[發明專利]一種基于表面修飾的納米碳材料復合添加劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201910690890.6
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN112300852B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 管述哲;劉宣池;董孝宇;張佳;何芳;劉錫林
• 申請（專利權）人: 新疆工程學院
• 主分類號: C10M161/00
• 分類號: C10M161/00;C10N30/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及納米技術領域，具體公開了一種基于表面修飾的納米碳材料復合添加劑及其制備方法。本發明基于表面修飾的納米碳材料復合添加劑包含納米碳材料、蓖麻油酸和催化劑，其中，所述納米碳材料進行了酸化處理，酸化處理后的納米碳材料具有豐富的羥基，蓖麻油酸分子結構中既具有羥基，又具有羧基。在催化劑存在的條件下，蓖麻油酸可以通過與納米碳材料表面的羥基發生酯化反應，將蓖麻油酸分子接枝在納米炭材料表面；同時，蓖麻油酸分子間自聚而形成具有抗磨及分散作用的聚蓖麻油酸。實驗結果表明，本發明修飾后的納米碳材料蓖麻油酸復合抗磨添加劑體系具有更為優異的抗磨性能。

技術領域

本發明涉及納米技術領域，具體是涉及一種基于表面修飾的納米碳材料復合添加劑及其制備方法。

背景技術

納米碳材料作為潤滑油抗磨添加劑，彌散在潤滑油中的分散相能與摩擦表面充分作用，其支承負荷的“滾珠軸承”作用，可以大大降低摩擦系數。許多實驗研究表明，球形或管狀的納米碳顆粒在潤滑油摩擦學的應用中具有很大的優勢。這些納米碳材料會在金屬滑動表面形成一層保護膜，通過“微滾珠”或“滾軸”作用，表面強化作用和自修復作用提高了潤滑油基礎油的抗磨性能。除此之外，納米碳材料具有很好的熱穩定性及抗氧化性能，能夠延長潤滑油的使用壽命。

然而，納米碳材料作為抗磨添加劑，由于其表面活性基團較少，導致其與潤滑油油分子之間的相互作用力很弱；此外，由于納米碳材料具有較大的比表面積，納米碳分子間極容易發生團聚現象，在潤滑油系統中分散性和穩定性不好，長期存放易沉淀，限制了其應用前景。

為解決納米碳材料分散穩定性不高的技術問題，常見的改性方式是對納米碳材料表面進行官能團修飾來提高納米碳材料與油相的相容性。如中國專利CN201210474504公開了一種碳納米管的表面修飾方法，包括如下步驟：(1)將經強氧化性酸酸化的碳納米管與硅烷偶聯劑、去離子水混合均勻，在一定條件下反應，過濾、洗滌，經干燥后得到一次改性碳納米管；(2)將一次改性碳納米管與多元醇、濃硫酸混合均勻，在一定條件下反應，過濾、洗滌至中性，經干燥后得到二次改性碳納米管；(3)將二次改性碳納米管與有機羧酸、酯化反應催化劑、N,N-二甲基甲酰胺混合均勻，在惰性氣體保護下，在一定條件下反應，冷卻至室溫，經過濾、洗滌、干燥后得到經表面修飾的碳納米管。中國專利CN201510961886公開了一種基于碳納米管修飾的多壁碳納米管-聚合物磷酸酯納米添加劑，該納米添加劑通過共價鍵將聚合物磷酸酯鍵合到碳納米管上，結合后的納米材料在潤滑油中能夠大量分散，并且能夠穩定分散好幾個星期，另外在高溫下能夠顯著改善潤滑油的減摩抗磨性能。上述技術中，主要采用納米碳材料表面接枝的方法在一定程度上提高了納米碳材料在潤滑油基礎油中的分散穩定性問題，但其分散穩定性仍然沒有達到理想的效果。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供了一種基于表面修飾的納米碳材料復合添加劑及其制備方法。本發明酸化處理后的納米碳材料具有豐富的羥基，蓖麻油酸分子結構中既具有羥基，又具有羧基。在催化劑存在的條件下，蓖麻油酸可以通過與納米碳材料表面的羥基發生酯化反應，將蓖麻油酸分子接枝在納米炭材料表面；同時，蓖麻油酸分子間自聚而形成具有抗磨及分散作用的聚蓖麻油酸。

為達到本發明的目的，本發明基于表面修飾的納米碳材料復合添加劑包含納米碳材料、蓖麻油酸和催化劑，其中，所述納米碳材料進行了酸化處理。

本發明中，蓖麻油酸和納米碳材料為原料，反應分成兩個部分：(1)蓖麻油酸在催化劑的作用下會生成聚蓖麻油酸；(2)蓖麻油酸與納米碳材料表面的羥基反應形成長鏈的聚酯。聚蓖麻油酸的聚合度是由酸值計算公式得到，酸值的測試方法由國標GB/T264石油產品酸值測定法。蓖麻油酸酸值為187.9mg KOH/g，所得聚蓖麻油酸酸值為49.21KOH/g，根據酸值測定出聚蓖麻油酸為4聚物。

因此，最終試驗中基于表面修飾的納米碳材料復合添加劑為處理后的納米碳材料和4聚蓖麻油酸兩部分組成。