一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 潤(rùn)滑油主要用于減少運(yùn)動(dòng)部件表面間的摩擦，具有潤(rùn)滑作用，同時(shí)對(duì)機(jī)器設(shè)備還 具有防銹、防腐、絕緣、功率傳送、冷卻、密封、清洗雜質(zhì)和緩沖等功能，是一類(lèi)在機(jī)械工業(yè)、 汽車(chē)工業(yè)、精密儀器、電力工業(yè)、冶金工業(yè)、模具制造與應(yīng)用工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、機(jī)床工業(yè)等工 業(yè)領(lǐng)域不可或缺的化工產(chǎn)品，在上述工業(yè)領(lǐng)域具有重要的作用。隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，裝備 技術(shù)的不斷提升，我國(guó)對(duì)各種潤(rùn)滑油產(chǎn)品的需求量持續(xù)增長(zhǎng)，且已成為全球第二大潤(rùn)滑油 市場(chǎng)。在潤(rùn)滑油需求量不斷上升的同時(shí)，也要求潤(rùn)滑油產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。因此，具有多功 能的新型潤(rùn)滑劑已成為研宄熱點(diǎn)。
[0003] 具有抗磨和自修復(fù)功能的抗磨納米潤(rùn)滑油添加劑是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研宄熱點(diǎn)之一。 納米金屬粉體如納米銅粉備受關(guān)注。一方面，納米銅粉具有優(yōu)異的極壓、抗磨和環(huán)境友好性 等特性，可在器件摩擦表面形成潤(rùn)滑膜；另一方面，納米銅粉顆粒在摩擦界面之間可以自由 滾動(dòng)，具有微軸承的作用。因此，納米銅粉作為新型潤(rùn)滑油添加劑添加到潤(rùn)滑油中，可以大 大提高了相互摩擦表面的潤(rùn)滑性能，大幅度降低摩擦系數(shù)，顯著提高潤(rùn)滑作用，進(jìn)而提高機(jī) 械設(shè)備的有效動(dòng)力，延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，降低機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)能耗。但納米銅粉在潤(rùn) 滑油中的分散穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性是目前的一個(gè)難題。
[0004] 離子液體具有：蒸汽壓極低或"零"蒸汽壓、揮發(fā)性小或幾乎無(wú)揮發(fā)性；熔點(diǎn)低（可 在-KKTC以下）；液程寬（可在200°C以上）；熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)異；電化學(xué)窗口寬；導(dǎo)電性和導(dǎo)熱 性好；靜電場(chǎng)強(qiáng)；結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)合成某一結(jié)構(gòu)的離子液體；選擇性 溶解能力強(qiáng)，既有可溶解有機(jī)物的離子液體，也有可溶解無(wú)機(jī)物的離子液體，還有可同時(shí)溶 解有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的離子液體等特點(diǎn)。由于離子液體具有上述獨(dú)特性能而備受關(guān)注，它已 被廣泛應(yīng)用于化學(xué)研宄的各個(gè)領(lǐng)域中。目前，離子液體在聚合反應(yīng)、選擇性烷基化和胺化反 應(yīng)、?；磻?yīng)、酯化反應(yīng)、化學(xué)鍵的重排反應(yīng)、室溫和常壓下的催化加氫反應(yīng)、烯烴的環(huán)氧 化反應(yīng)、電化學(xué)合成、支鏈脂肪酸的制備等方面得到應(yīng)用，并顯示出反應(yīng)速率快、轉(zhuǎn)化率高、 反應(yīng)的選擇性高、催化體系可循環(huán)重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，離子液體在溶劑萃取、物質(zhì)的分 離和純化、廢舊高分子化合物的回收、燃料電池、太陽(yáng)能電池、鋰離子電池、電容器、變壓器、 工業(yè)廢氣中二氧化碳的提取、地質(zhì)樣品的溶解、核燃料和核廢料的分離與處理、用作添加劑 等方面也得到了廣泛的研宄，具有廣泛的應(yīng)用前景。另外，離子液體憑借其熔點(diǎn)低、難燃、抗 氧化性好和熱穩(wěn)定性尚等特點(diǎn)，將成為理想、綠色、尚性能新型潤(rùn)滑劑添加劑。
[0005] 石墨稀是近年來(lái)備受關(guān)注的納米材料之一。2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的Andre Geim和Konstantin Novoselov教授，成功地從石墨中分離出石墨稀，證實(shí)它可以單獨(dú)存在 以來(lái)，僅僅時(shí)隔6年，兩人就因"二維石墨烯材料的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)"研宄成果，共同獲得2010年 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這足以證明石墨烯在材料科學(xué)領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。
[0006] 石墨烯是一種二維碳材料，是單層石墨烯、雙層石墨烯和少層（3~10層）石墨烯 的統(tǒng)稱(chēng)。石墨烯能牢牢地附著在金屬表面，石墨烯具有幾乎是完全透明、無(wú)毒、化學(xué)性能優(yōu) 異、潤(rùn)滑性能優(yōu)異、機(jī)械強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性?xún)?yōu)異、導(dǎo)電性能極強(qiáng)、比表面積高達(dá)2630m2/g和儲(chǔ)氫 性能優(yōu)異等特點(diǎn)，使石墨烯在潤(rùn)滑、微電子、超級(jí)計(jì)算機(jī)、超級(jí)電容器、鋰離子電池、燃料電 池、光伏產(chǎn)業(yè)、透明電極、印刷電路、傳感器、工業(yè)催化、儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫和新型石墨烯基復(fù)合材料 等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明首先以納米銅粉為原料，通過(guò)化學(xué)方法和物理方法對(duì)納米銅粉進(jìn)行改性， 制備易于分散的改性納米銅粉；其次，以離子液體、改性納米銅粉和石墨烯作為新型潤(rùn)滑 油添加劑，用基礎(chǔ)油、離子液體、改性納米銅粉、石墨烯和一般潤(rùn)滑油添加劑（一般添加劑 為清凈劑、分散劑、防腐劑、極壓抗磨劑、油性劑、抗氧劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、防銹劑、降凝劑 和抗泡劑）復(fù)配得到含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物。本發(fā)明將為機(jī) 械工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、精密儀器、電力工業(yè)、冶金工業(yè)、模具制造與應(yīng)用工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、機(jī)床工 業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域提供一種性能優(yōu)異的潤(rùn)滑油產(chǎn)品，具有重要的實(shí)際意義。目前，國(guó)內(nèi)、外關(guān)于 同時(shí)使用基礎(chǔ)油、離子液體、改性納米銅粉、石墨烯和一般潤(rùn)滑油添加劑復(fù)配得到含離子液 體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物產(chǎn)品的研宄和技術(shù)鮮見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所述的一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方 法，提供一種以納米銅粉為原料，通過(guò)化學(xué)方法和物理方法對(duì)納米銅粉進(jìn)行改性，制備易于 分散的改性納米銅粉；再以離子液體、改性納米銅粉和石墨烯作為新型潤(rùn)滑油添加劑，用基 礎(chǔ)油、新型潤(rùn)滑油添加劑（為離子液體、改性納米銅粉和石墨烯）和一般潤(rùn)滑油添加劑（為 清凈劑、分散劑、防腐劑、極壓抗磨劑、油性劑、抗氧劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、防銹劑、降凝劑和 抗泡劑）復(fù)配得到一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方法。 該方法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行，設(shè)備投資小，能耗低，無(wú)環(huán)境污染，有利于推廣應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明所述的一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方 法，所制得的含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于機(jī)械 工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、精密儀器、電力工業(yè)、冶金工業(yè)、模具制造與應(yīng)用工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、機(jī)床工業(yè) 等工業(yè)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0010] 本發(fā)明所述的一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方 法，采用如下技術(shù)方案：
[0011] 1、改性納米銅粉的制備：按照納米銅粉、硫醇、陽(yáng)離子表面活性劑、緩蝕劑、絡(luò)合 劑與去離子水的質(zhì)量百分比為（0.001%~75%) : (0.00001%~80%) : (0.001%~ 30%) : (0.001%~20%) : (0.001%~15%) : (0.001%~98%)的比例，依次將硫 醇、陽(yáng)離子表面活性劑、緩蝕劑和絡(luò)合劑加入去離子水中，在頻率為20kHz~1MHz、功率為 30W~15kW的超聲波分散作用下，攪拌0.1 h~1.0 h后，再加入納米銅粉，進(jìn)一步在頻率為 20kHz~IMHz、功率為30W~15kW的超聲波分散作用下，攪拌反應(yīng)0.1 h~20. 0h，然后依次 經(jīng)過(guò)離心分離、去離子水洗滌、離心分離、真空干燥、研磨和過(guò)篩工藝過(guò)程得到改性納米銅 粉，制得的改性納米銅粉備用；
[0012] 2、含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備：按照離子液體、改 性納米銅粉、石墨稀、清凈劑、分散劑、防腐劑、極壓抗磨劑、油性劑、抗氧劑、粘度指數(shù)改進(jìn) 劑、防銹劑、降凝劑、抗泡劑與基礎(chǔ)油的質(zhì)量百分比為（0.00001%~80%) : (0.001%~ 60%) : (0.001 %~55%) : (0.001 %~30%) : (0.001 %~20%) : (0.001 %~ 10%) : (0.001 %~15%) : (0.001 %~15%) : (0.001 %~15%) : (0.001 %~ 30%) : (0.001 %~10%) : (0.001 %~15%) : (0.001 %~10%) : (0.001 %~ 98% )的比例，將離子液體、改性納米銅粉、石墨烯、清凈劑、分散劑、防腐劑、極壓抗磨劑、 油性劑、抗氧劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、防銹劑、降凝劑、抗泡劑和基礎(chǔ)油混合并攪拌均勻，即可 制備得到含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物。
[0013] 本發(fā)明所述的一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方 法，其顯著的特點(diǎn)之一是：使用兩種及兩種以上碳鏈長(zhǎng)短不同、分子截面積不同的硫醇改性 納米銅粉時(shí)，可以使在納米銅粉表面生成的一層硫醇銅更加致密，有利于提高納米銅粉在 潤(rùn)滑油中的分散能力。
[0014] 本發(fā)明所述的一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方 法，其顯著的特點(diǎn)之二是：改性納米銅粉時(shí)，同時(shí)使用硫醇和緩蝕劑，可以在納米銅粉表面 生成一層硫醇銅的同時(shí)，還可在納米銅粉表面吸附苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物，有利 于進(jìn)一步提高納米銅粉在潤(rùn)滑油中的分散能力，顯著增強(qiáng)了納米銅粉在潤(rùn)滑油中分散穩(wěn)定 性、熱穩(wěn)定性和耐氧化性能，解決了目前納米銅粉分散難、熱穩(wěn)定性差和耐氧化性能差的難 題。
[0015] 本發(fā)明所述的一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方 法，其顯著的特點(diǎn)之三是：潤(rùn)滑油中添加改性納米銅粉后，可以大大提高了相互摩擦表面的 潤(rùn)滑性能，大幅度降低摩擦系數(shù)，顯著提高潤(rùn)滑作用，進(jìn)而提高機(jī)械設(shè)備的有效動(dòng)力，延長(zhǎng) 機(jī)械設(shè)備的使用壽命，降低機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)能耗。
[0016] 本發(fā)明所述的一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方 法，其顯著的特點(diǎn)之四是：潤(rùn)滑油中添加離子液體后，可顯著提高潤(rùn)滑油的減摩和抗磨性 能，提尚潤(rùn)滑油的承載能力。
[0017] 本發(fā)明所述的一種含離子液體、改性納米銅粉和石墨烯的潤(rùn)滑油組合物的制備方 法，其顯著的特點(diǎn)之五是：由于石墨烯會(huì)均勻并且牢牢地附著在金屬表面，形成具有優(yōu)異潤(rùn) 滑和保護(hù)性能的膜，而且石