CN112080329A - 一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂及其应用，涉及润滑材料技术领域。多壁碳纳米管添加剂由含羧基的碳纳米管与含硫杂环衍生物反应所得，本发明提供的多壁碳纳米管能够均匀地分散在润滑油或发动机油中，具有优异的减摩性能。

Description

一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂及其应用
技术领域
本发明涉及润滑材料技术领域，具体是一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂及其应用。
背景技术
添加剂的选用与合理添加是决定润滑油性能的关键，纳米微粒作为添加剂来改善润滑油性能的方法也得到了充分认可与广泛应用。随着研究人员的不断探索创新，已经有多类纳米微粒被成功的应用在润滑油添加剂中(CN201811120591.0，CN201010128448.3，CN202010364803.0，CN201710137738.6，CN201710137349.3，CN202010122050.2)。其中最常见的纳米分散体是二硫化钼(MoS2)、六方氮化硼(h-BN)、氧化铝(Al2O3)、氧化铜(Cu)、金刚石、二硫化钨(WS2)、氧化锌(ZnO)、银(Ag)和二氧化钛(TiO2)。随着近几年纳米材料兴起，尤其是碳材料的快速崛起，纳米碳材料依靠其优异的热学和力学性能、独特的外形结构以及化学稳定性，引起摩擦学领域研究人员的广泛关注。
碳纳米管、纳米线和纳米棒被认为是一维碳纳米材料，其中碳纳米管(CNTs)在各领域一直受到广泛关注。CNTs是由碳原子围成管状结构分子，其具有高的弯曲强度和拉伸强度，在作为滑油添加剂时，CNTs其管状结构可在摩擦副表面滚动，起到“轴承”的作用，使摩擦面间滑动摩擦变为滚动摩擦，减小摩擦磨损。然而，由于CNTs之间存在较强的范德华力和较大的长径比，使其在润滑油中相互团聚、缠绕难以稳定分散(K.M.Dong,X.M.Wu,G.D.Lin and H.B.Zhang,Chin.J.Catal.,2005,26,550–556、T.C.Nagaiah,S.Kundu,M.Bron,M.Muhler and W.Schuhmann,Electrochem.Commun.,2010,12,338–341.)。
发明内容
本发明提供一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂及其应用，解决了现有技术中碳纳米颗粒添加剂在润滑油中易沉积，分散稳定性差的技术问题。
本发明是这样实现的：该多壁碳纳米管类纳米减摩剂化学结构式如式(1)所示。
Figure BDA0002691926400000021
作为一种优选的实施方案，所述多壁碳纳米管类纳米减摩剂的制备方法如下：
(1)将2-胺基-5-巯基-1，3，4-噻二唑、丙烯酸异辛酯和甲醇加入到100mL三口烧瓶中，磁力搅拌并加入三乙胺作为催化剂，在70℃回流反应5～8h自然冷却至室温，采用旋蒸脱除甲醇和催化剂得到黄色粉末产物A；
(2)将碳纳米管和氯化亚砜加入到50mL三口烧瓶中，氮气保护，50～60℃下磁力搅拌8～10h后冷却至室温，旋蒸脱除氯化亚砜后得到产物B；
(3)将步骤(1)得到的产物A、步骤(2)得到的产物B和有机溶剂加入到三口烧瓶中，110℃下反应12h，反应结束后在室温条件下进行过滤收集到粗产物，用20g无水乙醇冲洗三次后放入鼓风干燥箱内60～100℃干燥1～6h。
作为一种优选的实施方案，所述2-胺基-5-巯基-1，3，4-噻二唑与所述丙烯酸异辛酯的摩尔比为1:1～1.2083。
作为一种优选的实施方案，所述碳纳米管和所述氯化亚砜的质量比为2:15。
一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂的应用，所述多壁碳纳米管类纳米减摩剂用于润滑油或发动机油，添加量为0.1wt.％-0.25wt.％。
作为一种优选的实施方案，所述多壁碳纳米管类纳米减摩剂的添加量为0.25wt.％。
本发明提供的新型多壁碳纳米管类纳米减摩剂接有长链硫氮杂环结构，作为纳米减摩剂，可均匀分散于润滑油或发动机油中，具有良好的减摩性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1-3所得的多壁碳纳米管类纳米减摩剂与多壁碳纳米管热失重比较示意图
图2是不同浓度纳米减摩剂对PAO6减摩性能的影响曲线图；
图3是实施例1所得的多壁碳纳米管类纳米减摩剂对发动机油减摩性能的影响曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂的制备方法：
(1)将2-胺基-5-巯基-1，3，4-噻二唑(3.24g，0.024mol)、丙烯酸异辛酯(4.48g,0.024mol)和甲醇(20mL)加入到100mL三口烧瓶中，磁力搅拌并加入三乙胺(0.15g,0.0015moL)作为催化剂，在70℃回流反应5h自然冷却至室温，采用旋蒸脱除甲醇和催化剂得到黄色粉末产物A；
(2)将碳纳米管(2g，CAS 1333-86-4)和氯化亚砜(15g)加入到50mL三口烧瓶中，氮气保护，60℃下磁力搅拌8h后冷却至室温，旋蒸脱除氯化亚砜后得到产物B；
(3)将步骤(1)得到的A和步骤(2)得到的B及石油醚(25mL,沸程60-90℃)加入到三口烧瓶中，110℃下反应12h，反应结束后在室温条件下进行过滤收集到粗产物，每次用20g无水乙醇进行冲洗，冲洗三次，鼓风干燥箱内90℃干燥2h后得到本发明产物。
实施例2
1)将2-胺基-5-巯基-1，3，4-噻二唑(3.24g，0.024mol)、丙烯酸异辛酯(4.7g,0.025mol)和甲醇(20mL)加入到100mL三口烧瓶中，磁力搅拌并加入三乙胺(0.15g,0.0015moL)作为催化剂，在70℃回流反应8h自然冷却至室温，采用旋蒸脱除甲醇和催化剂得到黄色粉末产物A；
(2)将碳纳米管(2g，CAS 1333-86-4)和氯化亚砜(20g)加入到50mL三口烧瓶中，氮气保护，60℃下磁力搅拌8h后冷却至室温，旋蒸脱除氯化亚砜后得到产物B；
(3)将步骤(1)得到的A和步骤(2)得到的B及石油醚(25mL,沸程60-90℃)加入到三口烧瓶中，110℃下反应12h，反应结束后在室温条件下进行过滤收集到粗产物，每次用20g无水乙醇进行冲洗，冲洗三次，鼓风干燥箱内100℃干燥1h后得到本发明产物。
实施例3
1)将2-胺基-5-巯基-1，3，4-噻二唑(3.24g，0.024mol)、丙烯酸异辛酯(5.37g,0.029mol)和甲醇(20mL)加入到100mL三口烧瓶中，磁力搅拌并加入三乙胺(0.15g,0.0015moL)作为催化剂，在70℃回流反应5h自然冷却至室温，采用旋蒸脱除甲醇和催化剂得到黄色粉末产物A；
(2)将碳纳米管(2g，CAS 1333-86-4)和氯化亚砜(15g)加入到50mL三口烧瓶中，氮气保护，50℃下磁力搅拌10h后冷却至室温，旋蒸脱除氯化亚砜后得到产物B；
(3)将步骤(1)得到的A和步骤(2)得到的B及甲苯(25mL)加入到三口烧瓶中，140℃下反应8h，反应结束后在室温条件下进行过滤收集到粗产物，每次用20g无水乙醇进行冲洗，冲洗三次，真空干燥箱内60℃干燥6h。
参阅附图1，对实施例1-3的产物进行热重分析。含羧基的多壁碳纳米管和实施例1-3所得产物的热失重曲线可知二者为不同物质，说明通过化学修饰由含羧基的多壁碳纳米管接枝制备得到了本发明的多壁碳纳米管类纳米减摩剂。
实施例4
将实施例1得到的多壁碳纳米管类纳米减摩剂作为添加剂，按照0.1wt.％、0.25wt.％和0.5wt.％分别加入到PAO 6和5W-30SN发动机油中，机械搅拌20分钟后超声15分钟，得到分散体，多壁碳纳米管在油品中的分散稳定性结果见表1。
表1不同浓度实施例1添加剂在油品中的分散稳定性
Figure BDA0002691926400000051
Figure BDA0002691926400000061
从表1可见，实施例1得到的多壁碳纳米管类纳米减摩剂作为PAO6和5W-30SN发动机油添加剂，添加量范围在0.1～0.25wt.％时，具有良好的分散稳定性。
实施例5
将实施例1得到的多壁碳纳米管类纳米减摩剂作为添加剂，按照0.1wt.％和0.25wt.％分别加入到PAO 6中，机械搅拌20分钟后超声15分钟，得到分散体。采用SRV对油品的减摩性能进行评价，结果参阅附图1。测试条件：载荷200N，振幅1mm，温度50℃，时间30min。
参阅附图2，实施例1得到的多壁碳纳米管类纳米减摩剂作为添加剂，可以提升油品的减摩性能，当添加量为0.25wt.％时，减摩效果最好。
实施例6
将实施例1得到的多壁碳纳米管类纳米减摩剂作为添加剂，按照0.25wt.％加入到5W-30SN发动机油中，机械搅拌20分钟后超声15分钟，得到分散体。采用SRV对油品的减摩性能进行评价，结果参阅附图2。测试条件：载荷200N，振幅1mm，温度50℃，时间30min。参阅附图3，当实施例1所得的产物添加量为0.25wt.％时，能够明显改善发动机油的减摩性能。
本发明提供的新型多壁碳纳米管接有长链硫氮杂环结构，作为纳米减摩剂，可均匀分散于润滑油或发动机油中，具有良好的减摩性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂，其特征在于，该多壁碳纳米管的化学结构式如式(1)所示。
Figure FDA0002691926390000011
2.根据权利要求1所述的一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂，其特征在于，所述多壁碳纳米管纳米减摩剂的制备方法如下：
(1)将2-胺基-5-巯基-1，3，4-噻二唑、丙烯酸异辛酯和甲醇加入到100mL三口烧瓶中，磁力搅拌并加入三乙胺作为催化剂，在70℃回流反应5～8h自然冷却至室温，采用旋蒸脱除甲醇和催化剂得到黄色粉末产物A；
(2)将碳纳米管和氯化亚砜加入到50mL三口烧瓶中，氮气保护，50～60℃下磁力搅拌8～10h后冷却至室温，旋蒸脱除氯化亚砜后得到产物B；
(3)将步骤(1)得到的产物A、步骤(2)得到的产物B和有机溶剂加入到三口烧瓶中，110℃下反应12h，反应结束后在室温条件下进行过滤收集到粗产物，用20g无水乙醇冲洗三次后放入鼓风干燥箱内，60～100℃干燥1～6h。
3.根据权利要求2所述的一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂，其特征在于，所述2-胺基-5-巯基-1，3，4-噻二唑与所述丙烯酸异辛酯的摩尔比为1:1～1.2083。
4.根据权利要求3所述的一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂，其特征在于，所述碳纳米管和所述氯化亚砜的质量比为2:15～20。
5.如权利要求1或2所述的一种多壁碳纳米管类纳米减摩剂的应用，其特征在于，所述多壁碳纳米管类纳米减摩剂用于润滑油或发动机油，添加量为0.1wt.％-0.25wt.％。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述多壁碳纳米管类纳米减摩剂的添加量为0.25wt.％。
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CN112080329B (zh) 2021-07-23

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