[发明专利]DDP修饰锆基金属有机框架润滑油添加剂的制备方法

说明书

纳米多孔材料作为润滑油添加剂具有良好的减摩、抗磨性能，然而良好的界面相容性和分散性对其在实际应用中稳定的服役性能至关重要。本发明公开了一种锆基金属有机框架(Zr‑MOF)纳米多孔材料表面修饰方法来改善其在油中的界面相容性，获得了一类具有良好减摩抗磨性能的润滑油纳米添加剂。首先合成大小和形状可控的Zr‑MOF纳米颗粒，利用其表面不饱和配位金属活性位点进行分子组装，实现二烷基二硫代磷酸(DDP)在Zr‑MOF纳米颗粒的表面修饰，提高Zr‑MOF@DDP纳米润滑油添加剂在基础油中的相容性和分散性，并表现出良好的减摩抗磨性能。总之，这种方法具有原料成本低，操作简便，适用性广等特点，通过该方法获得的润滑油功能纳米添加剂具有良好的摩擦学性能。

技术领域

本发明属于机械工程领域，特别涉及一种DDP修饰锆基金属有机框架润滑油添加剂的制备方法。

背景技术

在工业，制造，运输和发电等能源密集型行业中，由机械零部件之间的摩擦造成的经济和能量损失巨大，同时摩擦过程中伴随的材料磨损是机械设备失效或破坏的主要方式之一，这些问题严重阻碍了社会发展和科技进步。润滑是减少材料摩擦和降低材料磨损的有效方式。其中，由基础油和必要的功能性添加剂组成的润滑油是润滑材料中的重要组成部分。在众多润滑油添加剂中，纳米材料由于其独特的物化性质，优异的机械性能以及特定的润滑机制被广泛应用于减摩抗磨添加剂研究。其中，金属(Cu，Fe，Co等)和金属氧化物(Al₂O₃，ZnO，TiO₂等)纳米颗粒由于在摩擦过程中形成摩擦化学反应膜，或起到滚珠轴承，抛光以及修复效应等作用在润滑油中展现出良好的减摩抗磨性能。然而，由于金属及金属氧化物纳米颗粒与基础油之间的相容性较差，难以在油中稳定分散。为了解决这一问题，人们通过在无机纳米颗粒表面修饰有机层或者与有机材料进行杂化的方式构筑无机-有机杂化材料来提高其在油中分散稳定性的同时实现材料良好摩擦学性能。

金属有机框架(MOFs)材料作为一种典型的杂化纳米多孔材料，是由无机金属离子或离子簇与有机配体通过配位相互作用桥接而成，其兼具无机和有机材料的优势。由于其具有低密度，高孔隙率，分子选择性吸附等特性，并且组成结构可设计性强，热稳定性和机械稳定性良好以及表面化学性质可调等特点，金属有机框架材料在润滑油添加剂和智能润滑材料方面具有现实的研究意义和潜在的应用前景。

良好的化学和结构稳定性是MOFs材料作为润滑油添加剂的基本要求。锆基金属有机框架(Zr-MOF)作为一类由高配位连接数的锆(IV)氧离子簇与刚性有机配体桥接而成的多孔材料，具有优异的机械性能和良好的化学结构稳定性。同时，Zr-MOF中发达的孔道结构和不饱和配位锆氧离子簇位点，可以选择性吸附油氧化分解产物(例如水，羧酸类物质等)，提高基础油的长期稳定性。这些特征使得Zr-MOF具有润滑油添加剂的潜在优势。然而，Zr-MOF作为润滑油添加剂存在的最大问题是其固有的亲水性使其在油中分散性较差，在摩擦过程中难以发挥纳米尺度MOF材料的优势。利用表面化学修饰的方法可以有效解决Zr-MOF在油中的分散性问题。而在众多修饰方法中，利用Zr-MOF的不饱和配位金属位点进行配位表面修饰的方法具有操作简单，适用性广以及表面特定功能化等优点。二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)作为一种具有优异抗磨抗氧化性能的有机添加剂，其抗磨抗氧化性能分别来自于摩擦过程中ZDDP分子与钢块表面的机械化学作用形成的摩擦化学反应膜以及分解氢过氧化物和过氧自由基。有意思的是，ZDDP是由一分子锌离子与两分子DDP通过Zn-S键配位相互作用组装而成，其结构类似于MOF材料中的金属离子与有机配体的络合。因此，利用Zr-MOF的组成结构特征(具有不饱和配位金属活性位点)，将未配位的DDP分子作为表面修饰物，通过配位相互作用可以一步实现Zr-MOF的表面功能化。