[发明专利]纳米金刚石粉的油基悬浮基液及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于研磨料、润滑油添加剂技术领域，特别涉及一种纳米金刚石粉的油基悬浮基液的研制。

背景技术

纳米金刚石本身属于一种超微超硬材料，在抛光，研磨，抗压等方面均有广泛的应用。但是由于纳米金刚石通常在爆轰状态下的高温高压下形成、具有尺寸小、比表面积大和比表面能高的特点，极易发生团聚，从而限制了它的广泛应用。因此，实现纳米金刚石的稳定分散，是爆轰法制备纳米金刚石的一个后期重要应用方向之一。

针对纳米金刚石粉的分散，目前有很多文献和专利都进行了这方面的研究，如俄国JSC研究中心的研究者们将纳米金刚石直接分散于水中，得到了平均尺寸约300nm的金刚石悬浮液(L.V.Agibalova，A.P.Voznyakovskii，V.Yu.Dolmatov.Structure of suspensions of explosion-synthesized ultradispersed diamonds.Superhard Materials，1998，(4)：79-87.)；再如Chiganova.(G.A.Chiganova，V.A.Boonger，A.S.Chiganov.Electrophoretic technology of hydrosols of ultradispersed diamond and modification of its surface[J].Colloid J.1993，55(5)：774-775.)等，通过加热含有三氯化铝的金刚石水溶液，得到了分散尺寸约几百纳米的水基金刚石悬浮液；国内的研究如张栋(张栋，仝毅，黄风雷。爆轰纳米金刚石在乙醇中分散性的研究，纳米加工工艺。2005，2(6)：46-49.)等，采用高分子聚合物为分散剂、无水乙醇做溶剂、超声作为分散手段进行了实验，得到了平均粒径51.7nm的金刚石胶体溶液，能稳定分散约80min。这方面的专利如专利(申请号：200810041820.X，中国.)制备了纳米醇基金刚石流体，其中金刚石含量约为0.1％-5％(体积含量)，该方法首先将纳米金刚石表面羟基化，然后与醇类物质在搅拌和超声情况下分散，制备得到的流体中金刚石颗粒尺寸约为1000nm。专利(申请号：200780025959.9，中国)和专利(申请号：200880107513.5，中国)首先将纳米金刚石进行氟化，然后与醇类直接混合，制得了能够稳定分散120h，尺寸约为10-300nm的金刚石分散液。这类方法中由于是将纳米金刚石粉体直接分散于乙醇中，粒子之间极易发生再次粘结和团聚，故而稳定悬浮时间不长。

由上可见，对纳米粉体进行分散，如果单纯采用机械方法，也可以解离纳米粒子间硬团聚，但是很难保证体系能长时间保持稳定；而若仅采用化学方法处理，如加入无机电解质或表面活性剂等对介质和粉体进行改性，同样很难对粒子间结合牢固的聚合体进行解聚。基于此，本发明在对团聚性纳米金刚石粉体进行强力解离的同时加入表面活性剂，从而有效阻止纳米粉体再次粘结和团聚，保证纳米粉体的有效分散。这方面类似的研究如专利(申请号：200910069723.6，中国)将聚四氟乙烯粉末与纳米金刚石粉末在乙醇介质中采用二氧化锆微球进行研磨2～5小时，得到纳米金刚石分散液，然后加入聚醚醚酮和聚四氟乙烯粉末，烘干压实再经烧结成型，该专利使用聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，制得的分散液中金刚石含量为0.5～2.0％，平均粒度小于20nm，但仅限于将纳米金刚石分散于固体中。专利(申请号：200910227674.4，中国)将纳米金刚石与分散剂(含硅的烷基芳基聚醚)一起研磨后，加入辅助剂，制备得到了金刚石含量为0.3％的分散液；专利(申请号：01131537.7，中国)提出了一种纳米金刚石的分散工艺，采用硬脂酸铝，焦磷酸钠，十二烷基苯磺酸钠及其它表面活性剂，借助超声波技术，使纳米粒子分散于润滑油中，金刚石含量为1％～10％。该类分散方法的缺点在于，辅助剂或者分散剂中含有铝、硅、锌，硫，磷，钠等元素，容易产生杂质及毒副作用，并对设备产生腐蚀。

本发明中所采用的纳米金刚石粉系爆轰法合成，其中含有石墨相，无定形碳等物质，其中颗粒表面具有亲水集团，如-OH，-COOH，-NH₂等；本发明利用这一亲水特点，将纳米金刚石粉体团聚体进行强力分散，并采用非离子型水溶性表面活性剂和酰胺型油溶性分散剂将其表面包覆，实现稳定分散于基础油中，得到了金刚石含量约为10％～14％的油基悬浮基液。

发明内容