[发明专利]功能化石墨烯负载蒙脱土的润滑油添加剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种功能化石墨烯负载天然蒙脱土的润滑油添加剂、制备方法及其应用。首先，用硅烷偶联剂改性处理氧化石墨烯获得功能化氧化石墨烯；然后，将功能化氧化石墨烯与天然蒙脱土纳米粉体混合，水(或溶剂)热反应得到负载蒙脱土的功能化石墨烯复合材料添加剂；最后，将该复合材料润滑油添加剂与润滑油按一定比例混合后进行摩擦磨损实验，极少的添加量就能达到摩擦系数明显降低的效果，具有优良的抗磨减摩和智能修复功效，最高可以达到比润滑油摩擦系数降低32%的效果。本发明的添加剂粉体在润滑油中具有优异的稳定性和分散性，并且工艺简单、性价比高，原料易得，具有良好的润滑性能和高承载能力。

技术领域

本发明涉及一种功能化石墨烯负载蒙脱土的润滑油添加剂及其制备方法，属于润滑油技术领域。

背景技术

在世界能源日益紧张的今天，如何提高现有金属摩擦件的寿命或对已磨损零件进行修复从而达到节省材料、降低能耗和缩短维修时间以提高经济效益显得尤为紧迫和重要。磨损自修复型添加剂的研究为节约材料和能源消耗，实现绿色环保生产等提供了一个高效而可行的途径，并且已经取得了一些进展。在这类添加剂的研究上，主要以选择性转移和纳米粒子两者为重点方向。通常将修复添加剂加入到润滑油中，通过润滑油在机器系统中的循环将修复剂组分运送到磨损表面，在磨损区域能量场和物质场作用下，修复剂组分与金属磨屑和润滑油降解产物发生力化学和摩擦化学反应，在磨损区域生成具有磨损补偿作用的第三体，以达到恢复磨损表面的配合状态和力学性能的作用。

蒙脱土是一种硅酸盐的天然矿物，为膨润土矿的主要矿物组分，是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成。有研究表明纳米蒙脱土粒子可以作为润滑油添加剂，摩擦时这些粒子很快吸附在摩擦表面上，形成一层起减摩作用的物理吸附膜[朱文祥,周元康,杨绿,朱驰. 纳米蒙脱土润滑油添加剂对金属摩擦副的摩擦磨损性能的影响. 非金属矿, 2012, 35(04): 79-81]。尽管，蒙脱土的减摩作用明显，但是，作为无机纳米粒子，其在油中的长期稳定性差，非常容易沉降而堆积板结，造成使用过程中油品质量下降。与传统的润滑作用的无机金属化合物如蒙脱土、蛇纹石等填料相比，石墨烯具有更强的力学性能，其高强度、高抗拉性能、高弹性模量可以较好地改善材料的摩擦磨损性能和力学性能，但是石墨烯或者氧化石墨烯没有明显的磨损面的修复功能。此外，石墨烯具有大的比表面积，可以作为载体吸附纳米粒子，避免纳米粒子在使用过程中发生囤聚而导致的性能下降；同时纳米粒子的存在也可以阻止石墨烯片层的再聚集。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化石墨烯负载蒙脱土的润滑油添加剂及其在润滑油中应用。

为了实现上述目的本发明采用的技术方案如下：

一种功能化石墨烯负载蒙脱土的润滑油添加剂，将氧化石墨烯采用氨基硅烷偶联剂进行改性制得功能化氧化石墨烯，再通过化学法键合蒙脱土，经加热还原得到所述功能化石墨烯复合润滑油添加剂。

其中，氨基硅烷偶联剂为A-1100、A-1110、A-1120、KBM-602中任意一种。

进一步的，氧化石墨烯与蒙脱土的质量比为1:0.5-8。

上述润滑油添加剂的制备方法及其应用，按如下步骤进行：

(1)采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯作为原料，制备氧化石墨烯的分散液，加入硅烷偶联剂，室温下搅拌0.5-2 h，于60-95 ℃下加热反应1-3 h，冷却至室温，离心分离，清洗后得到功能化氧化石墨烯；

(2)称取一定量的蒙脱土，溶于功能化氧化石墨烯分散液中，搅拌30-90 min，于100-180℃ 加热反应0.5-2 h，静置冷却；离心分离，清洗后得到功能化石墨烯负载蒙脱土的润滑油添加剂。