CN116042286A - 一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法及其应用，涉及润滑添加剂技术领域，以葡萄糖为碳源，采用水热碳化法制备葡萄糖基/氨基酸复合碳球，所制得的葡萄糖基/氨基酸复合碳球能够用作大豆油的极压润滑添加剂。本发明制备工艺简单，以葡萄糖为复合碳球的载体，一方面该添加剂合成过程中可实现无有机溶剂添加，因此环保无污染；另一方面碳球可增大添加剂与摩擦界面的接触面积，提供更多的极压元素位点，提高润滑剂的极压性能。摩擦性能测试表明，与基础油相比，以该方法制备的葡萄糖基/氨基酸复合碳球润滑添加剂具有优异的摩擦性能。

Description

一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及润滑添加剂技术领域，特别是涉及一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法及其应用。
背景技术
摩擦导致的磨损是机械部件失效的主要原因，而润滑是降低摩擦和减少磨损的最有效的措施。因此，润滑剂在世界工业和经济发展进程中起着至关重要的作用。近年来，随着全球高端装备制造业的能力提升迅速以及全社会对环境保护问题的高度重视，人们对润滑油的高效性、长周期、可降解性、无害性等多方面使役性能的要求越来越高。传统的石油基矿物油成本优势削弱且生物降解和使役性能有限，致使其面临资源与环保压力。
植物油是石油基油的潜在替代品。不仅环保可再生、毒性小、可降解，而且具有高粘度指数、高润滑性、低挥发性等优异。植物油可以作为抗磨添加剂和摩擦调节剂的主要原因是由于植物油中长脂肪酸链和极性基团的存在，这种两亲性使其具有良好的膜/力关系，具有既可作为边界润滑剂又可作为流体动力润滑剂的特性。除此之外植物油中甘油三酯的结构保证了其可作为润滑剂的润滑性。因此植物油基润滑剂在许多绿色制造业活动中受到了较大的需求量。
一般所说的绿色润滑油的基础油主要有聚醚、合成酯、天然植物油等。聚醚是环氧乙烷、环氧丙烷等化合物开环均聚或共聚制得的线型化合物，具有良好的润滑性能、高闪点、高粘度指数、低倾点、抗燃等优点点并且通过调整聚醚分子结构中的可变因子可得多种性能的产品，但是由于其具有一定的毒性且可溶于水，因此其应用范围是有相当局限性的。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法及其应用，所述葡萄糖基/氨基酸复合碳球生物降解性好，绿色环保，并且具有优良极压抗磨性能，可以作为润滑添加剂应用于润滑领域，尤其适于作为大豆油润滑添加剂。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法，采用水热法制备葡萄糖基/氨基酸复合碳球：将氨基酸与葡萄糖溶解于溶剂中，进行水热反应，制备葡萄糖基/氨基酸复合碳球；
所述氨基酸为L-半胱氨酸、L-组氨酸和L-丝氨酸的一种，结构式如下：
Figure BDA0003955786080000021
本发明以葡萄糖为碳源，采用水热碳化法制备葡萄糖基/氨基酸复合碳球，所制得的葡萄糖基/氨基酸复合碳球能够用作大豆油的极压润滑添加剂。本发明制备工艺简单，以葡萄糖为复合碳球的载体，一方面该碳球合成过程中可实现无有机溶剂添加，因此环保无污染；另一方面碳球可增大添加剂与摩擦界面的接触面积，提供更多的极压元素位点，提高润滑剂的极压性能。摩擦性能测试表明，与基础油相比，以该方法制备的葡萄糖基/氨基酸复合碳球润滑添加剂具有优异的摩擦性能。
优选地，水热反应完成后，将反应产物过滤、水洗、干燥，得到葡萄糖基/氨基酸复合碳球。
优选地，葡萄糖与氨基酸的质量比为1：(0.1～1)。
优选地，水热反应温度为120℃～180℃，水热反应时间为8h～12h。
优选地，所述溶剂为水(优选去离子水)，水与葡萄糖的质量比为20：1。
一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球，由所述制备方法制备得到。
所述葡萄糖基/氨基酸复合碳球作为润滑添加剂在润滑领域的应用。
优选地，所述葡萄糖基/氨基酸复合碳球用于大豆油极压润滑添加剂。
优选地，选用含有S和/或N的环状或链状氨基酸作为极压元素。
本发明公开了以下技术效果：
本发明中涉及的反应为水热反应，无毒无害、工艺设备及过程简单。
本发明中涉及的碳球存在许多不完全碳化产生的有机活性官能团，能够很好地吸附油分子，因此在油中较易均匀分散。
本发明引入含N和/或S的氨基酸共掺杂有机碳纳米球在摩擦过程中进入球-盘接触界面，碳球与铁基摩擦之间发生摩擦化学反应。由于N和/或S的共同作用，摩擦化学反应催化形成了包括氮化物/和磷酸盐和金属氧化物在内的保护膜，这有助于提高复合碳球作为活性添加剂的摩擦学性能。
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为本发明的葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法及应用过程示意图；
图2为葡萄糖碳球的SEM图；
图3为葡萄糖基/L-半胱氨酸复合碳球的SEM图；
图4为葡萄糖基/L-丝氨酸复合碳球的SEM图；
图5为葡萄糖基/L-组氨酸复合碳球的SEM图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
下述实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
本发明实施例中采用四球试验机测试(大连智能仪器仪表有限公司，DZY-S10A)碳球的极压和抗磨性能，极压性能根据GB/T 3142-8测试，抗磨性能根据GB/T 6144-2010测试。
实施例1
本实施例提供一种葡萄糖碳球的制备方法，由以下步骤组成：
将葡萄糖溶解于溶剂中，采用去离子水作为溶剂，去离子水与葡萄糖的质量比为20：1，在反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为180℃，反应时间为12h，反应结束后，过滤，水洗，烘干后，获得葡萄糖碳球，葡萄糖碳球的直径为200-500nm，作为葡萄糖基/氨基酸复合碳球的对比。
将上述葡萄糖碳球加入大豆油(葡萄糖碳球占大豆油的0.2wt％)中，测试极压和抗磨性能，结果见表1。
实施例2
本发明提供一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法，由以下步骤组成：
制备葡萄糖与L-半胱氨酸混合水溶液：将葡萄糖与L-半胱氨酸溶解于溶剂中，采用去离子水作为溶剂，去离子水与葡萄糖的质量比为20：1，L-半胱氨酸与葡萄糖的质量比为1：1，搅拌均匀，得到葡萄糖与L-半胱氨酸混合水溶液；
将上述混合水溶液转移至反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为180℃，反应时间为12h，反应结束后，反应产物过滤、水洗、烘干后，获得L-半胱氨酸/氨基酸复合碳球，葡萄糖基/L-半胱氨酸复合碳球的直径大概为2～10μm。
将上述葡萄糖基/L-半胱氨酸复合碳球加入大豆油(葡萄糖基/L-半胱氨酸复合碳球占大豆油的0.2wt％)中，测试极压和抗磨性能，结果见表1。
实施例3
本实施例提供一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法，由以下步骤制备：
制备葡萄糖与L-丝氨酸混合水溶液：将L-丝氨酸与葡萄糖溶解于溶剂中，采用去离子水作为溶剂，去离子水与葡萄糖的质量比为20：1，L-丝氨酸与葡萄糖的质量比0.1：1，搅拌均匀，得到葡萄糖与L-丝氨酸混合水溶液；
将上述混合水溶液转移至反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为180℃，反应时间为12h，反应结束后，反应产物过滤、水洗、烘干后，获得葡萄糖基/L-丝氨酸复合碳球，葡萄糖基/L-丝氨酸复合碳球的直径大概为2～10μm。
将上述葡萄糖基/L-丝氨酸复合碳球加入大豆油(葡萄糖基/L-丝氨酸复合碳球占大豆油的0.2wt％)中，测试极压和抗磨性能，结果见表1。
实施例4
本实施例提供一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法，由以下步骤组成：
制备获取葡萄糖与L-组氨酸混合水溶液：将葡萄糖与L-组氨酸溶解于溶剂中，采用去离子水作为溶剂，去离子水与葡萄糖的质量比为20：1，氨基酸与葡萄糖的质量比0.1：1，搅拌均匀，得到葡萄糖与L-组氨酸混合水溶液；
将上述混合水溶液转移至反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为180℃，反应时间为12h，水热反应结束后，反应产物过滤、水洗、烘干后，获得葡萄糖基/L-组氨酸复合碳球，葡萄糖基/L-组氨酸复合碳球的直径大概为2～10μm。
将上述葡萄糖基/L-组氨酸复合碳球加入大豆油(葡萄糖基/L-组氨酸复合碳球占大豆油的0.2wt％)中，测试极压和抗磨性能，结果见表1。实施例5
本发明提供一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法，由以下步骤组成：
制备葡萄糖与L-半胱氨酸混合水溶液：将葡萄糖与L-半胱氨酸溶解于溶剂中，采用去离子水作为溶剂，去离子水与葡萄糖的质量比为20：1，L-半胱氨酸与葡萄糖的质量比为1：1，搅拌均匀，得到葡萄糖与L-半胱氨酸混合水溶液；
将上述混合水溶液转移至反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为120℃，反应时间为12h，反应结束后，反应产物过滤、水洗、烘干后，获得L-半胱氨酸/氨基酸复合碳球，葡萄糖基/L-半胱氨酸复合碳球的直径为2～10μm。
将上述葡萄糖基/L-半胱氨酸复合碳球加入大豆油(葡萄糖基/L-半胱氨酸复合碳球占大豆油的0.2wt％)中，测试极压和抗磨性能，结果见表1。
实施例6
本实施例提供一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法，由以下步骤制备：
制备葡萄糖与L-丝氨酸混合水溶液：将L-丝氨酸与葡萄糖溶解于溶剂中，采用去离子水作为溶剂，去离子水与葡萄糖的质量比为20：1，L-丝氨酸与葡萄糖的质量比1：1，搅拌均匀，得到葡萄糖与L-丝氨酸混合水溶液；
将上述混合水溶液转移至反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为150℃，反应时间为8h，反应结束后，反应产物过滤、水洗、烘干后，获得葡萄糖基/L-丝氨酸复合碳球，葡萄糖基/L-丝氨酸复合碳球的直径为2～10μm。
将上述葡萄糖基/L-丝氨酸复合碳球加入大豆油(葡萄糖基/L-丝氨酸复合碳球占大豆油的0.2wt％)中，测试极压和抗磨性能，结果见表1。
实施例7
本实施例提供一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法，由以下步骤组成：
制备获取葡萄糖与L-组氨酸混合水溶液：将葡萄糖与L-组氨酸溶解于溶剂中，采用去离子水作为溶剂，去离子水与葡萄糖的质量比为20：1，氨基酸与葡萄糖的质量比1：1，搅拌均匀，得到葡萄糖与L-组氨酸混合水溶液；
将上述混合水溶液转移至反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为160℃，反应时间为8h，水热反应结束后，反应产物过滤、水洗、烘干后，获得葡萄糖基/L-组氨酸复合碳球，葡萄糖基/L-组氨酸复合碳球的直径为2～10μm。
将上述葡萄糖基/L-组氨酸复合碳球加入大豆油(葡萄糖基/L-组氨酸复合碳球占大豆油的0.2wt％)中，测试极压和抗磨性能，结果见表1。
表1
项目 <![CDATA[极压(P<sub>B</sub>/N)]]> 摩擦系数 摩斑直径(mm)
大豆油 618 0.081 0.6
实施例1 637 0.097 0.58
实施例2 785 0.067 0.52
实施例3 639 0.080 0.58
实施例4 726 0.075 0.57
实施例5 706 0.071 0.56
实施例6 633 0.086 0.59
实施例7 685 0.079 0.60
由表1可知，常规大豆油的极压和摩斑直径为618PB/N和0.081mm，实施例1-7添加纯葡萄糖碳球或葡萄糖基/氨基酸复合碳球后极压和摩擦系数均明显提高，尤其是添加葡萄糖基/氨基酸复合碳球(葡萄糖：氨基酸＝1：1，质量比)，润滑性能提高更明显。表明由于微碳球在摩擦过程中进入到接触区后，一方面在接触区内部起到“纳米滚珠”效应，同时沉积在表面形成富碳薄膜，从而起到了减摩、抗磨的作用。复合碳球由于存在N和/S极压元素，使得极压性能优于纯葡萄糖碳球，尤其是实施例2葡萄糖基/L-半胱氨酸复合碳球，由于N和S同时掺杂极压性能相较于其他复合碳球效果最优。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球的制备方法，其特征在于，采用水热法制备葡萄糖基/氨基酸复合碳球：将氨基酸与葡萄糖溶解于溶剂中，进行水热反应，制备葡萄糖基/氨基酸复合碳球；
所述氨基酸为L-半胱氨酸、L-组氨酸和L-丝氨酸的一种。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，葡萄糖与氨基酸的质量比为1：(0.1～1)。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，水热反应温度为120℃～180℃，水热反应时间为8h～12h。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述溶剂为水，水与葡萄糖的质量比为20：1。
5.一种葡萄糖基/氨基酸复合碳球，其特征在于，由权利要求1～4任一项所述制备方法制备得到。
6.权利要求5所述葡萄糖基/氨基酸复合碳球作为润滑添加剂在润滑领域的应用。
7.根据权利要求6所述应用，其特征在于，所述葡萄糖基/氨基酸复合碳球用于大豆油极压润滑添加剂。
8.根据权利要求7所述应用，其特征在于，选用含有S和/或N的环状或链状氨基酸作为极压元素。
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