噻二唑衍生物改性石墨烯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种噻二唑衍生物改性石墨烯，所述噻二唑衍生物改性石墨烯的结构如下式1或式2所示：

Modified graphene with thiazole derivative and its preparation and Application

The invention provides a modified graphene modified by thiazole two derivative, and the structure of the modified graphene with thiazole two derivative is as follows: 1 or 2.

【技术实现步骤摘要】
噻二唑衍生物改性石墨烯及其制备方法和应用
本专利技术属于化学添加剂
，尤其涉及一种噻二唑衍生物改性石墨烯及其制备方法和应用。
技术介绍
为了改善润滑脂的润滑性能以延长设备寿命，需向其中加入一定量的极压抗磨剂，在摩擦表面形成保护膜(吸附或反应膜)，从而阻止金属间的直接接触，减小摩擦表面之间的摩擦阻力，防止材料的磨损和擦伤。在涂层领域，人们对腐蚀的要求越来越高，同时还要兼顾一些其他性能，如抗磨、高强度、高硬度等，而目前的涂料很难在高耐蚀的情况下兼顾这些性能；对于一些极易腐蚀的基材，如烧结NdFeB磁体，现有成熟的涂料其耐蚀性不能让人满意，且抗磨性能差。石墨烯作为层状纳米粒子添加剂，优异的润滑、机械强度性能，以及片层结构对腐蚀介质的屏蔽作用、阻碍渗透等，使得石墨烯显著提高润滑油脂和涂层的性能；但粒子粒径比较小，粒子之间的引力作用容易使纳米粒子发生团聚，分散稳定性差，会对产品的性能产生影响。特别是以石墨烯作为润滑脂、涂料的添加剂使用时，会存在极压抗磨和防腐蚀性能的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种噻二唑衍生物改性石墨烯及其制备方法和应用，旨在解决以石墨烯作为润滑脂、涂料的添加剂使用时，存在极压抗磨和防腐蚀性能不足的问题。本专利技术是这样实现的，一种噻二唑衍生物改性石墨烯，所述噻二唑衍生物改性石墨烯的结构如下式1或式2所示：式1中，R1为SZ、NZ或Z，其中，Z为氢、碳原子为1-30的烃或官能化烃、噻二唑衍生物；R2为NH或S；式2中，R3为SZ、NZ或Z，其中，Z为氢、碳原子为1-30的烃或官能化烃、噻二唑衍生物。相应的，一种式1所示噻二唑衍生物改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯和酰化剂混合，加入介质X中分散得到混合液，将所述混合液在65-75℃温度下回流反应10～30h，过滤、烘干，制备酰氯化氧化石墨烯；将所述酰氯化氧化石墨烯与噻二唑衍生物分散到介质Y中，80-90℃条件下反应20～50h，制备噻二唑衍生物改性石墨烯。一种式2所示噻二唑衍生物改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯分散到介质Z中，超声分散后离心处理，取上清液，将所述上清液和噻二唑衍生物混合，惰性气氛下于65-75℃加热20～40h，得到分散均匀的噻二唑改性氧化石墨烯溶液；冷却至室温后，调整所述噻二唑改性氧化石墨烯溶液的PH值为8～10；随后将硼氢化钠加入所述噻二唑改性氧化石墨烯溶液中，惰性气氛下于80-90℃磁力搅拌0.5～2h，经纯化处理，得到噻二唑衍生物改性石墨烯。以及，一种润滑脂，所述润滑脂含有上述的噻二唑衍生物改性石墨烯。一种涂料，所述涂料含有上述的噻二唑衍生物改性石墨烯。本专利技术提供的噻二唑衍生物改性石墨烯，采用1,3,4-噻二唑2,5位取代衍生物对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性，将噻二唑衍生物上的氨基或巯基与氧化石墨烯的环氧基和/或羧基进行接枝，使得石墨烯与噻二唑衍生物桥接在一起，具有以下优点：(1)本专利技术提供的所述噻二唑衍生物改性石墨烯中，噻二唑衍生物与GO之间相互连接，片层结构石墨烯自身在涂层的屏蔽作用，可以阻碍及延长腐蚀介质在涂层中的渗透，同时，噻二唑衍生物和石墨烯优异的润滑性能和机械强度，也能一定程度满足涂层对抗磨、高硬度的要求。在此基础上，噻二唑衍生物上的S和N提供了多个表面配位基，与摩擦金属表面会形成一种桥连作用，噻二唑衍生物分子与金属(尤其是Cu)表面作用形成自组装单层，不仅可以显著提高涂层结合力和抗腐蚀时间；而且形成的化学保护膜，使抗磨损、耐极压和抗腐蚀性能均得到了更大程度的提高，能够显著提高润滑脂和涂层的性能。此外，GO本身作为纳米颗粒，其由滑动摩擦转化为滚动摩擦以及对金属表面的填充等，使得润滑效果进一步增强，可以达到增效协同作用。(2)由于连接有噻二唑环和烷基等官能团，噻二唑衍生物改性石墨烯相比于石墨烯具有更好的分散性、稳定性、更强的金属配位吸附能力和抗腐蚀性能，同时不含磷与金属元素，环保，无污染，可以作为多种润滑油(内燃机油、齿轮油与液压油等)添加剂和涂料添加剂使用。(3)相较于通过石墨烯提高有润滑性能(对石墨烯的片层数有一定的要求)，本专利技术提供的所述噻二唑衍生物改性石墨烯对石墨烯片层数没有太多的要求。噻二唑衍生物改性石墨烯中，由于含有GO结构，因此可以改善噻二唑衍生物在抗磨减摩性能方面存在着的不足(即硫与金属表层形成边界膜之前，会有一个短暂腐蚀磨损的过程)。本专利技术提供的噻二唑衍生物改性石墨烯的制备方法，条件温和，操作简单，得到的噻二唑衍生物改性石墨烯具有较高的收率和纯度。本专利技术提供的噻二唑衍生物改性石墨烯在润滑脂和涂料领域的应用，可以有效提高材料的抗磨损、耐极压和抗腐蚀性能。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种噻二唑衍生物改性石墨烯，所述噻二唑衍生物改性石墨烯的结构如下式1或式2所示：式1中，R1为SZ、NZ或Z，其中，Z为氢、碳原子为1-30的烃或官能化烃、噻二唑衍生物；R2为NH或S；式2中，R3为SZ、NZ或Z，其中，Z为氢、碳原子为1-30的烃或官能化烃、噻二唑衍生物。本专利技术实施例中，用于改性氧化石墨烯的噻二唑衍生物是一类含S、N的杂环化合物，其具有致密稳定的结构，其承载能力和润滑性能都较好，可在金属表面形成吸附膜和化学反应膜，有效提高润滑油的减摩、抗磨、极压以及抗腐蚀性能。同时，这类添加剂不含P和重金属元素，是一种环境友好的无灰型添加剂。本专利技术实施例提供的噻二唑衍生物改性石墨烯，采用1,3,4-噻二唑2,5位取代衍生物对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性，将噻二唑衍生物上的氨基或巯基与氧化石墨烯的环氧基和/或羧基进行接枝，使得石墨烯与噻二唑衍生物桥接在一起，具有以下优点：(1)本专利技术实施例提供的所述噻二唑衍生物改性石墨烯中，噻二唑衍生物与GO之间相互连接，片层结构石墨烯自身在涂层的屏蔽作用，可以阻碍及延长腐蚀介质在涂层中的渗透，同时，噻二唑衍生物和石墨烯优异的润滑性能和机械强度，也能一定程度满足涂层对抗磨、高硬度的要求。在此基础上，噻二唑衍生物上的S和N提供了多个表面配位基，与摩擦金属表面会形成一种桥连作用，噻二唑衍生物分子与金属(尤其是Cu)表面作用形成自组装单层，不仅可以显著提高涂层结合力和抗腐蚀时间；而且形成的化学保护膜，使抗磨损、耐极压和抗腐蚀性能均得到了更大程度的提高，能够显著提高润滑脂和涂层的性能。此外，GO本身作为纳米颗粒，其由滑动摩擦转化为滚动摩擦以及对金属表面的填充等，使得润滑效果进一步增强，可以达到增效协同作用。(2)由于连接有噻二唑环和烷基等官能团，噻二唑衍生物改性石墨烯相比于石墨烯具有更好的分散性、稳定性、更强的金属配位吸附能力和抗腐蚀性能，同时不含磷与金属元素，环保，无污染，可以作为多种润滑油(内燃机油、齿轮油与液压油等)添加剂和涂料添加剂使用。(3)相较于通过石墨烯提高有润滑性能(对石墨烯的片层数有一定的要求)，本专利技术实施例提供的所述噻二唑衍生物改性石墨烯对石墨烯片层数没有太多的要求。噻二唑衍生物改性石墨烯中，由于含有GO结构，因此可以改善噻二唑衍生物在抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种噻二唑衍生物改性石墨烯，其特征在于，所述噻二唑衍生物改性石墨烯的结构如下式1或式2所示：

【技术特征摘要】
1.一种噻二唑衍生物改性石墨烯，其特征在于，所述噻二唑衍生物改性石墨烯的结构如下式1或式2所示：式1中，R1为SZ、NZ或Z，其中，Z为氢、碳原子为1-30的烃或官能化烃、噻二唑衍生物；R2为NH或S；式2中，R3为SZ、NZ或Z，其中，Z为氢、碳原子为1-30的烃或官能化烃、噻二唑衍生物。2.一种如权利要求1式1所示噻二唑衍生物改性石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化石墨烯和酰化剂混合，加入介质X中分散得到混合液，将所述混合液在65-75℃温度下回流反应10～30h，过滤、烘干，制备酰氯化氧化石墨烯；将所述酰氯化氧化石墨烯与噻二唑衍生物分散到介质Y中，80-90℃条件下反应20～50h，制备噻二唑衍生物改性石墨烯。3.如权利要求2所述的式1所示噻二唑衍生物改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯、酰化剂、介质X的配比为1g：30～50mL：1～10ml；和/或所述氧化石墨烯、噻二唑衍生物、介质Y的配比为1g：5～20g：5～50ml。4.如权利要求2或3所述的式1所示噻二唑衍生物改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述介质X为无水乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种；和/或所述介质Y为无水乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种；和/或所述酰化剂选自SOCl2和/或草酰氯。5.一种如权利要求1式2所示噻二唑衍生物改性石墨烯的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，岳树伟，岳风树，李士成，童蓉，
申请(专利权)人：深圳市优宝新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44