石墨烯润滑油及其制备方法与流程

本发明涉及润滑油，更具体地，涉及石墨烯润滑油及其制备方法。

背景技术：

相互接触的运动物体表面(摩擦副)出现的摩擦磨损会带来能量的损耗和器件的寿命减短。润滑油是有效减少摩擦磨损的重要手段之一，适用于各类汽车、飞机、航空器件等机械设备，具有润滑、冷却、清洁、密封、防锈和缓冲的功能。润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成。基础油是润滑油的主要成分，决定着润滑油的基本性质。润滑油的基础油主要分矿物基础油、合成基础油以及生物基础油三大类。添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足，赋予某些新的性能，是润滑油的重要组成部分。因此，通常通过加入添加剂来更好地降低摩擦、减少磨损和提高能源利用效率。

石墨烯(graphene)是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的；导热系数比碳纳米管和金刚石高，常温下其电子迁移率又比碳纳米管或硅晶体高，而电阻率比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。这些特性使得石墨烯在电子和光学上的应用潜力巨大，吸引了许多研究人员的关注和研究。随着对石墨烯研究的不断加深，发现石墨烯和越来越多的材料可以结合利用。其中，石墨烯也可以作为一种固体添加剂加入润滑油当中。而固体润滑剂的效果与其自身的颗粒大小有着直接的关系。石墨烯在厚度上为一维纳米材料，理论单原子颗粒大小为0.34nm。同时石墨烯表面有着很强的拉伸强度，能很好的结合在摩擦副表面，阻止摩擦副进一步的摩擦和磨损。

然而，石墨烯的六边形苯环结构决定了其具有稳定的化学性质。尤其是表面稳定，不容易与其他介质结合。同时，作为固体的石墨烯在层间的范德华力作用下，容易发生团聚现象。而石墨烯润滑油需要形成一个均匀分散的体系，因此石墨烯在润滑油中的稳定分散是需要克服的问题。

cn107129850a描述的是一种sebs添加剂对石墨烯进行改性，得到石墨烯润滑油的制备方法。然而制备得到的润滑油长期静置仍会产生沉降，尤其是高温反应的时候，更容易因为氧化破坏了石墨烯的分散效果而产生石墨烯沉降，从而影响了润滑油的性能。目前的分散工艺和技术存在两个主要问题：1、石墨烯分散性仍有沉降，不够稳定；2、在侧重分散性能的改进时，而没有考虑到石墨烯中氧元素的引进而导致的后期润滑油抗氧化性能的下降问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有良好的分散性和较好的抗氧化性能的石墨烯润滑油。

本发明提供了一种制备石墨烯润滑油的方法，包括：对石墨烯进行接枝分散和改性处理，得到改性分散石墨烯；将所述改性分散石墨烯与基础油混合均匀，在一定温度下恒温预定时间，得到石墨烯润滑油。

在上述方法中，其中，对石墨烯进行接枝分散和改性处理包括：用改性剂对所述石墨烯进行改性处理，得到改性石墨烯；将所述改性石墨烯与分散剂混合均匀，加热预定时间，得到所述改性分散石墨烯。

在上述方法中，其中，对石墨烯进行接枝分散和改性处理包括：用分散剂对所述石墨烯进行接枝分散处理，得到分散石墨烯；将所述分散石墨烯与改性剂混合均匀，加热预定时间，得到所述改性分散石墨烯。

在上述方法中，其中，所述分散剂包括硬脂酸、十二苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、烷基酚聚氧乙烯醚、溴化十六烷三甲基铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、胆酸钠、脱氧胆酸钠中的一种或多种。

在上述方法中，其中，所述改性剂为烷基二苯胺类有机物，所述烷基二苯胺类有机物包括双辛基二苯胺、丁辛基二苯胺、二壬基二苯胺、二异辛基二苯胺、苯乙烯化二苯胺中的一种或多种。

在上述方法中，其中，用改性剂对所述石墨烯进行改性处理包括将所述石墨烯和所述改性剂混合均匀，在50～120℃的温度下恒温保持8～40h；将所述改性石墨烯与分散剂混合均匀之后，在50～120℃的温度下加热8～40h，得到所述改性分散石墨烯。

在上述方法中，其中，用分散剂对所述石墨烯进行接枝分散处理包括将所述石墨烯和所述分散剂混合均匀，在50～120℃的温度下恒温保持8～40h；将所述分散石墨烯与改性剂混合均匀之后，在50～120℃的温度下加热8～40h，得到所述改性分散石墨烯。

在上述方法中，其中，在一定温度下恒温预定时间包括在30～100℃的温度下恒温1～10h。

在上述方法中，其中，所述改性分散石墨烯在所述石墨烯润滑油中的质量占比为0.0001％～0.01％，所述分散剂与所述石墨烯润滑油的质量比为0.001:1～0.1:1，所述改性剂与所述石墨烯润滑油的质量比为0.0001:1～0.06:1。

本发明还提供了通过上述方法制备的石墨烯润滑油。

本发明制备的石墨烯润滑油改善了石墨烯在润滑油中的分散性并且提高了石墨烯润滑油的抗氧化性能。

附图说明

图1和图2示出了制备石墨烯润滑油的示意性流程图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

图1和图2示出了制备石墨烯润滑油的示意性流程图。参见图1，将石墨烯和改性剂烷基二苯胺混合均匀，在50～120℃的温度下恒温保持8～40h，利用改性剂对石墨烯进行改性处理，得到改性石墨烯。将改性石墨烯与分散剂混合均匀，在50～120℃的温度下加热8～40h，得到改性分散石墨烯。将改性分散石墨烯与基础油混合均匀，在30～100℃的温度下恒温1～10h，得到石墨烯润滑油。

参见图2，将石墨烯和分散剂混合均匀，在50～120℃的温度下恒温保持8～40h，利用分散剂对石墨烯进行接枝分散处理，得到分散石墨烯；将分散石墨烯与改性剂烷基二苯胺混合均匀，在50～120℃的温度下加热8～40h，得到改性分散石墨烯。将改性分散石墨烯与基础油混合均匀，在30～100℃的温度下恒温1～10h，得到石墨烯润滑油。在图1和图2中，为了方便混合，过程中可以采用搅拌，搅拌的速度为100rpm～3000rpm。

分散剂包括硬脂酸、十二苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、烷基酚聚氧乙烯醚、溴化十六烷三甲基铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、胆酸钠、脱氧胆酸钠中的一种或多种。改性剂烷基二苯胺包括双辛基二苯胺、丁辛基二苯胺、二壬基二苯胺、二异辛基二苯胺、苯乙烯化二苯胺中的一种或多种。改性分散石墨烯在石墨烯润滑油中的质量占比为0.0001％～0.01％，使用的分散剂与石墨烯润滑油的质量比为0.001:1～0.1:1，使用的改性剂与石墨烯润滑油的质量比为0.0001:1～0.06:1。

本发明采用烷基二苯胺类物质作为添加剂来辅助分散石墨烯。石墨烯极易分散在硬脂酸和油酸混合物的非极性有机溶剂(尤其是脂肪烃类溶剂-环己烷)中，进行分散处理，之后在高温处理的同时加入改性剂烷基二苯胺，不仅有助于分散石墨烯，不产生沉降，同时能增强润滑油的抗氧化性能，延长润滑油的寿命。

接枝分散是指通过在石墨烯的苯六元环上引入特定官能团，增加石墨烯所需性能，达到分散均匀，长期不沉淀的目的。例如，通过特定条件下氯化反应，引入含氯基团。具体的接枝分散是根据不同需求来确定，比如可以引入六元环、羧基、羟基、巯基、酯基、胺类或者碳链长度为6-18的烷烃或者烯烃之类的官能团，如：硬脂酸、油酸、月桂胺、棕榈胺、肉豆蔻基胺、十二苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、烷基酚聚氧乙烯醚、溴化十六烷三甲基铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、胆酸钠、脱氧胆酸钠等等。

改性是指通过在石墨烯的苯六元环上上的碳原子和表面的氧原子引入苯胺的氮官能团，增加石墨烯的官能团数量及空间延伸度，增大石墨烯在润滑油中的浮力，从而达到分散均匀，长期不沉淀的目的。例如，通过与烷基二苯胺的反应，胺基中的氮原子是富电子基团，与石墨烯骨架上的碳原子和氧原子能够形成配位电子对，从而生成稳定的改性化合物。具体的改性是根据不同需求来确定的，比如可以引入双辛基二苯胺、丁辛基二苯胺、二壬基二苯胺、二异辛基二苯胺、苯乙烯化二苯胺等的烷基二苯胺类化合物。

基础油可以是矿物基础油或者合成基础油，也可以是任意商品化的润滑油。石墨烯可以是通过机械剥离或者研磨、cvd生长、化学插层、电化学通电、超声分散以及液相气相剥离等方法制备得到的，然后可以通过表面改性剂对石墨烯表面进行官能团化。

所使用的改性剂与石墨烯润滑油的质量比为0.0001:1～0.06:1。过少的添加量会降低润滑油的抗氧化性能。因此，改性剂烷基二苯胺选取这个范围内的添加量。过多的烷基二苯胺的使用会导致润滑油成本上升，过低的话，抗氧化效果会打折扣。

下面结合具体的实施例进行说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明。

将3g石墨烯与按一定比例进行混合的硬脂酸和油酸(3：5wt％)的混合环己烷溶液(1000ml)进行80度密封恒温300rpm均匀搅拌2h，过滤并用乙醇和丙酮分别冲洗后60度真空干燥24h。将干燥得到的表面接枝分散的石墨烯加入烷基二苯胺(例如，丁辛基二苯胺)的环己烷溶液中，以300rpm的转速进行充分搅拌混合，温度100度密封保持14h后，过滤后并用乙醇和丙酮冲洗干燥得到改性分散石墨烯粉体。再将得到的改性分散石墨烯0.0024％(wt％)加入润滑油中，80度恒温均匀搅拌4h，通过5um孔径的滤清器过滤得到石墨烯润滑油。本发明中的改性分散石墨烯的质量包括接枝分散剂和改性剂的重量，改性分散石墨烯质量占石墨烯润滑油总质量的0.0001％-0.01％，接枝分散剂与石墨烯润滑油的质量比为0.001:1～0.1:1，改性剂质量与所述石墨烯润滑油的质量比为0.0001:1～0.06:1。石墨烯的比表面积为200m²/g到2600m²/g；石墨烯厚度为0.34nm-8nm。

应该理解，以上制备方法仅是实例，而不用于限制本发明。在本发明的公开范围内，可以采用任何合适的方法。

烷基二苯胺的氮原子可以和石墨烯骨架上的碳原子和及表面的氧原子进行共价结合，形成配位电子对，从而增长石墨烯的表面官能团的数量以及键长，增加石墨烯在润滑油中的空间浮力。在接枝分散作用的协同下，更加有利于石墨烯在润滑油中均匀的分散，减小石墨烯沉降的可能性。此外，由于石墨烯的氧元素的引入使得润滑油中在高温反应时候，产生更多的氧自由基，降低了润滑油的抗氧化性能。而作为典型的胺基抗氧剂的烷基二苯胺具有良好的抗氧效果，作为自由基终止剂的烷基二苯胺可以通过自身与活泼的烃基自由基反应，生成相对不活泼自由基或者化合物，从而终止烃类的自由基氧化链反应。即烷基二苯胺可以更好地弥补因石墨烯的氧元素的引入而导致的抗氧化性下降的问题。

本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。