[发明专利]一种填充润滑添加剂的碳纳米管复合物及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明属于润滑剂技术领域，特别涉及一种填充润滑添加剂的碳纳米管复合物及其制备方法、应用。

背景技术

将碳纳米管应用于润滑领域是一个新的发展方向。碳纳米管具有石墨面围成的中空圆柱体结构，具有优异的自润滑性能，作为润滑添加剂时可显著降低润滑体系的摩擦系数和磨损率。但是，由于碳纳米管表面没有活性化学基团或元素，在剧烈的摩擦条件下无法与金属生成化学吸附膜起润滑作用，导致其在高速、重载摩擦条件下的承载能力不强。另外，碳纳米管在润滑介质中属于多相分散体系，具有巨大界面能，分子间引力使纳米粒子积聚成团，团聚的粒子又会达到微米级，导致其润滑性能降低。

因此，需要采用各种方法对碳纳米管进行改性，以提高其润滑性能。目前，主要采用物理或化学的方法来对其进行表面改性，以降低碳纳米管的表面能、消除其表面电荷、引入活性化学基团等，如化学修饰所采用的基本方法就是在碳纳米管表面引入共价和非共价键基团。

发明内容

本发明选用碳纳米管作为制备复合物的基材，并以该复合物作为润滑油添加剂，以克服纯碳纳米管作为润滑添加剂应用时的缺点。

本发明采用的管内填充法，是利用碳纳米管的中空管这一纳米空间进行纳米级反应，以形成纳米级复合物、构筑纳米元件等的有效手段。与化学修饰的方法相比，本发明采用的管内填充法可以引入更多剂量的润滑添加剂，并能对其中的润滑添加剂形成有效保护。

目前，尚无有关报道利用碳纳米管的纳米级空间，填充润滑添加剂并实现实际应用的发明或研究报道。本发明采用润滑添加剂填充碳纳米管制备复合材料，并初步应用于润滑油，具有明显的创新性和实用价值。

本发明的第一目是提供一种填充润滑添加剂的碳纳米管复合物，以热导率为6000W/mK的多壁碳纳米管为基材。首先，通过酸化处理将碳纳米管的端盖打开，同时可在端面键上引入羧基、羟基等具有一定活性的基团(如图1所示)，然后将油性剂或极压剂填充到经酸化处理的碳纳米管的内腔中，得到一维纳米复合材料。

本发明的第二目的是提供一种上述填充润滑添加剂的碳纳米管复合物的制备方法。首先，通过机械球磨的方法将碳纳米管截断，使其具有合适的长径比；其次，通过酸化处理将碳纳米管的端盖打开，同时可在端面键上引入羧基、羟基等具有一定活性的基团，以增加碳纳米管在基础液中的溶解性、分散性；最后，利用毛细管作用原理，通过机械搅拌、超声的方法，将油性剂或极压剂填充到经酸化处理的碳纳米管的内腔中。

本发明的第三目的是提供一种润滑油，该润滑油含有上述填充润滑添加剂的碳纳米管复合物。利用所制备的碳纳米管复合物作为润滑油的添加剂，在摩擦过程中，复合物随基础液渗入到摩擦区域，并在摩擦区域释放油性剂或极压剂起到润滑作用，从而提高润滑油的性能。

本发明的技术方案如下：

一种填充润滑添加剂的碳纳米管复合物，由以下重量份的原料制得：碳纳米管80～90份、油性剂10～20份或极压剂10～20份；所述的碳纳米管复合物为由所述的油性剂或所述的极压剂填充到经酸化处理后的所述的碳纳米管的内腔，得到的一维纳米复合材料。在摩擦过程中，所述的碳纳米管复合物随基础液渗入到摩擦区域；在摩擦界面上，所述的碳纳米管被挤压、变形及破裂，所述的润滑添加剂被释放，并通过物理或化学的吸附生成润滑膜，从而提高碳纳米管的减摩、抗磨和极压性能。

优选为，所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。

优选为，所述的碳纳米管的内径为10～50nm。

优选为，所述的油性剂为油酸、油酸已二醇酯或硬脂酸甲酯中的一种。

优选为，所述的极压剂为二烃基五硫化物、有机硼酸脂、硫化异丁烯或亚磷酸二正丁酯中的一种。

本发明还公开了上述的填充润滑添加剂的碳纳米管复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以重量份计，取80～90份所述的碳纳米管，经机械球磨截断短化处理，使其长径比为10:1～20:1；

(2)将处理后的所述的碳纳米管加入到浓硝酸与硫酸混合液中，机械搅拌条件下加热回流1～2小时，再经清洗、干燥，得到酸化后的碳纳米管；

(3)将10～20份油性剂或10～20份极压剂在去离子水中经剪切分散得到乳化液，然后加入酸化的碳纳米管，在超声条件下机械搅拌，60～80℃温度下填充12～13h，填充完毕后，最后经有机溶媒清洗，抽滤，真空干燥和超微粉碎制得复合物。

本发明还公开了一种润滑油，含有上述的填充润滑添加剂的碳纳米管复合物。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：