CN115873647B - 提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法及提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法 - Google Patents
提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法及提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115873647B CN115873647B CN202111156243.0A CN202111156243A CN115873647B CN 115873647 B CN115873647 B CN 115873647B CN 202111156243 A CN202111156243 A CN 202111156243A CN 115873647 B CN115873647 B CN 115873647B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- base oil
- oil
- block
- telechelic polymer
- oleogel
- 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
Links
- 239000002199 base oil Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 229920006250 telechelic polymer Polymers 0.000 claims abstract description 49
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 20
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 10
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 28
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 claims description 28
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 claims description 17
- 229920002818 (Hydroxyethyl)methacrylate Polymers 0.000 claims description 12
- WOBHKFSMXKNTIM-UHFFFAOYSA-N Hydroxyethyl methacrylate Chemical group CC(=C)C(=O)OCCO WOBHKFSMXKNTIM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- -1 alkyl methacrylate Chemical compound 0.000 claims description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 3
- 229920013639 polyalphaolefin Polymers 0.000 claims description 3
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 claims description 2
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 claims description 2
- QRIMLDXJAPZHJE-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydroxypropyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCC(O)CO QRIMLDXJAPZHJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 29
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 28
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 25
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 19
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 12
- HMZGPNHSPWNGEP-UHFFFAOYSA-N octadecyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCOC(=O)C(C)=C HMZGPNHSPWNGEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910021589 Copper(I) bromide Inorganic materials 0.000 description 11
- NKNDPYCGAZPOFS-UHFFFAOYSA-M copper(i) bromide Chemical compound Br[Cu] NKNDPYCGAZPOFS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 11
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 11
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 238000010560 atom transfer radical polymerization reaction Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 8
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- AYORTOFSIKLNIK-UHFFFAOYSA-N 1-n-[2-(dimethylamino)ethyl]-2-n,2-n-dimethylpropane-1,2-diamine Chemical compound CN(C)C(C)CNCCN(C)C AYORTOFSIKLNIK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XXSPGBOGLXKMDU-UHFFFAOYSA-N 2-bromo-2-methylpropanoic acid Chemical compound CC(C)(Br)C(O)=O XXSPGBOGLXKMDU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 6
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 6
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 5
- 208000032544 Cicatrix Diseases 0.000 description 3
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 3
- 230000037387 scars Effects 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 125000005907 alkyl ester group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- ODWXUNBKCRECNW-UHFFFAOYSA-M bromocopper(1+) Chemical compound Br[Cu+] ODWXUNBKCRECNW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003879 lubricant additive Substances 0.000 description 1
- 230000003211 malignant effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 235000014593 oils and fats Nutrition 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Abstract
本发明提供提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法及提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法。将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中,通过羟基基团之间发生氢键相互作用而形成油凝胶,其中遥爪型聚合物与二维纳米材料之间也发生氢键相互作用;所述遥爪型聚合物是两端基含羟基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯,记作HmS2nHm,其中H嵌段是含羟基单体,S嵌段是油溶性的聚甲基丙烯酸长链烷基酯,2n是S嵌段的聚合度,m是H嵌段的聚合度。该方法简单易操作,具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于超分子化学技术领域,具体涉及一种提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法及提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法。
背景技术
摩擦磨损普遍存在于机械系统中,不可避免地会导致机械的损坏和大量的能源浪费。据统计,全世界由于摩擦消耗的能源约占总能源的30%~50%,80%的机器零部件失效是由于磨损引起的,并且50%以上的恶劣的机械设备事故源于润滑失效所造成的过度磨损。因此,制备高性能润滑材料对提高机械设备工作效率、延长机械使用寿命,减少恶性事故的发生,及解决人类社会面临的能源问题具有重大意义。
二维(2D)纳米材料因其独特的原子结构,良好的物理和化学稳定性以及出色的机械和热性能而被用作润滑添加剂。典型的例子包括氮化硼(BN)、氧化石墨烯(GO)和硫化钼(MoS2)等。与传统的有机或有机金属润滑剂添加剂相比,它们表现出更优越的化学或热机械稳定性,这将导致更少的有害排放和更低的毒性。然而,纳米材料的实际摩擦学应用要求其均匀分散在具有长期胶体稳定性的基础油中。为此,采用在纳米材料的表面进行功能化修饰,如纳米颗粒表面接枝油溶性大分子或使用大分子对其进行包覆修饰。这种方法尽管开发广泛,但在基础油中表现出长期胶体稳定性的例子并不多见。这可能是由于在溶液中,单束缚的头基很容易从纳米颗粒表面上脱离。
发明内容
针对上述技术现状,本发明旨在提高二维纳米材料在基础油中的分散稳定性。
为了实现上述技术目的,本发明人经过长期大量实验探索发现,在基础油中添加二维纳米材的同时添加遥爪型聚合物,通过氢键相互作用形成油凝胶,从而能够提高纳米材料在基础油中的分散稳定性。
即,本发明提供的技术方案是:一种提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法;其特征是:将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中,通过氢键相互作用形成油凝胶;
所述遥爪型聚合物是两端基含羟基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯,记作HmS2nHm,其中H嵌段是含羟基单体,S嵌段是油溶性的聚甲基丙烯酸长链烷基酯,m是H嵌段的聚合度,2n是S嵌段的聚合度。
所述二维纳米材料不限,包括氮化硼(BN)、氧化石墨烯(GO)、类石墨相氮化碳(g-C3N4)等。
所述基础油不限,包括矿物基础油、合成基础油以及植物油基础油。矿油基础油由原油提炼而成。合成基础油是指由通过化学方法合成的基础油,例如聚α-烯烃等。植物油是从植物的果实、种子、胚芽等中得到的油脂。
m为整数,取值不限。作为优选,m选自5至10中的整数,包含整数5与10。
2n为整数,取值不限。作为优选,2n选自10至500中的整数,包含整数10与500;作为进一步优选,2n选自10至100中的整数,包含整数10与100。
作为优选,H嵌段是甲基丙烯酸羟乙酯或者2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙酯。
所述遥爪聚合物的制备方法不限,包括利用聚甲基丙烯酸长链烷基酯双功能化的大分子引发剂,通过可控ATRP聚合得到双端羟基功能化的遥爪聚合物;该制备方法包括如下步骤:
(1)基于双功能引发剂合成双功能的聚甲基丙烯酸长链烷基酯;
(2)利用双功能的聚甲基丙烯酸长链烷基酯作为大分子ATRP引发剂合成所述遥爪型聚合物。
本发明人还发现,将遥爪型聚合物分散在基础油中,通过氢键相互作用形成超分子油凝胶具有良好的润滑性能与抗磨损性能。当分散于基础油PAO-10时,该油凝胶在载荷为200N、频率为25Hz、振幅为1mm的摩擦条件下的摩擦系数小于0.13,因此可作为润滑油应用,其中所述遥爪型聚合物是两端基羟基功能化的聚甲基丙烯酸长链烷基酯。
另外,本发明人发现,在该润滑油形成过程中添加二维纳米材料能够进一步提高该润滑油的润滑性能与抗磨损性能,当分散于基础油PAO-10时,该油凝胶在载荷为200N、频率为25Hz、振幅为1mm的摩擦条件下的摩擦系数小于0.12,其承载能力大于900N。
即,本发明提供的另一个技术方案是:一种提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法,其特征是:所述润滑油是将遥爪型聚合物分散在基础油中,通过氢键相互作用形成的油凝胶;
所述遥爪型聚合物是两端基含羟基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯,记作HmS2nHm,其中H嵌段是含羟基单体,S嵌段是油溶性聚甲基丙烯酸长链烷基酯,m是H嵌段的聚合度,2n是S嵌段的聚合度;
将遥爪型聚合物分散在基础油中时添加二维纳米材料,所述遥爪型聚合物与二维纳米材料之间发生氢键相互作用。
作为优选,H嵌段是甲基丙烯酸羟乙酯或者2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙酯。
本发明将聚甲基丙烯酸长链烷基酯两端通过羟基功能化的遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中,具有如下有益效果:
(1)所述遥爪型聚合物提高了二维纳米材料在基础油中的分散均匀性与稳定性,具体如下:
(1-1)所述遥爪型聚合物由一个可溶的中心链和两个不可溶的功能化端基链组成,它们倾向于自组装成完全交联的、花状胶束(凝胶)网络,其中相邻的花状胶束被可溶性中心链桥接。一方面可以显著缓解基础油普遍存在的渗漏和蠕动,另一方面二维纳米材料可以被均匀地分布在凝胶的三维网络中,具有长期稳定性。
(1-2)甲基丙烯酸羟乙酯的羟基与二维纳米材料之间具有强氢键相互作用,其与二维纳米材料的氢键作用能力强于单一功能化的烷基链;
(2)实验证实,将该遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中形成的超分子油凝胶具有良好的长期稳定性,在20℃条件下,该油凝胶保存一年时间也未显示出任何可见的流动性。
(3)实验证实,与基础油相比,将所述遥爪型聚合物分散在基础油中,通过氢键相互作用形成的油凝胶,以及将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中形成的油凝胶具有更加优良的润滑性能,因此可作为减摩抗磨类润滑油而应用于机械系统中;与所述遥爪型聚合物分散在基础油中,通过氢键相互作用形成的油凝胶相比,将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中形成的油凝胶,润滑性能更佳,载荷更高,磨损体积更小,表面的磨损疤痕更小。
附图说明
图1是本发明实施例1-3中聚合物的合成路线图。
图2是本发明实施例1中聚合物的核磁共振氢谱图。
图3是本发明实施例2中聚合物的核磁共振氢谱图。
图4是本发明实施例3中聚合物的核磁共振氢谱图。
图5是本发明实施例1-3中聚合物的凝胶渗透色谱图。
图6是本发明实施例4-6中超分子动态油凝胶的形成示意图。
图7是对比实施例中的混合液以及本发明实施例5、8、11、14中的超分子动态油凝胶的倒置外观图。
图8是本发明实施例4-9中的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品的摩擦系数测试结果图。
图9是本发明实施例4、7中的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品的承载摩擦学测试图。
图10是本发明实施例5、8中的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品的承载摩擦学测试图。
图11是本发明实施例6、9中的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品的承载摩擦学测试图。
图12是本发明实施例4-9中超分子动态油凝胶的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品在相同的摩擦力条件下的磨痕体积测试图。
图13是本发明实施例10-12中超分子动态油凝胶以及PAO-10基础油样品的摩擦系数测试结果图。
图14是本发明实施例10-12中超分子动态油凝胶的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品在相同的摩擦力条件下的磨痕体积测试图。
图15是本发明实施例13-15中超分子动态油凝胶以及PAO-10基础油样品的摩擦系数测试结果图。
图16是本发明实施例13-15中超分子动态油凝胶的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品在相同的摩擦力条件下的磨痕体积测试图。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述,需要指出的是,以下所述实施例旨在便于对本发明的理解,而对其不起任何限定作用。
对比实施例:
本实施例是下述实施例的对比实施例。
本实施例中,将纳米颗粒GO均匀分散在聚α-烯烃-10(PAO-10)基础油中,在20℃条件下静置一定时间,然后进行倒置实验,结果如图7中最左侧所示,在倒置过程中混合液即发生流动,并且由于纳米颗粒已经发生沉淀,在倒置过程中可见沉积在瓶底的纳米颗粒。
实施例1:
本实施例中,遥爪聚合物结构如下所示:
其中,m=6,n=30,是以聚甲基丙烯酸十八烷基酯两端功能化甲基丙烯酸羟乙酯形成的遥爪型聚合物H6S30H6。
该聚合物的制备方法如图1所示,利用双功能引发剂二(2-溴异丁酸)-1,4-苯基二酯,通过原子转移自由基聚合(ATRP),合成双功能的聚甲基丙烯酸十八烷基酯S30,然后通过大分子引发剂S30合成两端功能化的遥爪聚合物H6S30H6,具体包括如下步骤:
(1)大分子引发剂S30的合成:
首先,将Schlenk烧瓶用真空泵抽至真空,然后通氩气,循环三次。然后,将双功能引发剂,二(2-溴异丁酸)-1,4-苯基二酯(160mg,1.23mmol)、和甲基丙烯酸十八酯(4g,11.8mmol)溶解在6g甲苯和N,N,N',N',N”-五甲基二亚乙基三胺(330μL,0.79mmol)混合物中,将混合溶液加入瓶中。紧接着,在氩气气氛下快速添加溴化亚铜(68mg,0.47mmol)。通过三次冷冻-真空-融化循环,除去反应体系的氧气。然后将反应混合物在预热至70℃的油浴中搅拌反应2小时。反应结束后,将圆底烧瓶置于冰水中,并将反应敞开在空气中以终止反应。通过中性氧化铝柱以除去溴化亚铜后,收集淋洗液,旋转蒸发浓缩溶液约至5mL。滴加入200mL冷丙酮中沉淀。这一沉淀过程重复操作三次,可完全除去甲基丙烯酸十八酯单体,从而纯化聚合物。将所得固体在室温下减压干燥12小时(产率:3.0g,75%)。
(2)H6S30H6的合成:
将Schlenk烧瓶用真空泵抽至真空,然后通氩气,循环三次。将大分子引发剂S30(500mg)溶于10mL THF,然后加入甲基丙烯酸羟乙酯(0.192g,1.47mmol)N,N,N',N',N”-五甲基二亚乙基三胺(40.0μL,0.20mmol),将混合溶液迅速加入反应烧瓶中。在氩气气氛下,进一步添加溴化亚铜(20mg,0.14mmol)。通过三次冷冻-真空-融化循环,除去反应体系的氧气。然后将反应混合物在65℃下,反应10小时。反应结束后,将圆底烧瓶置于冰水中,并将反应敞开在空气中以终止反应。通过中性氧化铝柱以除去溴化亚铜后,收集淋洗液,旋转蒸发浓缩溶液约至5mL,滴加入200mL冷丙酮中沉降,纯化聚合物。将所得固体在室温下减压干燥12小时,产率:513mg,74%。
该样品的核磁共振氢谱图如图2所示,证实该H6S30H6固体样品的成功合成,并且计算出H6S30H6固体样品的分子量是10200g/mol。
该样品的凝胶渗透色谱如图5的a图所示,证实该样品的分子量变大,计算得到H6S30H6固体样品的多分散指数是1.15。
实施例2:
本实施例中,聚合物结构与实施例1中的结构相同,其中,m=6,2n=50,是以聚甲基丙烯酸十八烷基酯两端功能化甲基丙烯酸羟乙酯形成的遥爪型聚合物H6S50H6。
该聚合物的制备方法如图1所示,利用双功能引发剂二(2-溴异丁酸)-1,4-苯基二酯,通过原子转移自由基聚合(ATRP),合成双功能的聚甲基丙烯酸十八烷基酯S50,然后通过大分子引发剂S50合成两端功能化的遥爪聚合物H6S50H6。具体包括如下步骤:
(1)大分子引发剂S50的合成:
首先,将Schlenk烧瓶用真空泵抽至真空,然后通氩气,循环三次。然后,将双功能引发剂,二(2-溴异丁酸)-1,4-苯基二酯(95mg,0.236mmol)、和甲基丙烯酸十八酯(4g,11.8mmol)溶解在6g甲苯和N,N,N',N',N”-五甲基二亚乙基三胺(100μL,0.47mmol)混合物中,将混合溶液加入瓶中。紧接着,在氩气气氛下快速添加溴化亚铜(41mg,0.28mmol)。通过三次冷冻-真空-融化循环,除去反应体系的氧气。然后将反应混合物在预热至70℃的油浴中搅拌反应2小时。反应结束后,将圆底烧瓶置于冰水中,并将反应敞开在空气中以终止反应。通过中性氧化铝柱以除去溴化亚铜后,收集淋洗液,旋转蒸发浓缩溶液约至5mL。滴加入200mL冷丙酮中沉淀。这一沉淀过程重复操作三次,可完全除去甲基丙烯酸十八酯单体,从而纯化聚合物。将所得固体在室温下减压干燥12小时(产率:3.2g,81%)。
(2)H6S50H6的合成:
将Schlenk烧瓶用真空泵抽至真空,然后通氩气,循环三次。将大分子引发剂S50(500mg)溶于10mL THF,然后加入甲基丙烯酸羟乙酯(0.115g,0.886mmol)N,N,N',N',N”-五甲基二亚乙基三胺(40.0μL,0.20mmol),将混合溶液迅速加入反应烧瓶中。在氩气气氛下,进一步添加溴化亚铜(20mg,0.14mmol)。通过三次冷冻-真空-融化循环,除去反应体系的氧气。然后将反应混合物在65℃下,反应10小时。反应结束后,将圆底烧瓶置于冰水中,并将反应敞开在空气中以终止反应。通过中性氧化铝柱以除去溴化亚铜后,收集淋洗液,旋转蒸发浓缩溶液约至5mL,滴加入200mL冷丙酮中沉降,纯化聚合物。将所得固体在室温下减压干燥12小时,产率:504mg,82%。
该样品的核磁共振氢谱图如图3所示,证实该H6S50H6固体样品的成功合成,并且计算出H6S50H6固体样品的分子量分别是16900g/mol。
该样品的凝胶渗透色谱如图5的b图所示,证实该样品的分子量变大,计算得到H6S50H6固体样品的多分散指数是1.14。
实施例3:
本实施例中,聚合物结构与实施例1中的结构相同,其中,m=6,2n=70,是以聚甲基丙烯酸十八烷基酯两端功能化甲基丙烯酸羟乙酯形成的遥爪型聚合物H6S70H6。
该聚合物的制备方法如图1所示,利用双功能引发剂二(2-溴异丁酸)-1,4-苯基二酯,通过原子转移自由基聚合(ATRP),合成双功能的聚甲基丙烯酸十八烷基酯S70,然后通过大分子引发剂S70合成两端功能化的遥爪聚合物H6S70H6。具体包括如下步骤:
(1)大分子引发剂S70的合成:
首先,将Schlenk烧瓶用真空泵抽至真空,然后通氩气,循环三次。然后,将双功能引发剂,二(2-溴异丁酸)-1,4-苯基二酯(68mg,0.168mmol)、和甲基丙烯酸十八酯(4g,11.8mmol)溶解在6g甲苯和N,N,N',N',N”-五甲基二亚乙基三胺(70μL,0.34mmol)混合物中,将混合溶液加入瓶中。紧接着,在氩气气氛下快速添加溴化亚铜(28mg,0.20mmol)。通过三次冷冻-真空-融化循环,除去反应体系的氧气。然后将反应混合物在预热至70℃的油浴中搅拌反应2小时。反应结束后,将圆底烧瓶置于冰水中,并将反应敞开在空气中以终止反应。通过中性氧化铝柱以除去溴化亚铜后,收集淋洗液,旋转蒸发浓缩溶液约至5mL。滴加入200mL冷丙酮中沉淀。这一沉淀过程重复操作三次,可完全除去甲基丙烯酸十八酯单体,从而纯化聚合物。将所得固体在室温下减压干燥12小时(产率:3.1g,78%)。
(2)H6S70H6的合成:
将Schlenk烧瓶用真空泵抽至真空,然后通氩气,循环三次。将大分子引发剂S50(500mg)溶于10mL THF,然后加入甲基丙烯酸羟乙酯(0.0823g,0.633mmol)N,N,N',N',N”-五甲基二亚乙基三胺(40.0μL,0.20mmol),将混合溶液迅速加入反应烧瓶中。在氩气气氛下,进一步添加溴化亚铜(20mg,0.14mmol)。通过三次冷冻-真空-融化循环,除去反应体系的氧气。然后将反应混合物在65℃下,反应10小时。反应结束后,将圆底烧瓶置于冰水中,并将反应敞开在空气中以终止反应。通过中性氧化铝柱以除去溴化亚铜后,收集淋洗液,旋转蒸发浓缩溶液约至5mL,滴加入200mL冷丙酮中沉降,纯化聚合物。将所得固体在室温下减压干燥12小时,产率:436mg,75%。
该样品的核磁共振氢谱图如图4所示,证实该H6S70H6固体样品的成功合成,并且计算出H6S70H6固体样品的分子量分别是23700g/mol。
该样品的凝胶渗透色谱如图5的c图所示,证实该样品的分子量变大,计算得到H6S70H6固体样品的多分散指数是1.15。
实施例4-6:
本实施例中,动态油凝胶形成如图6图所示,该油凝胶是将遥爪型聚合物固体样品分散在基础油中,发生氢键相互作用,得到所述超分子油凝胶。
该油凝胶的制备方法如下:
将实施例1-3中的遥爪型聚合物H6S30H6、H6S50H6、H6S70H6固体样品分别分散在聚α-烯烃-10(PAO-10))基础油中,遥爪型聚合物的浓度为6.0wt%,对基础油溶液进行加热或超声处理,在20℃下,羟基基团之间发生氢键相互作用,形成油凝胶H6S30H6、H6S50H6、H6S70H6。这些油凝胶外观显示呈凝胶状,无流动性,倒置实验表明在20℃条件下保存一年未显示出任何可见的流动性,具有良好的稳定性。作为示例,图7中显示了实施例2中的油凝胶H6S50H6的倒置实验结果,实施例1和3中的油凝胶的倒置实验结果与其相似。
实施例7-9:
本实施例中,将实施例1-3中的遥爪型聚合物固体样品与BN分散在聚α-烯烃-10(PAO-10)基础油中,发生氢键作用,得到超分子油凝胶。具体方法如下:
将遥爪型聚合物H6S30H6、H6S50H6、H6S70H6固体样品中的一种,以及BN分散在聚α-烯烃-10(PAO-10)基础油中,遥爪型聚合物的浓度为6.0wt%,BN的浓度为1.2wt%,对基础油溶液进行加热或超声处理,在20℃下,形成了油凝胶BN@H6S30H6、BN@H6S50H6、BN@H6S70H6。
这些油凝胶外观显示呈凝胶状,无流动性,倒置实验表明在20℃条件下保存一年未显示出任何可见的流动性,具有良好的稳定性。作为示例,图7中显示了实施例8中的油凝胶BN@H6S50H6的倒置实验结果,实施例7和9中的油凝胶的倒置实验结果与其相似。
实施例4-9中的油凝胶以及PAO-10基础油样品进行SRV-IV振动往复摩擦试验,试验条件是:载荷为200N,频率为25Hz,振幅为1mm,周期为30min,温度为20℃。测试结果如图8所示,显示与PAO-10基础油相比,实施例4-9中的油凝胶的摩擦系数均减小,约为0.128,下降约49%,说明在PAO-10基础油中加入遥爪型聚合物H6S30H6、H6S50H6、H6S70H6能够大大改善其润滑性能,因此实施例4-9中的油凝胶可作为润滑油应用。
并且,实施例4、7中的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品的承载摩擦学测试如图9所示,显示油凝胶BN@H6S30H6在承载900N时失去润滑效果,油凝胶H6S30H6在承载350N时失去润滑效果,PAO-10基础油在承载300N时失去润滑效果,可以看出与PAO-10基础油相比,油凝胶H6S30H6与BN@H6S30H6具有更好的承载能力;与油凝胶H6S30H6相比,油凝胶BN@H6S30H6具有更好的承载能力。
实施例5、8中的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品的承载摩擦学测试如图10所示,显示油凝胶BN@H6S50H6在承载800N时失去润滑效果,油凝胶H6S50H6在承载400N时失去润滑效果,PAO-10基础油在承载300N时失去润滑效果,可以看出与PAO-10基础油相比,油凝胶H6S50H6与BN@H6S50H6具有更好的承载能力;与油凝胶H6S50H6相比,油凝胶BN@H6S50H6具有更好的承载能力。
实施例6、9中的油凝胶样品以及PAO-10基础油样品的承载摩擦学测试如图11所示,显示油凝胶BN@H6S70H6在承载750N时失去润滑效果,油凝胶H6S70H6在承载400N时失去润滑效果,PAO-10基础油在承载300N时失去润滑效果,可以看出与PAO-10基础油相比,油凝胶H6S70H6与BN@H6S70H6具有更好的承载能力;与油凝胶H6S70H6相比,油凝胶BN@H6S70H6具有更好的承载能力。
对实施例4-9中的油凝胶以及PAO-10基础油样品进行SRV-IV振动往复摩擦试验,在相同条件下磨损体积以及与PAO-10基础油相比的下降结果如图12所示:
结果表明,在相同条件下,与PAO-10基础油相比,实施例4-9中的油凝胶的磨损体积大幅度减小,高达98%,磨损表面的磨损疤痕大幅度减小;
与油凝胶H6S30H6相比,油凝胶BN@H6S30H6的磨损体积减小,表现出较小的磨损疤痕,抗磨性能提高;
与油凝胶H6S50H6相比,油凝胶BN@H6S50H6的磨损体积减小,表现出较小的磨损疤痕,抗磨性能提高;
与油凝胶H6S70H6相比,油凝胶BN@H6S70H6的磨损体积减小,表现出较小的磨损疤痕,抗磨性能提高;
因此,实施例7-9中的油凝胶可作为润滑油应用,其润滑性能与抗磨损性能优于实施例4-6中的油凝胶。
实施例10-12:
本实施例中,将实施例1-3中的遥爪型聚合物H6S30H6、H6S50H6、H6S70H6固体样品中的一种,以及GO纳米材料中的一种分散在聚α-烯烃-10(PAO-10)基础油中,如图所示,得到超分子油凝胶。
这些油凝胶外观显示呈凝胶状,无流动性,倒置实验表明在20℃条件下保存一年未显示出任何可见的流动性,具有良好的稳定性。作为示例,图7中显示了实施例11中的油凝胶GO@H6S50H6的倒置实验结果,实施例10、12中的油凝胶的倒置实验结果与其相似。
实施例4-6、实施例10-12中的油凝胶以及PAO-10基础油样品进行SRV-IV振动往复摩擦学试验,试验条件是:载荷为200N,频率为25Hz,振幅为1mm,周期为30min,温度为20℃。试验结果如图13所示,显示与PAO-10基础油相比,实施例4-6、10-12中的油凝胶的摩擦系数均减小,例如,H6S30H6的摩擦系数为0.131,GO@H6S30H6的摩擦系数为0.118,说明在PAO-10基础油中加入遥爪型聚合物H6S30H6、H6S50H6、H6S70H6能够大大改善其润滑性能,此外,同时加入聚合物和GO能够更进一步改善其润滑性能。进一步,如图14所示,与实施例4-6中的油凝胶相比,在相同的磨损测试条件下,实施例10-12中复合油凝胶GO@H6S30H6,GO@H6S50H6,GO@H6S70H6的磨损体积降低,抗磨能力提高。
实施例13-15:
本实施例中,将实施例1-3中的遥爪型聚合物H6S30H6、H6S50H6、H6S70H6固体样品中的一种,以及g-C3N4纳米颗粒中的一种分散在聚α-烯烃-10(PAO-10)基础油中,如图所示,得到超分子油凝胶。
这些油凝胶外观显示呈凝胶状,无流动性,倒置实验表明在20℃条件下保存一年未显示出任何可见的流动性,具有良好的稳定性。作为示例,图7中显示了实施例14中的油凝胶g-C3N4@H6S50H6的倒置实验结果,实施例13、15中的油凝胶的倒置实验结果与其相似。
实施例4-6、实施例13-15中的油凝胶以及PAO-10基础油样品进行SRV-IV振动往复摩擦学试验,试验条件是:载荷为200N,频率为25Hz,振幅为1mm,周期为30min,温度为20℃。试验结果如图15所示,显示与PAO-10基础油相比,实施例4-6、13-15中的油凝胶的摩擦系数均减小,例如,H6S50H6的摩擦系数为0.128,g-C3N4@H6S50H6的摩擦系数为0.116,说明在PAO-10基础油中加入遥爪型聚合物H6S30H6、H6S50H6、H6S70H6能够大大改善其润滑性能,此外,同时加入聚合物和g-C3N4能够更进一步的改善其润滑性能。进一步,如图16所示,与实施例4-6中的油凝胶相比,在相同的磨损测试条件下,实施例13-15中复合油凝胶g-C3N4@H6S30H6,g-C3N4@H6S50H6,g-C3N4@H6S70H6的磨损体积降低,抗磨能力提高。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明,应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (21)
1.一种提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法,其特征是:将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中,通过羟基基团之间发生氢键相互作用形成油凝胶,其中所述遥爪型聚合物与二维纳米材料之间也发生氢键相互作用;
所述遥爪型聚合物是两端基含羟基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯,记作H m S2n H m ,其中H嵌段是含羟基单体,S嵌段是油溶性的聚甲基丙烯酸长链烷基酯,m是H嵌段的聚合度,2n是S嵌段的聚合度。
2.如权利要求1所述的方法,其特征是:m选自5至10中的整数,包含整数5与10。
3.如权利要求1所述的方法,其特征是:2n选自10至500中的整数,包含整数10与500。
4.如权利要求3所述的方法,其特征是:2n选自10至100中的整数,包含整数10与100。
5.如权利要求1所述的方法,其特征是:所述二维纳米材料包括氮化硼、氧化石墨烯、类石墨烯氮化碳中的一种或者几种。
6.如权利要求1所述的方法,其特征是:H嵌段是甲基丙烯酸羟乙酯或者2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙酯。
7.如权利要求1所述的方法,其特征是:所述基础油包括矿物基础油、合成基础油以及植物油基础油。
8.如权利要求7所述的方法,其特征是:所述合成基础油包括聚α-烯烃。
9.如权利要求7所述的方法,其特征是:所述基础油是PAO-10。
10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的方法,其特征是:在20°C条件下,所述油凝胶保存一年时间未显示出可见的流动性。
11.如权利要求1至9中任一权利要求所述的方法,其特征是:当基础油为PAO-10时,所述油凝胶在载荷为200N、频率为25Hz、振幅为1 mm的摩擦条件下的摩擦系数小于0.12。
12.如权利要求1至9中任一权利要求所述的方法,其特征是:所述油凝胶的承载能力大于900N。
13.一种提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法,其特征是:所述润滑油是将遥爪型聚合物分散在基础油中,通过羟基基团之间发生氢键相互作用形成的油凝胶;
所述遥爪型聚合物是两端基含羟基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯,记作H m S2n H m ,其中H嵌段是含羟基单体,S嵌段是油溶性的聚甲基丙烯酸长链烷基酯,2n是S嵌段的聚合度,m是H嵌段的聚合度;
将所述遥爪型聚合物分散在基础油中时添加二维纳米材料,所述遥爪型聚合物与二维纳米材料之间发生氢键相互作用。
14.如权利要求13所述的方法,其特征是:所述二维纳米材料包括氮化硼、氧化石墨烯、类石墨相氮化碳中的一种或者几种。
15.如权利要求13所述的方法,其特征是:H嵌段是甲基丙烯酸羟乙酯或者2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙酯。
16.如权利要求13所述的方法,其特征是:m选自5至10中的整数,包含整数5与10。
17.如权利要求13所述的方法,其特征是:2n选自10至500中的整数,包含整数10与500。
18.如权利要求17所述的方法,其特征是:2n选自10至100中的整数,包含整数10与100。
19.如权利要求13所述的方法,其特征是:所述基础油包括矿物基础油、合成基础油以及植物油基础。
20.如权利要求19所述的方法,其特征是:所述合成基础油包括聚α-烯烃。
21.如权利要求19所述的方法,其特征是:所述基础油是PAO-10。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111156243.0A CN115873647B (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法及提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111156243.0A CN115873647B (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法及提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115873647A CN115873647A (zh) | 2023-03-31 |
CN115873647B true CN115873647B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=85756522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111156243.0A Active CN115873647B (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法及提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115873647B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1247198A (zh) * | 1998-09-09 | 2000-03-15 | 南京大学 | 遥爪羧基聚合物及其制备方法与用途 |
WO2004011525A1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-05 | University Of Connecticut | Nonionic telechelic polymers incorporating polyhedral oligosilsesquioxane (poss) and uses thereof |
EP1388561A2 (en) * | 2002-08-10 | 2004-02-11 | Korea Institute of Science and Technology | Nano-sized metals or metal salts stabilized by using chain-end functionalized polymers and their synthetic methods |
WO2007068102A2 (en) * | 2005-12-12 | 2007-06-21 | Queen's University At Kingston | Oil dispersible polymer nanoparticles |
CN109843971A (zh) * | 2016-06-24 | 2019-06-04 | 阿科玛法国公司 | 包含可生物降解的聚酯嵌段的纳米结构化的嵌段共聚物膜 |
-
2021
- 2021-09-29 CN CN202111156243.0A patent/CN115873647B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1247198A (zh) * | 1998-09-09 | 2000-03-15 | 南京大学 | 遥爪羧基聚合物及其制备方法与用途 |
WO2004011525A1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-05 | University Of Connecticut | Nonionic telechelic polymers incorporating polyhedral oligosilsesquioxane (poss) and uses thereof |
EP1388561A2 (en) * | 2002-08-10 | 2004-02-11 | Korea Institute of Science and Technology | Nano-sized metals or metal salts stabilized by using chain-end functionalized polymers and their synthetic methods |
WO2007068102A2 (en) * | 2005-12-12 | 2007-06-21 | Queen's University At Kingston | Oil dispersible polymer nanoparticles |
CN109843971A (zh) * | 2016-06-24 | 2019-06-04 | 阿科玛法国公司 | 包含可生物降解的聚酯嵌段的纳米结构化的嵌段共聚物膜 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
可控活性聚合制备遥爪聚合物的研究进展;凌新龙, 邹黎明, 徐速, 魏益哲;天津工业大学学报;第32卷(第02期);23-30+38 * |
氢键型超分子聚合物;裴强;丁爱祥;杨明丽;徐果;徐文豪;;化工进展(01);239-255 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115873647A (zh) | 2023-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pei et al. | Synthesis of water-soluble carbon nanotubes via surface initiated redox polymerization and their tribological properties as water-based lubricant additive | |
CN105602649B (zh) | 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 | |
CN109929273B (zh) | 一种改性氧化石墨烯的制备及其应用 | |
US20080249229A1 (en) | Diamond polymer brushes | |
CN111944585B (zh) | 亲油型碳量子点基纳米润滑油添加剂及其制备方法 | |
Gong et al. | Tribological properties of polymeric aryl phosphates grafted onto multi-walled carbon nanotubes as high-performances lubricant additive | |
CN115873647B (zh) | 提高二维纳米材料在基础油中分散稳定性的方法及提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法 | |
CN110964593B (zh) | 一种聚合诱导自组装油凝胶及其制备方法和应用 | |
CN115873650B (zh) | 两端羟基功能化遥爪型聚合物超分子油凝胶及其作为润滑油的应用 | |
EP0678540B1 (en) | Perfluoralkyleneethertriazine oligomer and process for producing the same | |
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 | |
JP2009235372A5 (zh) | ||
CN111269351B (zh) | 一种二元聚合物柴油降凝剂及其制备方法和应用 | |
Wu et al. | Treelike polymeric phosphate esters grafted onto graphene oxide and its tribological properties in polyalkylene glycol for steel/steel contact at elevated temperature | |
Qian et al. | A new ferrocene/disulfide-containing methacrylate monomer: synthesis, ATRP and nanocomposite | |
Xu et al. | Single-molecular hybrid nano-cylinders: Attaching polyhedral oligomeric silsesquioxane covalently to poly (glycidyl methacrylate) cylindrical brushes | |
CN1886431B (zh) | 新型的多支链高分子 | |
CN115368949B (zh) | 二硫戊烷基超分子油凝胶及其作为润滑油的应用 | |
CN115368950B (zh) | 提高无机纳米颗粒在基础油中分散稳定性的方法及提高润滑油润滑性能与抗磨损性能的方法 | |
CN111303428A (zh) | 一种高温稳定的硅基基础油及其制备方法 | |
CN114605581B (zh) | 一种功能化极性聚烯烃聚合物及其制备方法和应用 | |
CN115612025B (zh) | 一种反应型梳状结构增容剂及其制备方法与应用 | |
CN116023669A (zh) | 一种杂臂超分子星形共聚物、其制备方法与应用 | |
CN114478916B (zh) | 一种n-乙烯基吡咯烷酮-甲基丙烯酸酯无规共聚物及其制备方法 | |
CN111057606B (zh) | 一种黏度指数改进剂及其制备方法、用途 |
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 |