CN110669564A - 一种亲油化纳米二氧化钛及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亲油化纳米二氧化钛及其制备方法和应用，将纳米二氧化钛、乙醇、水混合超声混匀，添加50％聚丙烯酸水溶液搅拌混匀，使纳米二氧化钛均匀分散；最后使用硅烷偶联剂法，将硅源、溶剂醇和得到的纳米二氧化钛溶液按照一定比例进行水解缩合反应，即可得到亲油化的纳米二氧化钛，克服了纳米二氧化钛分散不均匀的缺点。然后将其作为添加剂添加在润滑油中，占润滑油重量0.001～0.2％，制备得到的润滑油具有耐磨、抗压、稳定性好的特性，而且纳米二氧化钛作为添加剂加入润滑油中具有较好的自修复性能，具有较大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及润滑脂技术领域，更具体地，涉及一种亲油化纳米二氧化钛及其制备方法和应用。
背景技术
随着人们对医疗健康手段和过程提出的精准、微创、高效及低成本等方面的更高需求，医疗康复机器人技术也获得了各国的极大关注，并得到了日新月异的发展。目前医疗康复机器人主要用于外科手术、功能康复及辅助护理等方面，但随着重要技术的突破和进展，未来机器人技术有可能会应用到医疗健康的各个领域。医疗康复领域越来越倾向于人与机器自然、精准的交互，近年来，以人工智能和机器智能结合及人机交互为代表的技术突破使得人与机器之间的结合越来越紧密，借助人机交互技术和方法，将人的智能和机器智能结合起来，使二者优势互补、协同工作，并将在医疗康复方面孕育出重大的理论创新和技术方法突破。社会需求、技术革新和人机智能融合极大的促进了医疗康复机器人的发展。医疗康复机器人涉及人类生命健康的特殊领域，存在潜在的经济市场，已被多个国家列为战略性新兴产业，我国也需进一步大力开展医疗康复机器人的研发，推动该战略新兴产业的发展，以应对我国国民对健康服务的需求(医疗、康复及老龄化)。
康复机器人踏板一般采用患肢与机器人直接接触的训练方式，因此机器人的安全性、运动平稳性、可靠性对于特殊使用对象尤为重要。所以要求的康复机器人踏板润滑油的稳定性、耐磨、抗压、无毒性等性能要非常高。因为纳米二氧化钛具有良好的极压性能、优异的稳定性、无毒性等性能使得制备的润滑油具有耐磨、抗压、稳定性好的特性。而且作为添加剂加入润滑油中具有较好的自修复性能。纳米二氧化钛这些独特性能，使其已成为近年来备受瞩目的国际前沿和研究热点，并展现出广阔的应用前景。但是由于它的分散性不好而影响其实际应用。而纳米二氧化钛的亲油化改性主要是利用化学作用或物理化学作用在其表面修饰油溶性较好的分子，从而达到亲油疏水和避免团聚的目的。目前发展成熟的表面改性法众多，较为常用的包括有机酸包覆、聚合物接枝、偶联剂改性、超分散稳定剂和高能球磨等。其中，硅烷偶联剂法是利用带有活性基团的单分子聚硅氧烷在粉体表面缩聚生成聚硅氧烷，从而达到改变纳米材料表面亲疏水性和防止团聚的效果，通常都是使用带有氨基、巯基、酰基等活性基团的硅烷偶联剂进行改性，由于硅烷偶联剂带有的反应活性基团，会降低其与润滑油的相容性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷和不足，提供一种亲油化纳米二氧化钛的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述制备方法得到的亲油化纳米二氧化钛。
本发明的再一目的在于提供所述亲油化纳米二氧化钛在在制备康复机器人踏板润滑油组合物中的应用。
本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
一种亲油化纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
S1.将纳米二氧化钛、溶剂醇、水混合超声混匀，然后添加50％聚丙烯酸水溶液搅拌混匀，使纳米二氧化钛均匀分散；所述纳米二氧化钛、溶剂醇、水、聚丙烯酸之间的比例为：1～5g：50～150mL：20～50mL：5～10mL。
S2.将硅源、溶剂醇和步骤S1得到的纳米二氧化钛溶液按体积比1：1～2：1～3混匀，进行水解缩合反应，即得亲油化纳米二氧化钛。
本发明采用硅烷偶联剂法，在酸性环境下，硅源的乙氧基水解产生羟基，水解的硅源与硅烷偶联剂之间发生共缩聚反应。得到热稳定性较好的孤立羟基，为纳米二氧化钛的亲油化改性提供了极大的便利。使用Y基团为无反应性的烷基，如正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷等作为硅烷偶联剂，利用硅源与硅烷偶联剂之间发生共缩聚反应，改性纳米二氧化钛，提高纳米二氧化钛的分散性，同时无反应性的烷基与润滑油的相容性较好。
优选地，所述硅源为正辛基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯中的一种或多种。
优选地，所述溶剂醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的其中一种。
优选地，步骤S1中所述溶剂醇为乙醇。
作为一种优选的实施方式，所述亲油化纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：先把0.1～0.5g的纳米二氧化钛、5～15ml乙醇、2～5ml水混合超声10～15分钟，然后添加0.5～1ml的50％聚丙烯酸水溶液搅拌2～3小时，使纳米二氧化钛均匀分散。最后使用硅烷偶联剂法，硅源、溶剂醇和得到的纳米二氧化钛溶液按体积比1：1～2：1～3混匀，进行水解缩合反应，即得亲油化纳米二氧化钛。
优选地，所述水解缩合反应为30～35℃，搅拌反应2～3小时。
本发明还请求保护上述任一所述方法制备得到的亲油化纳米二氧化钛。
本发明还请求保护上述任一所述制备方法或所述亲油化纳米二氧化钛在制备康复机器人踏板润滑油组合物中的应用。
本发明还提供一种康复机器人踏板润滑油组合物，包括润滑油和占润滑油重量0.05～5％(优选0.1～2％)的亲油化纳米二氧化钛。
优选地，所述润滑油为锂基润滑油、铝基润滑油、极压润滑油或硅酸润滑油中的一种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明得到的添加改性纳米二氧化钛的康复机器人踏板润滑油组合物。采用硅烷偶联剂法，所制改性纳米二氧化钛，分散性好，不易发生纳米团聚。与已有的添加纳米二氧化钛润滑油的相比，该添加纳米二氧化钛润滑油更具有良好的使用寿命，具有极低的摩擦系数(摩擦系数小于0.1)，最低摩擦系数达到0.05。
(2)本发明得到的润滑油的耐磨、抗压、稳定性好也都达到很好的效果。该发明将在康复机器人踏板润滑油方面有很大的发展前景。
具体实施方式
以下结合说明书具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
将0.3g的纳米二氧化钛、10ml乙醇、3ml水混合超声15分钟，然后添加0.6ml的聚丙烯酸50％水溶液搅拌3小时，得到分散性较好的纳米二氧化钛溶液。再使用硅烷偶联剂法，分别称量3g正硅酸乙酯、5.5g正辛基三乙氧基硅烷、4.5g二甲基二乙氧基硅烷、9.7g异丙醇混合之后，加入到上述的纳米二氧化钛溶液中，在35℃下搅拌2小时，即可得到亲油化的纳米二氧化钛。
最后再以占润滑油重量2％的比例加入上述的改性纳米二氧化钛，得到添加改性纳米二氧化钛的康复机器人踏板润滑油组合物。
实施例2
将0.2g的纳米二氧化钛、10ml乙醇、3ml水混合超声10分钟，然后添加0.6ml的聚丙烯酸50％水溶液搅拌2小时，得到分散性较好的纳米二氧化钛溶液。再使用硅烷偶联剂法，分别称量3g正硅酸乙酯、5.5g正辛基三乙氧基硅烷、3g甲基三乙氧基硅烷、9.7g异丙醇混合之后，加入到上述的纳米二氧化钛溶液中，在35℃下搅拌2小时，即可得到亲油化的纳米二氧化钛。
最后再以占润滑油重量2％的比例加入上述的改性纳米二氧化钛，得到添加改性纳米二氧化钛的康复机器人踏板润滑油组合物。
实施例3
将0.1g的纳米二氧化钛、8ml乙醇、3ml水混合超声15分钟，然后添加0.6ml的聚丙烯酸50％水溶液搅拌2小时，得到分散性较好的纳米二氧化钛溶液。再使用硅烷偶联剂法，分别称量3g正硅酸乙酯、5.5g正辛基三乙氧基硅烷、4.5g二甲基二乙氧基硅烷、10g异丙醇混合之后，加入到上述的纳米二氧化钛溶液中，在35℃下搅拌2小时。即可得到亲油化的纳米二氧化钛。
最后再以占润滑油重量2％的比例加入上述的改性纳米二氧化钛，得到添加改性纳米二氧化钛的康复机器人踏板润滑油组合物。
实施例4
将0.4g的纳米二氧化钛、15ml乙醇、4ml水混合超声15分钟，然后添加0.8ml的聚丙烯酸50％水溶液搅拌2小时，得到分散性较好的纳米二氧化钛溶液。再使用硅烷偶联剂法，分别称量3.5g正硅酸乙酯、5.5g正辛基三乙氧基硅烷、4.5g二甲基二乙氧基硅烷、9.7g乙醇混合之后，加入到上述的纳米二氧化钛溶液中，在35℃下搅拌2小时，即可得到亲油化的纳米二氧化钛。
最后再以占润滑油重量1.5％的比例加入上述的改性纳米二氧化钛，得到添加改性纳米二氧化钛的康复机器人踏板润滑油组合物。
实施例5
将0.3g的纳米二氧化钛、10ml乙醇、3ml水混合超声15分钟，然后添加0.6ml的聚丙烯酸50％水溶液搅拌3小时，得到分散性较好的纳米二氧化钛溶液。再使用硅烷偶联剂法，分别称量3g正硅酸乙酯、5g正辛基三乙氧基硅烷、4.5g二甲基二乙氧基硅烷、9.7g异丙醇混合之后，加入到上述的纳米二氧化钛溶液中，在35℃下搅拌2小时，即可得到亲油化的纳米二氧化钛。
最后再以占润滑油重量1％的比例加入上述的改性纳米二氧化钛，得到添加改性纳米二氧化钛的康复机器人踏板润滑油组合物。
实施例6
将0.3g的纳米二氧化钛、10ml乙醇、3ml水混合超声10分钟，然后添加0.6ml的聚丙烯酸50％水溶液搅拌3小时，得到分散性较好的纳米二氧化钛溶液。再使用硅烷偶联剂法，分别称量3g正硅酸乙酯、5.5g正辛基三乙氧基硅烷、4.5g二甲基二乙氧基硅烷、9.5g甲醇混合之后，加入到上述的纳米二氧化钛溶液中，在35℃下搅拌2小时，即可得到亲油化的纳米二氧化钛。
最后再以占润滑油重量3％的比例加入上述的改性纳米二氧化钛，得到添加改性纳米二氧化钛的康复机器人踏板润滑油组合物。
实施例7
将0.3g的纳米二氧化钛、10ml乙醇、3ml水混合超声15分钟，然后添加0.7ml的聚丙烯酸50％水溶液搅拌2小时，得到分散性较好的纳米二氧化钛溶液。再使用硅烷偶联剂法，分别称量3g正硅酸乙酯、5g甲基三甲氧基硅烷、4.5g二甲基二乙氧基硅烷、9.7g异丙醇混合之后，加入到上述的纳米二氧化钛溶液中，在35℃下搅拌2小时，即可得到亲油化的纳米二氧化钛。
最后再以占润滑油重量4％的比例加入上述的改性纳米二氧化钛，得到添加改性纳米二氧化钛的康复机器人踏板润滑油组合物。
性能测试
将实施例1～7制备得到的润滑脂进行相应的性能测试，其性能测试数据见下表1。
表1润滑油性能测试结果
本发明得到的添加改性纳米二氧化钛的康复机器人踏板润滑油组合物，改性后的纳米二氧化钛与润滑油相容性好。采用硅烷偶联剂法，所制改性纳米二氧化钛，分散性好，不易发生纳米团聚。与已有的添加纳米二氧化钛润滑油的相比，该添加纳米二氧化钛润滑油更具有良好的使用寿命，具有极低的摩擦系数(摩擦系数小于0.1)，其中实施例1和实施例2的摩擦系数达到0.05。本发明得到的润滑油的耐磨、抗压、稳定性好也都达到很好的效果。该发明将在康复机器人踏板润滑油方面有很大的发展前景。
Claims (7)
1.一种亲油化纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将纳米二氧化钛、溶剂醇、水混合超声混匀，然后添加50％聚丙烯酸水溶液搅拌混匀，使纳米二氧化钛均匀分散；所述纳米二氧化钛、溶剂醇、水、聚丙烯酸之间的比例为：1～5g：50～150mL：20～50mL：5～10mL。
S2.将硅源、溶剂醇和步骤S1得到的纳米二氧化钛溶液按体积比1：1～2：1～3混匀，进行水解缩合反应，即得亲油化纳米二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅源为正辛基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述溶剂醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的其中一种。
4.权利要求1～3任一所述方法制备得到的亲油化纳米二氧化钛。
5.权利要求1～3任一所述制备方法或权利要求4所述亲油化纳米二氧化钛在制备康复机器人踏板润滑油组合物中的应用。
6.一种康复机器人踏板润滑油组合物，其特征在于，包括润滑油和占润滑油重量0.05～5％的权利要求4所述亲油化纳米二氧化钛。
7.根据权利要求6所述的润滑油组合物，其特征在于，所述润滑油为锂基润滑油、铝基润滑油、极压润滑油或硅酸润滑油中的一种。
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