一種水基石墨烯-二硫化鉬納米管潤滑添加劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水基石墨烯-二硫化鉬納米管潤滑添加劑的制備方法，包括水溶性石墨烯的制備、水溶性二硫化鉬納米管的制備、水基石墨烯-二硫化鉬納米管潤滑添加劑的制備三個過程，本發(fā)明利用二硫化鉬納米管的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)插入到石墨烯之間，從而將石墨烯間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，有效地提高了石墨烯的潤滑性能，而且二硫化鉬納米管本身就可作為潤滑添加劑，具有良好的潤滑性能，本發(fā)明將石墨烯和二硫化鉬納米管分別功能化使其具備水溶性再復(fù)合配制成一定比例的潤滑添加劑，該潤滑添加劑具有穩(wěn)定性高，潤滑性能好且污染小的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種水基石墨烯-二硫化鉬納米管潤滑添加劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及潤滑添加劑的制備方法，尤其涉及一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約30%~50%的能源損失于由相互作用面間的摩擦力作用造成的摩擦磨損。潤滑劑能夠降低摩擦阻力，從而減少各種機(jī)械器件的磨損。將潤滑劑應(yīng)用于機(jī)械接觸面間一直被認(rèn)為是將摩擦磨損引發(fā)的能源損失降低到最小的關(guān)鍵。所以，潤滑劑在提高能源利用效率、減少能源浪費(fèi)方面起著重要的作用。隨著工業(yè)的發(fā)展，礦物油基潤滑劑被研發(fā)出來，生產(chǎn)技術(shù)也日漸成熟，并在減少機(jī)械摩擦方面發(fā)揮了重大作用。但是礦物油基潤滑劑的潤滑效果稍差，易燃，并且會引發(fā)石油資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染等問題，基于全球能源危機(jī)以及人們對環(huán)境保護(hù)意識的日益強(qiáng)烈，發(fā)展環(huán)境友好型的“綠色”潤滑劑一水基潤滑劑成了潤滑劑研發(fā)領(lǐng)域的關(guān)注中心。
[0003]石墨烯是碳原子以Sp2雜化的方式連接而成的一種蜂窩狀晶格排列的單原子厚度二維晶體。它具備原子層厚度、強(qiáng)度高以及在惡劣的環(huán)境條件下仍能保持穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，并有研究證實(shí)石墨烯可以有效地作為潤滑劑在機(jī)械作用面間起到潤滑作用。
[0004]二硫化鑰是一種層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬硫化物，這種類石墨的層狀結(jié)構(gòu)使其能夠通過結(jié)構(gòu)邊緣的活性Mo、S等原子的化學(xué)鍵結(jié)合而形成納米管狀結(jié)構(gòu)。二硫化鑰晶體結(jié)構(gòu)的層間作用力相對較弱，易發(fā)生滑動，且其露在外面的硫原子能夠與金屬形成較強(qiáng)的黏附作用，從而附著在金屬表面， 減小摩擦磨損，從而起到潤滑的作用。鑒于其優(yōu)異的減摩、抗磨和極壓性能，二硫化鑰已廣泛應(yīng)用于潤滑劑領(lǐng)域，但主要應(yīng)用是堆積狀的二硫化鑰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的制備方法，制備水基潤滑添加劑具備減摩、抗磨和極壓性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)親水型石墨烯的制備
[0009]根據(jù)Hummers法將天然鱗片石墨氧化為氧化石墨，將得到的氧化石墨取20mg分散在30~50ml水中，超聲得到氧化石墨烯分散液，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~25%的氨水將分散液的PH值調(diào)至9~10，然后將上述溶液加熱到100°C，加入40~50mg鐵粉，繼續(xù)加熱，使其保持在100°C的溫度條件下攪拌回流1.5h，冷卻后，用磁鐵將未反應(yīng)的鐵粉除去，得到石墨烯分散液，液體呈黑色且分散均勻，使用微孔濾膜對該分散液進(jìn)行真空抽濾，并將得到的固體用水沖洗三次，然后置于60°C的真空條件下干燥，得到所需的親水性石墨烯；
[0010](2) 二硫化鑰納米管的制備
[0011]在手套箱中稱取400mg的Mo (CO)6，在氬氣保護(hù)下用剛玉舟將稱量的Mo (CO)6轉(zhuǎn)移出手套箱，再稱量800mg的碘與Mo (CO)6混合，將剛玉舟置于內(nèi)徑為15mm的玻璃管中，再將玻璃管放到三區(qū)水平管式爐的反應(yīng)管上端，持續(xù)通入氬氣30min，加熱，使三區(qū)水平管式爐以10°C /min的速度加熱到550°C，然后將剛玉舟轉(zhuǎn)移到反應(yīng)管的中心，持續(xù)通入H2S—個小時停止加熱，使?fàn)t子在氬氣保護(hù)下以10°C /min的速度降低到室溫，然后用潔凈的刮刀從小管的外壁和大管的內(nèi)壁刮去產(chǎn)物，得到所需的二硫化鑰納米管；
[0012](3)親水型二硫化鑰納米管的制備
[0013]取上述步驟(2)制備的二硫化鑰納米管5mg分散于2ml的氯仿中，形成均勻的膠狀分散液，然后將該分散液加入到8~IOml的濃度為3.64g/ml的CTAB溶液中，超聲振蕩使其變?yōu)榉€(wěn)定的白色乳狀液體，然后將該液體加熱至80°C，劇烈攪拌20min使其變?yōu)橥该鞯娜芤?，冷卻后，離心除去剩余的表面活性劑，得到的沉淀即為所需的親水型二硫化鑰納米管；
[0014](4)水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的制備
[0015]將上述步驟(1)制備的親水型石墨烯和步驟(3)制備的親水型二硫化鑰納米管以0.5~2:1的比例加入到超純水中，超聲分散I~2個小時，然后在室溫避光的條件下攪拌24h，離心分離，將得到的沉淀物在60°C的真空條件下烘干48h，即得到所需的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
[0016]本發(fā)明還提供了一種利用上述方法制備的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
[0017]本發(fā)明的有益效果為，
[0018]1.以“水”代“油”，將常應(yīng)用于油基潤滑劑的二硫化鑰和石墨烯應(yīng)用于水基潤滑劑，尤其是使用納米管狀的二硫化鑰而不是堆積狀二硫化鑰，以利用二硫化鑰納米管和石墨烯間的滾動摩擦來提高其潤滑性能，同時水基潤滑劑符合綠色環(huán)保的概念，也能夠克服油基潤滑劑的冷卻性不好和易燃的缺點(diǎn)，這種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑具有良好的減摩、抗磨和極壓性能；
[0019]2.本發(fā)明將石墨烯和二硫化鑰納米管分別功能化使其具備水溶性再復(fù)合配制成一定比例的潤滑添加劑，該潤滑添加劑具有穩(wěn)定性高，潤滑性能好且污染小的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑磨斑直徑及極壓值與其濃度的關(guān)系曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的制備方法，包括以下步驟:
[0024](1)親水型石墨烯的制備
[0025]根據(jù)Hummers法將天然鱗片石墨氧化為氧化石墨，將得到的氧化石墨取20mg分散在40ml水中，超聲得到氧化石墨烯分散液，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的氨水將分散液的pH值調(diào)至10，然后將上述溶液加熱到100°C，加入40mg鐵粉，繼續(xù)加熱，使其保持在100°C的溫度條件下攪拌回流1.5h，冷卻后，用磁鐵將未反應(yīng)的鐵粉除去，得到石墨烯分散液，液體呈黑色且分散均勻，使用微孔濾膜對該分散液進(jìn)行真空抽濾，并將得到的固體用水沖洗三次，然后置于60°C的真空條件下干燥，得到所需的親水性石墨烯；
[0026](2) 二硫化鑰納米管的制備
[0027]在手套箱中稱取400mg的Mo (CO) 6，在氬氣保護(hù)下用剛玉舟將稱量的Mo (CO) 6轉(zhuǎn)移出手套箱，再稱量800mg的碘與Mo (CO)6混合，將剛玉舟置于內(nèi)徑為15mm的玻璃管中，再將玻璃管放到三區(qū)水平管式爐的反應(yīng)管上端，持續(xù)通入氬氣30min，加熱，使三區(qū)水平管式爐以10°C /min的速度加熱到550°C，然后將剛玉舟轉(zhuǎn)移到反應(yīng)管的中心，持續(xù)通入H2S—個小時停止加熱，使?fàn)t子在氬氣保護(hù)下以10°C /min的速度降低到室溫，然后用潔凈的刮刀從小管的外壁和大管的內(nèi)壁刮去產(chǎn)物，得到所需的二硫化鑰納米管；
[0028](3)親水型二硫化鑰納米管的制備
[0029]取上述步驟(2)制備的二硫化鑰納米管5mg分散于2ml的氯仿中，形成均勻的膠狀分散液，然后將該分散液加入到IOml的濃度為3.64g/ml的CTAB溶液中，超聲振蕩使其變?yōu)榉€(wěn)定的白色乳狀液體，然后將該液體加熱至80°C，劇烈攪拌20min使其變?yōu)橥该鞯娜芤?，冷卻后，離心除去剩余的表面活性劑，得到的沉淀即為所需的親水型二硫化鑰納米管；
[0030](4)水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的制備
[0031]將上述步驟(1)制備的親水型石墨烯和步驟(3)制備的親水型二硫化鑰納米管以 0.5~2:1的比例加入到超純水中，超聲分散2個小時，然后在室溫避光的條件下攪拌24h，離心分離，將得到的沉淀物在60°C的真空條件下烘干48h，即得到所需的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
[0032]將實(shí)驗(yàn)中制備出的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑進(jìn)行摩擦學(xué)性能測試:將上述制備的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑分散在水中，超聲振蕩，得到均勻分散液，在四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上對不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的潤滑添加劑分散液進(jìn)行摩擦學(xué)性能測試。設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速為1450r/min，試驗(yàn)所用鋼球由GCrl5制成，硬度為60~63HRC，表面粗糙度Ra為0.025 μ m,基礎(chǔ)液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的三乙醇胺水溶液，加入本發(fā)明的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑，極壓值(PB)參照GB3142-82測試；磨斑直徑(WSD)在負(fù)載為200N，測試時間為30min，考察水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑對WSD的影響。結(jié)果如表1所示，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的三乙醇胺水溶液為基礎(chǔ)液進(jìn)行的摩擦學(xué)性能測試得到的磨斑直徑為0.89mm，極壓值為102.5N，在基礎(chǔ)液中添加適量的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑能夠顯著改善基礎(chǔ)液的摩擦性能，在本發(fā)明的潤滑添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的時候，改善效果最好，添加0.5%的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑使基礎(chǔ)液的磨斑直徑減小了 27.9%，極壓值增大了 270.6%。
[0033]表1本發(fā)明實(shí)施例1摩擦學(xué)性能測試結(jié)果
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)親水型石墨烯的制備 根據(jù)Hummers法將天然鱗片石墨氧化為氧化石墨,將得到的氧化石墨取20mg分散在30~50ml水中，超聲得到氧化石墨烯分散液，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~25%的氨水將分散液的pH值調(diào)至9~10，然后將上述溶液加熱到100°C，加入40~50mg鐵粉，繼續(xù)加熱，使其保持在100°C的溫度條件下攪拌回流1.5h，冷卻后，用磁鐵將未反應(yīng)的鐵粉除去，得到石墨烯分散液，使用微孔濾膜對該分散液進(jìn)行真空抽濾，并將得到的固體用水沖洗三次，然后置于60°C的真空條件下干燥，得到所需的親水性石墨烯； (2)二硫化鑰納米管的制備 在手套箱中稱取400mg的Mo (CO)6，在氬氣保護(hù)下用剛玉舟將稱量的Mo (CO)6轉(zhuǎn)移出手套箱，再稱量800mg的碘與Mo (CO)6混合，將剛玉舟置于內(nèi)徑為15mm的玻璃管中，再將玻璃管放到三區(qū)水平管式爐的反應(yīng)管上端，持續(xù)通入氬氣30min，加熱，使三區(qū)水平管式爐以IO0C /min的速度加熱到550°C，然后將剛玉舟轉(zhuǎn)移到反應(yīng)管的中心，持續(xù)通入H2S —個小時停止加熱，使?fàn)t子在氬氣保護(hù)下以10°C /min的速度降低到室溫，然后用潔凈的刮刀從小管的外壁和大管的內(nèi)壁刮去產(chǎn)物，得到所需的二硫化鑰納米管； (3)親水型二硫化鑰納米管的制備 取上述步驟(2)制備的二硫化鑰納米管5mg分散于2ml的氯仿中，形成均勻的膠狀分散液，然后將該分散液加入到8~IOml的濃度為3.64g/ml的CTAB溶液中，超聲振蕩使其變?yōu)榉€(wěn)定的白色乳狀 液體，然后將該液體加熱至80°C，劇烈攪拌使其變?yōu)橥该鞯娜芤?，冷卻后，離心除去剩余的表面活性劑，得到的沉淀即為所需的親水型二硫化鑰納米管； (4)水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑的制備 將上述步驟(1)制備的親水型石墨烯和步驟(3)制備的親水型二硫化鑰納米管以0.5~2:1的比例加入到超純水中，超聲分散I~2個小時，然后在室溫避光的條件下攪拌24h，離心分離，將得到的沉淀物在60°C的真空條件下烘干48h，即得到所需的水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
2.利用權(quán)利要求1所述的方法制備的一種水基石墨烯-二硫化鑰納米管潤滑添加劑。
【文檔編號】C10M125/02GK103992839SQ201410212428
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】王宗花, 修瑞萍, 張菲菲, 夏建飛, 畢賽, 夏霖, 夏臨華, 李延輝, 夏延致 申請人:青島大學(xué)