CN108559575A - 一种石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法，是将氧化石墨烯加入氯化镧水溶液中，超声分散均匀后加入氨水，搅拌反应，反应完成将所得沉淀物在N2气氛下焙烧即得石墨烯基纳米氧化镧复合物；将所得复合物加入无水乙醇中超声后取上层悬浮液加入润滑油基础油中，一定温度下搅拌至润滑油体积不变即得石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂。本发明工艺简单、环保，所制备的添加剂能显著提升润滑油的抗磨性能，对摩擦副具有较好的保护能力，能有效提高机械器件的使用寿命。

Description

一种石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法
技术领域
本发明涉及润滑油抗磨添加剂技术领域，尤其涉及一种石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法。
背景技术
机械部件的摩擦和磨损是世界上能源资源消耗的主要原因之一，同时也是导致机械设备故障、环境污染等问题的重要因素。润滑油能有效控制和减少机械部件的摩擦与磨损，从而保证机械部件的高效运行，延长设备的使用寿命。而润滑油中的抗磨添加剂则是决定润滑油抗磨减摩性能的关键。传统的润滑油抗磨添加剂主要以二苄基二硫醚、氯化石蜡、硫代磷酸酯铵盐等含有硫、磷、氯元素的有机化合物为主，但这些化合物均有一定毒性，生产和使用过程中对环境都能造成一定的污染。近年来，随着纳米技术地不断发展，一些纳米颗粒逐渐出现用以替代传统的润滑油抗磨剂，如纳米MOS2、纳米TiO2、纳米金刚石和纳米稀土化合物等。纳米氧化镧作为一种重要的轻稀土化合物，因具有良好的摩擦学性能和髙温抗氧化性能而成为添加剂领域研究方向之一。如He等考察了邻苯二胺改性的纳米La2O3添加剂在CC级柴油机油中的摩擦学性能，结果表明，纳米La2O3能显著提高CC级柴油机油的极压性能和抗磨性能。CN104031721B将氧化镧、碳酸稀土、硼酸、磺酸钙分散至混合硫磷酸胺酯中制备出一种硼磁稀土润滑油添加剂。CN107523379A将氧化锡、氧化铈、氧化钕、氧化镧分散至丙三醇、硅酸四乙酯和N-苯基亚胺二乙酸中从而制备一种变速箱用润滑油。
石墨烯作为碳原子以SP2杂化轨道构成的单层二维原子晶体，是目前已知最薄、最硬的纳米材料，由于其具有超薄的层状结构、优异的机械性能及自润滑性能，使其也成为润滑油添加剂领域研究的热点。如张伟等用N-甲基吡咯烷酮和石油醚来增强石墨烯的亲油性，并采用聚异丁烯丁二酰亚胺作为分散剂将石墨烯分散至150SN基础油中，通过摩擦实验体现出了石墨烯具有较好的摩擦学性能。CN105296053A选用油酸、亚胺类化合物和十二烷基苯磺酸钠等有机物为分散剂，在高温高压反应釜中制备出一种石墨烯润滑油添加剂。CN106221859A选用氟化、氮化、硫化、硼化、磷化、硅化等改性石墨烯通过硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯和季铵化物中的一种或多种有机物为分散剂制备出一种高分散性能的改性石墨烯润滑油。
从现有的技术手段来看，石墨烯、纳米氧化镧等润滑油抗磨添加剂的制备主要是通过一些有机物分散剂对其进行表面亲油改性后分散在润滑油中而实现。此类制备方法工艺复杂，所用有机物对环境有一定污染，且分散剂在一定程度上会影响纳米颗粒摩擦学性能的发挥，制约了其在润滑油及添加剂工业上的广泛应用。因此，开发出一种工艺简单、环境友好且性能优异的石墨烯、纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法是石墨烯、纳米氧化镧在润滑油及添加剂工业上得以广泛应用的关键。
发明内容
针对上述缺陷，本发明旨在提供一种石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法，通过在石墨烯片上均匀生长纳米氧化镧颗粒等制备工艺的控制来克服现有技术手段的弊端，以获得一种工艺简单、环境友好且性能优异的润滑油抗磨添加剂的制备方法。
本发明石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将氯化镧溶于去离子水中，配制成0.01～0.05mol/L的氯化镧水溶液，然后加入氧化石墨烯，超声分散0.5～1h；
步骤2：向步骤1的反应体系中加入氨水溶液(浓度25-28wt％)，于50～95℃下搅拌反应0.5～2h，反应完成后离心分离沉淀物，去离子水洗涤并烘干；
步骤3：将步骤2所得干燥沉淀物置于管式炉中，N2气氛500～900℃下焙烧0.5～3h，冷却至室温，即得石墨烯基纳米氧化镧复合物；
步骤4：将石墨烯基纳米氧化镧复合物加入无水乙醇中超声0.5～1h，取上层悬浮液加入润滑油基础油中，50～110℃下搅拌至润滑油基础油体积不变，即得石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂。石墨烯基纳米氧化镧复合物的添加比例根据实际需要确定，不做限定。
步骤1中，氧化石墨烯与氯化镧质量比为1：5～20。
步骤2中，氨水溶液与氯化镧水溶液的体积比为0.5～1：1。
步骤2中，所述烘干是于90～110℃下干燥3～12h。
步骤4中，所述润滑油基础油为Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类基础油中的一种或两种，若为两种时，比例任意。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明工艺简单，制备过程中不含硫、磷及强酸、强碱等各种对设备有强腐蚀的试剂，且反应在常压下进行，易于产业化。
2、本发明避免了N-苯基亚胺二乙酸等含苯类、亚胺类以及含硫、磷、氯等元素类对环境能造成一定污染的有机化合物的使用，工艺环保。
3、本发明将具有较好摩擦学性能的石墨烯和纳米氧化镧以复合物的形式共同引入基础油中，所制备出的石墨烯基纳米氧化镧抗磨添加剂在润滑油中以较小的添加量就能体现出良好的减摩性能及优异的抗磨性能。
附图说明
图1为本发明实施例1-3所制备的润滑油减磨性能对比图。
图2为本发明实施例1-3所制备的润滑油抗磨性能对比图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例中石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法如下：
1、将氯化镧溶于去离子水中，配制成0.02mol/L的氯化镧水溶液，然后加入氧化石墨烯，氧化石墨烯与氯化镧质量比为1：5，超声分散0.5h；
2、向步骤1的反应体系中加入氨水溶液(浓度25-28wt％)，氨水溶液与氯化镧水溶液的体积比为0.5：1，于55℃下搅拌反应1h，反应完成后离心分离沉淀物，去离子水洗涤并烘干；
3、将步骤2所得干燥沉淀物置于管式炉中，N2气氛500℃下焙烧3h，冷却至室温，即得石墨烯基纳米氧化镧复合物；
4、将石墨烯基纳米氧化镧复合物加入无水乙醇中超声0.5h，取上层悬浮液加入润滑油基础油中，70℃下搅拌至润滑油基础油体积不变，即得石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂。
将本实施例制备的添加剂按照一定量加入至基础油中，制备出含0.02wt％石墨烯基纳米氧化镧复合物的抗磨润滑油。采用MGV-001型柴油润滑性能评定试验机考察其抗磨减摩性能。实验结果表明：平均摩擦系数较基础油有一定改善，上球磨斑直径较基础油降低22％，下盘磨损体积较基础油降低16％，体现出了良好的减摩性能及优异的抗磨性能。
实施例2：
本实施例中石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法如下：
1、将氯化镧溶于去离子水中，配制成0.04mol/L的氯化镧水溶液，然后加入氧化石墨烯，氧化石墨烯与氯化镧质量比为1：8，超声分散1h；
2、向步骤1的反应体系中加入氨水溶液(25-28wt％)，氨水溶液与氯化镧水溶液的体积比为0.5：1，于60℃下搅拌反应1h，反应完成后离心分离沉淀物，去离子水洗涤并烘干；
3、将步骤2所得干燥沉淀物置于管式炉中，N2气氛650℃下焙烧2h，冷却至室温，即得石墨烯基纳米氧化镧复合物；
4、将石墨烯基纳米氧化镧复合物加入无水乙醇中超声0.5h，取上层悬浮液加入润滑油基础油中，75℃下搅拌至润滑油基础油体积不变，即得石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂。
将本实施例制备的添加剂按照一定量加入至基础油中，制备出含0.04wt％石墨烯基纳米氧化镧复合物的抗磨润滑油。采用MGV-001型柴油润滑性能评定试验机考察其抗磨减摩性能。实验结果表明：平均摩擦系数较基础油有一定改善，上球磨斑直径较基础油降低24％，下盘磨损体积较基础油降低18％，体现出了良好的减摩性能及优异的抗磨性能。
实施例3：
本实施例中石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法如下：
1、将氯化镧溶于去离子水中，配制成0.05mol/L的氯化镧水溶液，然后加入氧化石墨烯，氧化石墨烯与氯化镧质量比为1：10，超声分散1h；
2、向步骤1的反应体系中加入氨水溶液(25-28wt％)，氨水溶液与氯化镧水溶液的体积比为1：1，于90℃下搅拌反应1h，反应完成后离心分离沉淀物，去离子水洗涤并烘干；
3、将步骤2所得干燥沉淀物置于管式炉中，N2气氛700℃下焙烧1h，冷却至室温，即得石墨烯基纳米氧化镧复合物；
4、将石墨烯基纳米氧化镧复合物加入无水乙醇中超声0.5h，取上层悬浮液加入润滑油基础油中，70℃下搅拌至润滑油基础油体积不变，即得石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂。
将本实施例制备的添加剂按照一定量加入至基础油中，制备出含0.08wt％石墨烯基纳米氧化镧复合物的抗磨润滑油。采用MGV-001型柴油润滑性能评定试验机考察其抗磨减摩性能。实验结果表明：平均摩擦系数较基础油有一定改善，上球磨斑直径较基础油降低34％，下盘磨损体积较基础油降低26％，体现出了良好的减摩性能及优异的抗磨性能。

Claims (5)

1.一种石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：将氯化镧溶于去离子水中，配制成0.01～0.05mol/L的氯化镧水溶液，然后加入氧化石墨烯，超声分散0.5～1h；
步骤2：向步骤1的反应体系中加入氨水溶液，于50～95℃下搅拌反应0.5～2h，反应完成后离心分离沉淀物，去离子水洗涤并烘干；
步骤3：将步骤2所得干燥沉淀物置于管式炉中，N2气氛500～900℃下焙烧0.5～3h，冷却至室温，即得石墨烯基纳米氧化镧复合物；
步骤4：将石墨烯基纳米氧化镧复合物加入无水乙醇中超声0.5～1h，取上层悬浮液加入润滑油基础油中，50～110℃下搅拌至润滑油基础油体积不变，即得石墨烯基纳米氧化镧润滑油抗磨添加剂。
2.根据权利要求所述的制备方法，其特征在于：
步骤1中，氧化石墨烯与氯化镧质量比为1：5～20。
3.根据权利要求所述的制备方法，其特征在于：
步骤2中，氨水溶液与氯化镧水溶液的体积比为0.5～1：1。
4.根据权利要求所述的制备方法，其特征在于：
步骤2中，所述烘干是于90～110℃下干燥3～12h。
5.根据权利要求所述的制备方法，其特征在于：
步骤4中，所述润滑油基础油为Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类基础油中的一种或两种。
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