CN107099360B - 一种纳米TiO2和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂及其制备方法 - Google Patents

一种纳米TiO2和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米TiO2和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂及其制备方法，属于润滑油技术领域，通过对氧化石墨烯进行氮、硼掺杂后进行辐射还原得到氮‑硼‑石墨烯，然后再与纳米TiO2复合来进一步改性石墨烯在润滑油中的减摩抗磨性能。将纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯复合物与基础油共混后进行耐磨实验，结果表明纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯添加到基础油中，能显著提高其抗磨性能。主要是由于在该体系中纳米TiO2附着在石墨烯片层表面，在高温压力作用下氮/硼掺杂石墨烯复合物急速生成氮化硼纳米膜与石墨烯的片层滑动、自润滑效果和纳米TiO2的纳米滚动效应的叠加，不但起到了润滑效果，同时也起到抗磨，保护发动机的功能。

Description

一种纳米TiO2和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂及其制备 方法
技术领域
本发明涉及润滑油技术领域，尤其涉及一种纳米TiO2和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂及其制备方法。
背景技术
有机硼酸盐作为一种新型多功能润滑油添加剂，具有优良的减摩抗磨性能，在国外已被广泛应用于各种润滑油中。但硼酸盐非常容易水解，造成添加剂中有效成分硼的丢失，从而使润滑油的减摩、抗磨性能下降，在实际应用中受到限制。采用含氮化合物对硼酸盐进行改性，就能使氮原子上的孤对电子与硼原子空轨道配位形成配位键，从而达到提高硼酸酯的抗水解性、抗磨性、防锈性、抗氧化性的目的，同时在一定条件下易与金属表面反应生成氮化物，而使硼酸盐的抗磨和摩擦改进性均有显著提高。
石墨烯具有优异的力学性能、超润滑性能等特殊的物理化学特性，使其在新型复合材料、润滑等众多领域中有着广泛的应用。石墨烯作为润滑油添加剂也能够取得良好的性能，Edwaraiah等制备了氧含量非常低的疏水石墨烯使其易于稳定分散在润滑油中，有效降低了摩擦因数，减小了磨斑直径并提高了承载能力。此外，TiO2纳米颗粒在摩擦表面不但可以形成一层可降低摩擦因数的易剪切的薄膜; 此外球形纳米粒子在摩擦副之间形成微轴承效应也能极大地提升减摩抗磨作用。
发明内容
本发明的目的之一，就在于提供一种纳米TiO2和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂的制备方法，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种纳米TiO2和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）氮-硼-石墨烯的制备：
将氧化石墨烯在水浴超声条件下分散在乙醇溶液中，再加入硼酸和氨水在60-70℃下搅拌反应8-12h，再冷却至室温后用洗涤，80-100℃下干燥，最后在微波环境中还原反应3-5min得到N-B-石墨烯；
（2）TiO2与氮-硼-石墨烯复合物的制备：
将纳米TiO2分散于乙醇中50-60℃下超声1-2h得到纳米TiO2乙醇溶液，并将N-B-石墨烯分散于乙醇中50-60℃下超声1-2h得到N-B-石墨烯乙醇溶液，然后再将前述两种溶液在60-70℃下混合超声1-3h,最后过滤40-60℃下干燥后再微波反应3-5min得到纳米TiO2-N-B-石墨烯润滑油添加剂。
作为优选的技术方案，步骤（1）中，氧化石墨烯：硼酸：氨水的质量比例为（0.01-3.0）：（0.01-2.0）：（1.0-500.0）。
作为优选的技术方案，步骤（2）中，纳米TiO2的粒径为20-60nm。
作为优选的技术方案，其特征在于，步骤（2）中，纳米TiO2与N-B-石墨烯的质量比为（0.1-10）：(0.1-20）。
本发明的目的之二在于提供一种上述方法制得的润滑油添加剂。
本发明的目的之三，在于提供一种采用上述润滑油添加剂制备润滑油的方法，采用的技术方案为，
在基础油中，加入质量比为0.01~10%的所述润滑油添加剂，超声分散20-40 min，再充分搅拌，即得。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过对氧化石墨烯进行氮、硼掺杂后进行辐射还原得到氮-硼-石墨烯，然后再与纳米TiO2复合来进一步改性石墨烯在润滑油中的减摩抗磨性能。将纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯复合物与基础油共混后进行耐磨实验，结果表明纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯添加到基础油中，能显著提高其抗磨性能。主要是由于在该体系中纳米TiO2附着在石墨烯片层表面，在高温压力作用下氮/硼掺杂石墨烯复合物急速生成氮化硼纳米膜与石墨烯的片层滑动、自润滑效果和纳米TiO2的纳米滚动效应的叠加，起到了很好的抗磨减摩效果，比基础油的抗磨性提高约50%。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
将500mg氧化石墨烯在水浴超声条件下分散在50ml乙醇溶液中，形成均一的悬浮液，再加入硼酸（1mg/mL，200mL）和氨水（200mL）在60℃下不断搅拌反应8h，再冷却至室温后用去离子水洗涤，80℃下干燥，最后在700W的微波炉中还原反应3min得到N-B-石墨烯；
将90mg 粒径为30nm的TiO2分散于100mL乙醇中50℃下超声1h，并将N-B-石墨烯分散于乙醇中50℃下超声1h，得到N-B-石墨烯乙醇溶液(1 mg/mL)，然后再将两者在60℃下混合超声1h,最后过滤干燥（40℃）后在700W微波反应3min得到TiO2-N-B-石墨烯；
在基础油中，加入质量比为0.01%的纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯润滑油添加剂；超声分散20 min，再充分搅拌，得到含0.01%的纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯润滑油，后称“润滑油A”。
实施例2
将200mg氧化石墨烯在水浴超声条件下分散在50ml乙醇溶液中，形成均一的悬浮液；再加入硼酸（1mg/mL，100mL）和氨水（200mL）在70℃下不断搅拌反应10h，再冷却至室温后用去离子水洗涤，90℃下干燥，最后在700W的微波炉中还原反应4min得到N-B-石墨烯。
将60mg TiO2分散于100mL乙醇中60℃下超声2h，同样的方法得到N-B-石墨烯乙醇溶液(1 mg/mL)，然后再将两者在70℃下混合超声3h,最后过滤干燥（60℃）后在700W微波反应4min得到TiO2-N-B-石墨烯。
在基础油中，加入质量比为0.05%的纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯润滑油添加剂。超声分散30 min，再充分搅拌，得到含0.05%的纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯润滑油，后称“润滑油B”
实施例3
将200mg氧化石墨烯在水浴超声条件下分散在50ml乙醇溶液中，形成均一的悬浮液；再加入硼酸（1mg/mL，100mL）和氨水（200mL）在70℃下不断搅拌反应8h，再冷却至室温后用去离子水洗涤，100℃下干燥，最后在700W的微波炉中还原反应5min得到N-B-石墨烯。
将60mg TiO2分散于100mL乙醇中70℃下超声1h，同样的方法得到N-B-石墨烯乙醇溶液(1 mg/mL)，然后再将两者在70℃下混合超声1h,最后过滤干燥（80℃）后在700W微波反应4min得到TiO2-N-B-石墨烯。
在基础油中，加入质量比为0.1%的纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯润滑油添加剂。超声分散40 min，再充分搅拌，得到含0.1%的纳米TiO2和氮/硼掺杂石墨烯润滑油，后称“润滑油C”
抗磨性能实验结果如表1所示：
表1：抗磨性能测试
从上表可以看出，石墨烯润滑油有着非常优异的润滑性能，同时还具有卓越的抗磨性能，在本发明中纳米TiO2粒子在体系中起到很好的抗磨作用，同时N-B-石墨烯在遇到高温高压时可以反应生成BN膜，可以起到很好的抗磨作用，同时与纳米TiO2起到协同抗磨的作用，有效降低体系的磨损；此外石墨烯在体系中具有优异的减摩性能，在TiO2和氮-硼作用下，起到协同润滑减摩的作用，该体系能很好的起到抗磨减摩的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纳米TiO2和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）氮-硼-石墨烯的制备：
将氧化石墨烯在水浴超声条件下分散在乙醇溶液中，再加入硼酸和氨水在60-70℃下搅拌反应8-12h，再冷却至室温后用去离子水洗涤，80-100℃下干燥，最后在微波环境中还原反应3-5min得到N-B-石墨烯；
（2）TiO2与氮-硼-石墨烯复合物的制备：
将纳米TiO2分散于乙醇中50-60℃下超声1-2h得到纳米TiO2乙醇溶液，并将N-B-石墨烯分散于乙醇中50-60℃下超声1-2h得到N-B-石墨烯乙醇溶液，然后再将前述两种溶液在60-70℃下混合超声1-3h，最后过滤，40-60℃下干燥后，再微波反应3-5min，得到纳米TiO2-N-B-石墨烯润滑油添加剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，氧化石墨烯：硼酸：氨水的质量比例为（0.01-3.0）：（0.01-2.0）：（1.0-500.0）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，纳米TiO2的粒径为20-60nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，纳米TiO2与N-B-石墨烯的质量比为（0.1-10）：(0.1-20）。
5.权利要求1-4任意一项的方法制得的润滑油添加剂。
6.采用权利要求5的润滑油添加剂制备润滑油的方法，其特征在于，
在基础油中，加入以润滑油为基准的质量百分比为0.01-10%的所述润滑油添加剂，超声分散20-40 min，再充分搅拌，即得。
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