离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法
【专利摘要】本发明公开了离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法，包括氧化石墨烯的合成、氧化石墨烯改性、离子化氧化石墨烯与烷基咪唑离子液体纳米复合三个步骤。采用本发明方法制备的水基润滑添加剂可以直接作为水或者水的乳化液的抗磨添加剂，工艺简单，原料易得，成本低廉，具有良好的润滑性和水的相容性，能减小摩擦力和减少表面磨损，有效地延长工程机械或部件在水中的工作寿命。
【专利说明】离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及表面改性技术，具体涉及一种离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，水基润滑剂被广泛用于许多领域如液压油、切削液、金属成形操作和石油开采行业。在海洋环境中工作的运动机械和部件由于摩擦的存在而影响其工作效率、耐久性和环境兼容性等问题而备受关注。与矿物油脂润滑剂相比，水基润滑剂具有不可比拟的优势，如:成本低廉、环境兼容性好和导热系数高等。另，由于水在金属摩擦副中的摩擦系数很高，且抗磨损能力很差，因此，需要开发高性能添加剂以增强其对金属表面的水基润滑性。目前，碳纳米材料作为一种新型的高力学性能的疏水材料被广泛关注和应用开发。由于其是一种疏水材料，所以其被用于水基润滑材料时需要进行表面改性。采用亲水处理方法使碳纳米材料成为水基润滑剂是一种较为简单的方法。石墨烯是一种单原子厚度的二维结构，来源于一个分层的石墨，并且已经大规模工业生产。石墨烯作为一种低维的碳纳米材料，作为水基润滑添加剂具有重要的应用前景。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种可以直接作为水或者水的乳化液的抗磨添加剂、工艺简单、原料易得、成本低廉、具有良好的减小摩擦力和减少表面磨损的性能的离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法。
[0004]为解决上述技术问题本发明采用如下技术方案:
[0005]离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法，包括以下工艺步骤:
[0006]<1>氧化石墨烯的制备:将石墨在微波中预氧化成石墨烯片；将石墨烯片浸泡在由H2O2和H2SO4按体积比3:7配制的Piranha溶液中进行氧化和表面羟基化处理；在上述Piranha溶液加入高锰酸钾，高锰酸钾与该Piranha溶液的质量体积浓度为8_20mg/mL，在70°C恒温2小时，得到氧化石墨烯；
[0007]<2>氧化石墨烯改性:将步骤〈1>所得氧化石墨烯添加到乙醇中超声分散，形成均匀分散的氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与乙醇的质量体积浓度为20mg/mL，按每克氧化石墨烯加入I毫升表面改性剂对氧化石墨烯表面进行改性，得到离子化氧化石墨烯；
[0008]<3>纳米复合:将步骤〈2>所得离子化氧化石墨烯与烷基咪唑离子液体按质量比1:10-20混合后制得水基润滑添加剂。
[0009]所述步骤〈1>中微波频率范围为2000MHz—5000MHz，功率为2000—4000W，时间为5-30分钟。
[0010]所述步骤〈1>中石墨烯片与Piranha溶液的质量体积比为lg:50mL。
[0011]所述步骤<1>中氧化和表面羟基化处理温度控制在90°C，持续时间为I小时。
[0012]所述步骤〈2>中超声分散的功率为300— 600W，持续时间6— 3分钟。
[0013]所述步骤〈2>中的表面改性剂为:1-乙基-3-3乙氧基硅烷六氟磷化咪唑、1-乙基-3-3乙氧基硅烷溴化咪唑、1-乙基-3-3乙氧基硅烷四氟硼咪唑、1-乙基-3-3乙氧基硅烷硫化咪唑或1-甲基-3-3乙氧基硅烷氯化咪唑。
[0014]所述烷基咪唑离子液体为甲基咪唑、乙基咪唑、丙基咪唑、辛基咪唑或十八烷基咪唑，碳链为1-18个碳。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0016]1、本发明制备的水基润滑添加剂可以直接作为水或者水的乳化液的抗磨添加剂；
[0017]2、工艺简单，原料易得，成本低廉；
[0018]3、本发明制备的水基润滑添加剂具有良好的润滑性和水的相容性，能减小摩擦力和减少表面磨损，有效地延长工程机械或部件在水中的工作寿命。
【具体实施方式】
:
[0019]实施例1:
[0020]将I克石墨在频率为2000MHz、功率为2000W，时间30分钟的微波中预氧化成石墨烯片；再将石墨烯片浸泡在由H2O2和浓H2SO4按体积比3:7配制的50毫升Piranha溶液中进行氧化和表面羟基化处理，温度控制在90°C，持续时间为I小时；然后再在上述Piranha溶液加入I克的高锰酸钾，在70°C恒温2小时，得到氧化石墨烯；再将氧化石墨烯加到50毫升乙醇中进行超声分散，超声分散的功率为600W,持续时间3分钟，形成均勻分散的氧化石墨烯分散液，加入I毫升1-乙基-3-3乙氧基硅烷六氟磷化咪唑对石墨烯表面进行改性得到离子化氧化石墨烯。将离子化氧化石墨烯与甲烷基咪唑离子液体按质量比1:20混合后制得水基润滑添加剂。
[0021]实施例2:
[0022]将I克石墨在频率为2500MHz、功率为2500W，时间20分钟的微波中预氧化成石墨烯片；将石墨烯片浸泡在由H2O2和浓H2SO4按体积比3:7配制的50毫升Piranha溶液中进行氧化和表面羟基化处理，温度控制在90°C，持续时间为I小时；然后再在上述Piranha溶液加入0.8克的高锰酸钾，在70°C恒温2小时，得到氧化石墨烯；再将氧化石墨烯加到50毫升乙醇中进行超声分散,超声分散的功率为500W,持续时间4分钟,形成均勻分散的氧化石墨烯分散液，加入I毫升1-乙基-3-3乙氧基硅烷溴化咪唑对石墨烯表面进行改性得到离子化氧化石墨烯。将离子化氧化石墨烯与丙烷基咪唑离子液体按质量比1:18混合后制得水基润滑添加剂。
[0023]实施例3:
[0024]将I克石墨在频率为3000MHz、功率为2800W，时间15分钟的微波中预氧化成石墨烯片；将石墨烯片浸泡在由H2O2和浓H2SO4按体积比3:7配制的50毫升Piranha溶液中进行氧化和表面羟基化处理，温度控制在90°C，持续时间为I小时；然后再在上述Piranha溶液加入0.6克的高锰酸钾，在70°C恒温2小时，得到氧化石墨烯；再将氧化石墨烯加到50毫升乙醇中进行超声分散，超声分散的功率为400W，持续时间5分钟，，形成均匀分散的氧化石墨烯分散液，加入I毫升1-乙基-3-3乙氧基硅烷硫化咪唑对石墨烯表面进行改性得到离子化氧化石墨烯。将离子化氧化石墨烯与乙烷基咪唑离子液体按质量比1:16混合后制得水基润滑添加剂。
[0025]实施例4:
[0026]将I克石墨在频率为5000MHz、功率为4000W，时间5分钟的微波中预氧化成石墨烯片；将石墨烯片浸泡在由H2O2和浓H2SO4按体积比3:7配制的50毫升Piranha溶液中进行氧化和表面羟基化处理，温度控制在90°C，持续时间为I小时；然后再在上述Piranha溶液加入0.4克的高锰酸钾，在70°C恒温2小时，得到氧化石墨烯；再次将该氧化石墨烯加到50毫升乙醇中进行超声分散，超声分散的功率为300W，持续时间3分钟，，形成均匀分散的氧化石墨烯分散液，加入I毫升1-乙基-3-3乙氧基硅烷氯化咪唑对石墨烯表面进行改性得到离子化氧化石墨烯。将离子化氧化石墨烯与辛烷基咪唑离子液体按质量比1:10混合后制得水基润滑添加剂。
[0027]经测试，实施例1至4制得的水基润滑添加剂在蒸馏水中的摩擦系数为0.06?0.08。把该离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂应用于水中不锈钢表面，其摩擦系数仅为0.6 (不添加任何添加剂时不锈钢表面摩擦系数为3.0)，其减磨效果显著。
【权利要求】
1.离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤: 〈1>氧化石墨烯的制备:将石墨在微波中预氧化成石墨烯片；将石墨烯片浸泡在由H2O2和H2SO4按体积比3:7配制的Piranha溶液中进行氧化和表面轻基化处理；在上述Piranha溶液加入高锰酸钾，高锰酸钾与该Piranha溶液的质量体积浓度为8_20mg/mL，在70°C恒温2小时，得到氧化石墨烯； <2>氧化石墨烯改性:将步骤〈1>所得氧化石墨烯添加到乙醇中超声分散，形成均匀分散的氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与乙醇的质量体积浓度为20mg/mL，按每克氧化石墨烯加入I毫升表面改性剂对氧化石墨烯表面进行改性，得到离子化氧化石墨烯； <3>纳米复合:将步骤〈2>所得离子化氧化石墨烯与烷基咪唑离子液体按质量比1:10-20混合后制得水基润滑添加剂。
2.根据权利要求1所述的离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法，其特征在于:所述步骤〈1>中微波频率范围为2000MHz—5000MHz，功率为2000—4000W，时间为5_30分钟。
3.根据权利要求1所述的离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法，其特征在于:所述步骤〈1>中石墨烯片与Piranha溶液的质量体积比为lg:50mL。
4.根据权利要求1所述的离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法，其特征在于:所述步骤〈1>中氧化和表面羟基化处理温度控制在90°C，持续时间为I小时。
5.根据权利要求1所述的离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法，其特征在于:所述步骤〈2>中超声分散的功率为300— 600W，持续时间6— 3分钟。
6.根据权利要求1所述的离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法，其特征在于:所述步骤〈2>中的表面改性剂为:1-乙基-3-3乙氧基硅烷六氟磷化咪唑、1-乙基-3-3乙氧基硅烷溴化咪唑、1-乙基-3-3乙氧基硅烷四氟硼咪唑、1-乙基-3-3乙氧基硅烷硫化咪唑或1-甲基-3-3乙氧基硅烷氯化咪唑。
7.根据权利要求1所述的离子化氧化石墨烯水基润滑添加剂的制备方法，其特征在于:所述烷基咪唑离子液体为甲基咪唑、乙基咪唑、丙基咪唑、辛基咪唑或十八烷基咪唑，碳链为1-18个碳。
【文档编号】C09C3/12GK104293470SQ201410524906
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】莫宇飞, 黄伊琳, 刘宇恒 申请人:广西大学