本發(fā)明屬于高分子及其應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油，還涉及該石墨烯潤滑油的制備方法。

背景技術(shù)：

摩擦磨損普遍存在于自然界中，因摩檫磨損而導(dǎo)致世界一次能源損失達(dá)到50％以上，而且磨損是材料與設(shè)備報廢的主要原因之一。為了減少摩擦和磨損，人們通過在工件之間添加潤滑油，但是每年仍因摩擦磨損給國家造成幾百億元的經(jīng)濟(jì)損失。因此降低摩擦、減少磨損、減少磨損、延長機(jī)件壽命是摩擦學(xué)、化學(xué)和材料研究人員不斷追求的目標(biāo)。為了提高潤滑油的潤滑性能，通常是在基礎(chǔ)油中加入各種抗磨減磨的添加劑。目前抗磨減磨添加劑主要有兩大類，一類是油溶性添加劑，二類是固體添加劑。其中固體添加劑中石墨烯因其具有超薄、堅韌、致密、極耐磨的特性，因此成為提高潤滑油潤滑性能的研究熱點(diǎn)。

雖然石墨烯的使用能夠一定程度提高潤滑油的潤滑性能，但是提高制得的潤滑油穩(wěn)定性差，久置后會形成團(tuán)聚物使?jié)櫥偷臐櫥阅芙档?。因此，亟待解決石墨烯作為潤滑油添加劑的分散性問題，從而獲得一種穩(wěn)定性、減磨性和機(jī)械保護(hù)性能好的石墨烯潤滑油。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油；本發(fā)明的目的之二在于提供具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油，按重量份計包括如下組分：改性氧化石墨烯0.3-1.5份、分散劑0.3～1.5份和基礎(chǔ)油100份；所述改性氧化石墨烯為氨基硅烷化石墨烯。

本發(fā)明中，所述氨基硅烷化石墨烯為3-丙氨基乙氧基硅烷石墨烯、3-丙氨基甲氧基硅烷石墨烯、N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷石墨烯、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷石墨烯或N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷石墨烯。

本發(fā)明中，所述分散劑為硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、脂肪酸甘油酯和聚氧乙烯蓖麻油中的一種或多種。

為了使石墨烯的分散效果更好，控制改性氧化石墨烯的粒徑為50-80nm。

本發(fā)明中，所述改性石墨烯潤滑油還包括相當(dāng)于基礎(chǔ)油重量0.2-1％的抗氧化劑。

本發(fā)明中，所述抗氧化劑為2，6-二叔丁基對苯對甲酚、4，4-亞甲基雙(2，6-二叔丁基苯酚)、2，6-二叔丁基-a-二甲氨基對甲酚、N-苯基-a-萘基、二丁基二硫化氨基甲酸鋅、二酚基丙烷中一種或者多種。

本發(fā)明中，所述基礎(chǔ)油為礦物基礎(chǔ)油、合成基礎(chǔ)油和植物油基礎(chǔ)油中的一種或多種。

2、所述具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油的制備方法，包括如下步驟：

(1)將改性氧化石墨烯和分散劑按配比分步加入基礎(chǔ)油中，攪拌均勻，得混合物；

(2)將步驟(1)所得混合物進(jìn)行均質(zhì)化和膠體化處理，得到具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油。

本發(fā)明步驟(2)中，所述均質(zhì)化處理為機(jī)械攪拌至少1小時；所述膠體化處理為使用膠磨機(jī)處理。

優(yōu)選的，步驟(1)與(2)之間包括如下步驟：將抗氧化劑加入混合物中，攪拌均勻。

本發(fā)明中，氨基硅烷化石墨烯由以下方法制備：將氧化石墨烯在以水和乙醇按體積比為1:1的混合的溶液中，在6-8萬轉(zhuǎn)/min條件下離心至少5min，收集上層清夜，干燥后然后將氧化石墨烯按0.1～1.0mg/ml加入氨基硅烷中，再在50～80℃下反應(yīng)20～30小時。其中所述的氨基硅烷為端基為-NH₂的硅烷，選自3-丙氨基乙氧基硅烷、3-丙氨基甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明公開了具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油，通過在基礎(chǔ)油中加入改性氧化石墨烯，由于改性氧化石墨通過氨基硅烷化修飾去除了石墨烯片層間存在的分子間作用力，使石墨烯各片層不易堆疊在一起，在基礎(chǔ)油中具有很好的溶解性，溶解后不易形成團(tuán)聚物，因此在添加較少量分散劑的情況下能夠長時間保持潤滑穩(wěn)定，提高了潤滑油的品質(zhì)。

并且由于改性氧化石墨烯分散性問題得到解決，制得的潤滑油在潤滑性能得到提升，用于機(jī)械運(yùn)動中能夠減小運(yùn)動阻力，降低摩擦系數(shù)，具有超強(qiáng)的潤滑性和減磨性，能夠延長機(jī)械部件的使用壽命，節(jié)約國家一次性能源損失。

此外，由于石墨烯的性能得到改進(jìn)，改性石墨烯的添加量少，最高添加量為15‰，因此本發(fā)明獲得的改性石墨烯潤滑油色澤透明，外觀更好。

本發(fā)明還公開了改性石墨烯潤滑油的制備方法，其制備方法簡單，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖：

圖1為溫度對比波形圖。

圖2為摩擦阻力波形圖。

圖3為摩擦系數(shù)對比波形圖。

圖4為潤滑油揮發(fā)波形圖。

具體實(shí)施方式

下面將對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。

實(shí)施例1

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油，按重量份計包括如下組分：3-丙氨基乙氧基硅烷石墨烯0.3份、硬脂酸0.5份和礦物基礎(chǔ)油100份。

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油的制備方法，包括如下步驟：

(1)將3-丙氨基乙氧基硅烷石墨烯和硬脂酸按配比分步加入礦物基礎(chǔ)油中，攪拌均勻，得混合物；

(2)將步驟(1)所得混合物機(jī)械攪拌1小時，然后用膠磨機(jī)處理，得到分散性能好的改性石墨烯潤滑油。

本實(shí)施例中，控制3-丙氨基乙氧基硅烷石墨烯的粒徑為50-80nm。

實(shí)施例2

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油，按重量份計包括如下組分：3-丙氨基甲氧基硅烷石墨烯1.5份、十二烷基苯磺酸鈉0.3份和合成基礎(chǔ)油100份。

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油的制備方法，包括如下步驟：

(1)將3-丙氨基甲氧基硅烷石墨烯和十二烷基苯磺酸鈉按配比分步加入合成基礎(chǔ)油中，攪拌均勻，得混合物；

(2)將步驟(1)所得混合物機(jī)械攪拌1.5小時，然后用膠磨機(jī)處理，得到分散性能好的改性石墨烯潤滑油。

本實(shí)施例中，控制3-丙氨基甲氧基硅烷石墨烯的粒徑為50-80nm。

實(shí)施例3

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油，按重量份計包括如下組分：N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷石墨烯0.5份，脂肪酸甘油酯1.2份和植物油基礎(chǔ)油100份。

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油的制備方法，包括如下步驟：

(1)將N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷石墨烯和脂肪酸甘油酯按配比分步加入植物油基礎(chǔ)油中，攪拌均勻，得混合物；

(2)將步驟(1)所得混合物機(jī)械攪拌3小時，然后用膠磨機(jī)處理，得到分散性能好的改性石墨烯潤滑油。

本實(shí)施例中，控制N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷石墨烯的粒徑為50-80nm。

實(shí)施例4

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油，按重量份計包括如下組分：N-氨乙基-3-氨丙基甲基二乙氧基硅石墨烯0.8份、聚氧乙烯蓖麻油0.5份、十二烷基苯磺酸鈉0.3份、2，6-二叔丁基對苯對甲酚1份和礦物基礎(chǔ)油100份。

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油的制備方法，包括如下步驟：

(1)將N-氨乙基-3-氨丙基甲基二乙氧基硅石墨烯與聚氧乙烯蓖麻油和十二烷基苯磺酸鈉按配比分步加入基礎(chǔ)油中，攪拌均勻，然后加入2，6-二叔丁基對苯對甲酚繼續(xù)攪拌，得混合物；

(2)將步驟(1)所得混合物機(jī)械攪拌5小時，然后用膠磨機(jī)處理，得到分散性能好的改性石墨烯潤滑油。

本實(shí)施例中，控制N-氨乙基-3-氨丙基甲基二乙氧基硅石墨烯的粒徑為50-80nm。

實(shí)施例5

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油，按重量份計包括如下組分：N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷石墨烯1.2份，硬脂酸1.5份、4，4-亞甲基雙(2，6-二叔丁基苯酚)0.2份和合成基礎(chǔ)油100份。

具有分散性能好的改性石墨烯潤滑油的制備方法，包括如下步驟：

(1)將N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷石墨烯和硬脂酸按配比分步加入基礎(chǔ)油中，攪拌均勻，然后加入4，4-亞甲基雙(2，6-二叔丁基苯酚)繼續(xù)攪拌，得混合物；

(2)將步驟(1)所得混合物機(jī)械攪拌5小時，然后用膠磨機(jī)處理，得到分散性能好的改性石墨烯潤滑油。

本實(shí)施例中，控制N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷石墨烯的粒徑為50-80nm。

上述實(shí)施例中，抗氧化劑除了使用2，6-二叔丁基對苯對甲酚和4，4-亞甲基雙(2，6-二叔丁基苯酚)，也可以使用2，6-二叔丁基-a-二甲氨基對甲酚、N-苯基-a-萘基、二丁基二硫化氨基甲酸鋅、二酚基丙烷替換，均能實(shí)現(xiàn)抗氧化效果。

對比實(shí)施例1

按照實(shí)施例1的方法，區(qū)別在于使用未改性的氧化石墨烯，然后按照相同的方法制成石墨烯潤滑油。

將實(shí)施例1～5和對比實(shí)施例1制得的石墨烯潤滑油的性能進(jìn)行比較。

首先根據(jù)ASTM D92-12b GB/T 3536-2008測試實(shí)施例1～5和對比實(shí)施例1制得的石墨烯潤滑油的閃點(diǎn)，根據(jù)ASTM D97-15測試傾點(diǎn)，結(jié)果見表1：

表1、傾點(diǎn)、閃點(diǎn)統(tǒng)計表

由表1可知，實(shí)施例1～5制得的潤滑油傾點(diǎn)均低于對比實(shí)施例的制得潤滑油傾點(diǎn)，表明使用改性石墨烯制得的潤滑油在相對低溫下具有較好的流動性，能夠適用于更低的溫度使用。從閃點(diǎn)檢測結(jié)果來看，實(shí)施例1～5制得的潤滑油閃點(diǎn)高于對比實(shí)施例的制得潤滑油閃點(diǎn)，表明使用改性石墨烯制得的潤滑油適用于更高的溫度。因此，采用本發(fā)明的方法制得的改性石墨烯潤滑油適用溫度范圍更廣。

然后再測試實(shí)施例1～5和對比實(shí)施例1制得的石墨烯潤滑油的Zeta電位值，結(jié)果見表2：

表2、Zeta電位值統(tǒng)計表

由表2可知，實(shí)施例1～5制得潤滑油的Zeta電位值均高于對比實(shí)施例制得潤滑油的Zeta電位值，由于Zeta電位值是對顆粒之間相互排斥或吸引力的強(qiáng)度的度量，在Zeta電位絕對值在10～30mV下體系不穩(wěn)定，絕對值高于30mV后，隨著絕對值升高體系越穩(wěn)定。因此，上述結(jié)果表明本發(fā)明實(shí)施例1～5制得的潤滑油體系越穩(wěn)定性好，即改性石墨烯的分散性能好。

接著將實(shí)施例1～5和對比實(shí)施例1制得的石墨烯潤滑油用于機(jī)械部件，繪制溫度對比波形圖、摩擦阻力波形圖、摩擦系數(shù)對比波形圖和潤滑油揮發(fā)波形圖，結(jié)果如圖1～4所示。

其中，圖1為溫度對比波形圖。結(jié)果顯示，檢測過程中隨著時間的增加，對照組潤滑油13分鐘達(dá)到150℃的高溫，而本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油在20分鐘后才超過100℃，表明本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油的潤滑性能遠(yuǎn)高于對照組制得的潤滑油。

圖2為摩擦阻力波形圖。結(jié)果顯示，對照組潤滑油的阻力值高于本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油，并且隨著檢測時間的增加，對照組摩擦阻力不斷增加，而本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油的摩擦阻力不斷減小，表明本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油在機(jī)械部件正常運(yùn)行后降低了摩擦阻力，因此其潤滑性能優(yōu)于對照組制得的潤滑油。

圖3為摩擦系數(shù)對比波形圖。結(jié)果顯示，對照組潤滑油在機(jī)械部件啟動過程中摩擦系數(shù)不斷增加，并且在機(jī)械部件產(chǎn)熱后摩擦系數(shù)進(jìn)一步增加；而本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油不但在啟動過程中摩擦系數(shù)不變，并且在機(jī)械部件正常運(yùn)行后摩擦系數(shù)進(jìn)一步降低。表明本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油能夠降低機(jī)械運(yùn)動的阻力，節(jié)能優(yōu)勢明顯。

圖4為潤滑油揮發(fā)波形圖。結(jié)果顯示，隨著時間增加，對照組制得的潤滑油揮發(fā)值越高，而本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油在10分鐘后潤滑油揮發(fā)值處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于潤滑油揮發(fā)值越高，機(jī)械部件如發(fā)動機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的油泥積碳就會越多，因此本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油油泥積碳更少，穩(wěn)定性更好。

由上述結(jié)果可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1～5制得的改性石墨烯潤滑油的潤滑性能遠(yuǎn)高于對比實(shí)施例1制得的石墨烯潤滑油，并且摩擦系數(shù)更低，機(jī)械阻力小，節(jié)能性優(yōu)勢明顯。并且將本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油在暴露在氧氣中放置1年后未出現(xiàn)乳化、變質(zhì)等現(xiàn)象，使用后也不會在機(jī)械部件表面形成膠質(zhì)物，油泥和積碳；而對比實(shí)施例1制得的石墨烯潤滑油在暴露在氧氣中放置1年后出現(xiàn)了乳化和變質(zhì)現(xiàn)象，使用后也會在機(jī)械部件表面形成膠質(zhì)物，油泥和積碳，表明本發(fā)明制得的改性石墨烯潤滑油具有更好的抗氧化性和穩(wěn)定性。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。