CN108913280B - 一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用 - Google Patents

一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108913280B
CN108913280B CN201810863305.3A CN201810863305A CN108913280B CN 108913280 B CN108913280 B CN 108913280B CN 201810863305 A CN201810863305 A CN 201810863305A CN 108913280 B CN108913280 B CN 108913280B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lubricating oil
cellulose
oil additive
lubricating
additive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810863305.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108913280A (zh
Inventor
李克
张笑
林宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201810863305.3A priority Critical patent/CN108913280B/zh
Publication of CN108913280A publication Critical patent/CN108913280A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108913280B publication Critical patent/CN108913280B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M145/00—Lubricating compositions characterised by the additive being a macromolecular compound containing oxygen
    • C10M145/40—Polysaccharides, e.g. cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00—Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/02—Oxycellulose; Hydrocellulose; Cellulosehydrate, e.g. microcrystalline cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B3/00—Preparation of cellulose esters of organic acids
    • C08B3/08—Preparation of cellulose esters of organic acids of monobasic organic acids with three or more carbon atoms, e.g. propionate or butyrate
    • C08B3/10—Preparation of cellulose esters of organic acids of monobasic organic acids with three or more carbon atoms, e.g. propionate or butyrate with five or more carbon-atoms, e.g. valerate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
    • C10N2030/04—Detergent property or dispersant property
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
    • C10N2030/06—Oiliness; Film-strength; Anti-wear; Resistance to extreme pressure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

本发明公开了一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用。其采用纤维素纳米晶表面接枝碳原子数介于16～20之间的烷基链制备而来，所述纤维素纳米晶直径为5～50nm，长度为50～500nm。纤维素纳米晶经过表面化学修饰，且通过溶剂置换的方法加入到润滑油中，从而促进纳米晶在基础油中的相容性和分散性。加入纤维素纳米晶润滑油添加剂后，在相同摩擦测试条件下，摩擦系数可以减小40‑60％，磨损减小10‑30％。

Description

一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其涉及润滑材料技术领域，具体涉及一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用。
背景技术
根据统计每年大约有80％的零件都是因为摩擦磨损而报废，全世界工业部门使用的能源中，约有1/3～1/2最终以各种形式损耗在摩擦上。因此，开发新型高性能润滑材料，对于提高能效和机械设备的可靠性具有非常重要的意义。随着纳米技术的飞速发展，纳米材料也逐渐被应用到润滑领域。一些纳米粒子，例如二硫化钼、二氧化钛、碳纳米管等被加入到润滑油中作为润滑油添加剂。在摩擦过程中，它们有的可以在摩擦副表面形成转移膜，降低剪切应力；有的可以在摩擦副之间起到微型滚动轴承的作用；有的则可以填充到摩擦副表面微凸体的沟壑之中，起到修复膜的作用。然而，纳米粒子作为润滑油添加剂的使用，仍然受到诸多限制。由于纳米粒子一般具有较大的比表面积，因此在润滑油中容易发生团聚，导致分散不均匀。相比于轻质润滑油，部分金属纳米粒子的密度较大，易于在润滑油中发生沉降，因此限制了纳米润滑效应的发挥。此外，某些无机纳米粒子毒性较强、性质不稳定、使用成本较高，进一步阻碍了纳米粒子在润滑领域的实际应用。因此，亟需开发出具有优异减摩抗磨性能的绿色环保纳米润滑油添加剂。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型纤维素纳米晶润滑油添加剂，其在基础油中具有较好的分散性，减摩和抗磨的效果明显；同时还提供了其制备方法和应用方法。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种润滑油添加剂，其采用纤维素纳米晶表面接枝碳原子数介于16～20之间的烷基链制备而来，所述纤维素纳米晶直径为5～50nm，长度为50～500nm。
上述润滑油添加剂的制备方法，包括以下步骤：
1)以稀碱对棉短绒、海鞘或秸秆进行纯化处理，除去木质素、半纤维素杂质，洗涤至中性后烘干，得到纯化纤维素；通过盐酸水解纤维素，析出具有高度结晶性的纤维素纳米晶(Cellulose Nanocrystals，CNC)；经过离心水洗、透析处理等得到纯化纤维素纳米晶悬浮液；
2)将所得纤维素纳米晶转移分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入硬脂酰氯，超声分散稳定后加入三乙胺为催化剂、氯化锂为干燥剂、4-二甲氨基吡啶为活化剂(DMAP)，在氮气保护下进行表面修饰反应；产物经过离心纯化、烘箱干燥，得到表面接枝烷基链的修饰纤维素纳米晶(modified Cellulose Nanocrystals,mCNC)，即润滑油添加剂。
按上述方案，步骤2中纤维素纳米晶与硬脂酰氯的质量比为1：(4-7)。
按上述方案，表面修饰反应时间为24～48小时，反应温度为60～80℃。
上述润滑油添加剂在润滑油中的应用。
按上述方案，通过溶剂置换的方法将上述润滑油添加剂添加到润滑基础油中；添加量为0.01～10wt％。
按上述方案，所述溶剂置换法包括以下步骤：
向所述润滑油添加剂下层固体中加入丙酮，离心分离去掉上层清液；
再次向下层固体中加入四氢呋喃，混合润滑基础油，超声处理；
蒸发除去四氢呋喃，得到含有修饰纤维素纳米晶的复合润滑油。
按上述方案，所述润滑基础油包括矿物基础油、石蜡油、聚a烯烃或烷基萘。
本发明采用纤维素是自然界广泛存在的天然高分子，可以从秸秆、棉花、木材、海鞘背囊等动植物原料中提取。通过去除纤维素中的无定形区域，可以得到具有高度结晶性的刚性纤维素晶体。由于纤维素纳米晶具备各种优异性能，如：可再生、无毒、生物可降解、生物相容、轻质、高力学性质等，被广泛认为是一种绿色新型纳米材料。在摩擦材料领域，与以往研究较多的其他纳米粒子相比，纤维素纳米晶的密度较小(纤维素纳米晶1.5g/cm3、碳纳米管2.1g/cm3、二氧化钛4.3g/cm3、二硫化钼4.8g/cm3)，和基础润滑油(一般在0.8～0.9g/cm3)更为相近，不易沉降。此外，纤维素纳米晶的表面具有大量的羟基，非常便于对其进行表面改性，调控其表面物化性质，以期作为新型绿色纳米添加剂，用于降低润滑油的摩擦与磨损，提高传统润滑油的性能和附加值。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
纤维素纳米晶具备典型棒状纳米尺寸，其长度在50～500nm之间，直径在5～50nm之间，利于进入到摩擦接触区。
纤维素纳米晶经过表面化学修饰，且通过溶剂置换的方法加入到润滑油中，从而促进纳米晶在基础油中的相容性和分散性。
加入纤维素纳米晶润滑油添加剂后，在相同摩擦测试条件下，摩擦系数可以减小40-60％，磨损减小10-30％。
附图说明
图1为纤维素纳米晶的透射电镜形貌照片；
图2为纤维素纳米晶修饰前后的红外光谱图；
图3为PAO2与PAO2/mCNC的流动曲线图；
图4为PAO2与PAO2/mCNC的粘温曲线图；
图5为PAO2与PAO2/mCNC的摩擦性能测试图；
图6为PAO2与PAO2/mCNC摩擦测试后摩损失重图。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
1)在室温下，将25g棉花与1000ml 2％质量分数的氢氧化钠溶液搅拌12h，水洗至中性，得到除去木质素的棉短绒；
2)在80℃下，将20g棉短绒与700ml 4mol/L盐酸混合并机械搅拌5h；
3)将步骤2所制备的悬浮液在5000rpm转速下离心5min水洗重复三次。
4)将步骤3所制备的悬浮液透析5天后加入DMF配置成纤维素纳米晶(CNC)悬浮液。
5)在80℃下，将20ml上述纤维素纳米晶悬浮液、6.5ml硬脂酰氯、2.5ml三乙胺、100ml DMF、0.153g氯化锂、0.1g DMAP(4-二甲氨基吡啶)混合超声10min，然后磁力搅拌24h；
6)将步骤5制备的悬浮液过滤然后依次用DMF、丙酮离心洗涤2次后加入少量丙酮分散离心得到的修饰后的纤维素纳米晶；
7)以四氢呋喃为中间溶剂，通过溶剂置换的方法将步骤6制备的修饰纤维素纳米晶(mCNC)以2％的质量分数分散在聚α烯烃PAO2中。
本实施例制备得到的CNC透射电镜照片如图1所示，直径为10-20nm、长度为100-300nm。
本实施例纤维素纳米晶(CNC)利用硬脂酰氯进行表面修饰，化学改性后(mCNC)，在红外光谱中在波数为1744cm-1处出现酯基的特征峰，证实了纤维素纳米晶表面修饰的成功，如附图2所示。
利用旋转流变仪，本实施例中添加的改性纤维素纳米晶的PAO2复合油(PAO2/mCNC)与纯PAO2的流动曲线和粘温曲线如附图3和附图4所示，说明纤维素纳米晶的加入没有明显改变润滑基础油的流变特性，有利于保持复合润滑油在原工况中的应用。
利用球-盘式旋转摩擦试验机，在负载5N、转速20rpm、旋转半径3mm条件下，相比纯PAO2，本实施例中PAO2/mCNC复合油的摩擦系数降低了50％，且摩擦系数的曲线更为平稳，说明摩擦副固体与固体之间的直接接触得到了缓解，如附图5所示。
摩擦测试结束后，本实施例中，球、盘的总磨损失重量减少40％，如附图6所示，说明纤维素纳米晶的加入提高了抗磨性能。
实施例2
本实施例与实施例1不同在于：以四氢呋喃为中间溶剂，通过溶剂置换的方法将步骤(3)制备的未修饰的纤维素纳米晶(CNC)以2％的质量分数直接分散在PAO2中。在相同摩擦测试条件下，复合油PAO2/CNC的摩擦系数为0.12，介于纯PAO2和复合油PAO2/mCNC之间。说明未改性的CNC在油中易发生团聚形成较大的颗粒，影响了减摩效果。
实施例3
本实施例与实施例1不同在于：步骤(2)中使用的是1000ml 3mol/L盐酸，其它步骤、试剂和参数与实施例一相同。本实施例中所制备的纤维素纳米晶粒径经透射电镜证实，表面改性经红外光谱分析证实，摩擦性能经球-盘摩擦测试证实，抗磨性能经称重法证实。
实施例4
本实施例与实施例1不同在于：步骤(3)中离心时的转速为8000rpm、时间为3min，其它步骤、试剂和参数与实施例一相同。本实施例中所制备的纤维素纳米晶粒径经透射电镜证实，表面改性经红外光谱分析证实，摩擦性能经球-盘摩擦测试证实，抗磨性能经称重法证实。
实施例5
本实施例与实施例1不同在于：步骤(5)中化学修饰反应采用十八烷基异氰酸酯，其它步骤、试剂和参数与实施例一相同。本实施例中所制备的纤维素纳米晶粒径经透射电镜证实，表面改性经红外光谱分析证实，摩擦性能经球-盘摩擦测试证实，抗磨性能经称重法证实。
实施例6
本实施例与实施例1不同在于：步骤(7)中纤维素纳米晶加入的润滑基础油为石蜡油，掺杂量为5％，其它步骤、试剂和参数与实施例一相同。本实施例中所制备的纤维素纳米晶粒径经透射电镜证实，表面改性经红外光谱分析证实，摩擦性能经球-盘摩擦测试证实，抗磨性能经称重法证实。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。没有详细阐述的所有细节，也不限制本发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种润滑油添加剂，其特征在于采用纤维素纳米晶表面接枝碳原子数为18的烷基链制备而来，所述纤维素纳米晶直径为5～50 nm，长度为50～500 nm；
所述润滑油添加剂按以下方式制备而来：
1）以稀碱对棉短绒、海鞘或秸秆进行纯化处理，除去木质素、半纤维素杂质，洗涤至中性后烘干，得到纯化纤维素；通过盐酸水解纤维素，析出具有高度结晶性的纤维素纳米晶；经过离心水洗、透析处理得到纯化纤维素纳米晶悬浮液；
2）将所得纤维素纳米晶转移分散于N,N-二甲基甲酰胺中，加入硬脂酰氯，超声分散稳定后加入三乙胺为催化剂、氯化锂为干燥剂、4-二甲氨基吡啶为活化剂，在氮气保护下进行表面修饰反应；产物经过离心纯化、烘箱干燥，得到表面接枝烷基链的修饰纤维素纳米晶，即润滑油添加剂；其中，纤维素纳米晶与硬脂酰氯的质量比为1：（4-7），表面修饰反应时间为24~48小时，反应温度为60~80 ℃。
2.权利要求1所述润滑油添加剂在润滑油中的应用。
3.如权利要求2所述润滑油添加剂在润滑油中的应用，其特征在于通过溶剂置换的方法将上述润滑油添加剂添加到润滑基础油中；添加量为0.01~10 wt%。
4.如权利要求3所述润滑油添加剂在润滑油中的应用，其特征在于所述溶剂置换法包括以下步骤：
向所述润滑油添加剂下层固体中加入丙酮，离心分离去掉上层清液；
再次向下层固体中加入四氢呋喃，混合润滑基础油，超声处理；
蒸发除去四氢呋喃，得到含有修饰纤维素纳米晶的复合润滑油。
5.如权利要求3所述润滑油添加剂在润滑油中的应用，其特征在于所述润滑基础油包括矿物基础油、聚a烯烃或烷基萘。
CN201810863305.3A 2018-08-01 2018-08-01 一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用 Active CN108913280B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810863305.3A CN108913280B (zh) 2018-08-01 2018-08-01 一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810863305.3A CN108913280B (zh) 2018-08-01 2018-08-01 一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108913280A CN108913280A (zh) 2018-11-30
CN108913280B true CN108913280B (zh) 2021-02-19

Family

ID=64394064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810863305.3A Active CN108913280B (zh) 2018-08-01 2018-08-01 一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108913280B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110616102B (zh) * 2019-08-15 2022-05-06 武汉理工大学 一种复合润滑脂及其制备方法
CN112057899B (zh) * 2020-07-29 2022-02-15 大连理工大学 一种用于油水分离的超疏水-超亲油稻草毡的制备方法
CN111826045A (zh) * 2020-07-30 2020-10-27 马鞍山市金韩防水保温工程有限责任公司 一种建筑外墙用隔热保温涂料及其制备方法
CN111944580B (zh) * 2020-08-26 2021-07-27 武汉理工大学 基于β-二酮与纤维素纳米晶的超滑组合物及超滑材料
CN112759796B (zh) * 2020-12-29 2022-02-11 江苏集萃智能液晶科技有限公司 一种提高含有羟基的纳米材料分散性的酯化方法
CN112899055A (zh) * 2021-02-24 2021-06-04 武汉百洁科技有限公司 一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法
CN115948195B (zh) * 2022-12-27 2024-03-19 武汉理工大学 一种用于船舶闭式水润滑轴承的水基润滑液

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3984339A (en) * 1973-10-05 1976-10-05 Fmc Corporation Hydraulic oil composition
JPS6485295A (en) * 1987-06-02 1989-03-30 Takuji Endo Novel lubricant composition
US7348298B2 (en) * 2002-05-30 2008-03-25 Ashland Licensing And Intellectual Property, Llc Enhancing thermal conductivity of fluids with graphite nanoparticles and carbon nanotube
US20070293405A1 (en) * 2004-07-31 2007-12-20 Zhiqiang Zhang Use of nanomaterials as effective viscosity modifiers in lubricating fluids
WO2017200098A1 (ja) * 2016-05-19 2017-11-23 Ntn株式会社 グリース組成物および転動装置
JP2018030988A (ja) * 2016-08-23 2018-03-01 明 小豆島 アルミニウム合金板のホットスタンピング加工用潤滑剤
CN106589894B (zh) * 2016-12-19 2019-08-27 广州简米餐具有限公司 一种耐热纤维素纳米晶的制备方法
CN108341954A (zh) * 2017-01-25 2018-07-31 翁秋梅 一种具有杂化交联结构的动态聚合物及其应用
CN108341951B (zh) * 2017-01-25 2023-06-20 厦门天策材料科技有限公司 一种具有杂化交联结构的动态聚合物及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN108913280A (zh) 2018-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108913280B (zh) 一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用
CN110616102B (zh) 一种复合润滑脂及其制备方法
CN107805530B (zh) 石墨烯/四氧化三锰复合纳米润滑添加剂及其合成方法
CN102627993B (zh) 水溶性氧化石墨烯-碳纳米管极压润滑添加剂的制备方法
CN112779073B (zh) 一种含有纳米氧化锌的预制稠化剂及其所得润滑脂组合物
CN108017939B (zh) 噻二唑衍生物改性石墨烯及其制备方法和应用
EP3212570A1 (fr) Preparation d'un melange-maitre a base de soufre et de nanocharges carbonees, le melange-maitre obtenu et ses utilisations
CN102174341A (zh) 碳纳米管/纳米铜复合润滑油添加剂的制备方法
Chen et al. Inhibition of cold‐welding and adhesive wear occurring on surface of the 6061 aluminum alloy by graphene oxide/polyethylene glycol composite water‐based lubricant
Cheng et al. Surface modification of halloysite nanotubes grafted by dodecylamine and their application in reinforcing polytetrafluoroethylene
CN111777728B (zh) 一种氧化石墨烯增强聚甲基丙烯酸甲酯/碳微球复合材料的制备方法
CN112300852B (zh) 一种基于表面修饰的纳米碳材料复合添加剂及其制备方法
CN113563518B (zh) 一种氟化纤维素纳米晶润滑脂稠化剂的制备方法
CN113493713B (zh) 水基离子液体润滑液及其制备方法
CN108545709A (zh) 一种脲基改性氮化硼二维纳米材料及其制备方法
CN115386408B (zh) 一种ZIF-7/2D Ni-BDC纳米复合润滑材料及其制备方法
CN117903859B (zh) 一种多分散飞絮/MoS2纳米复合微粒的制备方法
CN115466640B (zh) 一种功能化碳量子点润滑油添加剂及其制备方法
CN106350183A (zh) 一种油酸改性微乳化切削液及其制备方法
CN111704950A (zh) 一种软壳-硬芯核壳复合结构纳米润滑油添加剂的制备方法
CN114806687B (zh) 基于碳量子点的电流变材料的制备方法及电流变材料
CN117659215A (zh) 一种改性纳米纤维素及其制备方法和应用
CN116790306A (zh) 一种功能化碳量子点和MXene复合润滑材料及其制备方法
CN112574487B (zh) 一种可塑性橡胶粉的制备方法
CN114162810A (zh) 一种石墨烯-铅化合物纳米复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant