一种C60包合物及其制备方法和应用技术

技术编号:20088604 阅读:22 留言:0更新日期:2019-01-15 07:44
本发明专利技术的一种C60包合物,由以下重量份的原料制取:C60占85~90份、润滑添加剂占10~15份;C60包合物为由润滑添加剂在高压、高温条件下填充到经开笼处理的C60的空腔内得到的零维纳米碳复合材料。润滑添加剂为二烃基五硫化物、油酸、油酸乙二醇酯、硫化异丁烯、二硫化苄和磷酸三乙酯中的一种。本发明专利技术的C60包合物以C60为主体分子,先将C60开笼,开笼过程中可在开口处键合活性化学基团,提高C60在润滑油的分散稳定性和溶解性。在摩擦过程中,C60包合物随润滑油渗入到摩擦区域,包合物被挤压和变形,润滑添加剂从破裂的C60释放,并通过物理或化学的吸附生成润滑膜起润滑作用,从而提高C60的减摩、抗磨和极压性能。

【技术实现步骤摘要】
一种C60包合物及其制备方法和应用
本专利技术涉及润滑剂
,尤其涉及到一种填充润滑添加剂的富勒烯-C60的包合物及其制备方法和应用。
技术介绍
富勒烯-C60(C60)是由60个碳原子组成的具有对称结构的足球分子,C60的分子直径为0.71nm,其球面是由12个五边形和20个六边形稠合构成的笼状32面体,其中的每个碳原子通过sp2.28杂化与周围原子键合。纳米C60的中空笼状结构使其具有特殊的物理、化学性能,加之纳米微粒所具有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等,使得对C60及其衍生物的研究一直是理论化学、材料器件、生物医药等领域的研究热点,并有望在工程、机械、能源以及医学等领域发挥作用。早在1985年,Kroto就预测C60及其衍生物将是一个超级润滑剂。随后C60及其衍生物的润滑性能得到了大量研究,并证明C60可以作为一种“分子微球滚珠”润滑剂,发挥良好的减摩抗摩作用。但是,C60作为润滑油的添加剂时,还具有以下缺点:(1)C60在常见的基础油中没有溶解性,只能用机械搅拌、超声、固体研磨等方法将其分散于润滑液中,但由于其在润滑介质中属于多相分散体系,具有巨大界面能,分子间引力使纳米粒子积聚成团,团聚的粒子又会达到微米级,导致其润滑性能降低,难以实现理想的“分子滚珠”设想。(2)C60表面没有活性化学基团或元素,在剧烈的摩擦条件下无法与金属生成化学吸附膜起润滑作用,导致其在高速、重载摩擦条件下的承载能力不强。现有的技术通常采用化学修饰的方法来改变C60的物理化学性质,以提高C60在基础油中的溶解性,降低C60的表面能、消除表面电荷。C60的化学修饰所采用的基本方法是在其表面引入如共聚物、脂、羧酸等活性化学基团,以增加C60的溶解性、分散稳定性以及润滑性,但目前使用效果尚不理想。目前,尚无在C60的空腔内填充润滑添加剂的报道。本专利技术先对C60进行开笼处理,在开笼的同时引入活性化学基团,在改善其分散性、溶解性和润滑性的同时,再将润滑添加剂分子填充进C60的笼内,可以进一步的提高C60的润滑性能。最终实现一种“内填充、外修饰”型的C60包合物。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种C60包合物的制备方法和C60包合物以及其应用,以解决现有技术中存在的问题。为了实现上述目的,本专利技术提供一种C60包合物及其制备方法和应用。第一方面:一种C60包合物一种C60包合物,其特征在于:由以下重量份的原料制取:C60占85~90份、润滑添加剂占10~15份;所述C60包合物为由所述润滑添加剂在高压、高温条件下填充到经开笼处理的C60的空腔内得到的零维纳米碳复合材料。进一步的,所述润滑添加剂为二烃基五硫化物、油酸、油酸乙二醇酯、硫化异丁烯(T321)、二硫化苄和磷酸三乙酯中的一种。第二方面:C60包合物的制备方法C60包合物的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)利用杂氮法将C60开笼:先将15g的2,3-二氮杂萘溶解到500ml甲苯中,再加入2g的C60;再将混合液在加热到80℃的条件下回流8h,利用薄层色谱跟踪反应,直至样品点不发生变化,整个反应持续18-22h。(2)在旋转蒸发仪上,对上述(1)中经充分反应的混合液进行减压蒸馏,加热温度120℃,得到浓缩液。(3)采用硅胶柱层析方法对上述(2)中的浓缩液进行分离提纯,向硅胶色谱柱注入洗脱剂进行淋洗分离得到开笼的C60衍生物。(4)将(3)所制备的开笼C60衍生物溶于200ml甲苯中,并加入20ml0.5mol/L的一种润滑添加剂的溶液;将混合液倒入高压反应釜中,在200℃、200atm和磁力搅拌的条件下压力下反应12h。(5)待(4)反应结束后,将混合液进行减压蒸馏,得到浓缩液,将得到的浓缩液再次进行硅胶色谱柱层析,用洗脱剂淋洗,进行分离纯化,即可制得C60与一种润滑添加剂的包合物。进一步的,步骤(3)中的洗脱剂为甲苯与石油醚的混合液,其中甲苯与石油醚的体积比为2∶1。进一步的,步骤(4)中润滑添加剂的溶液中,所用的溶剂为无水乙醇或丙酮。进一步的,步骤(5)中的洗脱剂为甲苯与石油醚的混合液,其中甲苯与石油醚的体积比为2∶1。第三方面:C60包合物的应用第一方面的C60包合物以及由第二方面的C60包合物的制备方法制备得到的C60包合物在润滑油中的应用。本专利技术具有如下有益效果:(1)在C60的碳笼表面打开大小合适的缺口后,在一定条件下可使小分子润滑添加剂分子嵌入其中形成包合物,C60的分子直径约0.71nm,这与小分子润滑剂分子的尺寸较为吻合,具备形成包合物的条件。(2)本专利技术提出的一种内嵌润滑添加剂的C60包合物,以C60为主体分子,通过杂氮化学反应将C60开笼,同时可使其开口键上引入活性基团,这既增加了C60在基础油的分散稳定性,还使其在基础油中一定的溶解性,被溶解的C60更易于渗透到摩擦区域,从而增加润滑油的润滑效果。(3)纯的C60具有较好的减摩抗磨作用,但在较大载荷、速度的苛刻工况下,C60的润滑作用会降低。本专利技术中,C60包合物作为润滑添加剂时,可以随润滑油渗入到摩擦区域,摩擦过程中,包合物被挤压、变形并破裂,润滑添加剂可被释放,并通过物理或化学的吸附生成润滑膜起润滑作用,从而提高C60的减摩、抗磨性和极压性能,如图2所示。(4)本专利技术制备的一种润滑油,含有上述的内嵌润滑添加剂的C60包合物,与添加纯碳纳米管的润滑油相比,添加包合物的润滑油在相同的摩擦测试条件下,摩擦系数可减低5%,磨损率减小20%,润滑油的最大无卡咬负荷(PB值)提高20%。附图说明图1为利用二氮杂萘使C60开笼的化学反应过程的示意图;图2为C60包合物在切削摩擦区域的润滑作用模型;图3为实施例1制得的开笼C60的红外光谱图;图4为实施例1制得的RC2540与C60包合物的红外光谱图;图5为实施例2制得的T321与C60包合物的红外光谱图;图6为实施例1制得的开笼C60的1H-NMR核磁谱图;图7为实施例1制得的RC2540与C60包合物的1H-NMR核磁谱图;图8为实施例2制得的T321与C60包合物的1H-NMR核磁谱图;图9为C60、T321与C60-T321包合物的摩擦系数关系图;图10为C60、T321与C60-T321包合物的磨斑直径关系图;图11为基础油、C60、T321与C60-T321包合物的最大无卡咬负荷(PB值)关系图。其中:1、破裂的C60;2、润滑剂;3、润滑膜。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术做进一步说明,以助于理解本专利技术的内容。实施例1实施例1的一种内嵌二烃基五硫化物(RC2540)的C60包合物的制备方法,包括以下步骤:(1)利用杂氮法将C60开笼:先将15g的2,3-二氮杂萘(酞嗪)溶解到500ml甲苯中,再加入2g的C60;再将混合液在加热到80℃的条件下回流8h,利用薄层色谱(TLC)跟踪反应,直至样品点不发生变化,整个反应持续20h,该步骤的开笼反应过程如图1。(2)在旋转蒸发仪上,对上述(1)中经充分反应的混合液进行减压蒸馏,加热温度120℃,得到浓缩液。(3)采用硅胶柱层析方法对上述(2)中的浓缩液进行分离提纯,采用甲苯与石油醚的混合液作为洗脱剂,其中甲苯与石油醚的体积比为2∶1;提纯时,先用洗脱剂将50g的硅胶浸透后本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种C60包合物,其特征在于:由以下重量份的原料制取:C60占85~90份、润滑添加剂占10~15份;所述C60包合物为由所述润滑添加剂在高压、高温条件下填充到经开笼处理的C60的空腔内得到的零维纳米碳复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种C60包合物,其特征在于:由以下重量份的原料制取:C60占85~90份、润滑添加剂占10~15份;所述C60包合物为由所述润滑添加剂在高压、高温条件下填充到经开笼处理的C60的空腔内得到的零维纳米碳复合材料。2.根据权利要求1所述的C60包合物,其特征在于:所述润滑添加剂为二烃基五硫化物、油酸、油酸乙二醇酯、硫化异丁烯、二硫化苄和磷酸三乙酯中的一种。3.一种权利要求1或2所述的C60包合物的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)利用杂氮法将C60开笼:先将15g的2,3-二氮杂萘溶解到500ml甲苯中,再加入2g的C60;再将混合液在加热到80℃的条件下回流8h,利用薄层色谱跟踪反应,直至样品点不发生变化,整个反应持续18-22h;(2)在旋转蒸发仪上,对上述(1)中经充分反应的混合液进行减压蒸馏,加热温度120℃,得到浓缩液;(3)采用硅胶柱层析方法对上述(2)中的浓缩液进行分离提纯,向硅胶色谱柱注入洗脱剂进行淋洗分离得到开笼C60衍生物...

【专利技术属性】
技术研发人员:关集俱
申请(专利权)人:苏州工业职业技术学院
类型:发明
国别省市:江苏,32

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