行酯化反應並不斷攪拌，反應12h 後取出，用乙醇和去離子水衝洗5次，並將產品在10000r/min下離心10min，使改性後的氧化石墨烯沉積在離心管底部，取下層物質冷凍乾燥成粉末。最後將獲得的改性氧化石墨烯粉末以0.08wt％的比例添加至pao中，超聲5min，使改性後的氧化石墨烯粉末均勻分散在pao20中。
34.該方法製得的改性氧化石墨烯結構示意圖參見圖1，片層狀結構為氧化石墨烯的基本結構，片層上接枝的條狀結構為親油的長烷基鏈。
35.該方法製得的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油超聲後、靜置10天、靜置20天後的油樣情況參見圖2。
36.其中，與未添加的pao20相比，乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油在載荷80n的情況下，磨損區域的二維形貌參見圖3。
37.實施例2
38.(1)反應原料的製備：將260mg氧化石墨烯與20mlgde混合，並加入100ml 無水dmf中配置成懸浮液，加入質量比為0.12g二環己基碳二亞胺與0.24g 二甲基氨基吡啶作為催化劑，超聲分散5min，使之混合均勻。
39.(2)酯化反應：將原料置於75℃下進行酯化反應並不斷攪拌，反應12h 後取出，用乙醇和去離子水衝洗5次，並將產品在10000r/min下離心10min，使改性後的氧化石墨烯沉積在離心管底部，取下層物質冷凍乾燥成粉末。最後將獲得的改性氧化石墨烯粉末以0.04wt％的比例添加至pao中，超聲5min，使改性後的氧化石墨烯粉末均勻分散在pao40中。
40.其中，該方法製得的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油靜置20天後無沉降。
41.實施例3
42.(1)反應原料的製備：將240mg氧化石墨烯與20mlgde混合，並加入100ml 無水dmf
中配置成懸浮液，加入質量比為0.12g二環己基碳二亞胺與0.24g 二甲基氨基吡啶作為催化劑，超聲分散5min，使之混合均勻。
43.(2)酯化反應：將原料置於75℃下進行酯化反應並不斷攪拌，反應12h 後取出，用乙醇和去離子水衝洗5次，並將產品在10000r/min下離心10min，使改性後的氧化石墨烯沉積在離心管底部，取下層物質冷凍乾燥成粉末。最後將獲得的改性氧化石墨烯粉末以0.06wt％的比例添加至pao中，超聲5min，使改性後的氧化石墨烯粉末均勻分散在pao10中。
44.其中，該方法製得的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油靜置20天後無沉降。
45.實施例4
46.(1)反應原料的製備：將150mg氧化石墨烯與20mlgde混合，並加入100ml 無水dmf中配置成懸浮液，加入質量比為0.08g二環己基碳二亞胺與0.16g 二甲基氨基吡啶作為催化劑，超聲分散5min，使之混合均勻。
47.(2)酯化反應：將原料置於75℃下進行酯化反應並不斷攪拌，反應12h 後取出，用乙醇和去離子水衝洗5次，並將產品在10000r/min下離心10min，使改性後的氧化石墨烯沉積在離心管底部，取下層物質冷凍乾燥成粉末。最後將獲得的改性氧化石墨烯粉末以0.012wt％的比例添加至pao中，超聲5min，使改性後的氧化石墨烯粉末均勻分散在pao25中。
48.其中，該方法製得的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油靜置20天後無沉降。
49.實施例5
50.(1)反應原料的製備：將130mg氧化石墨烯與20mlgde混合，並加入100ml 無水dmf中配置成懸浮液，加入質量比為0.09g二環己基碳二亞胺與0.18g 二甲基氨基吡啶作為催化劑，超聲分散5min，使之混合均勻。
51.(2)酯化反應：將原料置於75℃下進行酯化反應並不斷攪拌，反應12h 後取出，用乙醇和去離子水衝洗5次，並將產品在10000r/min下離心10min，使改性後的氧化石墨烯沉積在離心管底部，取下層物質冷凍乾燥成粉末。最後將獲得的改性氧化石墨烯粉末以0.06wt％的比例添加至pao中，超聲5min，使改性後的氧化石墨烯粉末均勻分散在pao8中。
52.其中，該方法製得的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油靜置20天後無沉降。
53.實施例6
54.(1)反應原料的製備：將240mg氧化石墨烯與20mlgde混合，並加入100ml 無水dmf中配置成懸浮液，加入質量比為0.11g二環己基碳二亞胺與0.22g 二甲基氨基吡啶作為催化劑，超聲分散5min，使之混合均勻。
55.(2)酯化反應：將原料置於75℃下進行酯化反應並不斷攪拌，反應12h 後取出，用乙醇和去離子水衝洗5次，並將產品在10000r/min下離心10min，使改性後的氧化石墨烯沉積在離心管底部，取下層物質冷凍乾燥成粉末。最後將獲得的改性氧化石墨烯粉末以0.08wt％的比例添加至pao中，超聲5min，使改性後的氧化石墨烯粉末均勻分散在pao100中。
56.其中，該方法製得的乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油靜置20天
後無沉降。
57.綜上所述，一種乙二醇十二烷基醚(gde)功能化氧化石墨烯潤滑油原理簡單，操作簡便、設備要求低、產品質量好、添加量少、穩定性高，與潤滑油的相容性高，且能充分發揮氧化石墨烯材料優異的摩擦學性能，相較常規潤滑油，具備優異的抗磨減摩能力，有效解決了摩擦分解、有毒化合物的產生、有毒氣體的釋放、金屬表面的腐蝕等痛點，適用於多種pao，能夠獲得抗磨減摩性能優良、穩定性高的功能化氧化石墨烯潤滑油，且有潛力實現大規模生產，符合當下節能高效的訴求，極大促進了新型綠色潤滑添加劑的發展和高性能潤滑油的革新。
58.上面結合附圖以實施例1為主，對本發明的實施方式作了詳細說明。但是本發明不限於上述實施例1至實施例6的實施方式，即使對本發明提供的實施方式作出各種變化，倘若這些變化屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則仍落入在本發明的保護範圍之中。