CN115491242B - 一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂及其应用，属于润滑剂技术领域。通过将有机磷酸酯、氧化石墨烯与溶剂加入连接有分水器和球形冷凝管的三口瓶中，超声混合分散均匀，加热至150±10℃进行反应，当分水器中灌满液体时，将液体放出，向三口瓶中补加二甲苯和溶剂，反复操作至反应5h以上，反应结束后降温冷却得到悬浊液，固液分离，收集固体干燥后得到一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂。所述粉剂与酯类润滑油具有良好的相容性，且能够与金属基体发生摩擦化学反应起到减磨作用。

Description

一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂及其应用，属于润滑剂技术领域。
背景技术
特定结构的氧化石墨烯不仅对流体润滑剂的减磨效果具有显著的提升作用，且在部分润滑油中可以起到稠化作用。但影响氧化石墨烯性能发挥的主要因素为氧化石墨烯与流体润滑剂的相容性与分散性。如何提升氧化石墨烯在流体润滑剂中的相容性与分散性是影响氧化石墨烯在流体润滑剂中推广应用的重要手段。有机磷酸酯作为一种流体润滑剂常用的极压抗磨添加剂，对改善流体润滑剂的减摩抗磨性能具有重要作用。中国专利申请CN105602649A公开了一种基于氧化石墨烯修饰的纳米添加剂及其在润滑油中的应用，主要采用聚3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷对氧化石墨烯进行第一步修饰，再采用聚合物磷酸酯与氧化石墨烯表面的聚3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷的羟基进行第二步修饰反应，获得聚合物磷酸酯修饰的氧化石墨烯。然而上述制备方法操作复杂，且主要用于聚醚润滑油中，所述磷酸酯修饰的氧化石墨烯并不适用于酯类润滑油。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂及其应用；所述磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂可在酯类润滑油中稳定分散。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂，所述粉剂中有机磷酸酯与氧化石墨烯通过酯基结合，所述粉剂通过以下方法制备得到，方法步骤包括：
将有机磷酸酯、氧化石墨烯与溶剂加入连接有分水器和球形冷凝管的三口瓶中，超声混合分散均匀，加热至150±10℃进行反应，当分水器中灌满液体时，将液体放出，向三口瓶中补加二甲苯和溶剂，反复操作至反应5h以上，反应结束后降温冷却得到悬浊液，固液分离，收集固体干燥后得到一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂；
其中，所述有机磷酸酯为磷酸二丁酯和/或磷酸二辛酯；
所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)；
补加的二甲苯和溶剂的体积与分水器中放出的液体体积相等。
优选的，所述方法步骤还包括：超声分散均匀后，向三口瓶中加入二甲苯，升温至120±10℃，反应5h以上；氧化石墨烯与二甲苯的质量比大于等于5:1。此步操作可出去超声混合过程中生成的水。
优选的，所述氧化石墨烯为单片层结构，片径大于等于10微米。更优选的，所述氧化石墨烯的酸值大于等于330mgKOH/g。
优选的，所述有机磷酸酯和氧化石墨烯的质量比大于等于4:1。
优选的，补加二甲苯和溶剂时，二甲苯和溶剂的质量比为1～2:1。
优选的，固液分离时，将悬浊液加入离心管中，加入两倍体积以上的二甲苯，离心分离，然后再加入二甲苯和DMF的混合溶剂，搅拌混合均匀后，再次离心分离，重复4-5次。更优选的，二甲苯和DMF的体积比为1～2:1。
一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂的应用，所述粉剂作为添加剂用于酯类润滑油中。
优选的，所述酯类润滑油为聚α烯烃(PAO)与酯类基础油配合使用的润滑油体系。
优选的，所述粉剂的添加量为酯类润滑油质量的0.05％～0.3％。
有益效果
本发明提供了一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂，采用有机磷酸酯作为修饰剂实现对氧化石墨烯的表面修饰，得到的粉剂不仅能够起到隔离摩擦表面的作用，还能够与金属基体发生化学反应，提升其附着力，更好的起到减摩抗磨效果。本发明通过一步反应法在氧化石墨烯表面实现了化学键合修饰有机磷酸酯，方法简便，易于操作。
本发明提供了一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂的应用，所述粉剂作为酯类润滑油中重要的极压添加剂，与酯类润滑油具有良好的相容性，且能够与金属基体发生摩擦化学反应起到减磨作用。特别适合重载活动件用PAO与酯类基础油配合使用的润滑油体系添加。
附图说明
图1为实施例1-3中添加有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂的润滑油体系放置3个月后的效果照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
以下实施例中，氧化石墨烯为单片层，片径大于10微米，酸值为330mgKOH/g。
制备得到的粉剂的结构式如下：
Figure BDA0003828133970000041
实施例1
将N,N-二甲基甲酰胺、磷酸二丁酯与氧化石墨烯按照20：5：1的质量比进行混合，装入三口瓶中，超声处理24h。再向三口瓶中加入与占氧化石墨烯质量五分之一的二甲苯，装上机械搅拌、热电偶、分水器与球形冷凝管，升温至120℃，连续反应5h，之后升温至150℃，当分水器中灌满液体时，将液体放出，再向三口瓶中补加入体积比为1:1的二甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，反复操作，连续反应5h，降低温度至室温。将悬浊液转入离心管，并加入两倍体积的二甲苯，在10000转/分钟的转速下离心分离；再次加入体积比为2:1的二甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，搅拌均匀后，再次离心分离，重复操作四次，室温下干燥，得到一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂。
将所述粉剂加入辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油中，所述粉剂添加量为辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油的0.05wt％。所述粉剂在辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油中分散稳定性良好，常温下放置3个月后，如图1左边烧杯所示，未出现显著的团聚、沉降等现象。
在200N，100rpm条件下，添加有所述粉剂的辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油，四球磨斑直径降低了20.4％。
实施例2
将N,N-二甲基甲酰胺、磷酸二丁酯与氧化石墨烯按照20:5:1的质量比进行混合，装入三口瓶中，超声处理24h。再向三口瓶中加入与占氧化石墨烯质量五分之一的二甲苯，装上机械搅拌、热电偶、分水器与球形冷凝管，升温至125℃，连续反应5h，之后升温至145℃，当分水器中灌满液体时，将液体放出，再向三口瓶中补加入体积比为1:1的二甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，反复操作，连续反应5h，降低温度至室温。将悬浊液转入离心管，并加入两倍体积的二甲苯，在10000转/分钟的转速下离心分离；再次加入体积比为2:1的二甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，搅拌均匀后，再次离心分离，重复操作四次，室温下干燥，得到一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂。
将所述粉剂加入辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油中，所述粉剂添加量为辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油的0.1wt％。所述粉剂在辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油中分散稳定性良好，常温下放置3个月后，如图1中间烧杯所示，未出现显著的团聚、沉降等现象。
在200N，100rpm条件下，添加有所述粉剂的辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油，四球磨斑直径降低了20.0％。
实施例3
将N,N-二甲基甲酰胺、磷酸二辛酯与氧化石墨烯按照20:5:1的质量比进行混合，装入三口瓶中，超声处理24h。再向三口瓶中加入与占氧化石墨烯质量五分之一的二甲苯，装上机械搅拌、热电偶、分水器与球形冷凝管，升温至115℃，连续反应5h，之后升温至155℃，当分水器中灌满液体时，将液体放出，再向三口瓶中补加入体积比为1:1的二甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，反复操作，连续反应5h，降低温度至室温。将悬浊液转入离心管，并加入两倍体积的二甲苯，在10000转/分钟的转速下离心分离；再次加入体积比为2:1的二甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，搅拌均匀后，再次离心分离，重复操作四次，室温下干燥，得到一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂。
将所述粉剂加入辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油中，所述粉剂添加量为辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油的0.2wt％。所述粉剂在辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油中分散稳定性良好，常温下放置3个月后，如图1右边烧杯所示，未出现显著的团聚、沉降等现象。
在200N，100rpm条件下，添加有所述粉剂的辛酸酯化氢化聚丁二烯基础油，四球磨斑直径降低了18.7％。
综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂，其特征在于：所述粉剂中有机磷酸酯与氧化石墨烯通过酯基结合，所述粉剂通过以下方法制备得到，方法步骤包括：
将有机磷酸酯、氧化石墨烯与溶剂加入连接有分水器和球形冷凝管的三口瓶中，超声混合分散均匀，加热至150±10℃进行反应，当分水器中灌满液体时，将液体放出，向三口瓶中补加二甲苯和溶剂，反复操作至反应5h以上，反应结束后降温冷却得到悬浊液，固液分离，收集固体干燥后得到一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂；
其中，所述有机磷酸酯为磷酸二丁酯和/或磷酸二辛酯；
所述溶剂为DMF或NMP；
补加的二甲苯和溶剂的体积与分水器中放出的液体体积相等。
2.如权利要求1所述的一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂，其特征在于：所述方法步骤还包括：超声分散均匀后，向三口瓶中加入二甲苯，升温至120±10℃，反应5h以上；氧化石墨烯与二甲苯的质量比大于等于5:1。
3.如权利要求1或2所述的一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂，其特征在于：所述氧化石墨烯为单片层结构，片径大于等于10微米。
4.如权利要求3所述的一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂，其特征在于：所述氧化石墨烯的酸值大于等于330mgKOH/g。
5.如权利要求1或2所述的一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂，其特征在于：所述有机磷酸酯和氧化石墨烯的质量比大于等于4:1。
6.如权利要求1或2所述的一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂，其特征在于：补加二甲苯和溶剂时，二甲苯和溶剂的质量比为1～2:1。
7.如权利要求1或2所述的一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂，其特征在于：固液分离时，将悬浊液加入离心管中，加入两倍体积以上的二甲苯，离心分离，然后再加入二甲苯和DMF的混合溶剂，搅拌混合均匀后，再次离心分离，重复4-5次；二甲苯和DMF的体积比为1～2:1。
8.一种如权利要求1～7任意一项所述的有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂的应用，其特征在于：所述粉剂作为添加剂用于酯类润滑油中。
9.如权利要求8所述的一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂的应用，其特征在于：所述酯类润滑油为PAO与酯类基础油配合使用的润滑油体系。
10.如权利要求9所述的一种有机磷酸酯修饰的氧化石墨烯粉剂的应用，其特征在于：所述粉剂的添加量为酯类润滑油质量的0.05％～0.3％。
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