[发明专利]一种高减摩耐磨润滑油及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高减摩耐磨润滑油及其制备方法。该润滑油的组成是：商品润滑油100质量份，石墨烯基添加剂0.001～0.10质量份。该润滑油所用的石墨烯基添加剂是：表面接枝有长链烷基的还原氧化石墨烯。该润滑油的制备方法是：先以氧化石墨烯和卤代烃为原料合成出石墨烯基添加剂，然后将该石墨烯基添加剂加入商品润滑油，最后经匀化处理制得产品。该润滑油在低石墨烯基添加剂用量下(0.10wt％)实现了高减摩耐磨性：摩擦系数可低至0.060(纯商品润滑油为0.073)，磨损体积可低至9316μm³(纯商品润滑油为18354μm³)。该润滑油的产品配方与生产工艺简单，无需高额设备投资，十分适合工业化生产，具有广阔市场应用前景。

技术领域

本发明涉及润滑油领域，特别涉及一种基于商品润滑油和石墨烯基添加剂的高减摩耐磨润滑油及其制备方法。

背景技术

摩擦是机械设备运转过程中普遍存在的物理现象。摩擦不仅消耗能量，而且使机械零件发生磨损，进而导致零件失效。据统计，全世界1/3以上的工业能源消耗在各种摩擦损耗上，80％的失效零件是由磨损造成的。润滑是减少摩擦和磨损的主要措施，而使用润滑油则是实现合理润滑、减少甚至消除摩擦和磨损的有效手段。然而，随着载荷、速度、温度等工作参数的不断提高，基于传统减摩剂和耐磨剂生产的常规润滑油已不能满足现代机械设备的减摩耐磨性能要求。研发新型添加剂，以实现润滑油高减摩耐磨性，已成为高性能润滑油领域的一个重要发展方向。

随着“纳米摩擦学”的出现和发展【钱林茂/田煜/温诗铸.纳米摩擦学.科学出版社,2013】，将不同纳米材料用作润滑油添加剂日益受到人们的重视。由于具有比表面积大、扩散性好、硬度高、易烧结等特点，纳米材料不仅可以在摩擦副表面形成一层易剪切的薄膜，有效降低摩擦系数，还能够对摩擦副表面的凹坑、犁沟等磨损进行一定程度的填补与修复，在提升润滑油减摩耐磨性上综合优势突出【石淼淼.固体润滑材料.化学工业出版社,2000】。

近年来，将新兴纳米材料-石墨烯应用于润滑油领域引起了行业的极大兴趣和关注。作为一种超薄二维碳纳米材料，石墨烯具有十分优异的润滑性、抗压耐磨性和热稳定性，理论上少量添加即可显著提高目标润滑油产品的润滑性能。然而，在实际使用过程中却存在原始石墨烯在润滑油中团聚严重、均匀分散困难等挑战性问题。使用分散助剂和进行表面化学改性是提高石墨烯分散性的两个最常用解决方法【Tribol.Lett.,2011,41,209；US8222190B2】。分散助剂虽然能在一定程度上提高石墨烯的分散性，但其在使用过程中却易与抗氧化剂、泡沫抑制剂、清净剂等其它添加剂发生相互作用，不利于石墨烯在润滑油中的长期稳定分散。就此而言，对石墨烯进行特定的表面接枝改性是一种更佳解决方案。遗憾的是，受限于石墨烯的超强化学惰性，目前能够在石墨烯表面直接进行接枝改性的实施方法还很少，并且这些方法还都存在反应路线和/或反应时间长、接枝率低、成本高等缺陷，难于产业化【Chem Rev 2012,112,6156】。

作为石墨烯的理想替代者，氧化石墨烯在用作润滑油添加剂方面正脱颖而出。这主要基于：1)氧化石墨烯是石墨烯的重要衍生物，具有类似于石墨烯的微观六元碳环结构和宏观二维片层结构；2)氧化石墨烯生产工艺成熟，目前已实现产业化，其后续应用的成本优势突出；3)氧化石墨烯的表面上富含有多种反应性含氧基团，能够为进一步实施接枝改性提供化学基础。但需指出的是，氧化石墨烯并不适合直接应用于润滑油体系，其表面上的大量极性含氧基团不仅会降低自身的热稳定性，还会降低在非极性润滑油中的分散能力【Tribology,2014,34,93】。为提高氧化石墨烯在润滑油中的分散性以及目标润滑油产品的长期使用稳定性，对氧化石墨烯进行还原处理以提高其热稳定性、进行表面接枝改性以提高其疏水亲油性，同时适当降低片层尺寸，是实现氧化石墨烯基添加剂在润滑油中成功应用的主攻方向【J.Alloy.Compd.,2017,722,778】。

发明内容