CN101886022A

CN101886022A - 基于碳纳米管的高效水基润滑液的制备方法

Info

Publication number: CN101886022A
Application number: CN 201010222836
Authority: CN
Inventors: 彭倚天; 倪中华; 毕可东
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2010-11-17

Abstract

本发明公开了一种基于碳纳米管的高效水基润滑液的制备方法，属于纳米科学与技术在机械工程方面的应用领域。所述方法主要利用磺酸钠，硫酸纳等对碳纳米管功能化，辅助添加防锈剂、消泡剂、抗菌剂通过不同的配比配制成新型的基于碳纳米管的高效绿色水基润滑液。本发明方法配制的新型环境友好的水基润滑剂具有良好的润滑效果和极压性能，成本低廉，在机械润滑中具有广阔的应用价值。

Description

基于碳纳米管的高效水基润滑液的制备方法

技术领域

本发明涉及广泛应用于机械加工中的润滑作用的基于碳纳米管的水基润滑油的开发，属于纳米科学与技术在机械领域应用的领域。

背景技术

在21世纪的制造领域里，资源利用合理、废弃少、环境污染小、可进行良性循环的“绿色制造技术”将成为主要的发展趋势。本发明原料廉价易得，无毒、无害、无腐蚀性，属环境友好产品，且易于大规模工业化生产，充分发挥水基润滑剂高效、节能等优点。20世纪随着人们对纳米材料的不断认识，纳米材料作为润滑油添加剂的研究也如火如荼。纳米微粒比传统的润滑添加剂具有更为优异的抗磨减摩性能。本发明原料廉价易得，无毒、无害、无腐蚀性，属环境友好产品，易于大规模工业化生产，充分发挥水基润滑剂高效、节能等优点。

1991年，日本科学家Iijima首次发现多壁碳纳米管(MWNT)，直径为4-30nm。1993年单壁碳纳米管也被发现(SWNT)，直径从0.4nm到3-4nm，长度为几微米甚至更长。碳纳米管具有独特的机械和化学性能，在机械、电化学、能源等领域有着广泛的应用引起了国内外许多学者兴趣。碳纳米管具有优良的热传导性、延展性、化学稳定性，作为润滑油添加剂应用的专利还很少。由于碳纳米管是直径处于10～100nm之间，不溶于水的纳米材料，将碳纳米管加入到水溶液中，碳纳米管的表面与界面效应和小尺寸效应限制了其在水中的应用，而碳纳米管在水中的悬浮稳定性是充分利用碳纳米管优异性能的关键。在水溶液中很容易凝结下沉，为了改善其在水中的分散稳定性，本发明对碳纳米管进行表面改性。化学修饰能使碳纳米管包覆不同性质的基团，改变其界面状态和性质，使之由原来的非极性表面变成极性表面，而且由于吸附层间的空间屏蔽作用，碳纳米管很难发生相互碰撞、聚集和沉淀，从而稳定分散在水基润滑液中，应用于传统机械的润滑***。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于碳纳米管的高效水基润滑液的制备方法，具有好的承载性和抗磨减摩性能，能提高水基润滑剂润滑性，可用作金属切削等的加工液。

技术方案：本发明的基于碳纳米管的高效水基润滑液的制备方法包括：

该方法首先对碳纳米管进行亲水性预处理，然后结合碳酸钠、磺酸钠分散剂和消泡剂制备，其工艺步骤分为：

1)将化学气象生长的原始碳纳米管在浓硫酸和浓硝酸按3∶1混合的混合液中，100℃回流8小时，然后用去离子水多次清洗、离心获得亲水性的碳纳米管；

2)将上一步亲水处理后的碳纳米管、分散介质及助剂按1∶100000∶10的体积比例混合；

3)碳纳米管在助剂作用下在水分散介质中超声分散，离心取上层碳纳米管稳定分散溶液；即制成基于碳纳米管的高效水基润滑液。

所述的分散介质为去离子水。

所述的助剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或月桂基磺酸钠中的一种或两种的组合。

有益效果：由于碳纳米管直径小、活性低等可望在磨擦微区填充、吸附、阻止磨擦副表面的直接接触，减少过度磨擦、提高承载能力；而水溶性表面活性剂在磨擦条件下通过与基体在摩擦表面形成摩擦薄膜等起到减磨、抗磨的作用，因此，具有承载性高、减磨性能好的优点，能提高水基润滑剂润滑性，可用作金属切削等的加工液。

按GB3142282方法分别评价本发明的基于碳纳米管水基润滑剂下抗磨减摩性能和承载能力(Pb值)(四球法)。在四球摩擦磨损试验机，考察基于碳纳米管的水基润滑添加剂的摩擦磨损性能，用数据采集***对整个实验过程的摩擦系数进行记录统计表征润滑液的减摩性能，用光学显微镜对磨斑直径进行测量润滑液的减摩性能，具有很好的抗磨减摩性能。

附图说明

图1不同浓度碳纳米管润滑的摩擦系数(纯碳纳米管添加剂和基于碳纳米管的高效水基润滑液)。

图2为不同载荷下的抗磨性能。不同浓度碳纳米管水基润滑剂抗磨性能及与纯碳纳米管对比。

具体实施方式

本发明制备了一种环境友好的、高性能水基润滑剂，以推动绿色制造中应用和发展。制约水基润滑剂发展的原因之一就是润滑剂的水溶液稳定性差，尤其是纳米材料，其水溶性稳定性差，长时间放置之后难以保证溶液的稳定性，而稳定性又是对润滑剂的最基本要求。针对机械润滑需要，用表面活性剂对碳纳米管进行表面改性修饰与表征，结合不同的辅助添加剂制备绿色水基润滑液，充分应用碳纳米管这种优异材料与宏观机械润滑中，提供一种在不同载荷下的绿色环境友好的水基润滑剂的方法。本发明是一种基于碳纳米管水基润滑剂由碳纳米管、分散介质以及助剂组成。该发明的基于碳纳米管的水基润滑液稳定、无限制稀释，可溶解于水及水基润滑剂。碳纳米管作为水基润滑的添加剂时，可在摩擦副表面形成具有减摩和抗磨作用的纳米薄膜，极大地改善了水基润滑剂的减摩抗磨作用。新型的代替石油系润滑油、脂，用于机械润滑的基于碳纳米管的绿色水基润滑液，将减少废弃和泄漏机油对环境的污染和润滑油的消耗，节约不可再生的石油资源。

实例1.

1)将化学气象生长的原始碳纳米管(长度0-15um，直径10-30nm)0.1g在40毫升浓硫酸和浓硝酸按3∶1混合的混合液中，100℃回流8小时，然后用去离子水多次清洗、离心获得亲水性的碳纳米管；

2)将亲水处理后的碳纳米管、去离子水及十二烷基硫酸钠按1∶100000∶10的体积比例混合；

3)碳纳米管在十二烷基硫酸钠作用下在水分散介质中超声分散，1000rpm离心1小时，取上层碳纳米管稳定分散溶液；即制成基于碳纳米管的高效水基润滑液。

实例2.

1)将商用的多壁碳纳米管(长度5-15μm，直径10-50nm)0.1g在40毫升浓硫酸和浓硝酸按3∶1混合的混合液中，100℃回流2小时，然后用去离子水多次清洗、离心获得亲水性的碳纳米管；

2)将亲水处理后的碳纳米管、去离子水及十二烷基苯磺酸钠按1∶100000∶10的体积比例混合；

3)碳纳米管在十二烷基苯磺酸钠作用下在水分散介质中超声分散，1000rpm离心一小时后，取上层碳纳米管稳定分散溶液；即制成基于碳纳米管的高效水基润滑液。实例3.

2)将亲水处理后的碳纳米管、去离子水、十二烷基苯磺酸钠和月桂基磺酸钠按1∶100000∶5∶5的体积比例混合；

3)碳纳米管在十二烷基苯磺酸钠和月桂基磺酸钠作用下水分散介质中超声分散，1000rpm离心一小时后，离心取上层碳纳米管稳定分散溶液；即制成基于碳纳米管的高效水基润滑液。

Claims

1.一种基于碳纳米管的高效水基润滑液的制备方法，其特征在于：该方法首先对碳纳米管进行亲水性预处理，然后结合碳酸钠、磺酸钠分散剂和消泡剂制备，其工艺步骤分为：

2)将上一步亲水处理后的碳纳米管、分散介质及助剂按1∶(100000至10000000)∶10的体积比例混合；

2.根据权利要求1所述的基于碳纳米管的高效水基润滑液的制备方法，其特征在于所述的分散介质为去离子水。

3.根据权利要求1所述的基于碳纳米管的高效水基润滑液的制备方法，其特征在于所述的助剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或月桂基磺酸钠中的一种或两种的组合。