[发明专利]功能化石墨烯粉体、包含其的润滑油及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种功能化石墨烯粉体的制备方法，所述方法为：以石墨材料作电极，阳离子表面活性剂的水溶液为电解质溶液，电解剥离石墨材料，得到分散有石墨烯粉体的电解质溶液。本发明采用以阳离子表面活性剂为电解质，电化学剥离石墨的方法，一步制得功能化的石墨烯材料，实现石墨烯制备与功能化改性的同步进行；所述改性的石墨烯材料具有阳离子表面活性，用于润滑油中，能够提高润滑性能和石墨烯的分散稳定性；本发明所制备的功能石墨烯颗粒，其长链烷基能够在润滑油中发挥界面融合和“锚固”作用，通过纳米均化乳化过程，使石墨烯颗粒在基础油中形成稳固的胶联网络，形成稳定性和分散性优异的石墨烯润滑油及添加剂制品。

技术领域

本发明属于润滑油领域，涉及一种功能化石墨烯粉体、及其制备方法，和包含所述功能化石墨烯粉体的润滑油及其制备方法和用途。

背景技术

润滑防护材料有利于交通运输行业的节能减排和低碳环保。将纳米材料应用于润滑防护体系，能够提高摩擦表面减摩抗磨和自修复的性能。润滑油脂的服役行为很大程度上取决于添加剂的性能，传统的润滑油脂添加剂在高承载能力、长效稳定性和环境友好性等方面存在应用局限。纳米颗粒作为润滑油添加剂，具有高承载能力、良好的高温和化学稳定性以及对摩擦表面的成膜修复作用。但作为固体添加剂，纳米颗粒在半固态润滑脂中的分散均匀性差，与润滑油/脂界面相容性差，以及在液体润滑油中的分散均匀性和长效稳定性都表现不好。

石墨烯粉体材料具有优异的减摩抗磨性能，在固体润滑添加剂领域应用前景广阔。作为目前体积密度最小的纳米添加剂，石墨烯与液体润滑剂之间因密度差导致的稳定差问题较其它固体添加剂有所缓解。但要实现石墨烯在润滑产品中的成熟化应用，小体积密度优势所带来的分散稳定性效果仍然有限，对其颗粒进行功能化修饰并形成成熟的可直接应用的复剂配方，是开发石墨烯润滑油脂产品的关键技术。

目前，应用于润滑产品的功能化石墨烯制备工艺，多以氧化石墨烯作为前驱体，借助氧化石墨烯的活性含氧基团与改性剂在特定条件下的化学反应，得到功能化的石墨烯粉体。这一工艺方法所用氧化石墨烯粉体制备过程中强氧化剂和强酸的使用量大，工艺安全性差；在产物清洗环节，除去制备过程残留的阴阳离子，耗时废水，工艺经济性和环保性差；且这种两步法工艺的高效性差。同时，这些功能性石墨烯粉体在润滑产品中多以粉体单剂的形式添加使用，粉体在润滑剂中复配分散工艺和分散效果差异，使得石墨烯所具备的减摩抗磨和自修复作用不能有效呈现。

石墨烯是由碳原子以sp²杂化轨道按蜂窝状晶格排布而成的单层二维原子晶体，是已知最薄、最坚韧的纳米材料，其硬度超过钻石；单层石墨烯几乎完全透明，仅有2.3％的吸光度；导热系数高达5300W/m·K，电阻率只有10^-6Ω·cm，是最优异的热和电的导体。10层以内的石墨烯微片，由于其层间弱的范德华力，在剪切作用下片层之间易滑移，具有低的摩擦系数，可作为优良的减摩、抗磨材料，其性能优于传统的石墨、二硫化钼和硼酸等层状固体润滑材料。

CN106190432A公开了一种高分散性的改性石墨烯润滑油及其制备方法，其中改性石墨烯的制备采用硫酸氧化和甲醇溶剂中有机改性两步法工艺，制备过程繁杂耗时，试剂安全性差；所述的石墨烯分散工艺采用微波照射搅拌法，该方法应用于粘度较大的基础油体系中，分散效率低、效果差。CN101812351A公开了基于单层或几层石墨烯的润滑油添加剂制备方法，其中石墨烯采用强酸氧化和高温(1100℃)脱氧，制备过程安全性差，废液量大；所得石墨烯以粉体单剂的形式，采用搅拌方法加入润滑油中，石墨烯在润滑油中分散效果差。CN105602654A公开了一种石墨烯润滑油添加剂及其制备方法，其在基础油中加入硼酸酯和氢化苯乙烯-双烯共聚物作为分散剂，再加入石墨烯粉体，通过油漆分散机高速搅拌得到石墨烯润滑油添加剂；石墨烯作为超薄二维纳米材料，片层厚度最大不超过10nm，采用常规的高速搅拌分散很难达到良好的均化分散效果。CN106367164A公开了一种石墨烯润滑油添加剂及其制备方法，其中固体添加剂除石墨烯颗粒外还包括纳米稀土颗粒、铜和二氧化硅，并采用超声振荡的方法对固颗粒进行分散；该添加剂体系复杂，且超声分散工艺效率低。