[發明專利]一種功能化洋蔥碳材料納米添加劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210095525.2
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114381324B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 葉謙;解會潔;王逸新;劉淑娟;劉維民
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C10M169/04
• 分類號: C10M169/04;C10N30/06
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發明公開了一種功能化洋蔥碳材料納米添加劑及其制備方法和應用，屬于潤滑添加劑技術領域。該制備方法為：在蠟燭火焰中焰處收集燭灰，將燭灰進行熱處理得到洋蔥碳；將洋蔥碳分散至單寧酸溶液中，加入三元胺，攪拌發生邁克爾加成反應和席夫堿反應后，得到單寧酸改性的洋蔥碳；將單寧酸改性的洋蔥碳分散于Tris溶液中，加入含減摩抗磨性能小分子的有機溶液，攪拌發生邁克爾加成反應后，得到功能化洋蔥碳材料納米添加劑。本發明制備得到了功能化洋蔥碳納米材料在潤滑油中具有良好的分散穩定性，而且提高了機械部件的減摩抗磨性能，制備所用原料來源廣泛，合成方法簡單，適用范圍廣。

技術領域

本發明涉及潤滑添加劑技術領域，更具體的涉及一種功能化洋蔥碳材料納米添加劑及其制備方法和應用。

背景技術

摩擦磨損普遍存在于自然界中，并且造成了大量能源和資源的損耗。研究報道，世界的能源大約有30％最終消耗在各種形式的摩擦上。據統計，為了減小設備運作過程產生的摩擦阻力，每年近1/3的燃油被用來減少機械的摩擦磨損。特別是由于許多工況條件已經超越了潤滑油的使用極限，迫切需求與之相適應潤滑劑和自潤滑材料，從而使潤滑油添加劑的研究成為目前重要研究熱點。近年來，隨著納米科技的飛速發展，納米粒子作為潤滑油添加劑已開始顯示出其獨特優越性能。并且隨著人類社會的發展對能源、環境提出更高的要求，為了生態環境的可持續發展，綠色、高效、多功能的潤滑油添加劑的發展尤為迫在眉睫。碳基納米材料綠色無毒、化學穩定等特點使其成為環保型潤滑材料的典型代表。

納米-洋蔥狀的碳材料—納米洋蔥(Carbon Nano-onions，簡稱CNOs)，又稱為洋蔥碳，其尺寸大約在2-100nm，是繼C60、碳納米管、石墨烯之后，富勒烯家族的又一成員。由于CNOs具有獨特的化學和物理性質，包括大的比表面積等優勢，被廣泛應用于潤滑添加劑、光學限幅材料、航空航天、燃料電池、電磁屏蔽和催化等各個領域。由于結合了石墨層狀結構和C₆₀的球形結構，可起到協同的減摩抗磨，由于其層間較弱的范德華力，使得“納米-洋蔥”易于分解，在摩擦副間形成一層石墨涂層類似微軸承代替破裂的油膜起潤滑作用。所以洋蔥狀的納米結構具有較好的自潤滑性能。

洋蔥碳作為納米潤滑添加劑時由于其準球形結構起微軸承作用、碳原子排列完美表面沒有懸掛鍵以及穩定封閉結構使其具有高的機械強度等優勢，應用前景十分廣泛。然而，洋蔥碳應用作為納米潤滑添加劑還存在著功能性單一、在基礎油中分散穩定性差等不足，因此為了提高洋蔥碳的潤滑性能需要對其進行改性處理。

發明內容

針對以上問題，本發明提供了一種功能化洋蔥碳材料納米添加劑及其制備方法和應用，本發明制備得到了功能化洋蔥碳納米材料在潤滑油中具有良好的分散穩定性，而且提高了機械部件的減摩抗磨性能，制備所用原料來源廣泛，合成方法簡單，適用范圍廣。

本發明的第一個目的是提供一種功能化洋蔥碳材料納米添加劑的制備方法，按照以下步驟制備：

步驟1、在蠟燭火焰中焰處收集燭灰，將燭灰進行熱處理得到洋蔥碳；

步驟2、將洋蔥碳分散至單寧酸或其衍生物溶液中，加入三元胺，攪拌發生邁克爾加成反應和席夫堿反應后，得到單寧酸改性的洋蔥碳；

步驟3、將單寧酸改性的洋蔥碳分散于Tris溶液中，加入含減摩抗磨性能小分子的有機溶液，攪拌發生邁克爾加成反應后，得到功能化洋蔥碳材料納米添加劑。

優選的，步驟1中，熱處理溫度為300-1100℃，熱處理時間為6-24h。

優選的，步驟2中，洋蔥碳、單寧酸的質量比為8:1～2；單寧酸單體和三元胺的氨基的官能團摩爾比為1：4～32；反應溫度為5-50℃，反應時間為12-48h；

所述單寧酸溶液中，單寧酸的濃度為0.1-10mg/ml。

優選的，步驟2中，所述單寧酸溶液中，溶劑為水、Tris緩沖液、乙醇中的一種或幾種。