一種基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合物及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于潤滑技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合 物及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)統(tǒng)計，金屬材料磨損、腐蝕、疲勞三大損耗約占工業(yè)總產(chǎn)值的 30%。摩擦磨損是普遍存在的自然現(xiàn)象，摩擦損失了世界約三分之一的一次能源，磨損是造 成材料與設(shè)備破壞和失效的三種最主要的形式之一，潤滑則是降低摩擦、減少或避免磨損 的最有效技術(shù)。發(fā)展具有良好抗磨損性能、高承載能力、對磨損表面具有一定修復(fù)功能、對 環(huán)境無污染或少污染的潤滑技術(shù)，是當代化學(xué)和材料科學(xué)及摩擦學(xué)的重要課題之一。
[0003] 傳統(tǒng)的極壓潤滑脂能夠提高極壓抗磨性能的原因主要是含有硫、氯和磷的有機化 合物，盡管極壓性能較好，但是硫、氯和磷化合物會產(chǎn)生腐蝕和環(huán)境污染問題。而廣泛應(yīng)用 的二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP)高效極壓抗磨劑，現(xiàn)在已顯得難于適應(yīng)形勢發(fā)展的需要。這 是因為：（1)元素Zn會使某些合金軸承（主要指含銀、鉛部件）產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕；（2)在高 于160°C的工況下會因急劇分解而喪失抗氧化和極壓抗磨性能。因此，尋找能夠克服ZDDP 局限性的新型極壓抗磨劑已成為潤滑脂研發(fā)的熱點。
[0004] 通過在液體潤滑劑中添加納米顆粒，如層狀結(jié)構(gòu)的無機納米顆粒（石墨片、MoS2)、 軟質(zhì)金屬納米顆粒（Cu、Pb)等，能夠有效地降低潤滑劑的摩擦系數(shù)，同時改善其極壓性能 和承載能力。但是使用的這些納米顆粒物質(zhì)，缺點是相容性差，極壓性能低和容易析出產(chǎn)生 沉淀。
[0005] 石墨烯具有非常薄的納米層狀結(jié)構(gòu)，是摩擦系數(shù)最低和耐磨性能最高的材料，且 具有高的機械強度、彈性模量和熱導(dǎo)率，而且不含其它腐蝕性和環(huán)境污染的元素，完全滿足 潤滑油對減摩添加劑的環(huán)保要求。但是僅僅將納米顆粒狀的石墨烯加入到潤滑油中同樣會 出現(xiàn)易沉淀和分散性差等問題。
[0006] 因此，有必要提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足的、新型的潤滑劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的旨在提供一種具備較好的溶解和分散能力、徹底解決現(xiàn)有納米顆粒 加入到潤滑油中出現(xiàn)的易沉淀和分散性差等問題，且不含有潛在危害元素和組分，但仍然 能夠顯著改善潤滑油的潤滑性能，降低摩擦系數(shù)，大幅減少磨損，并具備顯著的極壓性能的 潤滑劑。
[0008] 因此，第一方面，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合物，所 述組合物包括下述重量份配比的各成份：
[0009] 高分子改性的負載過渡金屬絡(luò)合物的石 0. 01-0. 03重量份；
[0010] 墨稀或氧化石墨稀
[0011] 有機物分散劑 5-15重量份；和
[0012] 磺酸鹽 0.2-0. 4重量份。
[0013] 在本發(fā)明第一方面的組合物中，優(yōu)選地，包括下述重量份配比的各成份：
[0014] 高分子改性的負載過渡金屬絡(luò)合物的石 0. 01重量份；
[0015] 墨烯或氧化石墨烯
[0016] 有機物分散劑 10重量份；和
[0017] 磺酸鹽 0.24重量份。
[0018] 在本發(fā)明第一方面的組合物中，所述石墨烯或氧化石墨烯是層數(shù)為5-8層的石墨 烯或氧化石墨烯。
[0019] 在本發(fā)明第一方面的組合物中，所述高分子改性的負載過渡金屬絡(luò)合物的石墨烯 或氧化石墨烯是高苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物改性的負載過渡金屬絡(luò)合物的石墨烯或 氧化石墨烯；所述過渡金屬絡(luò)合物是溴化亞銅與氯化亞銅按照摩爾比1:2_1:4的混合物。
[0020] 在本發(fā)明第一方面的組合物中，所述有機物分散劑是碳原子數(shù)為(：9_(： 13的脂肪族 烷烴。優(yōu)選地，所述碳原子數(shù)為C9_C13的脂肪族烷烴是碳原子數(shù)為C12的硼化棕櫚油。
[0021] 在本發(fā)明第一方面的組合物中，所述磺酸鹽是高堿值磺酸鈣與高堿值磺酸鎂 的混合物，其中高堿值磺酸鈣的重量百分比含量為60% -80%，所述混合物的總堿值為 300-400。
[0022] 第二方面，本發(fā)明提供了一種制備基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合物的方 法，所述方法包括下述步驟：
[0023] 1)將石墨烯或氧化石墨烯通過高速球磨的方式分散在環(huán)境友好型溶劑中；
[0024] 2)球磨分散結(jié)束后取出，靜止后分離懸浮溶液和固體沉淀；
[0025]3)在懸浮溶液中加入過渡金屬絡(luò)合物，在80°C_100°C下真空烘干，得到負載過渡 金屬絡(luò)合物的石墨烯或氧化石墨烯；
[0026] 4)以鹵代烷烴為引發(fā)劑，以負載過渡金屬絡(luò)合物的石墨烯或氧化石墨烯為催化 劑，在溫度為1〇〇°C-150°C下通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合實現(xiàn)苯乙烯與甲基丙烯酸酯共聚， 制得高分子改性的負載過渡金屬絡(luò)合物的石墨烯或氧化石墨烯；和
[0027]5)在溫度80°C-90°C下，將高分子改性的負載過渡金屬絡(luò)合物的石墨烯或氧化石 墨烯加入到有機物分散劑中，再加入磺酸鹽，即得所述基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑 組合物。
[0028] 在本發(fā)明第二方面的方法中，在步驟1)中，所述石墨烯或氧化石墨烯占分散液的 0. 03% -0. 05% (w/w);所述高速球磨的時間為lh_3h;所述環(huán)境友好型溶劑是碳酸二甲酯 和二甲醚中的一種或兩種。
[0029] 在本發(fā)明第二方面的方法中，在步驟2)中，所述靜止的時間為12h_24h。
[0030] 在本發(fā)明第二方面的方法中，在步驟3)中，所述過渡金屬絡(luò)合物的加入量為懸浮 溶液的 〇. 5% -1% (w/w)。
[0031] 在本發(fā)明第二方面的方法中，在步驟4)中，所述鹵代烷烴是溴代二甲苯。
[0032] 第三方面，本發(fā)明提供了本發(fā)明的基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合物在制 備具有節(jié)油效果和減排效果的潤滑油中的用途。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下的優(yōu)點：
[0034] 1)本發(fā)明基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合物的優(yōu)點和效果在于利用了石 墨烯超薄、超硬、超潤滑、耐腐蝕、耐高溫的特性，通過石墨烯或氧化石墨烯表面高分子改性 制備出的潤滑劑，具備較好的溶解和分散在液體潤滑油中的能力，徹底解決了現(xiàn)有納米顆 粒加入到潤滑油中出現(xiàn)的易沉淀和分散性差的缺點。
[0035] 2)本發(fā)明基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合物加入到潤滑油中能夠顯著改 善潤滑油的潤滑性能，摩擦系數(shù)顯著下降，磨損大幅減少；并具備顯著的極壓性能，而且不 含硫、磷、氯以及ZDDP等具有潛在危害的元素和組分，完全滿足API中對潤滑油添加劑的環(huán) 保和節(jié)能要求。
[0036] 3)將本發(fā)明的基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合物加入到潤滑油之后，潤滑 油具有3-6%的節(jié)油效果和25-50%的減排效果。
【附圖說明】
[0037] 本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0038] 圖1為添加本發(fā)明基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合物后對潤滑油節(jié)油率 的影響的柱狀圖；
[0039] 圖2為添加本發(fā)明基于石墨烯或氧化石墨烯的潤滑劑組合物后對潤滑油減排效 果的影響的柱狀圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面通過實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，以下各實施例僅用于說明本發(fā)明而 不是限制本發(fā)明。
[0041] I.本發(fā)明組合物的制備
[0042] 實施例1組合物1的制備
[0043] 步驟1):稱取0?03g層數(shù)為8的石墨烯和100g碳酸二甲酯溶劑，混合后在速度為 3000r/min球磨機中球磨2h。
[0044] 步驟2):球磨分散結(jié)束后取出，靜止20h后分離懸浮溶液和固體沉淀。
[0045] 步驟3):在懸浮溶液中加入0.5% (w/w)的溴化亞銅與氯化亞銅按照摩爾比1:3 的混合物。在溫度為l〇〇°C下真空烘干24h，得到負載溴化亞銅/氯化亞銅過渡金屬絡(luò)合物 的石墨稀。
[0046] 步驟4):以lg溴代二甲苯為引發(fā)劑，以8g負載溴化亞銅/氯化亞銅過渡金屬絡(luò) 合物的石墨烯為催化劑，在溫度為130°C下，通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合實現(xiàn)3g苯乙烯與5g 甲基丙烯酸酯共聚，制得高苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物改性的負載溴化亞銅/氯化亞銅 過渡金屬絡(luò)合物的石墨烯，其為油溶性，呈深黑色。
[0047] 步驟5):在溫度90°C下，將0.Olg的高苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物改性的負載 溴化亞銅/氯化亞銅過渡金屬絡(luò)合物的石墨烯加入到l〇g碳原子數(shù)c12的硼化棕櫚油中，再 加入0. 24g的總堿值為340的混合磺酸鹽（高堿值磺酸鈣與高堿值磺酸鎂的混合物，其中 高堿值磺酸鈣的重量百分比含量為65% )，制得棕紅色液態(tài)的基于石墨烯的潤滑劑組合物 1〇
[0048]實施例2組合物2的制備
[0049] 步驟1):稱取0. 05g層數(shù)為5的氧化石墨烯和100g二甲醚溶劑，混合后在速度為 3000r/min球磨機中球磨lh。
[0050] 步驟2):球磨分散結(jié)束后取出，靜止12h后分離懸浮溶液和固體沉淀。
[0051] 步驟3):在懸浮溶液中加入1% (w/w)的溴化亞銅與氯化亞銅按照摩爾比1:2的 混合物。在溫度為80°C下真空烘干24h，得到負載溴化亞銅/氯化亞銅過渡金屬絡(luò)合物的 氧化石墨烯。
[0052] 步驟4):以lg溴代二甲苯為引發(fā)劑，以8g負載溴化亞銅/氯化亞銅過渡金屬絡(luò) 合物的氧化石墨烯為催化劑，在溫度為l〇〇°C下，通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合實現(xiàn)3g苯乙烯 與5g甲基丙烯酸酯共聚，制得高苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物改性的負載溴化亞銅/氯化 亞銅過渡金屬絡(luò)合物的氧化石墨烯，其為油溶性，呈深黑色。
[0053] 步驟5):在溫度80°C下，將0. 03g的高苯乙烯-甲基丙