一种石墨烯防静电增润剂制备方法与流程

本发明属于石油化工产品制备技术领域，涉及一种石墨烯防静电增润剂制备方法，将改性石墨烯与润滑油或液压油的基础油复合制备石墨烯防静电增润剂，石墨烯防静电增润剂使润滑油或液压油具有防静电功能,同时增强润滑油或液压油的润滑性。

背景技术：
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静电是一种客观存在的物理现象，两种不同物体接触即分离、电器设备运行时互感都会产生静电，摩擦加剧电荷聚积生成静电，静电的电位高达几千伏甚至是几十万伏，瞬间放电聚焦点温度高达1000℃以上，固体和液体都具有相同的静电生成特性，静电危害及其造成的损失是巨大的，有时能导致灾难性事故的发生。

润滑油和液压油是一种使用广泛的机械润滑和动能传递介质,要求具有良好的抗磨、系统润滑、防腐、防锈和冷却性能，被广泛应用于航空、航天、交通、军工、海洋工程、矿山及机械制造等领域，在现代工业特别是自动化、智能化生产﹙设备)中具有无可取代的地位；但是润滑系统，特别是液压系统的静电导致的事故危害时有发生，现有被广泛使用的润滑油和液压油是绝缘介质，其在高温和高压的机械系统中高速循环运行时加速电荷聚积生成静电，绝缘液压油和润滑油在系统运行中经过液压泵、管路、阀门、过滤器、伺服机构、油箱等剧烈摩擦不断产生大量电荷，特别是使用了绝缘高分子材料的系统管件更易使电荷聚积，此外，润滑系统和液压系统采用的电液联合控制和驱动技术易形成电磁互感，造成感应电荷的产生和聚积，加剧了系统电荷大量聚积生成静电，静电导致系统运行失稳，乃至瘫痪，造成传感和控制系统电子元件击穿、电器设备烧毁；静电吸附杂质与油分子聚沉结胶、生成油泥后导致油质恶化；静电还会导致电磁阀动作失控、超前或延时，液动操控机构和伺服机构失灵，甚至卡阻；严重时，油品出现烧焦产物-碳粒，系统局部表面会出现电弧火花或电熔现象，引起火灾或爆炸，曾发生过静电引发油箱爆炸的案例。为消除润滑系统，特别是液压系统静电危害，人们尝试在液压油中添加一种“多组分金属盐化合物”，但是，多组分金属盐化合物导电性不稳定，对系统有腐蚀，特别是对油品综合功能及环境有较大的不良影响而难以推广使用；另外，采取系统局部技术改造，延长系统管线长度或接地，也只能起到局部缓解作用；目前，还没有一种技术手段能够有效消除润滑系统和液压系统的静电危害。因此，寻求一种既能有效释放静电电荷，增强润滑性，又有助于提高油品综合功能的润滑油或液压油的功能添加剂。由此，想到了石墨烯，石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道、组成的六角形结构二维材料，其厚度只有0.335nm，比表面积为2630m²/g，电导率为10⁸S/m，电子迁移率为15000cm²/v.s，是光速的1/300，电子迁移率不受温度影响，具有突出的导热性，在常温下导热率为5300w/m.k，抗拉强度为125GPa，强度极限为42N/m²，是一种功能全面而突出的新材料；石墨烯以无可比拟的导电性、突出的润滑性和散热性及其良好的力学和机械性能特点，为制备一种石墨烯防静电增润剂提供了基础。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种石墨烯防静电增润剂制备方法，利用石墨烯突出的导电性和润滑性，将改性石墨烯分别与API-I、API-II或API-III(美国石油协会分类标准)基础油复合，同时添加促进剂和调整剂，获得电导率达到设定值的石墨烯防静电增润剂。

为了实现上述目的，本发明涉及的石墨烯防静电增润剂制备方法的工艺过程如附图1所示包括制备改性石墨烯、搅拌增压射流、二次增压射流、减压射流、二次减压射流并排出五个步骤：

(1)制备改性石墨烯：在反应釜中先后加入1-8质量份数的石墨和92-99质量份数的液氮混合剂，密封并启动反应釜，当反应釜的温度达到60-90℃，压力达到30-60kg/m²时，停止反应釜的运行，释压并冷却至室温，制备得到改性石墨烯备用；

(2)搅拌增压射流：在反应釜中先后加入0.5-6.5质量份数的改性石墨烯和93.5-99.5质量份数的API-I、API-II或API-III基础油，再在反应釜中加入0.002-0.05质量份数的促进剂和0.002-0.08质量份数的调整剂，开启加热器，启动搅拌机，当反应釜的温度达到60-90℃，压力达到1-8kg/m²时，关闭搅拌机，石墨烯和API-I、API-II或API-III基础油、促进剂以及调整剂形成石墨烯复合分散液，石墨烯复合分散液中的石墨烯没有充分分散，将石墨烯复合分散液经射流压入二次增压缸；

(3)二次增压射流：将二次增压缸的压力增加至20-60kg/m²后把石墨烯复合分散液射流压入减压缸；

(4)减压射流：再将减压缸的压力降至10-30kg/m²后把石墨烯复合分散液射流压入二次减压缸；

(5)二次减压射流并排出：最后将二次减压缸的压力降至0.5-1kg/m²后把石墨烯复合分散液射流排至成品容器，得到石墨烯防静电增润剂。

本发明步骤(1)涉及的液氮混合剂是液氮和干冰按照2-4:1的重量比制备而成的混合液；步骤(1)涉及的促进剂为成品阳离子型表面活性剂；步骤(1)涉及的调整剂为成品阴离子型表面活性剂；步骤(1)制备的改性石墨烯是针对石墨烯与油品复合而进行的改性，改性石墨烯的比表面积为1200-1800m²/g，电导率大于10⁶S/m，无含氧官能团，是完整的非极性材料，具有亲油性和疏水性，改性石墨烯的致密二维结构，与金属表面具有良好的亲和力，与油品复合后能增加油品的润滑性，改性石墨烯的散热性和防腐性能优异，改性石墨烯的pH值呈中性，改性石墨烯的燃点在富氧条件下为500℃以上，在贫氧条件下为3500℃以上。

本发明制备的石墨烯防静电增润剂的电导率为1.1×10^-6-2.8×10^-3S/m，pH值呈中性，闪点为261±3℃，密度为1.032±0.2g/m³，化学性能稳定，无毒、无味、对人体和环境无害；添加流程简便，使用方便：在常温下，在润滑油或液压油中按润滑油或液压油质量的0.2-5.5％添加石墨烯防静电增润剂形成混合油品，混合油品经搅拌分散均匀后的电导率为500-5000PS/m，石墨烯防静电增润剂适用于分别以API-I、API-II或API-III基础油调制的润滑油或液压油中，实现防静电功能和增强润滑性的功效，能够满足不同使用领域的防静电要求；石墨烯防静电增润剂的配比量按照润滑油或液压油使用领域对电导率的设定值进行调整。

本发明制备的石墨烯防静电增润剂添加到润滑油或液压油中后，润滑油或液压油具有防静电功能，同时增强了润滑性能，润滑油或液压油的综合性能指标有明显提高，特别是润滑功能和散热功能显著提高，致密的石墨烯油膜均匀的附布在金属摩擦表面，能够有效填补设备表面凹痕缺陷、阻隔金属表面直接摩擦和氧化腐蚀；将添加石墨烯防静电增润剂后的润滑油或液压油与没添加石墨烯防静电增润剂后的润滑油或液压油比较测试，添加石墨烯防静电增润剂后的润滑油或液压油的摩擦系数降低25-35％，抗极压性能提高20-30％，磨耗降低65-85％，导热性提高35-55％，运动阻力明显变小，防腐功能明显提高，稳定性好，无漂浮、团聚和聚沉现象，连续使用周期较现有润滑油增加1.5-2倍。

本发明与现有技术相比，将克服了表面张力大、易漂浮、难分散和易聚沉缺点的改性石墨烯与API-I、API-II或API-III基础油以及促进剂和调整剂复合通过分散工艺制备得到石墨烯防静电增润剂，石墨烯防静电增润剂的性能稳定，添加方便，对环境友好无公害，石墨烯防静电增润剂与液压油或润滑油之间具有友好的理化互溶性，在常温下，将润滑油或液压油质量的0.2-5.5％的石墨烯防静电增润剂添加至润滑油或液压油中搅拌均匀即可使用，润滑油或液压油的电导率达到500-5000PS/m，石墨烯防静电增润剂的添加对原标号的润滑油或液压油的密度和粘度无影响，对润滑油或液压油的结构成分无排异反应；其原理科学合理，操作性强，使用环境友好，安全环保，制备的石墨烯防静电增润剂具有防静电功能和增强润滑性功效，能够实现规模化生产。

附图说明：

图1为本发明的工艺步骤流程示意框图。

图2为本发明涉及的改性石墨烯含量不同的石墨烯防静电增润剂的电导率曲线图。

图3为本发明涉及的石墨烯防静电增润剂含量不同的液压油的电导率曲线图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的石墨烯防静电增润剂制备方法的工艺过程包括制备改性石墨烯、搅拌增压射流、二次增压射流、减压射流、二次减压射流并排出五个步骤：

(1)制备改性石墨烯：在反应釜中先后加入1质量份数的石墨和99质量份数的液氮混合剂，密封并启动反应釜，当反应釜的温度达到60℃，压力达到30kg/m²时，停止反应釜的运行，释压并冷却至室温，制备得到改性石墨烯备用；

(2)搅拌增压射流：在反应釜中先后加入0.5质量份数的改性石墨烯和99.5质量份数的API-II基础油，再在反应釜中加入0.002质量份数的促进剂和0.002质量份数的调整剂，开启加热器，启动搅拌机，当反应釜的温度达到60℃，压力达到1kg/m²时，关闭搅拌机，石墨烯和API-II基础油、促进剂以及调整剂形成石墨烯复合分散液，石墨烯复合分散液中的石墨烯没有充分分散，将石墨烯复合分散液经射流压入二次增压缸；

(3)二次增压射流：将二次增压缸的压力增加至20kg/m²后把石墨烯复合分散液射流压入减压缸；

(4)减压射流：再将减压缸的压力降至10kg/m²后把石墨烯复合分散液射流压入二次减压缸；

(5)二次减压射流并排出：最后将二次减压缸的压力降至0.5kg/m²后把石墨烯复合分散液射流排至成品容器，得到石墨烯防静电增润剂。

本实施例涉及的液氮混合剂是液氮和干冰按照2:1的重量比制备而成的混合液；促进剂为阳离子型表面活性剂；调整剂为阴离子型表面活性剂。

本实施例制备的石墨烯防静电增润剂的电导率为1.1×10^-6S/m，pH值呈中性，闪点为258℃，密度为0.832g/m³，化学性能稳定，无毒、无味、对人体和环境无害。

实施例2：

本实施例涉及的石墨烯防静电增润剂制备方法的工艺过程包括制备改性石墨烯、搅拌增压射流、二次增压射流、减压射流、二次减压射流并排出五个步骤：

(1)制备改性石墨烯：在反应釜中先后加入8质量份数的石墨和92质量份数的液氮混合剂，密封并启动反应釜，当反应釜的温度达到90℃，压力达到60kg/m²时，停止反应釜的运行，释压并冷却至室温，制备得到改性石墨烯备用；

(2)搅拌增压射流：在反应釜中先后加入6.5质量份数的改性石墨烯和93.5质量份数的API-II基础油，再在反应釜中加入0.05质量份数的促进剂和0.08质量份数的调整剂，开启加热器，启动搅拌机，当反应釜的温度达到90℃，压力达到8kg/m²时，关闭搅拌机，石墨烯和API-II基础油、促进剂以及调整剂形成石墨烯复合分散液，石墨烯复合分散液中的石墨烯没有充分分散，将石墨烯复合分散液经射流压入二次增压缸；

(3)二次增压射流：将二次增压缸的压力增加至60kg/m²后把石墨烯复合分散液射流压入减压缸；

(4)减压射流：再将减压缸的压力降至30kg/m²后把石墨烯复合分散液射流压入二次减压缸；

(5)二次减压射流并排出：最后将二次减压缸的压力降至1kg/m²后把石墨烯复合分散液射流排至成品容器，得到石墨烯防静电增润剂。

本实施例涉及的液氮混合剂是液氮和干冰按照4:1的重量比制备而成的混合液；促进剂为阳离子型表面活性剂；调整剂为阴离子型表面活性剂；改性石墨烯是针对石墨烯与油品复合而进行的改性，克服了石墨烯表面张力大、易漂浮、易团聚、易聚沉和难分散的缺陷，改性石墨烯的比表面积为1200-1800m²/g，电导率大于10⁶S/m，无含氧官能团，是一种完整的非极性材料，具有突出的亲油性和疏水性，改性石墨烯的致密二维结构，与金属表面具有良好的亲和力，与油品复合后能增加油品的润滑性；改性石墨烯的散热性和防腐性能优异，改性石墨烯的pH值呈中性，改性石墨烯的燃点在富氧条件下为500℃以上，在贫氧条件下为3500℃以上。

本实施例制备的石墨烯防静电增润剂的电导率为2.8×10^-3S/m，pH值呈中性，闪点为264℃，密度为1.232g/m³，化学性能稳定，无毒、无味、对人体和环境无害。

实施例3：

本实施例在18℃条件下测试改性石墨烯含量不同的石墨烯防静电增润剂的电导率，如图2所示，改性石墨烯的添加量分别为0.5质量份、2.0质量份、3.5质量份、5.0质量份和6.5质量份时，石墨烯防静电增润剂的电导率分别为2×10^-5S/m、9×10^-5S/m、2.1×10^-4S/m、5.2×10^-4S/m和7.3×10^-4S/m，测试结果曲线图表明石墨烯防静电增润剂的电导率随着改性石墨烯添加量的增大而增大。

实施例4：

本实施例在18℃、50℃和80℃条件下分别测试石墨烯防静电增润剂含量不同的液压油的电导率，如图3所示，石墨烯防静电增润剂添加量分别为0.2％、0.6％、1.0％、1.4％和1.8％时，18℃条件下的液压油的电导率分别为650PS/m、1100PS/m、2600PS/m、3100PS/m和4100PS/m，50℃条件下的液压油的电导率分别为610PS/m、1050PS/m、2541PS/m、3010PS/m和4022PS/m，80℃条件下的液压油的电导率分别为590PS/m、980PS/m、2480PS/m、2968PS/m和3900PS/m，测试结果曲线图表明液压油的电导率随着石墨烯防静电增润剂的添加量的增大而增大，基本不受温度变化的影响。