CN108264954A - 一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法 - Google Patents

一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法 Download PDF

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黄剑锋
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Abstract

本发明公开了一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，首先将纤维素、水、盐酸按质量比1:(69‑72):(0‑3)进行水热反应后，自然冷却至室温，将产物过滤并烘干，得到碳球粉体；然后将碳球粉体、无水乙醇及表面改性剂按质量比1:20:(0‑2)混合，搅拌过滤并烘干，得到改性的碳球粉体；最后将改性的碳球粉体按0.3‑1wt％的比例加入到基础油中，依次进行搅拌及超声处理，得到利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂。本发明所制备的润滑剂具有优异的减摩效果及良好的修复性能。

Description

一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法
技术领域
本发明涉及润滑油添加剂领域，具体涉及一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法。
背景技术
摩擦磨损是造成机械零件失效的三大主要原因(磨损、腐蚀和断裂)之一。摩擦消耗掉全世界1/3的一次性能源，约有80％的机器零部件都是因磨损而失效，50％以上的机械装备的恶性事故都起因于润滑失效和过度磨损。改善润滑条件，优化润滑油品是实现减磨抗磨的有效途径之一。其中最常用的就是使用润滑油。单一润滑油已经难以满足工况需求，因此各种具有特殊性能的添加剂被用来提高润滑油的性能。
纳米碳材料，如石墨烯、碳纳米管和金刚石等，具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、疏水性强等优点，已被广泛用作润滑油添加剂，且具有良好的润滑效果。公开号CN101469143A的中国发明专利公开了一种多臂碳纳米管润滑油添加剂的制备方法，该方法通过在碳纳米管表面固载链转移剂，从而改善碳纳米管作为润滑油添加剂的性能。但碳纳米管成本高，作为润滑油添加剂会提高产品成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明通过生物质材料纤维素进行水热碳化制备出碳球粉体，并经过一定的表面改性处理制备出高效、稳定的润滑剂，所制备的润滑剂具有优异的减摩效果及良好的修复性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将纤维素、水、盐酸按质量比1:(69-72):(0-3)进行水热反应后，自然冷却至室温，将产物过滤并烘干，得到碳球粉体；
步骤二：将碳球粉体、无水乙醇及表面改性剂按质量比1:20:(0-2)混合，搅拌过滤并烘干，得到改性的碳球粉体；
步骤三：将改性的碳球粉体按比例加入到基础油中，依次进行搅拌及超声处理，得到利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂。
进一步地，步骤一中水热反应的温度为200-240℃，时间为4-8h。
进一步地，步骤一中烘干温度为60℃。
进一步地，步骤一中得到的碳球粉体粒径为20-50nm。
进一步地，步骤二中表面改性剂为油酸。
进一步地，步骤二中采用磁力搅拌，搅拌速度600r/min，搅拌温度为80℃，搅拌时间为3h。
进一步地，步骤二中烘干温度为60℃。
进一步地，步骤三中改性的碳球粉体的加入比例为0.3wt％-1wt％。
进一步地，步骤三中搅拌速度600r/min，搅拌温度为50℃，时间为30min。
进一步地，步骤三中超声处理的频率为40KHz，超声处理的温度为50℃，时间为30min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过对生物质材料纤维素进行水热碳化制备出碳球粉体。经过一定的表面改性处理，在基础油中可以稳定悬浮。所制备的自修复纳米复合润滑剂相对于纯的基础油，可大大降低其摩擦性能，提高润滑油的减摩抗磨性能，并且赋予润滑油自修复功能，从而延长机械设备运动摩擦副的使用寿命。
附图说明
图1为实施例21-实施例24所得样品与基础油的摩擦性能对比图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，包括以下步骤：
步骤一：水热处理。将纤维素、水、盐酸按质量比1:(69-72):(0-3)装入水热釜，200-240℃反应4-8h。自然冷却至室温，将产物过滤并60℃烘干，得到粒径为20-50nm的碳球；
步骤二：表面改性。将步骤一所得碳球、无水乙醇及表面改性剂油酸按质量比1:20:(0-2)混合，80℃下磁力搅拌(搅拌速度600r/min)3h，过滤并60℃烘干，得到改性的碳球粉体；
步骤三：将步骤二所得改性的碳球粉体按0.3-1wt％的比例加入到基础油中，50℃下依次进行磁力搅拌(搅拌速度600r/min)及超声(超声频率40KHz)处理各30min，得到不同含量碳球的润滑剂。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
步骤一：水热处理。将纤维素、水、盐酸按质量比1:72:0装入水热釜，200℃反应4h。自然冷却至室温，将产物过滤并60℃烘干，得到碳球；
步骤二：表面改性。将步骤一所得碳球、无水乙醇及表面改性剂油酸按质量比1:20:0混合，80℃下磁力搅拌(搅拌速度600r/min)3h，过滤并60℃烘干，得到改性的碳球粉体；
步骤三：将步骤二所得改性的碳球粉体按0.3wt％的比例加入到基础油中，50℃下依次进行磁力搅拌(搅拌速度600r/min)及超声(超声频率40KHz)处理各30min，得到不同含量碳球的润滑剂。
实施例2-实施例4
与实施例1相比，其余条件不变，仅步骤三中改性的碳球粉的加入比例不同，实施例2-实施例4中改性的碳球粉的加入比例分别为0.5wt％、0.7wt％、1wt％。
实施例5
步骤一：水热处理。将纤维素、水、盐酸按质量比1:69:3装入水热釜，200℃反应6h。自然冷却至室温，将产物过滤并60℃烘干，得到碳球；
步骤二：表面改性。将步骤一所得碳球、无水乙醇及表面改性剂油酸按质量比1:20:1混合，80℃下磁力搅拌(搅拌速度600r/min)3h，过滤并60℃烘干，得到改性的碳球粉体；
步骤三：将步骤二所得改性的碳球粉体按0.3wt％的比例加入到基础油中，50℃下依次进行磁力搅拌(搅拌速度600r/min)及超声(超声频率40KHz)处理各30min，得到不同含量碳球的润滑剂。
实施例6-实施例8
与实施例5相比，其余条件不变，仅步骤三中改性的碳球粉的加入比例不同，实施例6-实施例8中改性的碳球粉的加入比例分别为0.5wt％、0.7wt％、1wt％。
实施例9
步骤一：水热处理。将纤维素、水、盐酸按质量比1:70:2装入水热釜，220℃反应6h。自然冷却至室温，将产物过滤并60℃烘干，得到碳球；
步骤二：表面改性。将步骤一所得碳球、无水乙醇及表面改性剂油酸按质量比1:20:1.5混合，80℃下磁力搅拌(搅拌速度600r/min)3h，过滤并60℃烘干，得到改性的碳球粉体；
步骤三：将步骤二所得改性的碳球粉体按0.3wt％的比例加入到基础油中，50℃下依次进行磁力搅拌(搅拌速度600r/min)及超声(超声频率40KHz)处理各30min，得到不同含量碳球的润滑剂。
实施例10-实施例12
与实施例9相比，其余条件不变，仅步骤三中改性的碳球粉的加入比例不同，实施例10-实施例12中改性的碳球粉的加入比例分别为0.5wt％、0.7wt％、1wt％。
实施例13
步骤一：水热处理。将纤维素、水、盐酸按质量比1:71:1装入水热釜，240℃反应8h。自然冷却至室温，将产物过滤并60℃烘干，得到碳球；
步骤二：表面改性。将步骤一所得碳球、无水乙醇及表面改性剂油酸按质量比1:20:1.5混合，80℃下磁力搅拌(搅拌速度600r/min)3h，过滤并60℃烘干，得到改性的碳球粉体；
步骤三：将步骤二所得改性的碳球粉体按0.3wt％的比例加入到基础油中，50℃下依次进行磁力搅拌(搅拌速度600r/min)及超声(超声频率40KHz)处理各30min，得到不同含量碳球的润滑剂。
实施例14-实施例16
与实施例13相比，其余条件不变，仅步骤三中改性的碳球粉的加入比例不同，实施例14-实施例16中改性的碳球粉的加入比例分别为0.5wt％、0.7wt％、1wt％。
实施例17
步骤一：水热处理。将纤维素、水、盐酸按质量比1:70.5:1.5装入水热釜，220℃反应8h。自然冷却至室温，将产物过滤并60℃烘干，得到碳球；
步骤二：表面改性。将步骤一所得碳球、无水乙醇及表面改性剂油酸按质量比1:20:1.5混合，80℃下磁力搅拌(搅拌速度600r/min)3h，过滤并60℃烘干，得到改性的碳球粉体；
步骤三：将步骤二所得改性的碳球粉体按0.3wt％的比例加入到基础油中，50℃下依次进行磁力搅拌(搅拌速度600r/min)及超声(超声频率40KHz)处理各30min，得到不同含量碳球的润滑剂。
实施例18-实施例20
与实施例17相比，其余条件不变，仅步骤三中改性的碳球粉的加入比例不同，实施例18-实施例20中改性的碳球粉的加入比例分别为0.5wt％、0.7wt％、1wt％。
实施例21
步骤一：水热处理。将纤维素、水、盐酸按质量比1:70.5:1.5装入水热釜，220℃反应6h。自然冷却至室温，将产物过滤并60℃烘干，得到碳球；
步骤二：表面改性。将步骤一所得碳球、无水乙醇及表面改性剂油酸按质量比1:20:2混合，80℃下磁力搅拌(搅拌速度600r/min)3h，过滤并60℃烘干，得到改性的碳球粉体；
步骤三：将步骤二所得改性的碳球粉体按0.3wt％的比例加入到基础油中，50℃下依次进行磁力搅拌(搅拌速度600r/min)及超声(超声频率40KHz)处理各30min，得到不同含量碳球的润滑剂。
实施例22-实施例24
与实施例21相比，其余条件不变，仅步骤三中改性的碳球粉的加入比例不同，实施例22-实施例24中改性的碳球粉的加入比例分别为0.5wt％、0.7wt％、1wt％。
参见图1，实施案列21-实施例24所得样品与基础油的摩擦性能图，实验条件8N、300t/min，随着碳球含量的增加，摩擦系数先降低后增大，当碳球含量为0.7wt％时，摩擦系数较基础油下降22.2％，低的摩擦系数有利于机械器件的长时间稳定运转，说明在润滑油中加入适量的碳球能有效地提高润滑油的性能。

Claims (10)

1.一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将纤维素、水、盐酸按质量比1:(69-72):(0-3)进行水热反应后，自然冷却至室温，将产物过滤并烘干，得到碳球粉体；
步骤二：将碳球粉体、无水乙醇及表面改性剂按质量比1:20:(0-2)混合，搅拌过滤并烘干，得到改性的碳球粉体；
步骤三：将改性的碳球粉体按比例加入到基础油中，依次进行搅拌及超声处理，得到利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂。
2.根据权利要求1所述的一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，步骤一中水热反应的温度为200-240℃，时间为4-8h。
3.根据权利要求1所述的一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，步骤一中烘干温度为60℃。
4.根据权利要求1所述的一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，步骤一中得到的碳球粉体粒径为20-50nm。
5.根据权利要求1所述的一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，步骤二中表面改性剂为油酸。
6.根据权利要求1所述的一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，步骤二中采用磁力搅拌，搅拌速度600r/min，搅拌温度为80℃，搅拌时间为3h。
7.根据权利要求1所述的一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，步骤二中烘干温度为60℃。
8.根据权利要求1所述的一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，步骤三中改性的碳球粉体的加入比例为0.3wt％-1wt％。
9.根据权利要求1所述的一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，步骤三中搅拌速度600r/min，搅拌温度为50℃，时间为30min。
10.根据权利要求1所述的一种利用纤维素制备的碳球作为添加剂的润滑剂制备方法，其特征在于，步骤三中超声处理的频率为40KHz，超声处理的温度为50℃，时间为30min。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106629661A (zh) * 2016-12-22 2017-05-10 泉州师范学院 一种甘蔗渣制备碳纳米球工艺
CN107011964A (zh) * 2017-03-07 2017-08-04 陕西科技大学 一种自修复复合纳米添加剂的制备方法

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