CN108728203A - 一种基于改性石墨烯及其在润滑油的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于改性石墨烯及其在润滑油的应用，所述改性石墨烯经过椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂进行改性。改性石墨烯应用在润滑油，所述润滑油包括如下重量份数的原料：基础油100‑150份、改性石墨烯0.5‑2份、碳化硅0.1‑0.5份、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯1‑3份、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油0.5‑2份、油酸二乙醇酰胺硼酸酯1‑3份、消泡剂0.5‑1.5份和抗氧化剂1‑2份。本发明提供的润滑油具有优异的相容性和稳定性，摩擦系数低，导热系数高，对机械部件具有很好的保护作用，延长机械部件的使用寿命。

Description

一种基于改性石墨烯及其在润滑油的应用
技术领域
本发明涉及润滑油技术领域，具体是一种基于改性石墨烯及其在润滑油的应用。
背景技术
润滑油是用在汽车、机械设备上以减少摩擦、保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂，主要起润滑、冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。润滑油由基础油和添加剂两部分组成，基础油是润滑油的主要成分，决定着润滑油的基本性质，添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足，赋予某些新的性能，是润滑油的重要组成部分。
在润滑剂中添加纳米材料（诸如碳纳米管、石墨烯、富勒烯和石墨纳米片）可以改善润滑剂的摩擦学性能。这是一个快速发展的新兴领域，石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是只有一个碳原子厚度的二维材料。因为石墨烯纳米材料极小的尺寸以及很大的比表面积，使得纳米材料不同于传统的润滑材料。然而以石墨烯为代表的纳米材料在使用中因为团聚等原因而导致其加工和使用性能显著下降，从而严重限制了石墨烯的应用。虽然当今已经有不少的研究报道在石墨烯表面引入羧基、羰基、长碳链脂肪酸等官能团，使得石墨烯的分散性有所改善，但的团聚问题仍然存在，使得润滑性的减磨抗磨性能得不到提高。
发明内容
本发明针对石墨烯分散性差的问题，提供一种基于改性石墨烯及其在润滑油的应用。改性后的石墨烯具有高分散性及与润滑油各组分具有很好的相容性，能够显著改善润滑油的减摩抗磨性能，延长机器的使用寿命。
本发明的第一目的在于提供一种润滑油用石墨烯的改性方法，包括如下步骤：
（1）将氧化石墨烯、乙醇和聚乙二醇加入超声波反应器，在常温下超声搅拌1-2h，得石墨烯分散液；
（2）在石墨烯分散液中加入由椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂组成的改性剂，继续进行超声搅拌进行表面改性，得改性混合液；
（3）将改性混合液过滤后，回收溶剂，干燥，即得改性石墨烯。
作为本发明优选的方案：所述氧化石墨烯、乙醇和聚乙二醇的比例为1g:5-10mL:0.5-2mL。
作为本发明优选的方案：所述改性剂的加入量为石墨烯重量的3-5%。
作为本发明优选的方案：所述改性剂中椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂的质量比为1-3:1:0.5-1.5。
本发明另一目的在于提供所述改性石墨烯在润滑油的应用，所述润滑油包括如下重量份数的原料：基础油100-150份、改性石墨烯0.5-2份、碳化硅0.1-0.5份、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯1-3份、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油0.5-2份、油酸二乙醇酰胺硼酸酯1-3份、消泡剂0.5-1.5份和抗氧化剂1-2份。
作为本发明优选的方案：所述消泡剂由聚醚改性聚硅氧烷和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚组成。
作为本发明优选的方案：所述抗氧化剂为1010抗氧化剂、1076抗氧化剂和BHT抗氧化剂中的一种或多种组合。
作为本发明优选的方案：所述基础油为PAO基础油、SJ 15W-40型或500SN基础油。
本发明所述润滑油的制备方法，包括如下步骤：是将基础油、改性石墨烯、碳化硅、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油和油酸二乙醇酰胺硼酸酯加入超声波搅拌器，升温至60-80℃超声搅拌30-60min，得混合溶液；在混合溶液中再加入消泡剂和抗氧化剂，高速搅拌均匀，即可得润滑油。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本发明润滑油添加剂所使用的石墨烯经过椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂组成的改性剂进行改性处理，在石墨烯粒子表面引入硅氧烷、苯环、羧基、羰基、酰胺等基团，可显著提高石墨烯在润滑油中的分散性，其次由于八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂特殊的无机-有机杂化结构，可提高石墨烯的导热系数及与各组分的相容性，作为润滑油添加剂时能显著改善摩擦副的润滑状态，降低摩擦物之间的摩擦系数以及材料的磨损量，延长机器的使用寿命。
2、本发明在润滑油配方中加入碳化硅与石墨烯的协同润滑效果，形成更好的滚珠效应，不仅能够降低摩擦副之间的摩擦系数以及材料的磨损量，还能显著提高基础油的导热系数和热传导能力。
3、本发明在润滑油中加入聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油和油酸二乙醇酰胺硼酸酯，不仅增加润滑油体系的分散性和各组分相容性，还能降低摩擦系数及有效地清洁发动机润滑系统各部件，延长机械部件的使用寿命。
4、本发明提供的润滑油具有优异的相容性和稳定性，摩擦系数低，导热系数高，对机械部件具有很好的保护作用，延长机械部件的使用寿命，解决了石墨烯在润滑油中易发生团聚而无法大量推广使用的问题，具有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但不限于本发明的保护范围。
实施例1
一种润滑油用石墨烯的改性方法，包括如下步骤：
（1）将比例为1g:8mL:1mL的氧化石墨烯、乙醇和聚乙二醇加入超声波反应器，在常温下超声搅拌1.5h，得石墨烯分散液；
（2）在石墨烯分散液中加入由质量比为2:1:1的椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂组成的改性剂，所述改性剂的加入量为石墨烯重量的4%，继续进行超声搅拌进行表面改性，得改性混合液；
（3）将改性混合液过滤后，回收溶剂，干燥，即得改性石墨烯。
所述改性石墨烯在润滑油的应用，所述润滑油包括如下重量份数的原料：PAO基础油120份、改性石墨烯1.2份、碳化硅0.3份、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯2份、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油1.5份、油酸二乙醇酰胺硼酸酯1.5份、消泡剂1份和1010抗氧化剂1.5份。所述消泡剂由质量比为1:2的聚醚改性聚硅氧烷和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚组成。
所述润滑油的制备方法，包括如下步骤：是将基础油、改性石墨烯、碳化硅、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油和油酸二乙醇酰胺硼酸酯加入超声波搅拌器，升温至70℃，超声搅拌45min，得混合溶液；在混合溶液中再加入消泡剂和抗氧化剂，高速搅拌均匀，即可得润滑油。
实施例2
一种润滑油用石墨烯的改性方法，包括如下步骤：
（1）将比例为1g:5mL:1.5mL的氧化石墨烯、乙醇和聚乙二醇加入超声波反应器，在常温下超声搅拌2h，得石墨烯分散液；
（2）在石墨烯分散液中加入由质量比为1:1:1的椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂组成的改性剂，所述改性剂的加入量为石墨烯重量的3%，继续进行超声搅拌进行表面改性，得改性混合液；
（3）将改性混合液过滤后，回收溶剂，干燥，即得改性石墨烯。
所述改性石墨烯在润滑油的应用，所述润滑油包括如下重量份数的原料：PAO基础油150份、改性石墨烯1.5份、碳化硅0.2份、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯1.5份、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油1份、油酸二乙醇酰胺硼酸酯2份、消泡剂1.5份和1076抗氧化剂1份。所述消泡剂由质量比为1:2的聚醚改性聚硅氧烷和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚组成。
所述润滑油的制备方法，包括如下步骤：是将基础油、改性石墨烯、碳化硅、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油和油酸二乙醇酰胺硼酸酯加入超声波搅拌器，升温至60℃，超声搅拌60min，得混合溶液；在混合溶液中再加入消泡剂和抗氧化剂，高速搅拌均匀，即可得润滑油。
实施例3
一种润滑油用石墨烯的改性方法，包括如下步骤：
（1）将比例为1g:10mL:0.5mL的氧化石墨烯、乙醇和聚乙二醇加入超声波反应器，在常温下超声搅拌1h，得石墨烯分散液；
（2）在石墨烯分散液中加入由质量比为3:1:0.5的椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂组成的改性剂，所述改性剂的加入量为石墨烯重量的4.5%，继续进行超声搅拌进行表面改性，得改性混合液；
（3）将改性混合液过滤后，回收溶剂，干燥，即得改性石墨烯。
所述改性石墨烯在润滑油的应用，所述润滑油包括如下重量份数的原料：500SN基础油100份、改性石墨烯0.5份、碳化硅0.3份、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯3份、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油1.5份、油酸二乙醇酰胺硼酸酯1份、消泡剂1份和1076抗氧化剂1.5份。所述消泡剂由质量比为1:3的聚醚改性聚硅氧烷和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚组成。
所述润滑油的制备方法，包括如下步骤：是将基础油、改性石墨烯、碳化硅、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油和油酸二乙醇酰胺硼酸酯加入超声波搅拌器，升温至75℃，超声搅拌30min，得混合溶液；在混合溶液中再加入消泡剂和抗氧化剂，高速搅拌均匀，即可得润滑油。
实施例4
一种润滑油用石墨烯的改性方法，包括如下步骤：
（1）将比例为1g:5mL:1mL的氧化石墨烯、乙醇和聚乙二醇加入超声波反应器，在常温下超声搅拌2h，得石墨烯分散液；
（2）在石墨烯分散液中加入由质量比为2:1:1的椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂组成的改性剂，所述改性剂的加入量为石墨烯重量的4%，继续进行超声搅拌进行表面改性，得改性混合液；
（3）将改性混合液过滤后，回收溶剂，干燥，即得改性石墨烯。
所述改性石墨烯在润滑油的应用，所述润滑油包括如下重量份数的原料：500SN基础油130份、改性石墨烯2份、碳化硅0.1份、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯1份、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油2.5份、油酸二乙醇酰胺硼酸酯1.5份、消泡剂1.5份和BHT抗氧化剂2份。所述消泡剂由质量比为1:2的聚醚改性聚硅氧烷和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚组成。
所述润滑油的制备方法，包括如下步骤：是将基础油、改性石墨烯、碳化硅、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油和油酸二乙醇酰胺硼酸酯加入超声波搅拌器，升温至70℃，超声搅拌60min，得混合溶液；在混合溶液中再加入消泡剂和抗氧化剂，高速搅拌均匀，即可得润滑油。
实施例5
一种润滑油用石墨烯的改性方法，包括如下步骤：
（1）将比例为1g:8mL:1.5mL的氧化石墨烯、乙醇和聚乙二醇加入超声波反应器，在常温下超声搅拌1.5h，得石墨烯分散液；
（2）在石墨烯分散液中加入由质量比为1:1:1.5的椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂组成的改性剂，所述改性剂的加入量为石墨烯重量的3.5%，继续进行超声搅拌进行表面改性，得改性混合液；
（3）将改性混合液过滤后，回收溶剂，干燥，即得改性石墨烯。
所述改性石墨烯在润滑油的应用，所述润滑油包括如下重量份数的原料：SJ 15W-40型基础油100份、改性石墨烯1份、碳化硅0.3份、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯2份、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油1.5份、油酸二乙醇酰胺硼酸酯1份、消泡剂2份和1010抗氧化剂1份。所述消泡剂由质量比为1:1的聚醚改性聚硅氧烷和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚组成。
所述润滑油的制备方法，包括如下步骤：是将基础油、改性石墨烯、碳化硅、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油和油酸二乙醇酰胺硼酸酯加入超声波搅拌器，升温至60℃，超声搅拌60min，得混合溶液；在混合溶液中再加入消泡剂和抗氧化剂，高速搅拌均匀，即可得润滑油。
将本发明实施例1-5制得的润滑油按照常规方法测定润滑油在负荷300N、时间30min 及转速1450r/min 的试验条件下测定平均摩擦系数和在5000rpm下离心30min后润滑油的沉淀物的量及润滑油的导热系数/W/(m·K)，测定结果如表1所示。
表1：本发明所得润滑油的性能测试结果
从测试结果得知，本发明制备的润滑油各组分具有很好的相容性，摩擦系数低，对机械部件具有很好的保护作用，导热系数高，可将摩擦过程中产生的热量及时移走，延长机械部件的使用寿命。

Claims (9)

1.一种润滑油用石墨烯的改性方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将氧化石墨烯、乙醇和聚乙二醇加入超声波反应器，在常温下超声搅拌1-2h，得石墨烯分散液；
（2）在石墨烯分散液中加入由椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂组成的改性剂，继续进行超声搅拌进行表面改性，得改性混合液；
（3）将改性混合液过滤后，回收溶剂，干燥，即得改性石墨烯。
2.根据权利要求1所述润滑油用石墨烯的改性方法，其特征在于：所述氧化石墨烯、乙醇和聚乙二醇的比例为1g:5-10mL:0.5-2mL。
3.根据权利要求1所述润滑油用石墨烯的改性方法，其特征在于：所述改性剂的加入量为石墨烯重量的3-5%。
4.根据权利要求3所述润滑油用石墨烯的改性方法，其特征在于：所述改性剂中椰油酸二乙醇酰胺、八苯基笼形倍半硅氧烷和稀土偶联剂的质量比为1-3:1:0.5-1.5。
5.如权利要求1所述改性石墨烯在润滑油的应用，其特征在于：所述润滑油包括如下重量份数的原料：基础油100-150份、改性石墨烯0.5-2份、碳化硅0.1-0.5份、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯1-3份、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油0.5-2份、油酸二乙醇酰胺硼酸酯1-3份、消泡剂0.5-1.5份和抗氧化剂1-2份。
6.根据权利要求5所述改性石墨烯在润滑油的应用，其特征在于：所述消泡剂由聚醚改性聚硅氧烷和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚组成。
7.根据权利要求5所述改性石墨烯在润滑油的应用，其特征在于：所述抗氧化剂为1010抗氧化剂、1076抗氧化剂和BHT抗氧化剂中的一种或多种组合。
8.根据权利要求5所述改性石墨烯在润滑油的应用，其特征在于：所述基础油为PAO基础油、SJ 15W-40型或500SN基础油。
9.如权利要求5所述润滑油的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：是将基础油、改性石墨烯、碳化硅、聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯、琥珀酸酯磺酸化氢化蓖麻油和油酸二乙醇酰胺硼酸酯加入超声波搅拌器，升温至60-80℃超声搅拌30-60min，得混合溶液；在混合溶液中再加入消泡剂和抗氧化剂，高速搅拌均匀，即可得润滑油。
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