CN109705964A - 一种水溶性石墨烯润滑剂 - Google Patents

Abstract

本发明属于润滑剂领域，具体涉及一种水溶性石墨烯润滑剂，其配方如下：三乙醇胺10‑15份、一乙醇胺4‑12份、水30‑65份、氧化水性石墨烯1‑3份、葵二酸1‑5份、无机含氧二元酸2‑5份、硼酸1‑5份、偶合剂1‑3份、分散剂1‑3份、蓖麻子油8‑15份、多功能助剂2‑6份、抗氧化剂1‑4份、杀菌剂1‑3份，并提供了其制备方法和搅拌装置。本发明利用石墨烯颗粒的滚珠效应和本身的性能，提升了润滑剂的润滑性能提升设备的表面光洁度，降低了磨耗。

Description

一种水溶性石墨烯润滑剂

技术领域

本发明属于润滑剂领域，具体涉及一种水溶性石墨烯润滑剂。

背景技术

润滑剂用以降低摩擦副的摩擦阻力、减缓其磨损的润滑介质。润滑剂对摩擦副还能起冷却、清洗和防止污染等作用。为了改善润滑性能，在某些润滑剂中可加入合适的添加剂。选用润滑剂时，一般须考虑摩擦副的运动情况、材料、表面粗糙度、工作环境和工作条件，以及润滑剂的性能等多方面因素。在机械设备中，润滑剂大多通过润滑系统输配给各需要润滑的部位。

二十一世纪初以来随着人们环保意识的提高，润滑剂发展逐渐向高效、环保发展，水性润滑剂技术正是科学发展的产物。其是一种合成物，综合了多种润滑成份的优点。润滑性能更好，特别是冷却性能良好，渗透性能好，对环境污染小，是润滑剂发展的方向。

石墨烯是一种片层状结构的二维纳米材料，具有极高的电学、热学和力学性能，同时还具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性，是一种优良的减摩耐磨材料，也是一种理想的润滑剂添加剂。然而，以石墨烯为主的润滑剂还未有报道。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种水溶性石墨烯润滑剂，利用石墨烯颗粒的滚珠效应和本身的性能，提升了润滑剂的润滑性能提升设备的表面光洁度，降低了磨耗。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种水溶性石墨烯润滑剂，其质量配方如下：

三乙醇胺10-15份、一乙醇胺4-12份、水30-65份、氧化水性石墨烯1-3份、葵二酸1-5份、无机含氧二元酸2-5份、硼酸1-5份、偶合剂1-3份、分散剂1-3份、蓖麻子油8-15份、多功能助剂2-6份、抗氧化剂1-4份、杀菌剂1-3份。

所述分散剂采用聚乙二醇200。

所述偶合剂采用无味聚醚偶合剂。

所述多功能助剂采用AMP-95。

所述抗氧化剂采用抗坏血酸。

所述制备方法的步骤如下：

步骤1，将三乙醇胺、一乙醇胺、水和氧化水性石墨烯按照比例加入搅拌容器中搅拌，调节搅拌器的转速范围为50-1000rpm，搅拌时间为30-50min，至搅拌机搅拌均匀，使水和醇胺与水性石墨烯充分的反应润湿得到石墨烯悬浊液；

步骤2，将葵二酸、无机含氧二元酸、硼酸加入搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为500-10000rpm，搅拌时间为30-50min，至搅拌机搅拌反应均匀。

步骤3，将偶合剂、分散剂、蓖麻子油、多功能助剂、抗氧化剂和杀菌剂加入至搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为500-10000rpm，搅拌时间为10-20min，至搅拌机搅拌反应均匀清澈，得到水溶性石墨烯润滑剂。

本发明中的石墨烯颗粒呈粉状，且分子颗粒非常小，在缸壁和活塞之间进行摩擦时产生滚珠效应，降低了缸壁与活塞之间的摩擦力和多方向性，形成无消耗性润滑剂，有效的提升了润滑剂的使用寿命。

市面上的润滑剂均以活性金属配合氧化剂，通过活性金属将摩擦表面的细碎沟壑填平，从而降低摩擦阻力，但是在不断使用过程中活性金属的缺失率相当高，需要频繁更换，而本发明采用的石墨烯颗粒本身的滚珠效应，能够将硬性摩擦转化为滚动摩擦，从本质上降低了摩擦系数，同时石墨烯具备良好的导电性和导热性，能够快速将热量散失，解决局部高温的问题；石墨烯的低颗粒性能够将气缸内的密闭性提高，提高了气缸缸压；石墨烯本身的稳定与高温抗腐蚀性不仅确保其油泥的充分燃烧，降低噪音、CO排放量，而且快速导热与耐腐蚀的特性能够大幅度降低积碳、焦化等问题。

三乙醇胺可以作为润湿剂、稳定剂和分散剂，同时也能够作增稠剂和保湿剂。三乙醇胺通过与葵二酸和二元酸上的羧基中和，形成稳定的高分子结构，达到增稠和保湿的作用，提升整体的粘稠性，有助于氧化石墨烯在分散悬浊，解决了石墨烯的沉淀和漂浮的问题。蓖麻子油、聚乙二醇和水等具有不溶性，随着三乙醇胺的乳化特性，能够提升整体的相容性，形成乳化液。

氧化石墨烯是性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，具有聚合物、胶体和两性分子的特性。石墨烯具有良好的强度，同时也具备了良好的韧性，在使用过程中不易受到破坏，提升了使用寿命；石墨烯具有非常好的热传导性能，能够快速传递热量，解决了局部高温的问题，同时也加快了散热效果；与此同时，石墨烯还能够吸附和脱附各种原子和分子，降低润滑油中的油泥沉积，降低了积碳和焦化附着等现象的产生

聚乙二醇属于水溶性分散体系的良好分散剂，能够与许多有机物组分形成良好的相容性，具有优良的润湿性和分散性。由于蓖麻油与聚乙二醇存在不溶性，三乙醇胺能够作为乳化剂，促进蓖麻油和聚乙二醇形成互溶。

多功能助剂AMP-95是一种多功能胺助剂，调节乳液胶黏剂的pH值很稳定，还有湿润、分散的作用。在实际使用过程中，能够有效的增加润滑剂中石墨烯的颗粒分散性，降低团聚问题的产生，同时也能够提升石墨烯颗粒的耐擦洗性，提升其使用寿命，与此同时，该助剂与聚乙二醇配合使用，能够降低聚乙二醇的使用量，控制整体pH值，并且能够降低气泡的作用。

杀菌剂采用光谱性微生物杀菌剂，能够适用于各种pH范围，完全溶于水，方便使用，无泡沫，不挥发。

抗氧化剂采用抗坏血酸，呈无色无臭的片状晶体，易溶于水，不溶于有机溶剂。在酸性环境中稳定，遇空气中氧、热、光、碱性物质，特别是由氧化酶及痕量铜、铁等金属离子存在时，可促进其氧化破坏。在葵二酸、无机含氧二元酸、硼酸存在的条件下，能够形成良好的稳定性；当使用过程中，润滑剂产生热量，并且释放出氧离子，抗坏血酸快速与样反应，从而避免油脂的氧化，起到保护作用。

一种用于制备水溶性石墨烯润滑剂的搅拌装置，包括壳体，所述壳体正中心竖直设置有搅拌轴，所述搅拌轴的上段穿出壳体顶部，并与电机连接，中段设置有导流管，下段外周面上设置有螺旋搅拌叶，所述导流管与搅拌轴的外周面之间存在间距，且导流管上段外周面通过固定环固定在壳体的内壁上，所述导流管下段向搅拌轴聚拢，形成锥形；所述搅拌轴下方水平设置有定位板，且所述定位板的外周面上通过金属网固定在壳体的内壁上，所述定位板上竖直设置有圆柱桶，且所述圆柱桶的上端面高于导流管的下端面，且导流管的底端位于圆柱桶内；所述壳体外表面设置有固体加料管、液体加料管和出液管，所述固体加料管设置在壳体上表面，且位于导流管的正上方，所述液体加料管固定在壳体的侧面上，且位于固定环上方，所述液体加料管的水流方向紧贴壳体的内壁，所述出液管设置在定位板下放。

所述壳体底部设置有支撑架，用于提升整个搅拌装置的高度，便于出液口的后续操作。

所述圆柱桶与定位板的连接处设置有斜栅板。

所述金属网的网孔孔径为0.1-0.7mm。

从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

1.本发明利用石墨烯颗粒的滚珠效应和本身的性能，提升了润滑剂的润滑性能提升设备的表面光洁度，降低了磨耗。

2.本发明具有良好的清净性，耐高温性，防止拉丝模的粘结和堵塞，同时低温性好，且无需加热，使用方便。

3.本发明具有良好的防锈性能，减少对钢丝和机器的腐蚀，稳定性高，维护简单，使用寿命长，可减少对环境的影响。

4.本发明不含违禁物质，不含矿物油，安全环保，正常使用对人体无不良影响。

附图说明

图1是本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

结合图1，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。

实施例1

一种水溶性石墨烯润滑剂，其质量配方如下：

三乙醇胺10份、一乙醇胺4份、水30份、氧化水性石墨烯1份、葵二酸1份、无机含氧二元酸2份、硼酸1份、偶合剂1份、分散剂1份、蓖麻子油8份、多功能助剂2份、抗氧化剂1份、杀菌剂1份。

所述分散剂采用聚乙二醇200。

所述偶合剂采用无味聚醚偶合剂。

所述多功能助剂采用AMP-95。

所述抗氧化剂采用抗坏血酸。

所述制备方法的步骤如下：

步骤1，将三乙醇胺、一乙醇胺、水和氧化水性石墨烯按照比例加入搅拌容器中搅拌，调节搅拌器的转速范围为50rpm，搅拌时间为30min，至搅拌机搅拌均匀，使水和醇胺与水性石墨烯充分的反应润湿得到石墨烯悬浊液；

步骤2，将葵二酸、无机含氧二元酸、硼酸加入搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为500rpm，搅拌时间为30min，至搅拌机搅拌反应均匀。

步骤3，将偶合剂、分散剂、蓖麻子油、多功能助剂、缓蚀剂和杀菌剂加入至搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为500rpm，搅拌时间为10min，至搅拌机搅拌反应均匀清澈，得到水溶性石墨烯润滑剂。

实施例2

一种水溶性石墨烯润滑剂，其质量配方如下：

三乙醇胺15份、一乙醇胺12份、水65份、氧化水性石墨烯3份、葵二酸5份、无机含氧二元酸5份、硼酸5份、偶合剂3份、分散剂3份、蓖麻子油15份、多功能助剂6份、抗氧化剂4份、杀菌剂3份。

所述分散剂采用聚乙二醇200。

所述偶合剂采用无味聚醚偶合剂。

所述多功能助剂采用AMP-95。

所述抗氧化剂采用抗坏血酸。

所述制备方法的步骤如下：

步骤1，将三乙醇胺、一乙醇胺、水和氧化水性石墨烯按照比例加入搅拌容器中搅拌，调节搅拌器的转速范围为1000rpm，搅拌时间为50min，至搅拌机搅拌均匀，使水和醇胺与水性石墨烯充分的反应润湿得到石墨烯悬浊液；

步骤2，将葵二酸、无机含氧二元酸、硼酸加入搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为10000rpm，搅拌时间为50min，至搅拌机搅拌反应均匀。

步骤3，将偶合剂、分散剂、蓖麻子油、多功能助剂、缓蚀剂和杀菌剂加入至搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为10000rpm，搅拌时间为20min，至搅拌机搅拌反应均匀清澈，得到水溶性石墨烯润滑剂。

实施例3

一种水溶性石墨烯润滑剂，其质量配方如下：

三乙醇胺13份、一乙醇胺8份、水45份、氧化水性石墨烯2份、葵二酸3份、无机含氧二元酸4份、硼酸3份、偶合剂2份、分散剂2份、蓖麻子油12份、多功能助剂4份、抗氧化剂3份、杀菌剂2份。

所述分散剂采用聚乙二醇200。

所述偶合剂采用无味聚醚偶合剂。

所述多功能助剂采用AMP-95。

所述抗氧化剂采用抗坏血酸。

所述制备方法的步骤如下：

步骤1，将三乙醇胺、一乙醇胺、水和氧化水性石墨烯按照比例加入搅拌容器中搅拌，调节搅拌器的转速范围为500rpm，搅拌时间为40min，至搅拌机搅拌均匀，使水和醇胺与水性石墨烯充分的反应润湿得到石墨烯悬浊液；

步骤2，将葵二酸、无机含氧二元酸、硼酸加入搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为4000rpm，搅拌时间为40min，至搅拌机搅拌反应均匀。

步骤3，将偶合剂、分散剂、蓖麻子油、多功能助剂、缓蚀剂和杀菌剂加入至搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为5000rpm，搅拌时间为15min，至搅拌机搅拌反应均匀清澈，得到水溶性石墨烯润滑剂。

性能测试

对比例采用常规市售润滑油

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例
					10％稀释液的pH	8.5	9.5	8.7	7.3
10％稀释液的消泡性	2mL	1.8mL	1.8mL	5.5mL
					10％稀释液的PB值	93kg	105kg	99kg	78kg
10％稀释液腐蚀试验	合格	合格	合格	合格

腐蚀试验以GB/T 5096-85为准，参数如下：55℃±2℃，全浸，24小时45#钢、黄铜。

实施例4

如图1所示，一种用于制备水溶性石墨烯润滑剂的搅拌容器，包括壳体1，所述壳体1正中心竖直设置有搅拌轴3，所述搅拌轴3的上段穿出壳体1顶部，并与电机4连接，中段设置有导流管2，下段外周面上设置有螺旋搅拌叶3-1，所述导流管2与搅拌轴3的外周面之间存在间距，且导流管2上段外周面通过固定环2-1固定在壳体1的内壁上，所述导流管2下段向搅拌轴3聚拢，形成锥形；所述搅拌轴3下方水平设置有定位板5，且所述定位板5的外周面上通过金属网5-1固定在壳体1的内壁上，所述定位板5上竖直设置有圆柱桶6，且所述圆柱桶6的上端面高于导流管2的下端面，且导流管的底端位于圆柱桶内；所述壳体1外表面设置有固体加料管8、液体加料管7和出液管9，所述固体加料管8设置在壳体1上表面，且位于导流管2的正上方，所述液体加料管7固定在壳体1的侧面上，且位于固定环2-1上方，所述液体加料管7的水流方向紧贴壳体1的内壁，所述出液管9设置在定位板5下放。

所述壳体1底部设置有支撑架10，用于提升整个搅拌装置的高度，便于出液口的后续操作。

所述圆柱桶6与定位板5的连接处设置有斜栅板。

所述金属网5-1的网孔孔径为0.1-0.7mm。

该技术方案中，导流管的外周面、固定环和壳体1的内壁形成凹槽结构，同时液体加料管的水流方向紧贴壳体的内壁，能够保证液体加料管内的液体沿着内壁按照一定方向流动，并初步充满凹槽结构，当凹槽结构充满液体，液体进入导流管，由于液体本身带有一定的方向性，故此导流管内的液体呈漩涡状向下流动；固体加料管位于导流管正上方，能够直接将物料加入至导流管，并且随着漩涡状液流进行快速的分散，达到初步的均匀分散，同时圆柱桶和定位板形成上开口的桶状结构，同时螺旋搅拌叶位于圆柱桶内，随着螺旋搅拌叶转动，将底部的液体不断向上翻滚，提升粉料与液料的充分混合，达到进一步混合的目的，圆柱桶上端与导流管下端形成间隙，向上翻转的混合液通过该间隙排出，并通过圆柱桶与壳体内壁之间的间距下落至金属网，并通过金属网进入排液管排出。

金属网能够将大颗粒的石墨烯截留，确保小颗粒能够稳定通过，确保排出液形成良好的悬浮结构。

斜栅板的设置能够将金属网上端的液流进行分流，确保该部分液体进入循环，防止液流堆积，造成金属网压力过大；同时截留的石墨烯能够形成回流，达到循环流动，故此，该体系能够防止金属网的堵塞。

该装置解决了现有搅拌装置无法将石墨烯与液体搅拌均匀的问题，通过二段式搅拌充分混合石墨烯与液体，同时采用金属网进行大颗粒截留，确保出液管内的液体悬浊均匀。

该装置通过凹槽结构的设置形成漩涡状液流，形成良好的漩涡状，与石墨烯形成良好的预混合效果。

该装置通过螺旋搅拌叶的旋转，将初步混合的液体进行反冲，并通过导流管与圆柱桶的间隙排出，形成二次混合。

综上所述，本发明具有以下优点：

本发明生产工艺简单、方便，节约成本，能够有效提高润滑，冷却，耐磨，耐高温和防腐蚀性能。可满足目前黑色金属工业加工的各种要求，使用浓度低，清洁性能好，加工速度高，模耗低，稳定性好，润滑液不易变质使用寿命延长等。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：其质量配方如下：

三乙醇胺10-15份、一乙醇胺4-12份、水30-65份、氧化水性石墨烯1-3份、葵二酸1-5份、无机含氧二元酸2-5份、硼酸1-5份、偶合剂1-3份、分散剂1-3份、蓖麻子油8-15份、多功能助剂2-6份、抗氧化剂1-4份、杀菌剂1-3份。

2.根据权利要求1所述的水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：所述分散剂采用聚乙二醇200。

3.根据权利要求1所述的水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：所述偶合剂采用无味聚醚偶合剂。

4.根据权利要求1所述的水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：所述多功能助剂采用AMP-95。

5.根据权利要求1所述的水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：所述抗氧化剂采用抗坏血酸。

6.根据权利要求1所述的水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：所述制备方法的步骤如下：

步骤1，将三乙醇胺、一乙醇胺、水和氧化水性石墨烯按照比例加入搅拌容器中搅拌，调节搅拌器的转速范围为50-1000rpm，搅拌时间为30-50min，至搅拌机搅拌均匀，使水和醇胺与水性石墨烯充分的反应润湿得到石墨烯悬浊液；

步骤2，将葵二酸、无机含氧二元酸、硼酸加入搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为500-10000rpm，搅拌时间为30-50min，至搅拌机搅拌反应均匀。

步骤3，将偶合剂、分散剂、蓖麻子油、多功能助剂、缓蚀剂和杀菌剂加入至搅拌机中搅拌，调节搅拌器的转速范围为500-10000rpm，搅拌时间为10-20min，至搅拌机搅拌反应均匀清澈，得到水溶性石墨烯润滑剂。

7.根据权利要求6所述的水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：所述搅拌容器包括壳体，所述壳体正中心竖直设置有搅拌轴，所述搅拌轴的上段穿出壳体顶部，并与电机连接，中段设置有导流管，下段外周面上设置有螺旋搅拌叶，所述导流管与搅拌轴的外周面之间存在间距，且导流管上段外周面通过固定环固定在壳体的内壁上，所述导流管下段向搅拌轴聚拢，形成锥形；所述搅拌轴下方水平设置有定位板，且所述定位板的外周面上通过金属网固定在壳体的内壁上，所述定位板上竖直设置有圆柱桶，且所述圆柱桶的上端面高于导流管的下端面，且导流管的底端位于圆柱桶内；所述壳体外表面设置有固体加料管、液体加料管和出液管，所述固体加料管设置在壳体上表面，且位于导流管的正上方，所述液体加料管固定在壳体的侧面上，且位于固定环上方，所述液体加料管的水流方向紧贴壳体的内壁，所述出液管设置在定位板下放。

8.根据权利要求7所述的水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：所述壳体底部设置有支撑架，用于提升整个搅拌装置的高度，便于出液口的后续操作。

9.根据权利要求7所述的水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：所述圆柱桶与定位板的连接处设置有斜栅板。

10.根据权利要求7所述的水溶性石墨烯润滑剂，其特征在于：所述金属网的网孔孔径为0.1-0.7mm。