超分子水凝胶组合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了超分子水凝胶组合物，该组合物由1‑10wt%的超分子凝胶因子PM1或PM2与90‑99wt%的水‑乙二醇或水‑二乙二醇组成，其中水和乙二醇的体积比为2.5‑0.1，水和二乙二醇的体积比为2.5‑0.1；PM1和PM2的结构式如下：

【技术实现步骤摘要】
超分子水凝胶组合物及其制备方法和应用
本专利技术涉及超分子水凝胶组合物及其制备方法和应用，该水凝胶组合物制备简单，既能增加水的粘度，减少水的挥发，又能提高水的减摩抗磨性能，是一种优异的润滑剂。
技术介绍
目前石油资源日益枯竭，能源短缺与环境污染越来越严重，已成为困扰世界的重大难题。无论是作为能源的汽油、柴油、煤油，还是作为润滑剂的矿物油产品，都因石油资源的日益枯竭而呈现出价格飞涨的局面，造成油基润滑剂成本大大提高。而且油基润滑剂由于低闪点、易燃、低热导系数等缺点使其在某些特殊状况如抗燃液压液和金属切削液等受到限制。此外还带来大量环境污染和对操作者有一定危害。为此迫使我们在润滑领域积极地寻找可替代品。水因具有优异的冷却性能、难燃、低污染等优点，被视为一种新型的绿色润滑剂而在抗燃液压液和金属加工液领域得到迅速发展。但是与油基润滑剂相比，现有的水基润滑剂存在粘度低、易挥发、润滑性和防锈性差的问题，这在很大程度上限制了水基润滑剂的发展。为了提高水基润滑剂的粘度,减少水的挥发，从而提高水的减摩抗磨性能，我们课题组发展了一种新型超分子水凝胶组合物，它是双组分凝胶因子通过氢键、范德华力、疏水相互作用、π–π堆积作用等相互作用发生超分子自组装形成网络或纤维结构，将水-乙二醇或二乙二醇牢固的约束于凝胶因子自组装而成的三维网络结构中，将液体变成类似果胶状的半固体。这种超分子水凝胶润滑材料不但制备简单、成本较低、可实现大规模的制备，而且这些功能化的小分子凝胶因子自身具有优异的减摩抗磨性能，在超分子水凝胶润滑剂组合物体相中又可充当水的添加剂，改善水的减摩抗磨性能。文献及专利调研表明国内还没有关于超分子水凝胶润滑剂的研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供超分子水凝胶组合物及其制备方法和应用。超分子水凝胶组合物，其特征在于该组合物由1-10wt%的超分子凝胶因子PM1或PM2与90-99wt%的水-乙二醇或水-二乙二醇组成，其中水和乙二醇的体积比为2.5-0.1，水和二乙二醇的体积比为2.5-0.1；PM1和PM2的结构式如下：。上述超分子水凝胶组合物的制备方法，其特征在于将超分子凝胶因子PM1或PM2加入水-乙二醇或水-二乙二醇中加热（75-85°C）并搅拌使其充分溶解，然后冷却得到超分子水凝胶组合物。上述超分子水凝胶组合物作为润滑剂的应用。本专利技术将凝胶因子PM1或PM2加入到水-乙二醇或水-二乙二醇中形成水凝胶润滑剂组合物，从而提高了水基润滑剂的粘度，减少水的挥发。且该凝胶因子PM1或PM2作为减摩抗磨剂、极压添加剂和/或摩擦改进剂，使所制备的凝胶润滑剂组合物具有减摩抗磨性能，进而减少润滑失效而造成的摩擦磨损，减少经济损失。制取分子式PM1和PM2的参考文献：Fan,K.;Niu,L.;Li,J.;Feng,R.;Qu,R.;Liu,T.;Song,J.,Applicationofsolubilitytheoryinbi-componenthydrogelsofmelaminewithdi(2-ethylhexyl)phosphoricacid.SoftMatter2013,9(11),3057。本专利技术所述超分子水凝胶组合物作为钢/钢摩擦副的润滑剂具有优异的减摩抗磨性能，且该润滑剂明显地提高了水的承载能力，有望在特殊工况下应用。本专利技术所述超分子水凝胶组合物采用的实验方法如下：物化性能测试：使用STA449C同步热分析仪对所制备的超分子凝胶因子PM1和PM2的热稳定性进行分析，分析条件：在氮气气氛下（25mLmin-1），以10°C/min的升温速率，由25°C程序升温升至800°C。热重结果表明该凝胶润滑剂组合物在220℃以下并没有表现出任何质量损失，说明该凝胶润滑剂具有非常优异的热稳定性能。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，通过实施例进行说明。实施例1：超分子水凝胶的制备:首先将2wt%PM1加入到98wt%水-乙二醇，加热（75-85°C）并机械搅拌使其充分溶解，冷却即得到水凝胶润滑剂组合物，其中水和乙二醇的体积比是1:1。表1摩擦学性能测试：采用Optimol—SRV-IV型摩擦磨损试验机（其摩擦副接触形式为球一盘点接触），评价PM1和水-乙二醇形成的水凝胶组合物在不同浓度下的摩擦学性能，SRV实验结果表明：与空白水-乙二醇相比，不同浓度的水凝胶组合物都具有更低、更平稳的摩擦系数和较小的磨损体积，大大减少了水的腐蚀，具有优异的润滑性能，具体数据见表2。表2室温下PM1和水-乙二醇所形成的凝胶组合物平均摩擦系数和平均磨损体积（表2所得数据，载荷100N，选用频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球为直径为10mmGCr15(SAE52100)钢球，下试样为钢块）实施例2：超分子水凝胶的制备:首先将2wt%PM1加入到98wt%水-二乙二醇中，加热（75-85°C）并机械搅拌使其充分溶解，冷却即得到水凝胶润滑剂组合物，其中水和二乙二醇的体积比是1:1。表3摩擦学性能测试：采用Optimol—SRV-IV型摩擦磨损试验机，评价PM1和水-二乙二醇形成的水凝胶组合物在不同浓度下的摩擦学性能，评价PM1和水-二乙二醇形成的水凝胶组合物在不同浓度下的摩擦学性能，结果表明：不同浓度的水凝胶组合物比空白水-二乙二醇具有更小、更平稳的摩擦系数，它的磨损体积也远远小于水-二乙二醇的磨损体积，这说明该凝胶也具有很优异的摩擦学性能，具体数据见表4。表4室温下PM1和水-二乙二醇所形成的凝胶组合物平均摩擦系数和平均磨损体积（表4所得数据，载荷100N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球为直径为10mmGCr15(SAE52100)钢球，下试样为钢块）以实施例1表1和实施例2表3为例，将所制备的凝胶组合物在SRV上进行高压摩擦实验，评价该水凝胶润滑剂在400N条件下的摩擦学性能，实验结果表明：与空白的水-乙二醇和水-二乙二醇相比，该水凝胶润滑剂组合物在室温下具有更小更平稳的摩擦系数和更小磨损体积，具有更好地极压抗磨性能，具体数据见表5。表5室温下PM1和水-乙二醇和水-二乙二醇所形成的凝胶组合物平均摩擦系数和平均磨损体积（表5所得数据，载荷400N，频率25Hz，振幅1mm，实时间30min，温度25℃，实验上试球为直径为10mmGCr15(SAE52100)钢球，下试样为钢块）以实施例1表1和实施例2表3为例，在Optimol—SRV-IV型摩擦磨损试验机上进行变载和极压变频实验，考察该水凝胶润滑剂地极压抗磨性能。结果表明：在载荷从100N-1200N（每隔5分钟提高100N）整个变载的1小时中，该水凝胶润滑剂都有非常小非常平稳的摩擦系数，然而水-乙二醇和水-二乙二醇在400N时发生润滑失效，具体数据见表6；在整个极压变频实验过程中，水-乙二醇和水-二乙二醇的摩擦系数都非常大和不稳定，7分钟后润滑就失效了。然而，该水凝胶组合物在整个变频过程,都有较小和较平稳的摩擦系数，这些表明该凝胶润滑剂组合物具有很好地极压抗磨性能，具体数据见表6。表6高温下，PM1和水-乙二醇和水-二乙二醇形成的凝胶组合物在室温下的变载变频实验的平均摩擦系数（实验条件：频率25Hz，振幅1mm，载荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超分子水凝胶组合物，其特征在于该组合物由1‑10wt%的超分子凝胶因子PM1或PM2与90‑99wt%的水‑乙二醇或水‑二乙二醇组成，其中水和乙二醇的体积比为2.5‑0.1，水和二乙二醇的体积比为2.5‑0.1；PM1和PM2的结构式如下：

【技术特征摘要】
1.超分子水凝胶组合物，其特征在于该组合物由1-10wt%的超分子凝胶因子PM1或PM2与90-99wt%的水-乙二醇或水-二乙二醇组成，其中水和乙二醇的体积比为2.5-0.1，水和二乙二醇的体积比为2.5-0.1；PM1和PM2的结构式如下：。...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡美荣，王玉荣，周峰，刘维民，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62