[发明专利]一种基于表面修饰的纳米碳材料复合添加剂及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米技术领域，具体公开了一种基于表面修饰的纳米碳材料复合添加剂及其制备方法。本发明基于表面修饰的纳米碳材料复合添加剂包含纳米碳材料、蓖麻油酸和催化剂，其中，所述纳米碳材料进行了酸化处理，酸化处理后的纳米碳材料具有丰富的羟基，蓖麻油酸分子结构中既具有羟基，又具有羧基。在催化剂存在的条件下，蓖麻油酸可以通过与纳米碳材料表面的羟基发生酯化反应，将蓖麻油酸分子接枝在纳米炭材料表面；同时，蓖麻油酸分子间自聚而形成具有抗磨及分散作用的聚蓖麻油酸。实验结果表明，本发明修饰后的纳米碳材料蓖麻油酸复合抗磨添加剂体系具有更为优异的抗磨性能。

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，具体是涉及一种基于表面修饰的纳米碳材料复合添加剂及其制备方法。

背景技术

纳米碳材料作为润滑油抗磨添加剂，弥散在润滑油中的分散相能与摩擦表面充分作用，其支承负荷的“滚珠轴承”作用，可以大大降低摩擦系数。许多实验研究表明，球形或管状的纳米碳颗粒在润滑油摩擦学的应用中具有很大的优势。这些纳米碳材料会在金属滑动表面形成一层保护膜，通过“微滚珠”或“滚轴”作用，表面强化作用和自修复作用提高了润滑油基础油的抗磨性能。除此之外，纳米碳材料具有很好的热稳定性及抗氧化性能，能够延长润滑油的使用寿命。

然而，纳米碳材料作为抗磨添加剂，由于其表面活性基团较少，导致其与润滑油油分子之间的相互作用力很弱；此外，由于纳米碳材料具有较大的比表面积，纳米碳分子间极容易发生团聚现象，在润滑油系统中分散性和稳定性不好，长期存放易沉淀，限制了其应用前景。

为解决纳米碳材料分散稳定性不高的技术问题，常见的改性方式是对纳米碳材料表面进行官能团修饰来提高纳米碳材料与油相的相容性。如中国专利CN201210474504公开了一种碳纳米管的表面修饰方法，包括如下步骤：(1)将经强氧化性酸酸化的碳纳米管与硅烷偶联剂、去离子水混合均匀，在一定条件下反应，过滤、洗涤，经干燥后得到一次改性碳纳米管；(2)将一次改性碳纳米管与多元醇、浓硫酸混合均匀，在一定条件下反应，过滤、洗涤至中性，经干燥后得到二次改性碳纳米管；(3)将二次改性碳纳米管与有机羧酸、酯化反应催化剂、N,N-二甲基甲酰胺混合均匀，在惰性气体保护下，在一定条件下反应，冷却至室温，经过滤、洗涤、干燥后得到经表面修饰的碳纳米管。中国专利CN201510961886公开了一种基于碳纳米管修饰的多壁碳纳米管-聚合物磷酸酯纳米添加剂，该纳米添加剂通过共价键将聚合物磷酸酯键合到碳纳米管上，结合后的纳米材料在润滑油中能够大量分散，并且能够稳定分散好几个星期，另外在高温下能够显著改善润滑油的减摩抗磨性能。上述技术中，主要采用纳米碳材料表面接枝的方法在一定程度上提高了纳米碳材料在润滑油基础油中的分散稳定性问题，但其分散稳定性仍然没有达到理想的效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种基于表面修饰的纳米碳材料复合添加剂及其制备方法。本发明酸化处理后的纳米碳材料具有丰富的羟基，蓖麻油酸分子结构中既具有羟基，又具有羧基。在催化剂存在的条件下，蓖麻油酸可以通过与纳米碳材料表面的羟基发生酯化反应，将蓖麻油酸分子接枝在纳米炭材料表面；同时，蓖麻油酸分子间自聚而形成具有抗磨及分散作用的聚蓖麻油酸。

为达到本发明的目的，本发明基于表面修饰的纳米碳材料复合添加剂包含纳米碳材料、蓖麻油酸和催化剂，其中，所述纳米碳材料进行了酸化处理。

本发明中，蓖麻油酸和纳米碳材料为原料，反应分成两个部分：(1)蓖麻油酸在催化剂的作用下会生成聚蓖麻油酸；(2)蓖麻油酸与纳米碳材料表面的羟基反应形成长链的聚酯。聚蓖麻油酸的聚合度是由酸值计算公式得到，酸值的测试方法由国标GB/T264石油产品酸值测定法。蓖麻油酸酸值为187.9mg KOH/g，所得聚蓖麻油酸酸值为49.21KOH/g，根据酸值测定出聚蓖麻油酸为4聚物。

因此，最终试验中基于表面修饰的纳米碳材料复合添加剂为处理后的纳米碳材料和4聚蓖麻油酸两部分组成。