[发明专利]一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用。其采用纤维素纳米晶表面接枝碳原子数介于16～20之间的烷基链制备而来，所述纤维素纳米晶直径为5～50nm，长度为50～500nm。纤维素纳米晶经过表面化学修饰，且通过溶剂置换的方法加入到润滑油中，从而促进纳米晶在基础油中的相容性和分散性。加入纤维素纳米晶润滑油添加剂后，在相同摩擦测试条件下，摩擦系数可以减小40‑60％，磨损减小10‑30％。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及润滑材料技术领域，具体涉及一种纤维素纳米晶润滑油添加剂及其制备和应用。

背景技术

根据统计每年大约有80％的零件都是因为摩擦磨损而报废，全世界工业部门使用的能源中，约有1/3～1/2最终以各种形式损耗在摩擦上。因此，开发新型高性能润滑材料，对于提高能效和机械设备的可靠性具有非常重要的意义。随着纳米技术的飞速发展，纳米材料也逐渐被应用到润滑领域。一些纳米粒子，例如二硫化钼、二氧化钛、碳纳米管等被加入到润滑油中作为润滑油添加剂。在摩擦过程中，它们有的可以在摩擦副表面形成转移膜，降低剪切应力；有的可以在摩擦副之间起到微型滚动轴承的作用；有的则可以填充到摩擦副表面微凸体的沟壑之中，起到修复膜的作用。然而，纳米粒子作为润滑油添加剂的使用，仍然受到诸多限制。由于纳米粒子一般具有较大的比表面积，因此在润滑油中容易发生团聚，导致分散不均匀。相比于轻质润滑油，部分金属纳米粒子的密度较大，易于在润滑油中发生沉降，因此限制了纳米润滑效应的发挥。此外，某些无机纳米粒子毒性较强、性质不稳定、使用成本较高，进一步阻碍了纳米粒子在润滑领域的实际应用。因此，亟需开发出具有优异减摩抗磨性能的绿色环保纳米润滑油添加剂。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型纤维素纳米晶润滑油添加剂，其在基础油中具有较好的分散性，减摩和抗磨的效果明显；同时还提供了其制备方法和应用方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种润滑油添加剂，其采用纤维素纳米晶表面接枝碳原子数介于16～20之间的烷基链制备而来，所述纤维素纳米晶直径为5～50nm，长度为50～500nm。

上述润滑油添加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)以稀碱对棉短绒、海鞘或秸秆进行纯化处理，除去木质素、半纤维素杂质，洗涤至中性后烘干，得到纯化纤维素；通过盐酸水解纤维素，析出具有高度结晶性的纤维素纳米晶(Cellulose Nanocrystals，CNC)；经过离心水洗、透析处理等得到纯化纤维素纳米晶悬浮液；

2)将所得纤维素纳米晶转移分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入硬脂酰氯，超声分散稳定后加入三乙胺为催化剂、氯化锂为干燥剂、4-二甲氨基吡啶为活化剂(DMAP)，在氮气保护下进行表面修饰反应；产物经过离心纯化、烘箱干燥，得到表面接枝烷基链的修饰纤维素纳米晶(modified Cellulose Nanocrystals,mCNC)，即润滑油添加剂。

按上述方案，步骤2中纤维素纳米晶与硬脂酰氯的质量比为1：(4-7)。

按上述方案，表面修饰反应时间为24～48小时，反应温度为60～80℃。

上述润滑油添加剂在润滑油中的应用。

按上述方案，通过溶剂置换的方法将上述润滑油添加剂添加到润滑基础油中；添加量为0.01～10wt％。

按上述方案，所述溶剂置换法包括以下步骤：

向所述润滑油添加剂下层固体中加入丙酮，离心分离去掉上层清液；

再次向下层固体中加入四氢呋喃，混合润滑基础油，超声处理；

蒸发除去四氢呋喃，得到含有修饰纤维素纳米晶的复合润滑油。