CN115873650B - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于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。将遥爪型聚合物分散在基础油中，或者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；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。该超分子油凝胶具有长期稳定性，良好的润滑性能与抗磨损性能，可作为润滑油应用。
Description
技术领域
本发明属于超分子化学技术领域，具体涉及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。
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BN、GO、和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，导致该表面功能化的纳米颗粒仍然不能满足其基础油的长期胶体稳定性的要求。
发明内容
针对上述技术现状，本发明旨在提供一种基于两端羟基功能化遥爪型聚合物超分子油凝胶，具有长期稳定性，良好的润滑性能与抗磨损性能，可作为润滑油应用。
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，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而形成的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，可作为润滑油应用，其中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。进一步地，本发明人发现，当在该油凝胶的制备过程中添加二维纳米材料，遥爪型聚合物与二维纳米材料之间发生强氢键相互作用，不仅提高了二维纳米材料在基础油中的分散稳定性，而且进一步提高了油凝胶的润滑性能与抗磨损性能。
即，本发明提供一种基于两端羟基功能化遥爪聚合物超分子复合油凝胶，所述油凝胶是将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中，通过羟基基团之间的氢键相互作用而形成，并且遥爪型聚合物与二维纳米材料之间也发生强氢键相互作用；
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，m是H嵌段的聚合度，2n是S嵌段的聚合度。
作为优选，所述H嵌段包含甲基丙烯酸羟乙酯、2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙酯及其他含羟基单体。
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。
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。
本发明发现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分散在基础油中形成的油凝胶具有良好的润滑性能与抗磨损性能，可作为润滑油应用于机械等领域。在此基础上，本发明将该遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中形成油凝胶，具有如下有益效果：
(1)所述遥爪型聚合物提高了无机纳米颗粒在基础油中的分散均匀性与稳定性，具体如下：
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。
(2)实验证实，该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，当基础油为PAO-10时，该油凝胶在载荷为200N、频率为25Hz的摩擦条件下、振幅为1mm的摩擦系数小于0.13。
(4)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，通过羟基基团之间发生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复合油凝胶能够大大改善其润滑性能；与所述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复合油凝胶，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。
因此，本发明的油凝胶可作为减摩抗磨类润滑油而应用于机械系统中。
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中油凝胶样品及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，将二维纳米材料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＝6，2n＝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3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3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3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。
应该强调的是，实施例1-3中的聚合度2n分别选择30、50、70，这些聚合度具有代表性，但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并不限于这三个聚合度。
实施例4-6：
本实施例中，将实施例1-3中的遥爪型聚合物固体样品分别分散在聚α-烯烃-10(PAO-10)基础油中，如图6所示，发生氢键相互作用，得到超分子油凝胶。具体如下：
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1mm1mm，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6所示，通过氢键相互作用，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1mm1mm，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6所示，通过氢键相互作用，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1mm1mm，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 (23)
1.两端羟基功能化遥爪型聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，其特征是：所述超分子油凝胶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而形成；
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所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，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所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，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所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，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所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，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。
6.如权利要求1所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，其特征是：所述合成基础油包括聚α-烯烃。
7.如权利要求5所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，其特征是：所述基础油是PAO-10。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，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1mm的摩擦条件下的摩擦系数小于0.13。
9.如权利要求1至7中任一权利要求所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，其特征是：所述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。
10.如权利要求8所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，其特征是：所述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。
11.一种超分子复合油凝胶，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，通过氢键相互作用而形成，并且所述遥爪型聚合物与二维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，2n是S嵌段的聚合度，m是H嵌段的聚合度。
12.如权利要求11所述的超分子复合油凝胶，其特征是：m选自5至10中的整数，包含整数5与10。
13.如权利要求11所述的超分子复合油凝胶，其特征是：2n选自10至500中的整数，包含整数10与500。
14.如权利要求13所述的超分子复合油凝胶，其特征是：2n选自10至100中的整数，包含整数10与100。
15.如权利要求11所述的超分子复合油凝胶，其特征是：所述二维纳米材料包括氮化硼（BN）、氧化石墨烯（GO）、类石墨相氮化碳（g-C3N4）的一种或者几种。
16.如权利要求11所述的超分子复合油凝胶，其特征是：所述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。
17.如权利要求11所述的超分子复合油凝胶，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。
18.如权利要求17所述的超分子复合油凝胶，其特征是：合成基础油包括聚α-烯烃。
19.如权利要求17所述的超分子复合油凝胶，其特征是：所述基础油是PAO-10。
20.如权利要求11至19中任一权利要求所述的超分子复合油凝胶，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。
21.如权利要求11至19中任一权利要求所述的超分子复合油凝胶，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1mm的摩擦条件下的摩擦系数小于0.13。
22.如权利要求11至19中任一权利要求所述的超分子复合油凝胶，其特征是：所述超分子复合油凝胶的承载能力大于900N。
23.如权利要求11至19中任一权利要求所述的超分子复合油凝胶作为润滑油的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |