CN107057799B - 功能化石墨烯粉体、包含其的润滑油及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功能化石墨烯粉体的制备方法，所述方法为：以石墨材料作电极，阳离子表面活性剂的水溶液为电解质溶液，电解剥离石墨材料，得到分散有石墨烯粉体的电解质溶液。本发明采用以阳离子表面活性剂为电解质，电化学剥离石墨的方法，一步制得功能化的石墨烯材料，实现石墨烯制备与功能化改性的同步进行；所述改性的石墨烯材料具有阳离子表面活性，用于润滑油中，能够提高润滑性能和石墨烯的分散稳定性；本发明所制备的功能石墨烯颗粒，其长链烷基能够在润滑油中发挥界面融合和“锚固”作用，通过纳米均化乳化过程，使石墨烯颗粒在基础油中形成稳固的胶联网络，形成稳定性和分散性优异的石墨烯润滑油及添加剂制品。

Description

功能化石墨烯粉体、包含其的润滑油及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于润滑油领域，涉及一种功能化石墨烯粉体、及其制备方法，和包含所述功能化石墨烯粉体的润滑油及其制备方法和用途。
背景技术
润滑防护材料有利于交通运输行业的节能减排和低碳环保。将纳米材料应用于润滑防护体系，能够提高摩擦表面减摩抗磨和自修复的性能。润滑油脂的服役行为很大程度上取决于添加剂的性能，传统的润滑油脂添加剂在高承载能力、长效稳定性和环境友好性等方面存在应用局限。纳米颗粒作为润滑油添加剂，具有高承载能力、良好的高温和化学稳定性以及对摩擦表面的成膜修复作用。但作为固体添加剂，纳米颗粒在半固态润滑脂中的分散均匀性差，与润滑油/脂界面相容性差，以及在液体润滑油中的分散均匀性和长效稳定性都表现不好。
石墨烯粉体材料具有优异的减摩抗磨性能，在固体润滑添加剂领域应用前景广阔。作为目前体积密度最小的纳米添加剂，石墨烯与液体润滑剂之间因密度差导致的稳定差问题较其它固体添加剂有所缓解。但要实现石墨烯在润滑产品中的成熟化应用，小体积密度优势所带来的分散稳定性效果仍然有限，对其颗粒进行功能化修饰并形成成熟的可直接应用的复剂配方，是开发石墨烯润滑油脂产品的关键技术。
目前，应用于润滑产品的功能化石墨烯制备工艺，多以氧化石墨烯作为前驱体，借助氧化石墨烯的活性含氧基团与改性剂在特定条件下的化学反应，得到功能化的石墨烯粉体。这一工艺方法所用氧化石墨烯粉体制备过程中强氧化剂和强酸的使用量大，工艺安全性差；在产物清洗环节，除去制备过程残留的阴阳离子，耗时废水，工艺经济性和环保性差；且这种两步法工艺的高效性差。同时，这些功能性石墨烯粉体在润滑产品中多以粉体单剂的形式添加使用，粉体在润滑剂中复配分散工艺和分散效果差异，使得石墨烯所具备的减摩抗磨和自修复作用不能有效呈现。
石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道按蜂窝状晶格排布而成的单层二维原子晶体，是已知最薄、最坚韧的纳米材料，其硬度超过钻石；单层石墨烯几乎完全透明，仅有2.3％的吸光度；导热系数高达5300W/m·K，电阻率只有10-6Ω·cm，是最优异的热和电的导体。10层以内的石墨烯微片，由于其层间弱的范德华力，在剪切作用下片层之间易滑移，具有低的摩擦系数，可作为优良的减摩、抗磨材料，其性能优于传统的石墨、二硫化钼和硼酸等层状固体润滑材料。
CN106190432A公开了一种高分散性的改性石墨烯润滑油及其制备方法，其中改性石墨烯的制备采用硫酸氧化和甲醇溶剂中有机改性两步法工艺，制备过程繁杂耗时，试剂安全性差；所述的石墨烯分散工艺采用微波照射搅拌法，该方法应用于粘度较大的基础油体系中，分散效率低、效果差。CN101812351A公开了基于单层或几层石墨烯的润滑油添加剂制备方法，其中石墨烯采用强酸氧化和高温(1100℃)脱氧，制备过程安全性差，废液量大；所得石墨烯以粉体单剂的形式，采用搅拌方法加入润滑油中，石墨烯在润滑油中分散效果差。CN105602654A公开了一种石墨烯润滑油添加剂及其制备方法，其在基础油中加入硼酸酯和氢化苯乙烯-双烯共聚物作为分散剂，再加入石墨烯粉体，通过油漆分散机高速搅拌得到石墨烯润滑油添加剂；石墨烯作为超薄二维纳米材料，片层厚度最大不超过10nm，采用常规的高速搅拌分散很难达到良好的均化分散效果。CN106367164A公开了一种石墨烯润滑油添加剂及其制备方法，其中固体添加剂除石墨烯颗粒外还包括纳米稀土颗粒、铜和二氧化硅，并采用超声振荡的方法对固颗粒进行分散；该添加剂体系复杂，且超声分散工艺效率低。
本领域需要开发一种依托于石墨烯的添加剂，其添加至润滑油中具有良好的分散性，和稳定性，同时能够提高润滑油的润滑性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种功能化石墨烯粉体的制备方法，所述方法为：
以石墨材料作电极，阳离子表面活性剂的水溶液为电解质溶液，电解剥离石墨材料，得到分散有石墨烯粉体的电解质溶液。
选用阳离子表面活性剂作为电解质，借助活性剂长链烷基阳离子在负极所产生的石墨烯颗粒层间和表面的库伦力吸附作用和氢键吸附作用，实现石墨烯制备与功能化改性的同步进行。在电解剥离过程中，阳离子表面活性剂吸附在石墨烯片层中间，剥离后仍然与石墨烯片层结合，赋予了石墨烯阳离子表面活性剂的性能。
优选地，所述阳离子表面活性剂包括脂肪胺型阳离子表面活性剂。
优选地，所述脂肪胺型阳离子表面活性剂的脂肪胺碳链长度为3～20，优选8～14，进一步优选12。
优选地，所述阳离子表面活性剂包括十二烷基二甲基苄基溴化铵。
优选地，所述阳离子表面活性剂的水溶液中，阳离子表面活性剂的浓度为0.1～1mol/L。
优选地，所述石墨材料包括石墨纸、石墨棒、石墨板、鳞片石墨、高定向石墨、可膨胀石墨中的任意1种。
优选地，所述电解剥离的电流为0.3～1A。
优选地，所述电解剥离的温度为15～35℃。
可选地，本发明所述电解质溶液可循环利用。
作为优选技术方案之一，所述分散有石墨烯粉体的电解质溶液抽滤后，得到第一功能化石墨烯粉体的滤饼。
可选地，将第一功能化石墨烯粉体的滤饼萃取分级，得到第二功能化石墨烯粉体和第三功能化石墨烯粉体；
所述萃取分级的步骤包括：将第一功能化石墨烯粉体的滤饼加入萃取溶剂中，超声分散后静置，得到上层悬浮液和下层沉淀物；将上层悬浮液抽滤后，洗涤干燥后得到第二功能化石墨烯粉体；将下层沉淀物洗涤干燥后得到第三功能化石墨烯粉体。
在所述萃取分级过程中，搅拌后静置部分石墨烯悬浮在上层，部分石墨烯沉淀在下层(如图1所示)。在电解剥离过程中有部分阳离子表面活性剂在电化学作用下反应形成非极性长链烷烃产物，且吸附在第一功能化石墨烯的滤饼中，经过溶剂萃取，非极性产物从第一功能化石墨烯的滤饼中游离出来，并漂浮在萃取剂上层，表面活性较强的石墨烯粉体由于表面活性的作用集中在两相的界面，即悬浮在上层，而表面活性较差的石墨烯粉体则沉积在底层。
优选地，所述萃取溶剂为与烷烃不互溶的溶剂，优选极性值在4～5.5范围的溶剂，进一步优选包括丙酮、乙酸乙酯、异丙醇中的任意1种或至少2种的组合。所述萃取溶剂的极性例如4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.1、5.2、5.3、5.4等。
优选地，所述萃取溶剂的加入量为石墨烯粉体体积的四倍。
优选地，所述超声分散的时间≥5min。
优选地，所述洗涤的溶剂包括乙醇。
优选地，所述分散有石墨烯粉体的萃取溶剂溶液抽滤后，滤渣洗涤，干燥。
可选地，本发明所述萃取溶剂和洗涤溶剂均可循环利用。
本发明目的之二是提供一种功能化石墨烯粉体，所述功能化石墨烯粉体通过目的之一所述的方法制备得到。
优选地，所述功能化石墨烯粉体为第二功能化石墨烯粉体。
本发明目的之三是提供一种目的之二所述的功能化石墨烯粉体的用途，所述功能化石墨烯粉体用作润滑油添加剂。
本发明提供的功能化石墨烯粉体，其改性后所带的长链烷基能够在润滑油中发挥界面融合和“锚固”作用，通过纳米均化乳化过程，使石墨烯颗粒在基础油中形成稳固的胶联网络，形成稳定性和分散性优异的石墨烯润滑油添加剂制品。
优选地，所述功能化石墨烯粉体用作润滑油添加剂时，添加量为润滑油质量的0.025～2.5wt％。
本发明目的之四是提供一种复合润滑油，所述复合润滑油中添加有目的之二所述的功能化石墨烯粉体；
优选地，所述复合润滑油按重量份数包括如下组分：
基础油 87.45～95.965重量份
功能化石墨烯粉体 0.025～2.5重量份；
所述复合润滑油各组分之和为100重量份。
优选地，所述基础油包括矿物基础油、合成基础油或生物基础油中的任意1种或至少2种的组合。
优选地，所述复合润滑油中还包括3～7重量份的分散剂，优选5重量份的分散剂。
优选地，所述分散剂包括单烯基丁二酰亚胺做润滑油分散剂。
优选地，所述复合润滑油中还包括0.01～0.05重量份的抗泡剂，优选0.02重量份的抗泡剂。
优选地，所述抗泡剂包括二甲基硅油。
优选地，所述复合润滑油中还包括1～3重量份的微乳化助剂，优选1.5重量份的微乳化助剂。
优选地，所述微乳化助剂包括丙二醇。
微乳化助剂有利于功能化石墨烯与基础油的分子结合，提高分散性和储存稳定性。
优选地，所述复合润滑油按重量份数包括如下组分：
基础油 87.45～95.965重量份
功能化石墨烯粉体 0.025～2.5重量份
分散剂 3～7重量份
抗泡剂 0.01～0.05重量份
微乳化助剂 1～3重量份。
优选地，所述复合润滑油按重量份数包括如下组分：
基础油 92.98重量份
功能化石墨烯粉体 0.5重量份
分散剂 5重量份
抗泡剂 0.02重量份
微乳化助剂 1.5重量份。
在一个优选技术方案中，所述复合润滑油的制备方法包括如下步骤：
(1)取部分基础油，加入分散剂、抗泡剂混合，在第一转速下剪切得到第一组分；
(2)取剩余的基础油，加入功能化石墨烯粉体和微乳化助剂，在第二转速下剪切后，均质化得到第二组分；
(3)将第一组分和第二组份混合，在第三转速下剪切调和，得到复合润滑油。
在所述优选技术方案中，功能化石墨烯粉体先与部分基础油混合，并借助剪切和均质与基础油充分混合，此时为了获得更加优异的混合效果，可以采用较为苛刻的条件，例如高的剪切转速或者高的温度或者高的压力等等，混合均匀后，在于剩余的基础油和添加剂在宽松的条件下进行混合。这种混合方式能够有效避免因为苛刻的条件造成的润滑油性能的下降，例如粘度降低，稳定性变差等问题。同时，这种混合方式能够使功能化石墨烯粉体与先混合的基础油之间发生交联反应，提高石墨烯粉体在润滑油中的稳定性和分散性，提高润滑油的储存稳定性。
优选地，步骤(2)所使用的基础油占所述复合润滑油配方基础油总量的50wt％以内。
优选地，步骤(1)所述第一转速为3000～5000rpm，剪切时间为15～30min，优选第一转速为4000rpm，时间为20min。
优选地，步骤(2)所述第二转速为5000～8000rpm，剪切时间为10～20min，优选第二转速为6500rpm，时间为15min。
优选地，步骤(2)所述均质化的温度为60～80℃，优选均质化的温度为65℃；
优选地，步骤(2)所述均质化的过程为：先在压力为40～60MPa，均质循环10～15次，之后在压力80～100MPa，均值循环8～15次；优选先在压力为50MPa，均质循环10次，之后在压力90MPa，均质10次。
优选地，步骤(2)所述第二转速为5000～8000rpm，剪切时间为10～20min，优选第二转速为6500rpm，时间为15min。
优选地，步骤(3)所述第三转速为3000～5000rpm，剪切时间为40～60min，优选第三转速为5000rpm，时间为50min。
优选地，步骤(1)和步骤(3)的温度控制在40～60℃。
本发明目的之五是提供一种如目的之四所述的复合润滑油的用途，所述复合润滑油用于机械部件之间的润滑。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用以阳离子表面活性剂为电解质，电化学剥离石墨的方法，一步制得功能化的石墨烯材料，实现石墨烯制备与功能化改性的同步进行；所述改性的石墨烯材料具有阳离子表面活性，用于润滑油中，能够提高润滑性能和石墨烯的分散稳定性；
(2)本发明优选地萃取分级方法，能够进一步的获得表面活性更强的功能化的石墨烯材料，工艺简单；
(3)本发明所述功能化石墨烯颗粒制备过程中所用电解质溶液、过滤清洗溶剂、萃取分级溶剂均可循环利用，节能环保；
(4)本发明所制备的功能石墨烯颗粒，其长链烷基能够在润滑油中发挥界面融合和“锚固”作用，通过纳米均化乳化过程，使石墨烯颗粒在基础油中形成稳固的胶联网络，形成稳定性和分散性优异的石墨烯润滑油添加剂制品；
(5)本发明所得到的复合润滑剂制品可直接添加到润滑油中使用，无需针对石墨烯颗粒的专有分散工序。
附图说明
图1为实施例2中功能化石墨烯萃取分级的图片，其上层黑色颗粒为2#功能化石墨烯，下层沉积颗粒为3#功能化石墨烯；
图2为实施例2得到的2#功能化石墨烯和3#功能化石墨烯的拉曼光谱，其中，悬浮颗粒为2#功能化石墨烯，沉淀颗粒为3#功能化石墨烯；
图3是根据图2拉曼图谱计算得到的2#功能化石墨烯和3#功能化石墨烯的的微晶尺寸；
图4为应用对比例1和实施例2的2#石墨烯粉体的红外扫描图，其中，a为对比例1的10#功能化石墨烯粉体的红外扫描图，b为2#石墨烯粉体的红外扫描图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种功能化石墨烯粉体，通过如下方法制备得到：
(1)以等面积的石墨纸做电化学反应的正极和负极，调整正负电极间距和电压，使电流为0.6A；选用浓度为0.5mol/L的十二烷基二甲基苄基溴化铵的水溶液为电解质溶液；将石墨纸电极和电源正负极以导线连接，将石墨烯纸电极的3/4浸入电解质溶液中，调节直流电源电压使电流值达到0.6A；电解过程中电解质溶液温度保持在15～35℃之间；随着电化学反应的进行，电解质溶液有所消耗，定时向反应容器中补加电解质溶液至初始高度，直至初始电极3/4部分被完全剥离，得到分散有功能化石墨烯粉体的电解质溶液；
(2)将电解完的功能化石墨烯粉体的电解质溶液进行真空过滤，将滤渣用乙醇洗涤，过滤，干燥得到1#功能化石墨烯粉体。
实施例2
与实施例1的区别仅在于步骤(2)为：将电解完的功能化石墨烯粉体的电解质溶液进行真空过滤，将滤饼置于其体积量4倍的丙酮溶液中，超声分散10min，将分散后的悬浮液静置，得到上层悬浮液和下层沉淀物(如图1所示)，将上层悬浮液抽滤后，洗涤干燥后得到2#功能化石墨烯粉体；将下层沉淀物洗涤干燥后得到3#功能化石墨烯粉体。
从图1可以看出，用丙酮溶剂对电化学剥离得到的石墨烯进行分级的示意图，可以看到经静置后，可得到完全分级的两种功能化石墨烯颗粒。
图2为实施例2得到的2#功能化石墨烯和3#功能化石墨烯的拉曼光谱，其中，悬浮颗粒为2#功能化石墨烯，沉淀颗粒为3#功能化石墨烯；从图中可以看出，上层石墨烯颗粒(2#功能化石墨烯)的片层数少于底部沉淀颗粒(3#功能化石墨烯)。
图3是根据图2拉曼图谱计算得到的不同片层数石墨烯颗粒的微晶尺寸，从数据对比可以看出，该分级方法可对电化学剥离的功能化石墨烯进行分级。
图4的b为实施例2的2#石墨烯粉体的红外扫描图。
实施例3
一种功能化石墨烯粉体，通过如下方法制备得到：
(1)以等直径的石墨棒做电化学反应的正极和负极，调整正负电极间距和电压，使电流为0.5A；选用浓度为0.035mol/L的十六烷基三甲基溴化铵的水溶液为电解质溶液；将石墨纸电极和电源正负极以导线连接，将石墨烯纸电极的3/4浸入电解质溶液中，调节直流电源电压使电流值达到0.5A；电解过程中电解质溶液温度保持在15～35℃之间；随着电化学反应的进行，电解质溶液有所消耗，定时向反应容器中补加电解质溶液至初始高度，直至初始电极3/4部分被完全剥离，得到分散有功能化石墨烯粉体的电解质溶液；
(2)将电解完的功能化石墨烯粉体的电解质溶液进行真空过滤，将滤渣用乙醇洗涤，过滤，干燥得到4#功能化石墨烯粉体。
实施例4
与实施例3的区别仅在于步骤(2)为：将电解完的功能化石墨烯粉体的电解质溶液进行真空过滤，将滤饼置于其体积量4倍的丙酮溶液中，超声分散10min，将分散后的悬浮液静置，得到上层悬浮液和下层沉淀物，将上层悬浮液抽滤后，洗涤干燥后得到5#功能化石墨烯粉体；将下层沉淀物洗涤干燥后得到6#功能化石墨烯粉体。
实施例5
一种功能化石墨烯粉体，通过如下方法制备得到：
(1)以等体积的石墨板做电化学反应的正极和负极，调整正负电极间距和电压，使电流为0.3A；选用浓度为0.2mol/L的十二烷基三甲基氯化铵的水溶液为电解质溶液；将石墨板电极和电源正负极以导线连接，将石墨烯纸电极的3/4浸入电解质溶液中，调节直流电源电压使电流达到0.3A；电解过程中电解质溶液温度保持在15～35℃之间；随着电化学反应的进行，电解质溶液有所消耗，定时向反应容器中补加电解质溶液至初始高度，直至初始电极3/4部分被完全剥离，得到分散有功能化石墨烯粉体的电解质溶液；
(2)将电解完的功能化石墨烯粉体的电解质溶液进行真空过滤，将滤渣用乙醇洗涤，过滤，干燥得到7#功能化石墨烯粉体。
实施例6
与实施例5的区别仅在于步骤(2)为：将电解完的功能化石墨烯粉体的电解质溶液进行真空过滤，将滤饼置于其体积量4倍的丙酮溶液中，超声分散10min，将分散后的悬浮液静置，得到上层悬浮液和下层沉淀物，将上层悬浮液抽滤后，洗涤干燥后得到8#功能化石墨烯粉体；将下层沉淀物洗涤干燥后得到9#功能化石墨烯粉体。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，电解质溶液为0.1mol/L的硫酸钠水溶液，得到的10#功能化石墨烯粉体。图4的a为对比例1的10#石墨烯粉体的红外扫描图。
从图4中可以看出，通过本发明提供的方法对石墨进行剥离改性得到功能化石墨烯，石墨烯颗粒在2750～3000cm-1出现了阳离子表面活性剂的长链烷烃基团的特征振动峰，表明得到了改性的石墨烯颗粒。
应用实施例1～9
一种润滑油，按重量份数包括如下组分：
矿物油 92.47重量份
功能化石墨烯粉体 0.5重量份；
分散剂(单烯基丁二酰亚胺) 5重量份
抗泡剂(二甲基硅油) 0.03重量份
微乳化助剂(丙二醇) 2重量份；
所述功能化石墨烯粉体分别为1#～9#功能化石墨烯粉体；实施例1(1#功能化石墨烯粉体)；实施例2(2#功能化石墨烯粉体)；实施例3(3#功能化石墨烯粉体)；实施例4(4#功能化石墨烯粉体)；实施例5(5#功能化石墨烯粉体)；实施例6(6#功能化石墨烯粉体)；实施例7(7#功能化石墨烯粉体)；实施例8(8#功能化石墨烯粉体)；实施例9(9#功能化石墨烯粉体)；
制备方法为：
将功能化石墨烯粉体和微乳化助剂加入矿物油中剪切均质，混合均匀后，加入分散剂、抗泡剂，剪切至分散均匀，得到复合润滑油。
应用实施例10
与应用实施例2的区别仅在于制备方法为：
(1)取80％配方量的基础油，加入分散剂、抗泡剂，得到混合浆料，在50℃温控下，4000rpm转速下剪切分散20min；
(2)取剩余基础油，加入功能化石墨烯颗粒和微乳化助剂，6500rpm转速下剪切分散15min；剪切后的分散液通过高压均质设备，进行纳米乳化均化，均化控温65℃，先在50MPa均化循环10次，然后90MPa均化循环10次，得石墨烯分散液；
(3)将步骤(1)和步骤(2)的产物混合，在40～60℃温控下，5000rpm剪切调和40～60min，即可得到复合润滑油。
应用实施例11
与应用实施例10的区别仅在于：润滑油的组成按重量份数包括如下组分：
矿物油 95.925重量份
功能化石墨烯粉体 0.025重量份；
分散剂(单烯基丁二酰亚胺) 3重量份
抗泡剂(二甲基硅油) 0.05重量份
微乳化助剂(丙二醇) 1重量份；
应用实施例12
与应用实施例10的区别仅在于：润滑油的组成按重量份数包括如下组分：
矿物油，按重量份数包括如下组分：
矿物油 87.49重量份
功能化石墨烯粉体 2.5重量份；
分散剂(单烯基丁二酰亚胺) 7重量份
抗泡剂(二甲基硅油) 0.01重量份
微乳化助剂(丙二醇) 3重量份；
应用实施例13
与应用实施例10的区别仅在于：
制备方法为：
(1)取50％配方量的基础油，加入分散剂、抗泡剂，得到混合浆料，在60℃温控下，3000rpm转速下剪切分散20min；
(2)取剩余基础油，加入功能化石墨烯颗粒和微乳化助剂，8000rpm转速下剪切分散20min；剪切后的分散液通过高压均质设备，进行纳米乳化均化，均化控温80℃，先在60MPa均化循环15次，然后100MPa均化循环15次，得石墨烯分散液；
(3)将步骤(1)和步骤(2)的产物混合，在40～60℃温控下，5000rpm剪切调和40～60min，即可得到复合润滑油。
应用实施例14
与应用实施例10的区别仅在于：
制备方法为：
(1)取90％配方量的基础油，加入分散剂、抗泡剂，得到混合浆料，在40℃温控下，5000rpm转速下剪切分散20min；
(2)取剩余基础油，加入功能化石墨烯颗粒和微乳化助剂，5000rpm转速下剪切分散10min；剪切后的分散液通过高压均质设备，进行纳米乳化均化，均化控温60℃，先在40MPa均化循环10次，然后80MPa均化循环8次，得石墨烯分散液；
(3)将步骤(1)和步骤(2)的产物混合，在40～60℃温控下，5000rpm剪切调和40～60min，即可得到复合润滑油。
应用对比例1
与应用实施例10的区别仅在于：所述功能化石墨烯粉体由对比例1提供的10#功能化石墨烯粉体。
应用对比例2
与应用实施例10的区别仅在于：所述功能化石墨烯粉体的添加量为3.0重量份。
应用对比例3
与应用实施例10的区别仅在于：所述功能化石墨烯粉体的添加量为0.020重量份。
性能测试
润滑油存储稳定性测试方法：
对制得的目标油样进行30天的静置观察，以底部沉积粉体体积占总添加粉体体积的百分量来评定油样的分散性和稳定性，沉积粉体体积百分量越大，油样的分散稳定性越差，反之则越好。
摩擦性能测试方法：
在Optimol SRV-4摩擦磨损试验机上对所制备的复合润滑油中的摩擦学性能进行了评价。测试条件为：摩擦试验试件采用球-盘点接触模式，球件和盘件材质为100Cr6钢。测试载荷200N，温度50℃，时间1h，频率50Hz，往复摩擦行程1mm。以矿物油基础油为空白试验。测试结果见表1：
表1应用实施例提供的复合润滑油的性能测试结果
Figure BDA0001316253110000171
从表1可以看出，石墨烯的作为添加剂可提高润滑油的减摩抗磨性能；以阳离子表面活性剂做电解质，电化学一步法得到的功能化的石墨烯粉体在润滑油中分散稳定性优于非功能化的石墨烯粉体；对比不同烷基链链长和结构的功能化石墨烯可知，短链阳离子较易实现层间插层柱撑剥离，所得石墨烯粉体中官能团含量高，因此在润滑油中的稳定性好，减摩抗磨性能优异；对比烷基链碳原子数相同的表面活性剂可知，含苯环的活性剂分子，由于苯环结构与石墨烯片层间π-π键的相互作用，使得石墨烯剥离和改性效果更好，因此减摩抗磨性能和悬浮稳定均呈现最优；对比相同的电解质制备得到的三种不同的功能化石墨烯的性能可知，萃取分级后得到的上层悬浮石墨烯颗粒的减摩抗磨以及分散稳定性最优，抽滤电解质得到的滤饼次之，萃取得到的下部沉积颗粒最差；对比不同的石墨烯润滑油制备工艺可知，将石墨烯添加剂和微乳化助剂在部分基础油中进行纳米乳化胶联，在于其余基础油和功能性能添加剂剪切复合，所得的石墨烯润滑油摩擦学性能和分散稳定性较优，其中以10wt％份量的基础油作为纳米乳化基液，所得润滑油的性能最好。
将功能化石墨烯粉体直接添加至成品油中，也能够起到提高润滑效果的作用。
应用实施例15～16
将2#功能化石墨烯粉体直接添加至汽油机油(长城5W-30SN)中，添加量为0～1wt％。
选用性能测试的方法，测试摩擦性能，测试结果如表2：
表2应用实施例15～16改性的汽油机油的性能测试结果
Figure BDA0001316253110000191
从表2的测试结果可以看出，本发明提供的功能化石墨烯粉体能够有效提高汽油机油的润滑效果，降低摩擦系数大约16％，磨斑直径缩小大概18％。
应用实施例17～19
将2#功能化石墨烯粉体直接添加至柴油机油(玉柴20W-40CI)中，添加量为0～2wt％。
选用性能测试的方法，测试摩擦性能，测试结果如表3：
表3应用实施例17～19改性的柴油机油的性能测试结果
Figure BDA0001316253110000192
从表3的测试结果可以看出，本发明提供的功能化石墨烯粉体能够有效提高柴油机油的润滑效果，降低摩擦系数大约18％，磨斑直径缩小大概29％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (44)

1.一种功能化石墨烯粉体在用作润滑油添加剂中的用途，其特征在于，所述功能化石墨烯粉体采用如下方法制备得到，所述方法为：
以石墨材料作电极，阳离子表面活性剂的水溶液为电解质溶液，电解剥离石墨材料，得到分散有石墨烯粉体的电解质溶液；
所述分散有石墨烯粉体的电解质溶液抽滤后，得到第一功能化石墨烯粉体的滤饼；将第一功能化石墨烯粉体的滤饼萃取分级，得到第二功能化石墨烯粉体和第三功能化石墨烯粉体；所述功能化石墨烯粉体为第二功能化石墨烯粉体；
所述萃取分级的步骤包括：将第一功能化石墨烯粉体的滤饼加入萃取溶剂中，超声分散后静置，得到上层悬浮液和下层沉淀物；将上层悬浮液抽滤后，洗涤干燥后得到第二功能化石墨烯粉体；将下层沉淀物洗涤干燥后得到第三功能化石墨烯粉体；
所述功能化石墨烯粉体用作润滑油添加剂时，添加量为润滑油质量的0.025～2.5wt％。
2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述阳离子表面活性剂包括脂肪胺型阳离子表面活性剂。
3.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述脂肪胺型阳离子表面活性剂的脂肪胺碳链长度为3～20。
4.如权利要求3所述的用途，其特征在于，所述脂肪胺型阳离子表面活性剂的脂肪胺碳链长度为8～14。
5.如权利要求4所述的用途，其特征在于，所述脂肪胺型阳离子表面活性剂的脂肪胺碳链长度为12。
6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，所述阳离子表面活性剂包括十二烷基二甲基苄基溴化铵。
7.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述阳离子表面活性剂的水溶液中，阳离子表面活性剂的浓度为0.1～1mol/L。
8.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述石墨材料包括石墨纸、石墨棒、石墨板、石墨粉体、鳞片石墨、高定向石墨、可膨胀石墨中的任意1种。
9.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述电解剥离的电流为0.3～1A。
10.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述电解剥离的温度为15～35℃。
11.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述萃取溶剂为与烷烃不互溶的溶剂。
12.如权利要求11所述的用途，其特征在于，所述萃取溶剂为极性值在4～5.5之间的溶剂。
13.如权利要求12所述的用途，其特征在于，所述萃取溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、异丙醇中的任意1种或至少2种的组合。
14.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述萃取溶剂的加入量为石墨烯粉体体积的四倍。
15.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述超声分散的时间≥5min。
16.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述洗涤的溶剂包括乙醇。
17.一种复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油中添加有权利要求1中所述的功能化石墨烯粉体。
18.如权利要求17所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油按重量份数包括如下组分：
基础油87.45～95.965重量份
功能化石墨烯粉体0.025～2.5重量份。
19.如权利要求18所述的复合润滑油，其特征在于，所述基础油包括矿物基础油、合成基础油或生物基础油中的任意1种或至少2种的组合。
20.如权利要求18所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油中还包括3～7重量份的分散剂。
21.如权利要求20所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油中包括5重量份的分散剂。
22.如权利要求20所述的复合润滑油，其特征在于，所述分散剂包括单烯基丁二酰亚胺做润滑油分散剂。
23.如权利要求18所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油中还包括0.01～0.05重量份的抗泡剂。
24.如权利要求23所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油包括0.02重量份的抗泡剂。
25.如权利要求23所述的复合润滑油，其特征在于，所述抗泡剂包括二甲基硅油。
26.如权利要求18所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油中还包括1～3重量份的微乳化助剂。
27.如权利要求26所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油包括1.5重量份的微乳化助剂。
28.如权利要求26所述的复合润滑油，其特征在于，所述微乳化助剂包括丙二醇。
29.如权利要求17所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油按重量份数包括如下组分：
30.如权利要求29所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油按重量份数包括如下组分：
Figure FDA0002299930730000042
31.如权利要求29所述的复合润滑油，其特征在于，所述复合润滑油的制备方法包括如下步骤：
(1)取部分基础油，加入分散剂、抗泡剂混合，在第一转速下剪切得到第一组分；
(2)取剩余的基础油，加入功能化石墨烯粉体和微乳化助剂，在第二转速下剪切后，均质化得到第二组分；
(3)将第一组分和第二组份混合，在第三转速下剪切调和，得到复合润滑油。
32.如权利要求31所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(2)所使用的基础油占所述复合润滑油配方基础油总量的50wt％以内。
33.如权利要求31所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(1)所述第一转速为3000～5000rpm，剪切时间为15～30min。
34.如权利要求33所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(1)所述第一转速为4000rpm，时间为20min。
35.如权利要求31所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(2)所述第二转速为5000～8000rpm，剪切时间为10～20min。
36.如权利要求35所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(2)所述第二转速为6500rpm，时间为15min。
37.如权利要求31所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(2)所述均质化的温度为60～80℃。
38.如权利要求37所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(2)所述均质化的温度为65℃。
39.如权利要求31所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(2)所述均质化的过程为：先在压力为40～60MPa，均质循环10～15次，之后在压力80～100MPa，均质循环8～15次。
40.如权利要求39所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(2)所述均质化的过程为：先在压力为50MPa，均质循环10次，之后在压力90MPa，均质循环10次。
41.如权利要求31所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(3)所述第三转速为3000～5000rpm，剪切时间为40～60min。
42.如权利要求41所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(3)所述第三转速为5000rpm，时间为50min。
43.如权利要求31所述的复合润滑油，其特征在于，步骤(1)和步骤(3)的温度控制在40～60℃。
44.一种如权利要求17～43之一所述的复合润滑油的用途，其特征在于，所述复合润滑油用于机械部件之间的润滑。
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