一种石墨烯润滑脂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯润滑脂及其制备方法。本发明专利技术提供的新型润滑脂，以润滑脂质量为基准，包括以下组分：35～94.8％的润滑基础油，5～35％的稠化剂，0.1～15％的石墨烯，0.1～15％的钛酸四烷基酯改性剂。本发明专利技术采用一步法制备石墨烯润滑脂，石墨烯与改性剂直接参与了润滑脂皂纤维的形成过程，与稠化剂产生了明显的协同效应，克服了现有技术需6～8小时超长改性预制时间的问题，降低了生产难度，有利于在工业化时的批量生产。所制备的润滑脂在综合性能上也更为优异，尤其是抗磨特性得到了很大的改善。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯润滑脂及其制备方法
本专利技术属于润滑脂制备领域，确切地说是一种含有石墨烯的新型润滑脂及其制备方法。
技术介绍
润滑脂是一种由稠化剂、基础油及添加剂组成的从半流体到固体状的润滑剂产品，在生产生活中应用广泛。绝大多数润滑脂用于润滑，一般称为减摩润滑脂，在机械的摩擦部位起到降低摩擦、防止磨损的作用，同时还兼有防止金属腐蚀的保护作用及密封防尘作用。也有一些润滑脂是专门用于防止金属生锈或腐蚀的，称为保护润滑脂，如工业凡士林等少数密封专用润滑脂。在不加添加剂的情况下，大多数基础脂的抗磨性能并不理想，传统的极压抗磨剂多是含硫、磷、氯、钼、铅等的有机化合物。一般氯类、硫类用于提高润滑脂的耐负荷能力，防止金属表面在高负荷条件下发生烧结、卡咬、刮伤，而磷类、有机金属盐类具有较高的抗磨能力，可有效防止或减少金属表面在中等负荷条件下的磨损。典型的有二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP，代号T202/203)等，但硫、磷等添加剂存在设备腐蚀和环境污染问题，近年来迫于环保压力及实际需求，先后开发出了含氧、氮、硼等的非传统极压抗磨剂，同时纳米材料等新技术的不断发展也致使涌现许多新型材料，在性能和应用上均有独特优势。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构，且只有一个碳原子厚度的二维材料，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，被称为21世纪的“黑金”、“新材料之王”。石墨烯具有优异的导热、导电、透光等性质，且机械强度高、质量比表面大，掺杂时表现半导体性质，在太阳能电池、应力感应检测、吸波隐形材料、绿色催化等领域已有广泛应用。作为新材料的石墨烯，在传统的润滑脂技术领域的应用刚刚崭露头角，且大多局限于实验室研究，但应用前景不可小觑。专利CN104560289A、CN104560267A等提供了部分单皂基、复合皂基及聚脲基石墨烯润滑脂的制备方法；专利CN103289802A提供了预制石墨烯改性润滑脂的制备方法；专利CN104726186A提供了石墨烯有机硅油润滑脂的制备方法。但是现有技术提供的方法存在改性预制时间长、石墨烯利用率低、混合不均匀等问题，因此需要进一步改进石墨烯润滑脂的制备方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型石墨烯润滑脂。本专利技术还提供了一步法制备石墨烯润滑脂的新型方法，该方法克服了现有技术改性预制时间长、石墨烯利用率低、混合不均匀等问题，简化了工艺流程，可有效降低实际工业批量化生产的成本，且综合性能更为优异。本专利技术提供的新型石墨烯润滑脂，以润滑脂质量为基准，包括以下组分：35～94.8％的润滑基础油，5～35％的稠化剂，0.1～15％的石墨烯，0.1～15％的钛酸四烷基酯改性剂，石墨烯与改性剂的质量比为1：0.1～10。优选情况下，以润滑脂质量为基准，包括以下组分：55～89％的润滑基础油，10～25％的稠化剂，0.5～10％的石墨烯，0.5～10％的钛酸四烷基酯改性剂，石墨烯与改性剂的质量比为1：0.2～5。本专利技术所用的基础油可以是矿物油、植物油、合成油或它们的混合物。矿物油通常选用石蜡基、环烷基系列，植物油可以是蓖麻油、菜籽油、花生油、大豆油等，合成油可以是聚α烯烃油(PAO)、酯类油、氟油、烷基萘、醚系合成油等。本专利技术所用的稠化剂的种类涵盖范围较广，可以是皂基稠化剂，如锂皂、钙皂、钠皂、钡皂、锆皂、复合锂皂、复合钠皂、复合钡皂、复合钙皂、复合锆皂等；也可以是非皂基稠化剂，如膨润土、硅胶、脲素、聚脲等；还可以是烃基稠化剂，如石蜡、地蜡等，优选皂基稠化剂。润滑脂中所用稠化剂可以是上述稠化剂中的一种或几种复配，如聚脲-磺酸钙基、复合锂钙基等。稠化剂质量占润滑脂总量的5～35％，优选10～25％。本专利技术所用的石墨烯可以是市售的各种型号，也可是自制合成的，方法涵盖化学气相沉积、外延生长、溶剂热等Bottom-upgraphene法及机械剥离、氧化还原、溶剂剥离、超临界剥离等Top-downgraphene法。石墨烯质量占润滑脂总量的0.1～15％，优选0.5～10％，更优选2～6％。本专利技术所用的改性剂是钛酸四烷基酯，其中的烷基可以是C1-C5烷基，优选钛酸四异丙酯和钛酸四丁酯。石墨烯与改性剂的质量比为1：0.1～10，优选1：0.2～5，更优选1：0.5～3。本专利技术提供的石墨烯润滑脂的制备方法包括以下步骤：(1)、在制脂釜中先加入基础油、有机酸和碱的水溶液，升温至70～100℃进行皂化反应；(2)、继续升温至100～130℃，进行赶水；(3)、在步骤(1)中，或步骤(2)之后，加入钛酸四烷基酯改性剂和石墨烯，充分混合；(4)、继续升温至180～230℃，进行高温炼制，然后冷却均化成脂。本专利技术中，所述有机酸至少含有高级脂肪酸，还可以含有小分子无机酸和/或低级脂肪酸和/或芳香酸。其中所述高级脂肪酸是碳数为8-20，优选10-16的直链脂肪酸或羟基脂肪酸，例如月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸、二十烷基羧酸中的至少一种，优选为12-羟基硬脂酸。本专利技术中，所述小分子无机酸或低级脂肪酸的分子量小于等于150。其中，小分子无机酸可以选自硼酸、磷酸、硫酸等中的至少一种，优选为硼酸和/或磷酸；低级脂肪酸可以选自乙酸、乙二酸、丙酸、丙二酸、丁酸、丁二酸、癸二酸等中的至少一种，优选为乙酸和/或癸二酸。所述芳香酸可以是一元芳香酸或二元芳香酸。其中一元芳香酸优选苯甲酸、对甲基苯甲酸、邻甲基苯甲酸和间甲基苯甲酸、水杨酸(即为邻羟基苯甲酸)中的至少一种。二元芳香酸优选邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸和联苯二甲酸(如4,4′-联苯二甲酸)中的至少一种。所述高级脂肪酸与小分子无机酸、低级脂肪酸或芳香酸的摩尔比为1：0.1-10，更优选为1：0.2-5。所述的碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡、氢氧化锆，等等。本专利技术的特点为一步法制备石墨烯润滑脂，石墨烯与改性剂可以在润滑脂制备的皂化反应阶段、升温赶水之后以及冷却均化阶段分一次或多次加入，且石墨烯与改性剂的加入可以不分先后次序，可一起同时加入，也可先后加入，优选在赶水完全后加入，更优选在皂化反应阶段先加部分改性剂，赶水之后再加入石墨烯和剩余改性剂，先加入的改性剂可以占全部改性剂质量的10％～90％，优选30％～60％。本专利技术的新型润滑脂中，除上述石墨烯与改性剂外，根据需要可单独或二种以上复配使用常用的各种润滑脂添加剂，包括极压抗磨剂、防锈剂、减摩剂、抗乳化剂、油性改进剂等。本专利技术提供的润滑脂，由于石墨烯与改性剂的加入，在具有传统润滑脂各类性质的同时，也具有一些特殊性能。经改性后的石墨烯不仅具有机械强度高、导电性好等固有优点，而且提高了油溶性，又由于是采用一步法制备而成的，石墨烯与改性剂直接参与了润滑脂皂纤维的形成过程，与稠化剂产生了明显的协同效应。特别地，如果在赶水之前额外加入部分改性剂与石墨烯，还可产生复配效应，进一步增强抗磨效果，所制备的润滑脂在综合性能上更为优异，可适用于高温、重负荷、长时间等苛刻工况，与其它添加剂复配效果更佳，也可用于导电等特殊场合。本专利技术润滑脂克服了现有技术需6～8小时超长改性预制时间的问题，降低了生产难度，有利于在工业化时的批量生产。以下的实施例将对本专利技术作进一步的说明，但并不因此限制本专利技术。具体实施方式实施例1原料组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯润滑脂，以润滑脂质量为基准，包括以下组分：35～94.8％的润滑基础油，5～35％的稠化剂，0.1～15％的石墨烯，0.1～15％的钛酸四烷基酯改性剂。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯润滑脂，以润滑脂质量为基准，包括以下组分：35～94.8％的润滑基础油，5～35％的稠化剂，0.1～15％的石墨烯，0.1～15％的钛酸四烷基酯改性剂。2.按照权利要求1所述润滑脂，以润滑脂质量为基准，包括以下组分：55～89％的润滑基础油，10～25％的稠化剂，0.5～10％的石墨烯，0.5～10％的钛酸四烷基酯改性剂。3.按照权利要求1所述润滑脂，其中石墨烯与改性剂的质量比为1：0.1～10。4.按照权利要求1所述润滑脂，其中，所述稠化剂选自皂基稠化剂。5.按照权利要求1所述润滑脂，其中，所述稠化剂选自锂皂、钙皂、钠皂、钡皂、锆皂、复合锂皂、复合钠皂、复合钡皂、复合钙皂、复合锆皂等。6.按照权利要求1所述润滑脂，其中，所述改性剂是钛酸四烷基酯，其中的烷基是C1-C5烷基。7.一种石墨烯润滑脂的制备方法，包括以下步骤：(1)在制脂釜中加入基础油、有机酸和碱的水溶液，升温至70～100℃进行皂化反应；(2)继续升温至100～130℃，进行赶水；(3)在步骤(1)的皂化阶段中，或步骤(2)赶水之后，加入钛酸四烷基酯改性剂和石墨烯，充分混合；(4)继续升温至180～230℃，进行高温炼制，然后冷却均化成脂。8.按照权利要求7所述的制备方法，其中，所述有机酸至少含有碳数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟军，孙洪伟，何懿峰，郑会，刘中其，段庆华，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11