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CN109401823A - 一种石墨烯润滑脂及其制备方法和用途 - Google Patents

一种石墨烯润滑脂及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯润滑脂，所述组合物包括下述重量份配比的各成份：润滑脂70～80％、稠化剂13～17％、添加剂1～3％、余量为石墨烯基础油。本发明还提供了该组合物的制备方法，以及该组合物在制备具有节能减排效果的润滑油中的用途。本发明的组合物能够显著改善润滑油的润滑性能，降低摩擦系数，大幅减少磨损量，并具备显著的抗摩擦腐蚀性能。同时，将经过表面改性的石墨烯纳米材料分散到润滑油基础油中，可在摩擦界面上形成一层抗磨石墨烯膜，具有超强的润滑性能和抗磨损性、抗腐蚀性、抗氧化性、防锈性，可大幅延长机械零部件寿命。

Description

一种石墨烯润滑脂及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及润滑脂技术领域，特别涉及一种石墨烯润滑脂及其制备方法和用途。
背景技术
据国际权威机构统计，金属材料磨损、腐蚀、疲劳三大损耗约占工业总产值的30％，摩擦磨损是普遍存在的自然现象。摩擦损失了世界约三分之一的一次能源，磨损是造成材料与设备破坏和失效的三种最主要的形式之一，润滑则是降低摩擦、减少或避免磨损的最有效技术。发展具有良好抗磨损性能、高承载能力、对磨损表面具有一定修复功能、对环境无污染或少污染的润滑技术，是当代化学和材料科学及摩擦学的重要课题之一。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。
中国专利公开号104031716A公开了一种含有石墨烯的润滑油，包含润滑油脂以及多个改质石墨烯粉体，所述改质石墨烯粉体占重量比为0.001wt.％至10wt.％，均匀散布于该润滑油脂中，且各该改质石墨烯粉体包含至少一表面改质层，该至少一表面改质层包括一表面改质剂，包括至少二官能基，分别位于该表面改质剂的二端，该至少二官能基的一官能基与该石墨烯粉体表面的有机官能基产生化学键结，该至少二官能基的一另一官能基形成该改质石墨烯粉体的表面特性，而该表面改质层可提供改质石墨烯粉体与润滑油良好的亲合性。但是，该方法使用石墨烯和改质剂作为原料，成本昂贵，不适合工业化生产。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够显著改善润滑油的润滑性能并降低摩擦系数的石墨烯润滑脂及其制备方法和用途。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
根据本发明的一个方面,提供一种石墨烯润滑脂，所述石墨烯润滑脂的组分和含量为：润滑脂70～80％、稠化剂13～17％、添加剂1～3％、余量为石墨烯基础油。
优选地,在上述技术方案中包括以下重量百分比的原料：润滑脂75％、稠化剂16％、添加剂2％、余量为石墨烯基础油。
优选地,在上述技术方案中所述的润滑脂包括锂基润滑脂，钙基润滑脂，钠基润滑脂，铝基润滑脂，复合皂基润滑脂，极压润滑脂，硅酸润滑脂，合成润滑脂；所述稠化剂包括皂基稠化剂或非皂基稠化剂的一种，所述皂基稠化剂包括单皂基、混合皂基或复合皂基中的一种；所述添加剂包括胶溶剂、磷酸酯、ZDDP、Elco极压抗磨剂、复合剂、滴点提高剂和填料中的任意几种。
优选地,在上述技术方案中所述胶溶剂为甘油和水的混合物；所述填料包括石墨、二硫化钼和碳黑中的任意几种。
优选地,在上述技术方案中所述石墨烯基础油包括以下重量百分比的原料：石墨烯5～20％、非离子螯合剂1～5％、余量为基础油。
优选地,在上述技术方案中所述基础油为石油润滑油或合成润滑油；所述合成润滑油为酯类油、硅油或聚泣-烯烃油中的一种。
本发明的另一方面提供一种石墨烯润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、在温度30～60℃条件下将石墨烯分散在含有表面改性偶联剂的溶剂中处理，过滤、干燥得到改性石墨烯粉体；
步骤b、根据所述重量百分，将石墨烯加入基础油中，加热至130～150℃，边加热边以750～1000r/min的转速进行搅拌混合，石墨烯加入完毕后，加入非离子螯合剂，继续搅拌1～3h，混合均匀即得石墨烯基础油；
步骤c、按所述重量百分比，将稠化剂加入到步骤b中所得的石墨烯基础油中，升温至170～200℃，保持步骤b中的转速不变，搅拌混合2～4h，得混合物；
步骤d、将步骤c中所得的混合物冷却至95～115℃，加入所述重量百分比的添加剂，研磨1～3h，成脂后冷却即得。
优选地,在上述技术方案中所述表面改性偶联剂为硅基偶联剂，铝基偶联剂，钛基偶联剂，钛铝基偶联剂，钛锆基偶联剂中一种或者两种以上；所述表面改性偶联剂石墨烯粉体的重量含量0.5-2％。
本发明的再一方面提供上述技术方案中任一项所述的基于石墨烯润滑剂组合物在制备润滑油中的用途。
基于上述三个方面的技术方案,本发明的组合物能够显著改善润滑油的润滑性能，降低摩擦系数，大幅减少磨损量，并具备显著的抗摩擦腐蚀性能。同时，将经过表面改性的石墨烯纳米材料分散到润滑油基础油中，可在摩擦界面上形成一层抗磨石墨烯膜，具有超强的润滑性能和抗磨损性、抗腐蚀性、抗氧化性、防锈性，可大幅延长机械零部件寿命。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述。
实施例1
一种石墨烯润滑脂，包括以下组分和含量：润滑脂70％、稠化剂13％、添加剂1％、余量为石墨烯基础油。其中,润滑脂为锂基润滑脂；稠化剂为复合皂基稠化剂；添加剂包括胶溶剂、磷酸酯、填料；胶溶剂为甘油和水的混合物；所述填料包括二硫化钼和碳黑；石墨烯基础油包括重量百分比计的石墨烯5％、非离子螯合剂1％、余量为基础油；基础油为聚泣-烯烃油.
上述石墨烯润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、在温度30℃条件下将石墨烯分散在含有表面改性偶联剂的溶剂中处理，过滤、干燥得到改性石墨烯粉体；
步骤b、根据所述重量百分，将石墨烯加入基础油中，加热至130℃，边加热边以750r/min的转速进行搅拌混合，石墨烯加入完毕后，加入非离子螯合剂，继续搅拌1h，混合均匀即得石墨烯基础油；
步骤c、按所述重量百分比，将稠化剂加入到步骤b中所得的石墨烯基础油中，升温至170℃，保持步骤b中的转速不变，搅拌混合2h，得混合物；
步骤d、将步骤c中所得的混合物冷却至95℃，加入所述重量百分比的添加剂，研磨1h，成脂后冷却即得。
上述步骤a中表面改性偶联剂为硅基偶联剂；表面改性偶联剂石墨烯粉体的重量含量0.5％.
实施例2
一种石墨烯润滑脂，包括以下组分和含量：包括以下重量百分比的原料：润滑脂75％、稠化剂16％、添加剂2％、余量为石墨烯基础油。其中,润滑脂为复合皂基润滑脂；稠化剂为非皂基稠化剂；添加剂包括ZDDP、Elco极压抗磨剂、填料；胶溶剂为甘油和水的混合物；所述填料包括二硫化钼和石墨；石墨烯基础油包括重量百分比计的石墨烯15％、非离子螯合剂3％、余量为基础油；基础油为酯类油.
上述石墨烯润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、在温度50℃条件下将石墨烯分散在含有表面改性偶联剂的溶剂中处理，过滤、干燥得到改性石墨烯粉体；
步骤b、根据所述重量百分，将石墨烯加入基础油中，加热至140℃，边加热边以850r/min的转速进行搅拌混合，石墨烯加入完毕后，加入非离子螯合剂，继续搅拌2h，混合均匀即得石墨烯基础油；
步骤c、按所述重量百分比，将稠化剂加入到步骤b中所得的石墨烯基础油中，升温至185℃，保持步骤b中的转速不变，搅拌混合3h，得混合物；
步骤d、将步骤c中所得的混合物冷却至105℃，加入所述重量百分比的添加剂，研磨2h，成脂后冷却即得。
上述步骤a中表面改性偶联剂为钛锆基偶联剂；表面改性偶联剂石墨烯粉体的重量含量1％.
实施例3
一种石墨烯润滑脂，包括以下组分和含量：包括以下重量百分比的原料：润滑脂80％、稠化剂17％、添加剂3％、余量为石墨烯基础油。其中,润滑脂为硅酸润滑脂；稠化剂为非皂基稠化剂；添加剂包括复合剂、滴点提高剂和填料；胶溶剂为甘油和水的混合物；所述填料包括石墨；石墨烯基础油包括重量百分比计的石墨烯20％、非离子螯合剂5％、余量为基础油；基础油为硅油。
上述石墨烯润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、在温度60℃条件下将石墨烯分散在含有表面改性偶联剂的溶剂中处理，过滤、干燥得到改性石墨烯粉体；
步骤b、根据所述重量百分，将石墨烯加入基础油中，加热至150℃，边加热边以1000r/min的转速进行搅拌混合，石墨烯加入完毕后，加入非离子螯合剂，继续搅拌3h，混合均匀即得石墨烯基础油；
步骤c、按所述重量百分比，将稠化剂加入到步骤b中所得的石墨烯基础油中，升温至200℃，保持步骤b中的转速不变，搅拌混合4h，得混合物；
步骤d、将步骤c中所得的混合物冷却至115℃，加入所述重量百分比的添加剂，研磨3h，成脂后冷却即得。
上述步骤a中表面改性偶联剂为铝基偶联剂；表面改性偶联剂石墨烯粉体的重量含量2％.
值得指出的是，本发明的石墨烯润滑剂组合物在制备润滑油中具有重要的用途。
本发明的组合物能够显著改善润滑油的润滑性能，降低摩擦系数，大幅减少磨损量，并具备显著的抗摩擦腐蚀性能。同时，将经过表面改性的石墨烯纳米材料分散到润滑油基础油中，可在摩擦界面上形成一层抗磨石墨烯膜，具有超强的润滑性能和抗磨损性、抗腐蚀性、抗氧化性、防锈性，可大幅延长机械零部件寿命。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种石墨烯润滑脂，其特征在于，所述石墨烯润滑脂的组分和含量为：润滑脂70～80％、稠化剂13～17％、添加剂1～3％、余量为石墨烯基础油。
2.根据权利要求1所述的石墨烯润滑脂，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：润滑脂75％、稠化剂16％、添加剂2％、余量为石墨烯基础油。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯润滑脂，其特征在于，所述的润滑脂包括锂基润滑脂，钙基润滑脂，钠基润滑脂，铝基润滑脂，复合皂基润滑脂，极压润滑脂，硅酸润滑脂，合成润滑脂；所述稠化剂包括皂基稠化剂或非皂基稠化剂的一种，所述皂基稠化剂包括单皂基、混合皂基或复合皂基中的一种；所述添加剂包括胶溶剂、磷酸酯、ZDDP、Elco极压抗磨剂、复合剂、滴点提高剂和填料中的任意几种。
4.根据权利要求3所述的石墨烯润滑脂，其特征在于，所述胶溶剂为甘油和水的混合物；所述填料包括石墨、二硫化钼和碳黑中的任意几种。
5.根据权利要求4所述的石墨烯润滑脂，其特征在于，所述石墨烯基础油包括以下重量百分比的原料：石墨烯5～20％、非离子螯合剂1～5％、余量为基础油。
6.根据权利要求5所述的石墨烯润滑脂，其特征在于，所述基础油为石油润滑油或合成润滑油；所述合成润滑油为酯类油、硅油或聚泣-烯烃油中的一种。
7.一种石墨烯润滑脂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤a、在温度30～60℃条件下将石墨烯分散在含有表面改性偶联剂的溶剂中处理，过滤、干燥得到改性石墨烯粉体；
步骤b、根据所述重量百分，将石墨烯加入基础油中，加热至130～150℃，边加热边以750～1000r/min的转速进行搅拌混合，石墨烯加入完毕后，加入非离子螯合剂，继续搅拌1～3h，混合均匀即得石墨烯基础油；
步骤c、按所述重量百分比，将稠化剂加入到步骤b中所得的石墨烯基础油中，升温至170～200℃，保持步骤b中的转速不变，搅拌混合2～4h，得混合物；
步骤d、将步骤c中所得的混合物冷却至95～115℃，加入所述重量百分比的添加剂，研磨1～3h，成脂后冷却即得。
8.根据权利要求7所述的石墨烯润滑脂的制备方法，其特征在于，所述表面改性偶联剂为硅基偶联剂，铝基偶联剂，钛基偶联剂，钛铝基偶联剂，钛锆基偶联剂中一种或者两种以上；所述表面改性偶联剂石墨烯粉体的重量含量0.5-2％。
9.根据权利要求1至8任一项所述的基于石墨烯润滑剂组合物在制备润滑油中的用途。
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