[发明专利]功能化石墨烯-凹凸棒复合纳米材料、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‑凹凸棒纳米复合材料、制备方法及其应用。其步骤为：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；将功能化氧化石墨烯与凹凸棒纳米粒子混合，加热反应后得到功能化石墨烯‑凹凸棒纳米复合材料；将该复合材料作为润滑油添加剂与润滑油按一定比例混合进行摩擦磨损实验，极少的添加量就能降低摩擦系数，起到减摩抗磨的效果，同时还有智能修复作用。本发明在润滑油中具有优异的长期稳定性和分散性，并且工艺简单、性价比高，原料易得；本发明制备的润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨的润滑性能和修复功能，同时石墨烯的高导热性对润滑作用也能产生有益影响。

技术领域

本发明涉及一种功能化石墨烯-凹凸棒纳米复合材料、制备方法及其作为润滑油添加剂的应用，属于润滑油技术领域。

背景技术

摩擦部件的严重磨损往往会导致重大事故，而磨损事故的产生一般起始于早期的轻度表面微损伤，并逐渐发展成为严重的表面损伤而导致设备最终失效。随着纳米粉体制备技术和表面改性技术的发展，研究人员采用物理或者化学方法制备了不同种类的纳米自修复材料，主要包括纳米单质粉体、氢氧化物、氧化物、硫属化合物、硼酸盐、硅酸盐及高分子化合物等。

石墨烯是由碳原子经过sp²杂化组成的呈六角蜂巢状二维网络结构的新型碳材料，具有优异的导电、导热和机械性能，被认为是目前材料界最坚硬的材料。由于石墨烯优良的机械性能和微小片层之间的剪切力使其具有比石墨更低的摩擦系数，优异的减摩润滑性。而氧化石墨烯具有类似于石墨烯的诸多优点，同时，由于其表面富含含氧官能团，使片层之间的剪切力更大，同时为新物质的引入得到性能更加优异的新材料提供了可能。

凹凸棒石黏土是一种含水镁铝硅酸盐的黏土矿物，其晶体多为针状纤维，单晶直径大多为10~100 nm，长度为0.1~1 μm，是天然的一维纳米材料。已有文献报道凹凸棒石纳米粉体可以直接作为润滑油添加剂[南峰,许一,高飞,徐滨士,于鹤龙,吴毅雄.凹凸棒石粉体作为润滑油添加剂的摩擦学性能.硅酸盐学报,2013,41(06):836-841.]，其在金属磨损表面形成自修复层的条件不太苛刻。但是无机纳米粉体易团聚，在介质中极易沉降，尤其是长期稳定性还不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化石墨烯-凹凸棒纳米复合材料、制备方法及其应用；该复合材料不仅能够降低润滑油在机械接触面的摩擦系数，提高润滑油的润滑性能；还能通过摩擦磨损过程中发生摩擦力学和/或化学反应，在摩擦表面形成一种自修复薄膜，从而达到智能修复的效果，进一步提高机械的使用寿命。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种功能化石墨烯-凹凸棒纳米复合材料，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，再通过化学法键合凹凸棒，经加热还原得到所述复合材料。

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，凹凸棒与氧化石墨烯的质量比为0.5-8:1。

实现本发明目的的技术解决方案为：功能化石墨烯-凹凸棒纳米复合材料，按照如下步骤进行：

第一步：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，加入氨基硅烷偶联剂，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；

第二步：称取一定量的凹凸棒粉体，分散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-凹凸棒纳米复合材料。

进一步的，第一步中，硅烷偶联剂的添加量为25-200 mL硅烷偶联剂对应每克氧化石墨烯；氧化石墨烯的分散液中的分散剂为水或者乙醇；加热方式可以是水浴回流、水热或者溶剂热。