[发明专利]多元素改性石墨烯量子点复合润滑油添加剂及其制备方法

说明书

本发明公开了多元素改性石墨烯量子点复合润滑油添加剂及其制备方法，通过溶剂热反应制备得到多元素改性石墨烯量子点，之后进行疏水改性得到疏水多元素改性石墨烯量子点。本发明的一些实例，制备得到的疏水多元素改性石墨烯量子点尺寸小于5nm，疏水链占比高，在润滑油中呈现单分散状态，可以稳定地分散于各种润滑油中，加速实验表明放置半年以上无沉淀。本发明的一些实例，可以在摩擦处快速形成单分子的耐磨二氧化硅、氮化硼、石墨烯层，显著提高润滑油的润滑、耐磨效果。

技术领域

本发明涉及一种新材料，具体涉及一种多元素改性石墨烯量子点复合润滑油添加剂及其制备方法。

背景技术

近十年来的研究与应用结果表明，纳米材料在润滑油存在广泛的应用前景。润滑油中同时加入石墨烯与纳米粒子（如二氧化硅，氮化硼，二硫化钼，铜等），可以降低相互作用部件摩擦系数，减小磨损，显著提高润滑油的润滑能力、效能与延长使用寿命。此外，纳米粒子还可以附着在摩擦副金属工件的表面起到修复金属表面损伤部位作用；经长时间运行，一层牢固的附着膜会在摩擦副金属表面上形成，这种附着膜的组成为纳米复合材料，由于系高温下反应与混合形成，稳定性很高，后期即使不断更换新的润滑油，该膜仍可牢固地附着在摩擦副金属的表面上，防止磨损并持续起润滑作用。

由于少层石墨烯、纳米粒子的表面活性高，大多为亲水型表面，容易团聚而发生沉降现象而丧失其优异润滑耐磨性质，因此，为了改善其在润滑油中的分散性、相容性，多数采用分散剂或功能化表面与端基的方法(Advances in Colloid and Interface Science283, 2020: 102215)。如用酯化处理后的石墨烯与甲酸铜粉体混合均匀后，与甲基硅油或润滑油球磨得到润滑油添加剂(CN105695039A)；或用氟气与氧化石墨烯发生氟化反应，得到氟化石墨烯添加到润滑油中（CN108285817A）；或以石墨粉和二氧化碳为原料以反应磨法制备出边缘功能化石墨烯，然后与油胺反应，最后洗涤干燥既得石墨烯润滑油添加剂(CN108395923A)；或者将氧化石墨烯表面活化后接枝负载于SiO₂载体，进一步接枝对SiO₂载体进行亲油改性，得润滑油添加剂(CN108998149A)；或用硅烷偶联剂处理氧化石墨烯和氮化硼，与蒙脱土混合后加热反应得到功能石墨烯/改性氮化硼/蒙脱土三元复合材料润滑油添加剂(CN110283639A)；或通过表面包覆聚多巴胺和接枝长碳链烷烃获得相应的石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维复合材料，再添加于润滑油中(CN107739643A，J.Mol. Liqs. 319(2020) 114276)。以上这些基于改性石墨烯用作润滑油添加剂，由于尺寸大于30 nm，表明尽管因少量位点改性获得一定疏水化与亲油性，但在实际应用场景即温度大于250℃时，改性位点容易因局部化学键被破坏而出现改性疏水链断裂而降低亲油性、或在长期放置/工况下因少层石墨烯间堆叠出现沉淀/层积而失效，前者因为改性位点在端基相比大尺寸石墨烯片含量过少，后者源于少层石墨烯层层之间较强分子间相互作用。

另一方面，石墨烯量子点因其尺寸小于10 nm，改性后疏/亲水链相关位点占比高而改善了其亲油/水性，最近开始在润滑油添加剂中获得应用（10.1016/j.cclet.2021.03.026）。如就磨斑体积而言，水性PEG基础油中添加石墨烯量子点与添加二硫化钼或石墨烯或COF比较磨斑最小（ACS Sustain. Chem. Eng. 5 (2017) 4223，Diam.Relat. Mater. 89 (2018) 293–300），证明了其优异表现；共掺N、B的石墨烯量子点的抗磨损与降低摩擦方面表现则更佳，但不如掺氟的石墨烯量子点（Carbon 150 (2019) 319–333）。就疏水体系应用而言，常规制备的石墨烯量子点因其亲水性而不溶导致应用于润滑油受到制约，而多元素改性的疏水性石墨烯量子点就更少报道了。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种多元素改性的疏水性石墨烯量子点及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供：