本發(fā)明涉及一種超滑材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

摩擦在各類機械系統(tǒng)的零部件之間廣泛存在，是能源消耗的主要方式之一，以汽車為例，約有三分之一的能量是因摩擦而損失掉。另一方面，伴隨摩擦的是摩擦副材料的磨損，約有80％的機械零部件是因磨損而失效。在我國每年因摩擦、磨損而造成的經(jīng)濟損失近3萬億元，占國民生產(chǎn)總值的4.5％。因此，提高摩擦技術(shù)、開發(fā)高性能潤滑劑、特別是有效地降低摩擦系數(shù)，對我國發(fā)展低消耗、高效率的新型工業(yè)化戰(zhàn)略具有十分重大的意義。

摩擦力為零或趨近于零的潤滑系統(tǒng)被認(rèn)為處于“超滑”狀態(tài)。超滑技術(shù)是減少摩擦、防止磨損問題的一個重要發(fā)展方向，特別是在微電子系統(tǒng)、微型機器人、生物醫(yī)療微型器械等高精密設(shè)備中具有巨大的應(yīng)用前景。目前，超滑技術(shù)的研究主要集中在以二硫化鉬、石墨、類金剛石薄膜為代表的固體超滑材料和以磷酸溶液、聚合物電解質(zhì)刷為代表的水基超滑材料。

然而，超滑技術(shù)目前離工業(yè)的實際應(yīng)用尚有一定距離，制約其發(fā)展的主要瓶頸有：對于固體超滑材料，其應(yīng)用受真空、惰性氣氛或氫氣氣氛等使用環(huán)境制約；對于水基超滑材料，其摩擦副材料多限制為陶瓷基材料、且要求表面極為光滑；而作為工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的油基潤滑劑，其超滑研究仍停留在仿真和模擬階段；此外，超滑狀態(tài)在金屬表面，以及高速、重載荷、宏觀接觸等工業(yè)實際工況下的實現(xiàn)仍十分困難。

本發(fā)明制備出一種1,3-二酮類超滑材料，利用摩擦化學(xué)拋光效應(yīng)和潤滑劑的分子取向，其在鋼鐵表面可以實現(xiàn)0.001量級的超低摩擦系數(shù)，可用于鋼鐵軸承表面，減少能量損耗和摩擦副材料的磨損。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種超滑材料(1,3-二酮類材料)及其制備方法，所述1,3-二酮類材料具有超滑性能，可作為潤滑劑或潤滑添加劑應(yīng)用在以鋼鐵為摩擦副材料的機械軸承中。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

提供一種超滑材料，所述超滑材料為1,3-二酮類材料，其結(jié)構(gòu)式如下：

其中：1≤m≤2，0≤n≤1，且m，n均為整數(shù)；

R₁選自碳原子數(shù)為1-7的烷基、烷氧基或全氟烷基鏈；

R₂、R₃選自H、F、Cl、CH₃、CH₂CH₅、OCH₃中的一種；

R₄選自碳原子數(shù)為1-13的烷基、烷氧基或全氟烷基鏈。

本發(fā)明還提供上述超滑材料的制備方法，其步驟如下：

1)在0～40℃下，將堿性催化劑與苯乙酮類、酯類按摩爾比1:1:2混合，并持續(xù)攪拌24～48小時得到懸浮液；

2)在攪拌條件下向步驟1)所得懸浮液中加入去離子水，并持續(xù)攪拌15～30min，得到混合液；

3)用乙酸乙酯對步驟2)所得混合液進行萃取，并對萃取后的有機相進行干燥，再分離得到1,3-二酮類材料。

按上述方案，步驟1)所述堿性催化劑為單質(zhì)鈉、氫化鈉、乙醇鈉中的一種；所述苯乙酮類的結(jié)構(gòu)式如下：

所述酯類的結(jié)構(gòu)式如下：

其中：1≤m≤2，0≤n≤1，且m，n均為整數(shù)；

R₁選自碳原子數(shù)為1-7的烷基、烷氧基或全氟烷基鏈；

R₂、R₃選自H、F、Cl、CH₃、CH₂CH₅、OCH₃中的一種；

R₄選自碳原子數(shù)為1-13的烷基、烷氧基或全氟烷基鏈。

按上述方案，步驟3)所述干燥的方法為加入無水硫酸鈉進行干燥。

按上述方案，步驟3)所述分離的方法為先旋轉(zhuǎn)蒸餾，再用薄層層析法從蒸餾余液中分離出1,3-二酮類材料。

本發(fā)明所提供的1,3-二酮類材料作為潤滑劑或潤滑添加劑應(yīng)用在以鋼鐵為摩擦副材料的機械軸承中時，其在鋼鐵表面可實現(xiàn)的0.001量級的摩擦系數(shù)。

本發(fā)明提供的1,3-二酮類材料具有1,3-二酮官能團，作為一種超滑材料應(yīng)用于鋼鐵摩擦副時，在摩擦過程中閃溫的作用下，可以與鐵發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，生成一種可溶性的鐵的螯合物，從而避免產(chǎn)生鐵的磨屑，并對兩摩擦副表面進行摩擦化學(xué)拋光，消除固體間的直接接觸，另一方面，由于苯環(huán)使得該潤滑劑的分子呈剛性結(jié)構(gòu)，具有較強的分子間作用力，在高速運動的強剪切作用下可以形成分子取向，從而降低了潤滑膜的有效剪切粘度，極大地降低摩擦系數(shù)。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的1,3-二酮類材料具有超滑性能，利用摩擦化學(xué)拋光效應(yīng)和潤滑劑的分子取向在鋼鐵表面可以實現(xiàn)0.001量級的超低摩擦系數(shù)，該超滑材料可作為潤滑劑或潤滑添加劑，特別適用于摩擦間隙小、運動速度高、無潤滑油循環(huán)系統(tǒng)，且對摩擦系數(shù)有極高要求的精密器件，如精密儀表、微型電機、醫(yī)療器械等高精度設(shè)備。另外，本發(fā)明提供的制備方法步驟簡單，易于實施，具有較大實用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所制備的產(chǎn)物的傅里葉變換紅外光譜圖；

圖2為實施例1所制備的產(chǎn)物的熱重分析圖；

圖3為實施例1所制備的產(chǎn)物的摩擦性能測試圖；

圖4為實施例1所制備的產(chǎn)物的摩擦測試后摩擦副表面的光電子能譜圖。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。

實施例1

制備一種1,3-二酮類材料，步驟如下：

1)在25℃下，將1mol氫化鈉、1mol 1-(3,5-二乙基-4丙基)苯乙酮、2mol癸酸乙酯混合，并持續(xù)攪拌36小時得到懸浮液；

2)在攪拌條件下向步驟1)所得懸浮液中加入等體積的去離子水，并持續(xù)攪拌20min，得到混合液；

3)用乙酸乙酯對步驟2)所得混合液進行萃取，并用無水硫酸鈉對萃取后的有機相進行干燥，然后對干燥后的有機相進行旋轉(zhuǎn)蒸餾，再利用薄層層析法從蒸餾后的有機液體中分離得到產(chǎn)物。

本實施例所制備產(chǎn)物的傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜圖(附圖1)顯示1609cm^-1處出現(xiàn)1,3-二酮分子烯-醇式結(jié)構(gòu)中的羥基，證實產(chǎn)物為1,3-二酮類材料，其分子結(jié)構(gòu)式為：

本實施例所制備產(chǎn)物的熱重分析(附圖2)結(jié)果顯示，該1,3-二酮類材料在室溫至200℃范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

本實施實例所制備產(chǎn)物的摩擦性能測試(附圖3)結(jié)果顯示，該1,3-二酮類材料用作潤滑劑可以在鋼鐵為摩擦副表面實現(xiàn)0.005的超低摩擦系數(shù)。

摩擦測試后摩擦副表面的光電子能譜譜圖(附圖4)中出現(xiàn)的C-O鍵與C＝O鍵，證明1,3-二酮類材料作為潤滑劑在通過化學(xué)鍵在鐵表面形成了牢固的化學(xué)吸附，可以提高潤滑劑的抗流散性。

實施例2：

本實施例與實施例1不同在于：步驟1)中所采用的苯乙酮類是聯(lián)苯乙酮，其它步驟、試劑和參數(shù)與實施例1相同。經(jīng)FTIR證實其分子結(jié)構(gòu)式為：

本實施例中所制備的1,3-二酮潤滑劑經(jīng)熱重分析證實具有良好的熱穩(wěn)定性能，經(jīng)摩擦測試證實具有超滑性能，經(jīng)XPS證實具有強表面化學(xué)吸附能力。

實施例3：

本實施例與實施例1不同在于：步驟1)中所采用的堿性催化劑是乙醇鈉，其它步驟、試劑和參數(shù)與實施例1相同。本實施例中所制備的1,3-二酮潤滑劑經(jīng)熱重分析證實具有良好的熱穩(wěn)定性能，經(jīng)摩擦測試證實具有超滑性能，經(jīng)XPS證實具有強表面化學(xué)吸附能力。

實施例4：

本實施例與實施例1不同在于：步驟1)中所采用的溫度為0±3℃，其它步驟、試劑和參數(shù)與實施例1相同。本實施例中所制備的1,3-二酮潤滑劑經(jīng)熱重分析證實具有良好的熱穩(wěn)定性能，經(jīng)摩擦測試證實具有超滑性能，經(jīng)XPS證實具有強表面化學(xué)吸附能力。

實施例5：

本實施例與實施例1不同在于：步驟1)中所采用的攪拌時間為24h，其它步驟、試劑和參數(shù)與實施例1相同。本實施例中所制備的1,3-二酮潤滑劑經(jīng)熱重分析證實具有良好的熱穩(wěn)定性能，經(jīng)摩擦測試證實具有超滑性能，經(jīng)XPS證實具有強表面化學(xué)吸附能力。

實施例6：

本實施例與實施例1不同在于：在步驟5)分離提純出1,3-二酮分子后，將其作為潤滑添加劑，以1：4(體積比)與聚α烯烴均勻混合。本實施例中所制備的1,3-二酮潤滑劑經(jīng)熱重分析證實具有良好的熱穩(wěn)定性能，經(jīng)摩擦測試證實具有超滑性能，摩擦系數(shù)較純聚α烯烴由0.068下降至0.055，經(jīng)XPS證實具有強表面化學(xué)吸附能力。

上述說明及具體實施例已經(jīng)充分揭示了本發(fā)明的具體實施方式。需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的具體實施方式所做的任何改動均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述具體實施方式。