[發明專利]一種原位制備石墨烯水基潤滑劑的方法

在審

• 申請號: 201410837537.3
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104593130A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 沈志剛;梁帥帥;張曉靜;麻樹林
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C10M173/02
• 分類號: C10M173/02;C10N30/06
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域：

本發明涉及一種原位制備石墨烯水基潤滑劑的方法，具體是一種在表面改性劑水溶液中原位制備石墨烯并用作潤滑劑的技術。屬于石墨烯用作納米潤滑添加劑的應技術領域。

背景技術：

在金屬材料加工工業領域，為提高效率及加工精度、改善產品質量、減少磨損、降低摩擦，要選用適當的潤滑劑，具體分為油基型與水基型兩種。兩者相比，水基潤滑劑因其冷卻性好、適合高速加工條件、加工表面光潔度好、環境兼容性好等優點而被廣泛應用。但同時由于其自身潤滑性及抗磨性較差，所以只能適用于輕加工負荷的場合。目前，水基潤滑劑潤滑及抗磨性能的提高主要依賴于增加其中乳化油的含量，形成乳化液，從而提高潤滑薄膜的強度，而這必然會導致水基潤滑劑各項優勢性能的降低。因此，有必要開發出新型的水基潤滑添加劑，使能夠在保證水基潤滑劑獨特性能的同時，提高其潤滑及抗磨性能，拓寬其應用范圍。

一種新型納米材料——石墨烯，自2004年被發現以來，以其獨特優異的電學、熱學、力學等性能，在材料、能源及電子器件等領域受到了廣泛關注。值得注意的是，石墨烯作為傳統潤滑材料——石墨的組成單元，其本身擁有優秀的潤滑特性。石墨烯在厚度取向上的納米級尺寸使其容易在摩擦過程中進入摩擦副間，而獨特的層狀結構又使其易于沉積在摩擦副表面，因此阻止摩擦件表面的直接接觸，使摩擦轉而發生在沉積于表面的石墨烯之間，從而達到降低摩擦、減小磨損的效果。目前，氧化石墨烯或還原氧化石墨烯由于表面存在大量含氧官能團，使其具有易改性以及親水的特點，因而受到研究人員的青睞。已經有一些科技工作者成功對氧化還原法制備的石墨烯進行表面改性，并作為納米添加劑加入潤滑基礎油中，在一定程度上增強了潤滑油的抗磨減摩性能(J.Phys.D?Appl.Phys.,2011,44,205303)。另一方面，也有研究人員基于氧化石墨烯的親水性能直接將其應用于水基潤滑劑中(Carbon,2013,59,167–175)，并取得了一定的研究成果。但是，氧化石墨烯與本征石墨烯由于結構的差異，性質頗有不同。在作為水基潤滑添加劑應用方面，氧化石墨烯與本征石墨烯相比，存在以下不足：1、氧化石墨烯表面存在大量含氧官能團并且呈現褶皺的形貌，從而使其表面的光滑性大大降低，增加了層間的摩擦系數。與之相對，本征石墨烯表面基本無官能團，缺陷程度低，且平整無褶皺，利于層間滑動。摩擦力顯微鏡研究表明，氧化石墨烯表面的摩擦系數達到本征石墨烯的7倍之多(Tribol.Lett.,2013,50,137–144)。2、氧化石墨烯溶于水會形成膠體溶液，使潤滑劑的粘度大幅上升，從而會降低其在噴霧潤滑等應用場合的可操作性(J.Phys.Chem.,2011,115,3410–3415)。而本征石墨烯能夠以極少的添加量取得優異的潤滑效果，基本不影響水基潤滑劑的粘度。3、氧化石墨烯或還原氧化石墨烯的制備工藝相對復雜、制備成本較高、所用化學試劑大多對環境有危害，難以滿足低成本綠色制備及應用的需要。相比之下，本征石墨烯現在已經可以利用液相直接剝離方法進行宏量制備，同時兼有高效率、低成本、簡易綠色、易規模化的優勢，這為本征石墨烯在潤滑領域的應用提供了有力的技術支持。鑒于以上論述，很有必要開展本征石墨烯添加于水基潤滑劑的應用研究，是一種簡易高效、綠色環保的納米潤滑添加劑。

發明內容：

1、目的：本發明的目的在于提供一種原位制備石墨烯水基潤滑劑的方法，所述潤滑劑以原位制備的石墨烯作為潤滑添加劑，分散穩定性好，具有很好的抗磨減摩性能，而且制備方法簡單，環境友好，無污染。

2、技術方案：上述發明目的是通過如下的技術方案予以實現的：

一種原位制備石墨烯水基潤滑劑的方法，所述潤滑劑由石墨烯、表面改性劑和純水組成，其中，石墨烯占潤滑劑總質量的0.001％～1％。

本發明所述一種原位制備石墨烯水基潤滑劑的方法，具體步驟如下：

步驟一：將表面改性劑以預定比例添加至去離子水中，并強力攪拌2-24小時，使表面改性劑充分溶于水中，得到用于制備水基潤滑劑的溶液；

步驟二：將石墨粉以預定比例添加至步驟一制備的溶液中，攪拌至其分散均勻，得到石墨分散液；

步驟三：將步驟二中得到的石墨分散液在超聲空化發生裝置中處理2-48小時；

步驟四：將步驟三中超聲空化處理后的溶液靜置12-48小時，之后取上層溶液；

步驟五：將步驟四中取得的上層溶液分裝入離心管中，進行離心分離處理，離心轉速為500轉/分至5000轉/分(離心加速度35g至3555g)；離心處理時間為30分鐘至180分鐘。