[发明专利]含有石墨烯的润滑油

说明书

技术领域

本发明涉及一种润滑油，尤指一种包含有石墨烯的润滑油。

背景技术

单层石墨，又称为石墨烯(graphene)，是一种由单层碳原子以石墨键(sp2)紧密堆积成二维蜂窝状的晶格结构，因此仅有一个碳原子的厚度，石墨键为共价键与金属键的复合键，可说是绝缘体与导电体的天作之合。2004年英国曼彻斯特大学Andre Geim与Konstantin Novoselov成功利用胶带剥离石墨的方式，证实可得到单层的石墨烯，并获得2010年的诺贝尔物理奖。

石墨烯是目前世界上最薄也是最坚硬的材料，导热系数高于奈米碳管与金刚石，常温下其电子迁移率亦比奈米碳管或硅晶体高，电阻率比铜或银更低，是目前世界上电阻率最小的材料，这些独特的电荷机械性质使得加入石墨烯的复合材料更多功能化，不但表现出优异的力学及电学性能，还具有优良的加工性能，为复合材料提供了更广阔的应用领域。但是结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的苯六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其它介质(如溶剂等)相互作用较弱，且石墨烯的片与片之间存在较强的凡得瓦力，容易产生团聚，使其难溶于水以及其它常用的有机溶剂，更难与其它材料掺混形成复合材料，因而大大限制了石墨烯的进一步研究与应用，过去多以其它石墨类或碳类材料作为复合材料应用。

美国专利US201000204072将膨胀石墨经过微波膨胀等加工后再经过球磨控制粒径，少量添加0.01wt%～2wt%在切削油或其它润滑油，加强润滑油在加工过程中因高温而蒸发所损失的润滑性。膨胀石墨为一蠕虫状材料，长度通常达数百微米的谱，较不适用于高精密的机械润滑用途。

美国专利US20070158609以奈米碳管(CNT)与润滑油与润滑脂混合以增强润滑性、导热能力、黏度等性质，最佳添加量为0.1wt%～3wt%，但CNT有不易量化及单价高的问题，限制了其相关产品商业化的潜力。

美国专利US8349774B2以石墨及银复合奈米粒子添加在润滑油里加强其润滑性质，最佳添加比例均个别为0.1vol%～1vol%，但Ag为一种贵金属，成本上也将限制其商业化的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种含有石墨烯的润滑油，该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。

本发明含有石墨烯的润滑油中表面改质剂占各该改质石墨烯粉体重量的重量百分比0.1-10.0wt%之间，且含有石墨烯的润滑油具有以下的物理性质，改质石墨烯粉体的平面尺寸大于1um且厚度小于10nm，且所述改质石墨烯粉体的平面长度与厚度之比值大于100，该含有石墨烯的润滑油使得操作对象的相互摩擦系数小于0.1，且该含有石墨烯的润滑油的热传导系数大于0.2W/mK。

表面改质层的表面改质剂包含偶合剂、脂肪酸及树脂的至少其中之一，该该偶合剂的结构为M_x(R)_y(R’)_z，其中M为一金属元素，R为一亲水性官能基，R’为一亲油性官能基，其中0≦x≦6，1≦y≦20，且1≦z≦20，其中M选自铝、钛、锆及硅的其中之一，R选自烷氧基、羰基、羧基、酰氧基、酰氨基、伸烷氧基及伸烷氧羧基的其中之一，而R’选自乙烯基、脂肪环氧烷基、苯乙烯基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氧基、脂肪基胺基、氯丙烷基、脂肪基氢硫基、脂肪基硫离子基、异氰酸基、脂肪基尿素基、脂肪基羧基、脂肪基羟基、环己烷基、苯基、脂肪基甲酰基、乙酰基及苯甲酰基的其中之一。该脂肪酸选自硬脂酸及油酸的其中之一；该树脂选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙脂树脂、硅树脂、酚树脂及聚脂树脂的其中之一。

进一步地，本发明含有石墨烯的润滑油还包含至少一分散剂，该分散剂具有二端，该二端的其中之一端具有一长碳链及一苯基的至少其中之一，该二端的其中的另一端具有一磺酸根官能基、一胆酸根官能基及一羧基的至少其中之一。