CN108424752A - 一种含石墨烯和纳米粒子的导热油及其制备方法 - Google Patents

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丁丙青
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    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10—Liquid materials

Abstract

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种含石墨烯和纳米粒子的导热油及其制备方法。所述含石墨烯和纳米粒子的导热油包括以下重量份数的组分：基础油85‑100份，分散剂10‑15份，抗氧剂10‑15份，金属钝化剂2‑4份，硅微粉4‑9份，石墨烯0.5‑1.5份，复合金属纳米添加剂5‑10份。本发明产品热稳定性好，热效率高，毒性小，安全性高；本发明生产原料简单易得，安全环保，制备方法简单，用途广泛。

Description

一种含石墨烯和纳米粒子的导热油及其制备方法
（一）技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种含石墨烯和纳米粒子的导热油及其制备方法。
（二）背景技术
导热油是一种热量的传递介质，由于其具有加热均匀，调温控温准确，能在低蒸气压下产生高温，传热效果好，节能，输送和操作方便等特点，近年来被广泛应用于各种场合。
矿物油和有机合成导热油是两种最常用的导热油，其中矿物油组分复杂、性能稳定性不甚理想，而有机合成导热油以其优越的热稳定性和较广的工作温度范围在各种领域得到了广泛的应用。除了工作温度范围和热稳定性，热导率或导热系数是导热油的另一个重要的技术指标，在一些大功率的传热应用中尤为重要。
由于金属或金属氧化物具有比油高得多的导热系数，因此在油中 添加固体金属或金属氧化物颗粒可提高油的导热系数，增强传热效果，从而减少能源消耗。普通的金属或金属氧化物颗粒由于尺寸较大，添加到油中可造成过滤网、管道的堵塞，并且由于普通的金属或金属氧化物颗粒密度较大，极易沉淀，不能形成稳定的悬浮液。随着纳米材料科学的迅速发展，研究人员开始尝试利用纳米材料技术提高导热油的性能，强化传热效果，减少能源消耗。目前导热油中添加的纳米材料多为单一的纳米级金属或金属氧化物，导热性能有待进一步提高。
石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨的热导率接近或达到金属材料，远高于金属氧化物纳米颗粒，因此将石墨烯加入导热油中，获得的纳米流体会具有更高的热导率。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种含石墨烯和纳米粒子的导热油及其制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种含石墨烯和纳米粒子的导热油，其特征在于，包括以下重量份数的组分：基础油85-100份，分散剂10-15份，抗氧剂10-15份，金属钝化剂2-4份，硅微粉4-9份，石墨烯0.5-1.5份，复合金属纳米添加剂5-10份。
优选地，所述含石墨烯和纳米粒子的导热油包括以下重量份数的组分：基础油90份，分散剂12份，抗氧剂12份，金属钝化剂3份，硅微粉6份，石墨烯1份，复合金属纳米添加剂8份。
所述基础油为环烷基类基础油或烷基苯类基础油。
所述分散剂包括聚醚胺、硼化聚异丁烯丁二酰亚胺、高碱值硫化烷基酚钙或高分子量丁二酰亚胺中的一种或几种。
所述抗氧剂包括羟基二苯甲酮、螺环乙二醇、苯丙乳液或烷基二苯胺中的一种或几种。
所述金属钝化剂为二烷基苯三唑或杂环苯并三唑衍生物中的任一种。
所述硅微粉能够提高导热油的耐高温性能。
所述石墨烯为物理剥离法或氧化还原法制备的单层或多层石墨烯。
所述复合金属纳米添加剂为两种或多种金属纳米颗粒或金属氧化物纳米颗粒混合制备而成。
一种含石墨烯和纳米粒子的导热油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将石墨烯放入马弗炉中加热至350-420℃，高温处理2-4h，取出后冷却至室温；然后将得到的石墨烯用稀盐酸、蒸馏水和丙酮清洗，清洗后通过离心分离将石墨烯与清洗液分离，分离后的石墨烯进行真空干燥；
（2）将预处理过的石墨烯、复合金属纳米添加剂和基础油按所述重量比例混合，超声0.5-1h后，在55℃-75℃条件下搅拌 2h-5h；
（3）将步骤（2）处理完的油样中加入分散剂、抗氧剂、金属钝化剂和硅微粉，继续搅拌2-3h。
本发明的有益效果是：本发明产品添加石墨烯和纳米粒子，热稳定性好，热效率高，毒性小，安全性高；石墨烯经加热预处理后能有效去除碳纳米管和石墨烯表面的含氧官能团，如羟基、羧基等，使石墨烯表面变为疏水亲油的性能，从而分散在基础油中形成稳定的纳米导热油；本发明生产原料简单易得，安全环保，制备方法简单，用途广泛。
（四）具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
含石墨烯和纳米粒子的导热油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将石墨烯放入马弗炉中加热至420℃，高温处理2h，取出后冷却至室温；
（2）将步骤（1）得到的石墨烯用稀盐酸、蒸馏水和丙酮清洗，清洗后通过离心分离将石墨烯与清洗液分离，分离后的石墨烯进行真空干燥；
（3）取纳米铜粉末、纳米铁粉末按照1:1的质量比例，采用溶胶-凝胶法制备Cu-Fe复合金属纳米添加剂，颗粒尺寸平均为80nm；
（4）取基础油90份、制备的将复合金属纳米添加剂Cu-Fe复合金属纳米添加剂8份、石墨烯1份混合，超声0.5h后，在70℃条件下搅拌3h；
（5）将步骤（4）处理完的油样中加入聚醚胺12份，羟基二苯甲酮12份，二烷基苯三唑3份，硅微粉6份，继续搅拌2h，即得产品。
实施例2
含石墨烯和纳米粒子的导热油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将石墨烯放入马弗炉中加热至400℃，高温处理3h，取出后冷却至室温；
（2）将步骤（1）得到的石墨烯用稀盐酸、蒸馏水和丙酮清洗，清洗后通过离心分离将石墨烯与清洗液分离，分离后的石墨烯进行真空干燥；
（3）取纳米铜粉末、纳米二氧化钛粉末按照1:1的质量比例，采用水热法制备Cu-TiO2复合金属纳米添加剂，颗粒尺寸平均为90nm；
（4）取基础油100份、制备的Cu-TiO2复合金属纳米添加剂10份、石墨烯0.5份混合，超声1h后，在55℃条件下搅拌5h；
（5）将步骤（4）处理完的油样中加入高分子量丁二酰亚胺15份，螺环乙二醇15份，二烷基苯三唑4份，硅微粉8份，继续搅拌2h，即得产品。
实施例3
含石墨烯和纳米粒子的导热油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将石墨烯放入马弗炉中加热至350℃，高温处理4h，取出后冷却至室温；
（2）将步骤（1）得到的石墨烯用稀盐酸、蒸馏水和丙酮清洗，清洗后通过离心分离将石墨烯与清洗液分离，分离后的石墨烯进行真空干燥；
（3）取纳米铁粉末、纳米氧化锌粉末按照1:1的质量比例，采用水热法制备Fe-ZnO复合金属纳米添加剂，颗粒尺寸平均为80nm；
（4）取基础油85份、制备的Fe-ZnO复合金属纳米添加剂5份、石墨烯1.5份混合，超声0.5h后，在75℃条件下搅拌2h；
（5）将步骤（4）处理完的油样中加入硼化聚异丁烯丁二酰亚胺10份、苯丙乳液和烷基二苯胺的混合物10份，杂环苯并三唑衍生物2份，硅微粉5份，继续搅拌1h，即得产品。
表1实施例1-3制得的导热油各项性能检测结果
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的几种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种含石墨烯和纳米粒子的导热油，其特征在于，包括以下重量份数的组分：基础油85-100份，分散剂10-15份，抗氧剂10-15份，金属钝化剂2-4份，硅微粉4-9份，石墨烯0.5-1.5份，复合金属纳米添加剂5-10份。
2.根据权利要求1所述的含石墨烯和纳米粒子的导热油，其特征在于：包括以下重量份数的组分：基础油90份，分散剂12份，抗氧剂12份，金属钝化剂3份，硅微粉6份，石墨烯1份，复合金属纳米添加剂8份。
3.根据权利要求1所述的含石墨烯和纳米粒子的导热油，其特征在于：所述基础油为环烷基类基础油或烷基苯类基础油。
4.根据权利要求1所述的含石墨烯和纳米粒子的导热油，其特征在于：所述分散剂包括聚醚胺、硼化聚异丁烯丁二酰亚胺、高碱值硫化烷基酚钙或高分子量丁二酰亚胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的含石墨烯和纳米粒子的导热油，其特征在于：所述抗氧剂包括羟基二苯甲酮、螺环乙二醇、苯丙乳液或烷基二苯胺中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的含石墨烯和纳米粒子的导热油，其特征在于：所述金属钝化剂为二烷基苯三唑或杂环苯并三唑衍生物中的任一种。
7.根据权利要求1所述的含石墨烯和纳米粒子的导热油，其特征在于：所述石墨烯为物理剥离法或氧化还原法制备的单层或多层石墨烯。
8.根据权利要求1所述的含石墨烯和纳米粒子的导热油，其特征在于：所述复合金属纳米添加剂为两种或多种金属纳米颗粒或金属氧化物纳米颗粒混合制备而成。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的含石墨烯和纳米粒子的导热油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）先将石墨烯放入马弗炉中加热至350-420℃，高温处理2-4h，取出后冷却至室温；然后将得到的石墨烯用稀盐酸、蒸馏水和丙酮清洗，清洗后通过离心分离将石墨烯与清洗液分离，分离后的石墨烯进行真空干燥；
（2）将预处理过的石墨烯、复合金属纳米添加剂和基础油按所述重量比例混合，超声0.5-1h后，在55℃-75℃条件下搅拌 2h-5h；
（3）将步骤（2）处理完的油样中加入分散剂、抗氧剂、金属钝化剂和硅微粉，继续搅拌2-3h。
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