[发明专利]一种聚醚水滑石混合溶液的制备方法

说明书

本发明公开了一种可实现超低摩擦系数(低于0.01)的聚醚水滑石混合溶液的制备方法，属于润滑材料领域。采用水热法制备得到的超薄纳米水滑石薄片表面带有亲水基团，按0.5％～2％比例在水中均匀分散后，可制备得到一种均匀半透明的胶体溶液，随后以20～50％的比例与聚醚润滑液进行混合。本发明的聚醚水滑石混合溶液中超薄纳米水滑石片的纵向尺寸相较于润滑膜的厚度而言极小，该水滑石样品的加入使得摩擦副表面在跑合阶段能够得到平坦化以及抛光，从而可以快速地完成跑合过程，与聚醚水溶液结合，实现超低摩擦系数，并且提高其最终承载能力。

技术领域

本发明属于润滑添加剂材料技术领域，具体涉及一种超薄纳米水滑石片和聚醚混合水溶液的制备方法。

背景技术

在人类的日常生活和工业化进程中，不必要的摩擦磨损现象造成了巨大的能源损耗和材料损失。因此，在众多科学研究中最吸引人关注的话题莫过于如何将不必要的摩擦力降到最低甚至是实现“零摩擦”的状态。在人们无限追求“零摩擦”状态的过程中，一个全新的概念在1990年被提出并且被越来越多专家学者所推崇，那就是超滑。利用此类润滑剂可以提高能量转化效率、减少摩擦副材料磨损和提升传动效率，对于节约能源和延长设备使用寿命具有重要意义。目前开发环境友好的具有超滑性能的润滑液成为广大研发机构的重要研究方向。

聚醚是一种在实际生产中十分常用的工业合成润滑液。通常情况下聚醚分子是由几种不同的环氧烷烃任意组合，并在端基的作用下聚合而成。其中最典型的环氧烷烃为环氧乙烷和环氧丙烷。聚醚具有高温稳定性良好、倾点低以及粘度指数高等特点，非常适合用于机械设备(矿石破碎机、水泥回转窑、钢滚子轴承等)的正常运行。此外，大多数的聚醚分子链可生物降解，有的甚至能达到食品级认证。这意味着聚醚材料可满足绝大多数农业、林业、矿业甚至食品制造加工行业应用过程中的需求。

此前相关研究报道了聚醚可以与水以任意比例互溶并且在较宽的速度和浓度范围内(30—60wt％)以滴加(40μL)或全浸泡的状态都能实现超低的摩擦系数(最低可达0.0023)。通过对于实验前后摩擦副表面磨痕区域以及聚醚水溶液的表征，发现能够实现超滑现象的主要原因是聚合物通过氢键作用生成的水合层以及聚醚在适中浓度(30—60wt％)的水溶液中存在的部分自由水分子。水合层的存在能有效降低润滑过程中流体的剪切强度；而自由水分子的存在则能有效减弱聚合物链之间的分子相互作用。在两者的协同作用下，从而产生超低摩擦系数这一现象。

然而，在日常的长期放置过程中，少部分聚醚分子由于在水中容易被氧化分解成带羧基的弱酸，使得其水溶液的pH值降低，从而最终呈现为酸性，对摩擦副材料以及实际运行的相关设备而言会造成对其表面的严重腐蚀，从而限制了聚醚更加广泛的应用。

水滑石又被称为层状双金属复合氢氧化物(Layered Double Hydroxide，LDH)，其化学组成通式可表达为：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺分别代表二价和三价金属阳离子，位于主体层板六方晶体的中心位置，六方晶体的各个顶点则被氢氧根离子OH^-占据；A^n-代表层间阴离子；x为M³⁺/(M²⁺+M³⁺)的摩尔比值，一般情况下0.2x0.33时可得到单相的水滑石；m为层间水分子的个数。大部分的金属阳离子，如Mg²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺等离子，均可以实现在水滑石主体层板中的原子级分散。

发明内容