专利摘要

本发明公开了一种蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂、制备方法及其应用。其步骤为：用硅烷偶联剂改性处理氧化石墨烯获得功能化氧化石墨烯；将功能化氧化石墨烯与蛇纹石纳米粉体混合，水(或溶剂)热反应得到蛇纹石/功能化石墨烯的纳米复合材料；将该复合材料添加剂与润滑油按一定比例混合后进行摩擦磨损实验，极少的添加量就能达到摩擦系数明显降低的效果，同时具有优良的抗磨减摩和智能修复功效。本发明的添加剂粉体在润滑油中具有优异的稳定性和分散性，并且工艺简单、性价比高，原料易得；其优异的表面性能、导热效果和稳定性等对润滑油能够产生有益影响。

权利要求

1.蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂，其特征在于，将氧化石墨烯采用氨基硅烷偶联剂进行改性制得功能化氧化石墨烯，再通过化学法键合蛇纹石得到所述的蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂，该添加剂在润滑油中质量百分比为0.01 %-0.5 %；

按如下步骤进行：

（1）采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯作为原料，制备氧化石墨烯的分散液，加入硅烷偶联剂，室温下搅拌0.5-2 h，于60-95 ℃下加热反应1-3 h，冷却至室温，离心分离，清洗后得到功能化氧化石墨烯；

（2）将蛇纹石溶于功能化氧化石墨烯分散液中搅拌，于100-180℃ 加热反应0.5-2 h，静置冷却；离心分离，清洗后得到蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂。

2.如权利要求1所述的润滑油添加剂，其特征在于，氨基硅烷偶联剂为A-1100、A-1110、A-1120、KBM-602中任意一种。

3.如权利要求1所述的润滑油添加剂，其特征在于，氧化石墨烯与蛇纹石的质量比为1:0.5-8。

4.如权利要求1~3任一所述的润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：

（1）采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯作为原料，制备氧化石墨烯的分散液，加入硅烷偶联剂，室温下搅拌0.5-2 h，于60-95 ℃下加热反应1-3 h，冷却至室温，离心分离，清洗后得到功能化氧化石墨烯；

（2）将蛇纹石溶于功能化氧化石墨烯分散液中搅拌，于100-180℃ 加热反应0.5-2 h，静置冷却；离心分离，清洗后得到蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硅烷偶联剂的添加量为25-200 mL硅烷偶联剂对应每克氧化石墨烯；氧化石墨烯的分散液中的分散剂为水或者乙醇。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，功能化氧化石墨烯分散液中的分散剂为水或者乙醇；将蛇纹石溶于功能化氧化石墨烯分散液中搅拌30-90 min。

7.如权利要求1~3任一所述的蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂的应用。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，该添加剂在润滑油中质量百分比为0.01 %-0.5 %。

9.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述润滑油为矿物基础油或者合成基础油。

10.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述润滑油为昆仑天蝎F5000、SF15W-40型润滑油或长城SJ10W-40润滑油。

说明书

技术领域

本发明涉及一种蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂、制备方法及其应用，属于润滑油技术领域。

背景技术

随着机械装备不断向高速、重载、高精度、集成化和长寿命等方向发展，随之而来的磨损问题的影响越来越广泛，因此对抗摩擦磨损的技术要求越来越高。尽管传统润滑油依然占据着当今润滑油领域和市场的主导地位，但其在高承载、高速度、长时间运行等苛刻工况条件下所表现出的局限性不容忽视。目前，国内外研究人员采用不同种类的添加剂，如纳米金属单质粉体、氢氧化物、氧化物、硫化合物、硼酸盐、硅酸盐及高分子化合物等来改善润滑油的润滑效果，并在润滑油(脂) 中起到了积极的作用。但这些颗粒的某些特性有时也会限制其在润滑油的分散性，或者自修复功能的发挥。因此，新型润滑油的研究开发受到国内外摩擦学科研人员的广泛关注。

蛇纹石主要成分为羟基硅酸镁Mg6[Si4O10](OH)8，是一种天然硅酸盐土,具有热稳定性好、成本低廉和使用无污染的优点。已有研究表明天然蛇纹石微纳米粉体具有较好的减摩抗磨性能及自修复功能[高飞,许一,徐滨士,张保森,张博,史佩京. 天然蛇纹石粉体润滑油添加剂的自修复性能及自修复层形成机理研究. 摩擦学学报,2011,31(05):431-438.] ；但是纳米粉体不稳定，易团聚，或者油中沉降。

石墨烯是由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状、只有一个碳原子层厚度的二维材料，具有一定的润滑性，但是由于石墨烯之间较强的范德华力使其在溶剂中难以稳定分散存在，和其他材料的相容性也不好，容易再次层叠堆积难以打开。而氧化石墨烯不仅具有石墨烯的大多数优异特性，同时在其片层表面具有丰富的含氧官能团像羟基、羧基、环氧基等。这些官能团不仅能减轻石墨烯片层之间的范德华力，同时为其与其他材料复合提供了可能。虽然氧化石墨烯和石墨烯具有一定的润滑性能和机械性能[专利号 CN 101812351A]，但是并没有在机械摩擦过程中产生自修复的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂、制备方法及其应用，该添加剂在润滑油中通过摩擦磨损过程中发生摩擦力学和/或物化反应在摩擦表面形成一种自修复薄膜，从而提高润滑油的润滑性能和机械的使用寿命。

为了实现上述目的本发明采用的技术方案如下：

一种蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂，将氧化石墨烯采用氨基硅烷偶联剂进行改性制得功能化氧化石墨烯，再通过化学法键合蛇纹石得到所述的蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂。

其中，氨基硅烷偶联剂为A-1100、A-1110、A-1120、KBM-602中任意一种。

进一步的，氧化石墨烯与蛇纹石的质量比为1:0.5-8。

上述润滑油添加剂的制备方法，按如下步骤进行：

(1)采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯作为原料，制备氧化石墨烯的分散液，加入硅烷偶联剂，室温下搅拌0.5-2 h，于60-95 ℃下加热反应1-3 h，冷却至室温，离心分离，清洗后得到功能化氧化石墨烯；

(2)称取一定量的蛇纹石，溶于功能化氧化石墨烯分散液中，搅拌30-90 min，于100-180℃加热反应0.5-2 h，静置冷却；离心分离，清洗后得到蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂。

步骤(1)中，硅烷偶联剂的添加量为25-200 mL硅烷偶联剂对应每克氧化石墨烯；氧化石墨烯的分散液中的分散剂为水或者乙醇；加热方式可以是水浴回流、水热或者溶剂热。

步骤(2)中，功能化氧化石墨烯的分散液中的分散剂为水或者乙醇；加热方式为水热或者溶剂热。

上述功能蛇纹石/功能化石墨烯的润滑油添加剂使用时，该添加剂在润滑油中质量百分比为0.01 %-0.5 %。所述润滑油可以是任意品牌的润滑油，像昆仑天蝎F5000、SF15W-40型润滑油和长城SJ10W-40润滑油等；也可以是基础油像矿物基础油或者合成基础油。

与现有技术相比，本发明的优点是：（1）蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂的制备过程操作简单，原料易得，成本较低；（2）通过化学复合的方式，将蛇纹石纳米粒子锚定在石墨烯片层上，这样的复合体系具有极高的扩散能力和自扩散能力，使该添加剂在油中可以长时间均匀分散而不沉降；（3）借助蛇纹石与功能石墨烯两组分的正向耦合作用，该添加剂在应用时，极少的添加量就能够达到摩擦系数明显降低的效果，在摩擦磨损试验过程中通过发生摩擦力学和/或物化反应在摩损表面形成一种自修复薄膜，起到自修复功能，从而提高润滑油的润滑性能和机械的使用寿命。

附图说明

图1为实例一、实例五不同溶剂反应得到功能化氧化石墨烯和氧化石墨烯红外光谱图。

图2为实例一单纯物理混合和120℃水热后蛇纹石/功能化石墨烯复合材料的红外光谱图。

图3为摩擦磨损测试后下试样的SEM图，方框内平整部分为自修复后的磨痕区。

具体实施方式

以下为具体实施实例对本发明进行的详细说明，但实施实例对本发明不做任何形式的限定。

本发明采用化学复合的手段, 将功能化石墨烯与蛇纹石纳米粉体通过硅烷偶联剂锚定在一起，获得稳定的蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂，该纳米粉体能综合两种材料各自的优点，很大程度地提高润滑油的润滑性能，起到优异的抗磨减摩作用，同时具有明显的智能修复效果。

实施实例一

(1)采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯作为原料，将得到的氧化石墨烯用硅烷偶联剂改性处理。首先，称取2.5 wt%的氧化石墨烯水溶液1.6 g，加150 mL去离子水稀释超声分散均匀。然后，滴加6 mL的硅烷偶联剂(A-1100)，室温下磁力搅拌1 h。最后转移至烧瓶中，80 ℃水浴反应2 h。静置冷却，离心分离，水洗后加入适量去离子水得功能化氧化石墨烯分散液。图1为氧化石墨烯和功能化氧化石墨烯红外光谱图，由谱图可以看出成功制得功能化氧化石墨烯。

(2)称取0.08 g的蛇纹石纳米粉体，溶于上述功能化氧化石墨烯分散液中；磁力搅拌60 min；转移至反应釜中120 ℃水热反应1 h，静置冷却；离心分离，分别用水和乙醇洗，干燥得到蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂粉体。图2为单纯物理混合(before)和120℃水热后(after)蛇纹石/功能化石墨烯复合材料的红外光谱图，由谱图可以看出成功制备蛇纹石/功能化石墨烯复合材料。

(3)摩擦学性能评价

将制得的蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂与昆仑天蝎F5000润滑油以不同比例混合。利用HT-1000高温摩擦磨损试验机，测试条件：载荷1000 g，摩擦半径3 mm，电机转速336 r/min，试验时间120 min。摩擦副采用球-盘接触形式，上试样为Φ 6 mm的GCr15钢球，硬度770 HV；下试样为尺寸Φ25 mm×8 mm的45钢，硬度为250~300 HV。本实例中蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂在润滑油中不同浓度下摩擦磨损数据见表1，由不同浓度的摩擦系数可见制得的添加剂具有显著的抗磨减摩作用；其中对于添加浓度为2.5 mg/mL的油样进行了长时间（320 min）的摩擦磨损测试其数据见表1；图3为摩擦磨损后磨痕表面SEM图，方框内平整部分为自修复后的磨痕区，由图可以看出磨痕宽度大约为450 μm，并且磨痕表面比旁边未磨部分明显平滑，可见材料本身对磨损面的智能修复作用。

实施实例二

(1)采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯作为原料，将得到的氧化石墨烯用硅烷偶联剂改性处理。首先，称取2.5 wt%的氧化石墨烯水溶液1.6 g，加150 mL去离子水稀释超声分散均匀。然后，滴加3 mL的硅烷偶联剂(KBM-602)，室温下磁力搅拌1 h。最后转移至烧瓶中，80 ℃水浴反应2 h。静置冷却，离心分离，水洗后加入适量去离子水得功能化氧化石墨烯分散液。

(2)称取0.08 g的蛇纹石纳米粉体，溶于上述功能化氧化石墨烯分散液中；磁力搅拌60 min；转移至反应釜中120 ℃水热反应1 h，静置冷却；离心分离，分别用水和乙醇洗，干燥得到蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂粉体。

(3)摩擦学性能评价

将制得的蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂与昆仑天蝎F5000润滑油以一定比例混合。利用HT-1000高温摩擦磨损试验机，测试条件：载荷1000 g，摩擦半径3 mm，电机转速336 r/min，试验时间120 min。摩擦副采用球-盘接触形式，上试样为Φ 6 mm的GCr15钢球，硬度770 HV；下试样为尺寸Φ25 mm×8 mm的45钢，硬度为250~300 HV。其摩擦磨损数据见表1。

实施实例三

(1)采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯作为原料，将得到的氧化石墨烯用硅烷偶联剂改性处理。首先，称取2.5 wt%的氧化石墨烯水溶液1.6 g，加150 mL去离子水稀释超声分散均匀。然后，滴加8 mL的硅烷偶联剂(A-1110)，室温下磁力搅拌0.5 h。最后转移至烧瓶中，60 ℃水浴反应1 h，静置冷却；离心分离，水洗后加入适量无水乙醇得功能化氧化石墨烯分散液。

(2)称取0.32 g的蛇纹石纳米粉体，溶于上述功能化氧化石墨烯分散液中；磁力搅拌30 min；转移至反应釜中100 ℃溶剂（乙醇）热反应0.5 h，静置冷却；离心分离，分别用水和乙醇洗，干燥得到蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂粉体。

(3)摩擦学性能评价

将制得的蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂与昆仑天蝎F5000润滑油以一定比例混合。利用HT-1000高温摩擦磨损试验机，测试条件：载荷1000 g，摩擦半径3 mm，电机转速336 r/min，试验时间120 min。摩擦副采用球-盘接触形式，上试样为Φ 6 mm的GCr15钢球，硬度770 HV；下试样为尺寸Φ25 mm×8 mm的45钢，硬度为250~300 HV。其摩擦磨损数据见表1。

实施实例四

(1)采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯作为原料，将得到的氧化石墨烯用硅烷偶联剂改性处理。首先，称取2.5 wt%的氧化石墨烯水溶液1.6 g，加150mL无水乙醇稀释超声分散均匀。然后，滴加1mL的硅烷偶联剂（A-1120），室温下磁力搅拌2 h。最后转移至反应釜中，95 ℃溶剂热反应3 h，静置冷却；离心分离，醇洗后加入适量无水乙醇得功能化氧化石墨烯分散液。

(2)称取0.02 g的蛇纹石纳米粉体，溶于上述功能化氧化石墨烯分散液中；磁力搅拌90 min；转移至反应釜中140 ℃溶剂（乙醇）热反应2 h，静置冷却；离心分离，分别用水和乙醇洗，干燥得到蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂粉体。

(3)摩擦学性能评价

将制得的蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂与昆仑天蝎F5000润滑油以一定比例混合。利用HT-1000高温摩擦磨损试验机，测试条件：载荷1000 g，摩擦半径3 mm，电机转速336 r/min，试验时间120 min。摩擦副采用球-盘接触形式，上试样为Φ 6 mm的GCr15钢球，硬度770 HV；下试样为尺寸Φ25 mm×8 mm的45钢，硬度为250~300 HV。其摩擦磨损数据见表1。

实施实例五

(1)采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯作为原料，将得到的氧化石墨烯用硅烷偶联剂改性处理。首先，称取2.5 wt%的氧化石墨烯水溶液1.6 g，加150 mL无水乙醇稀释超声分散均匀。然后，滴加6 mL的硅烷偶联剂(A-1100)，室温下磁力搅拌1 h。最后转移至烧瓶中，75 ℃水浴回流反应2 h。静置冷却，离心分离，水洗后加入适量去离子水得功能化氧化石墨烯分散液。图1为氧化石墨烯和功能化氧化石墨烯红外光谱图，由谱图可以看出成功制得功能化氧化石墨烯。

(2)称取0.16 g的蛇纹石纳米粉体，溶于上述功能化氧化石墨烯分散液中；磁力搅拌60 min；转移至反应釜中180 ℃水热反应1 h，静置冷却；离心分离，分别用水和乙醇洗，干燥得到蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂粉体。

(3)摩擦学性能评价

将制得的蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂与昆仑天蝎F5000润滑油以一定比例混合。利用HT-1000高温摩擦磨损试验机，测试条件：载荷1000 g，摩擦半径3 mm，电机转速336 r/min，试验时间120 min。摩擦副采用球-盘接触形式，上试样为Φ 6 mm的GCr15钢球，硬度770 HV；下试样为尺寸Φ25 mm×8 mm的45钢，硬度为250~300 HV。其摩擦磨损数据见表1。

表1含有蛇纹石/功能化石墨烯添加剂的润滑油摩擦磨损系数

蛇纹石/功能化石墨烯润滑油添加剂、制备方法及其应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。