[发明专利]一种有机碳纳米球润滑油添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种有机碳纳米球润滑油添加剂及其制备方法和应用，包括如下步骤：S1、将反应单体溶于反应溶剂中，充分混合后，置于0～90℃温度下，反应3～12h，得到聚合物的有机碳前驱体；其中，所述反应单体为能够聚合成超交联的π键共轭聚合物的小分子化合物；S2、将步骤S1得到的有机碳前驱体与掺杂源均置于管式炉中进行掺杂碳化，得到含有掺杂源的有机碳纳米球；其中，所述掺杂源为N源、S源、P源中的一种或多种。通过合成有机碳源和简单的碳化掺杂N、S、P元素的方法，可显著提高碳纳米球添加剂在基础油中的分散稳定性，且通过N、S、P掺杂提高高载荷下的耐磨性能。

技术领域

本发明涉及润滑油添加剂的制备技术领域，具体涉及一种N、S、P元 素掺杂的有机碳纳米球润滑油添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

近些年来，摩擦和磨损仍然是传动设备疲劳断裂以及机械能耗的主要原因， 传统的润滑油脂已经越来越不能满足苛刻的传动工况。提高机械系统的润滑性 和抗磨损性能对于工业化发展至关重要。现如今，除了合成润滑油外，优化机 械摩擦条件在很大程度上取决于润滑油添加剂的性能。碳材料自古就有较好的 润滑和自润滑性能，类似富勒烯、碳纳米管、石墨烯、金刚石等纳米碳材料也 已经广泛的用作基础油的添加剂以改善润滑工况。这些传统的无机碳材料在基 础润滑油中的团聚沉淀现象都比较严重，而在高载体系中，这些碳纳米添加剂 容易爬移，无法有效的形成润滑膜，保护机械传动装备。故此，开发一种同时 拥有良好的分散性和优异的耐磨性能的润滑剂添加剂至关重要的。

目前，对于提高碳纳米材料在润滑油中稳定性是对其进行表面化学修饰 或者使用表面活性剂，在纳米颗粒表面形成保护层或者长链基团以降低纳米 颗粒的表面能，从而改善其在润滑油中的分散稳定性。然而这种方法工艺比 较复杂，修饰后的纳米粒子自身稳定性降低，而且成本较高。球磨，超声， 搅拌等物理方式也是一种提高纳米添加剂在润滑油分散性的策略，但是只能 有效的作用较短时间，不能从根本上解决纳米粒子在润滑油中分散稳定性差 的问题。

发明内容

为解决纳米碳材料抗载性能不足且难以长期稳定分散在润滑油中的问 题，本发明的目的在于提供一种有机碳纳米球润滑油添加剂的制备方法，主 要通过合成有机碳源和简单的碳化掺杂N、S、P元素的方法，得到含有掺 杂元素的有机碳纳米球润滑油添加剂，可显著提高碳纳米球添加剂在基础油 中的分散稳定性，且通过N、S、P掺杂提高高载荷下的耐磨性能；该方法 操作简单，成本低，普适性强。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

本发明提供一种有机碳纳米球润滑油添加剂，包括有机碳纳米球以及通 过碳化掺杂在所述有机碳纳米球上的掺杂元素，所述掺杂元素为N、S、P 元素中的一种或多种，所述掺杂元素在所述添加剂中的质量百分比为 12.1wt％～31.0wt％。

进一步，所述添加剂为含有掺杂元素的有机碳纳米球，所述添加剂的粒 径为110nm～121nm。

本发明还提供一种有机碳纳米球润滑油添加剂的制备方法，包括如下步 骤：

S1、将反应单体溶于反应溶剂中，充分混合后，置于0～90℃温度下， 反应3～12h，得到聚合物的有机碳前驱体；

其中，所述反应单体为能够聚合成超交联的π键共轭聚合物的小分子化 合物；

S2、将步骤S1得到的有机碳前驱体与掺杂源均置于管式炉中进行掺杂 碳化，得到含有掺杂源的有机碳纳米球；

其中，所述掺杂源为N源、S源、P源中的一种或多种。

在此，该质量比是有机碳前驱体与掺杂源(如硫脲或次磷酸铵)的质量 比，是由实验设置的，而最终产物的N、S、P的含量是由XPS(X射线光 电子能谱分析)检测得出的；也就是通过XPS测得最终产物中相应的N、S、P的含量。

更进一步，所述反应单体为苯胺、吡咯、噻吩、噻唑、苯乙烯中的一种 或多种。