[發明專利]一種氧化石墨烯雜化多壁自潤滑微納膠囊及其制備方法

有效

• 申請號: 201910991105.0
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN110681324B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 李海燕;李志科;陳斯佳;汪懷遠;馮瑩瑩;馬英杰;張茗珺;石楠奇
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;C08G18/32
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 段娜娜

本發明涉及一種氧化石墨烯雜化多壁自潤滑微納膠囊及其制備方法。該微納膠囊以離子液體為芯材，壁材的結構從內到外為：聚脲/氧化石墨烯/(聚乙烯亞胺/氧化石墨烯)_n。制備方法包括：(1)形成包含如下組分的混合物：氧化石墨烯；離子液體；和水；(2)將混合物與異氰酸酯類單體，然后加入擴鏈劑，升溫反應，得到包覆離子液體的聚脲/氧化石墨烯雙壁微納膠囊；(3)形成包含如下組分的混合體系：聚乙烯亞胺；鹽酸多巴胺；和緩沖溶液；(4)將步驟(2)制得的微納膠囊與混合體系混合，室溫下反應，得到多巴胺?聚乙烯亞胺改性的的聚脲/氧化石墨烯雙壁微納膠囊；(5)將步驟(4)所得微納膠囊與氧化石墨烯水溶液混合，并在攪拌下反應。

技術領域

本發明涉及自潤滑材料技術領域，尤其涉及一種氧化石墨烯雜化多壁自潤滑微納膠囊及其制備方法。

背景技術

在石油化工、航空航天、機械工程等領域中的關鍵零部件如齒輪、軸承、活塞等不可避免地存在摩擦磨損問題，這不僅會造成設備使用壽命縮短、設備安全性變差、生產能力下降等問題，還會造成嚴重的環境污染及重大事故的發生。因此，研究減摩耐磨材料具有重要的意義。聚合物基復合材料因具有輕質、高強、耐腐蝕和易成型加工等優異性能而被廣泛使用代替許多金屬材料成為最具發展前景的減摩耐磨材料。但聚合物材料存在傳熱、耐磨性能差等缺點，限制了其在摩擦學領域的應用。隨著高新技術的發展，儀器設備朝著高溫、高載、輕量化方向發展，對高性能樹脂基復合材料的要求與日俱增，尤其對樹脂基復合材料的自潤滑、耐磨性等綜合性能提出了更高的要求，普通的樹脂基自潤滑材料已不再滿足使用需求。因此，研究具有優異自潤滑與耐磨性能的樹脂基自潤滑復合材料具有重要的意義。

目前常用的聚合物基自潤滑復合材料主要包括以下三種類型：固體納米粒子填充的自潤滑復合材料、潤滑劑填充的多孔自潤滑復合材料以及自潤滑微膠囊填充的自潤滑復合材料(也叫微膠囊型自潤滑復合材料)。微膠囊型自潤滑復合材料是采用特定的微膠囊壁材將液體潤滑劑微膠囊化，然后將其填充于聚合物基體中形成具有自潤滑功能的聚合物基復合材料或涂層。這種復合材料或涂層在摩擦過程中受摩擦力的作用會導致微膠囊破裂，釋放潤滑劑，從而在復合材料摩擦面和對偶面間形成自潤滑轉移膜，阻止摩擦面和對偶面之間的直接接觸，此外，復合材料摩擦表面留下的微膠囊空腔可以捕獲摩擦過程中產生的磨屑，降低磨粒摩擦作用，因此，自潤滑復合材料的摩擦磨損性能顯著改善。這在一定程度上解決了固體潤滑存在的摩擦系數較大以及多孔潤滑材料在長時間摩擦應用過程中存在的潤滑失效問題。

近幾年對微膠囊型自潤滑復合材料的研究主要集中于自潤滑微膠囊制備及其復合材料的摩擦學性能研究上。常用的微膠囊化潤滑劑主要有石蠟、潤滑油基礎油、硅油、硅氧烷、異氰酸酯、油酰胺等。常用的微膠囊的壁材主要有以聚砜(PSF)、聚苯乙烯(PS)、聚脲(PU)、脲醛樹脂(PUF)、密胺樹脂(PMF)等為代表的有機壁材，它們具有較好的成囊性，但有機壁材通常機械性能較差，使得微膠囊在使用過程中容易破碎；或以SiO₂等為代表的無機材料作為壁材，它們一般具有良好熱穩定性的，但無機壁材一般包封性較差，壁材存在多孔結構。

目前已有文獻將自潤滑微膠囊添加到環氧樹脂、聚氨酯、聚四氟乙烯等聚合物基體制備自潤滑復合材料或涂層，通過對復合材料或涂層摩擦學性能研究發現微膠囊的加入能夠顯著改善復合材料的摩擦磨損性能，在微膠囊型自潤滑復合材料研究領域目前已取得了一些進展，且該領域存在廣闊的應用前景，然而目前還存在以下幾個關鍵問題需要解決：

(1)現有文獻報道的自潤滑微膠囊的粒徑多在幾十至幾百微米范圍，較大的膠囊粒徑會影響復合材料的力學性能，雖然可通過在復合材料基體中添加納米增強材料來提高其力學性能和摩擦學性能，但納米添加劑難分散的問題仍然沒有得到有效解決。