碳纳米管/二维纳米材料复合材料及其制法和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管/二维纳米材料复合材料，其特征在于，碳纳米管和二维纳米材料分别经油性分散剂改性后得到改性碳纳米管和改性二维纳米材料，在改性碳纳米管上负载改性二维纳米材料后得到所述碳纳米管/二维纳米材料复合材料。所述二维纳米材料为层状金属磷酸盐纳米片，优选为层状磷酸锆纳米片。本发明专利技术所得碳纳米管/二维纳米材料复合材料可作为润滑抗磨剂，添加到润滑油中，可有效改善润滑油的抗磨性能，且本发明专利技术所述方法成本较低，操作简单，高效环保，具有广泛的应用前景。

Carbon nanotubes/two-dimensional nanomaterials composites and their preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管/二维纳米材料复合材料及其制法和应用
本专利技术涉及材料领域，主要涉及抗磨材料领域，具体涉及一种碳纳米管/二维纳米材料复合材料及其制法和应用。
技术介绍
在润滑油中添加特定的无机纳米材料可以极大的提升润滑油的润滑抗磨效果。这种纳米润滑油的润滑抗磨效果一方面取决于所添加的纳米材料的组成、大小、形状等性质；另一方面取决于所添加纳米材料在润滑油中的分散性。一般的纳米材料由于其比表面积大，且与油相不相容，因而会发生絮凝或沉淀，这种纳米材料的团聚使得添加材料的实际尺寸大幅度加大，达到微米甚至是毫米级。这样大尺度的团聚会极大的削弱纳米材料在油相中的润滑抗磨效果，甚至比不添加纳米材料还要差。常用的纳米润滑添加材料包括金属及金属氧化物纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒、稀土化合物纳米颗粒、碳纳米材料，以及其他无机非金属纳米材料等。将这些纳米材料均匀稳定的分散到油相中都可以不同程度的提高润滑油的润滑抗磨效果。ZL201410382805.7专利技术了一种将二维纳米材料，如磷酸锆纳米片与零维纳米颗粒，如铜纳米颗粒通过协同分散混合的方法，极大的提高了二者在油相中的分散性，制备了不同结构纳米材料的二元润滑体系，并极大的提高了纳米润滑油的润滑抗磨效果。为改善润滑油的抗磨性能，“碳纳米管作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能研究,摩擦学学报，2005,25(5)：394-397”中，将碳纳米管作为润滑油添加剂表现出了优良的抗磨性能，含碳纳米管润滑油的磨斑表面平整，划痕较细且分布均匀。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：目前润滑油抗磨剂仍存在絮凝或沉淀的现象，润滑油的抗磨性能还有待提高。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种将碳纳米管与二维纳米材料，例如磷酸锆纳米片复合并制备复合型纳米润滑抗磨剂及复合型纳米润滑油的方法，通过摩擦测试发现，这种复合型纳米润滑抗磨材料效果要好于每个单独使用的纳米材料。由于碳纳米管为一维纳米材料，而磷酸锆为二维纳米材料，因而本专利技术所制备的复合型纳米润滑抗磨剂也可以称为结构复合型纳米润滑抗磨材料，制备的纳米润滑油可以称为结构复合型纳米润滑油。具体来说，针对现有技术的不足，本专利技术提供了如下技术方案：一种碳纳米管/二维纳米材料复合材料，其特征在于，碳纳米管和二维纳米材料分别经油性分散剂改性后得到改性碳纳米管和改性二维纳米材料，在改性碳纳米管上负载改性二维纳米材料后得到所述碳纳米管/二维纳米材料复合材料。优选的，上述复合材料中，所述二维纳米材料为层状金属磷酸盐纳米片，优选为层状磷酸锆纳米片。优选的，上述复合材料中，所述油性分散剂选自脂肪伯胺或聚醚胺。优选的，上述复合材料中，所述碳纳米管与油性分散剂总量的质量比为(0.5-2.5)：20，优选为(0.5-2)：20。优选的，上述复合材料中，所述二维纳米材料与油性分散剂总量的质量比为(1-15)：20，优选为(1-10)：20。优选的，碳纳米管与二维纳米材料的总量与油性分散剂的质量比为(3-15)：20，更优选的，碳纳米管与二维纳米材料的总量与油性分散剂的质量比为(6-12)：20。优选的，二维纳米材料与碳纳米管的质量比为(2-10)：1，更优选的，二维纳米材料与碳纳米管的质量比为(0.5-10)：1，更优选的为(2.5-10)：1。优选的，碳纳米管：二维纳米材料：油性分散剂＝1:5:20，优选的，上述复合材料中，所述碳纳米管的长度为10nm-10μm，直径为2nm-50nm。优选的，上述复合材料中，所述二维纳米材料的直径为50nm-5μm，厚度为2nm-500nm。优选的，上述复合材料中，所述脂肪伯胺主链包含碳链长度为C6-C22的饱和烃基或C6-C22不饱和烃基，所述不饱和烃基为烯烃基。优选的，上述复合材料中，所述脂肪伯胺选自正己胺，正辛胺，正癸胺或正十二胺。优选的，上述复合材料中，所述烯烃基中碳碳双键的个数为1-4个。优选的，上述复合材料中，所述伯胺的碳链长度优选为C12-C20。更优选的，上述复合材料中，所述伯胺的碳链长度为C18，所述伯胺为油胺，即9-十八烯胺。优选的，上述复合材料中，所述聚醚胺主链为聚醚结构，末端含有胺基官能团；优选的，所述聚醚胺中醚基的数量为5-100个。优选的，上述复合材料中，所述复合材料由包含下述步骤的方法制备得到：(1)将碳纳米管与油性分散剂混合，反应后得到改性碳纳米管；(2)将二维纳米材料与油性分散剂混合，反应后得到改性二维纳米材料；(3)将所述改性碳纳米管和所述改性二维纳米材料混合后，得到所述碳纳米管/二维纳米材料复合材料。本专利技术还提供一种复合纳米润滑油，其特征在于，包括上述碳纳米管/二维纳米材料复合材料和润滑油。优选的，上述复合纳米润滑油中，所述复合材料与润滑油的质量比为(0.5-3)：100。优选的，上述复合纳米润滑油中，复合材料与润滑油的质量比为(0.8-3.0)：100，优选为(08-1.5)：100，更优选为1:100。优选的，上述复合纳米润滑油中，所述复合纳米润滑油的摩擦系数为0.05-0.3，优选为0.05-0.25，更优选为0.05-0.15，磨斑直径为0.5-2.5，优选为0.5-2.0。本专利技术还提供上述碳纳米管/二维纳米材料复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将碳纳米管与油性分散剂混合，反应后得到改性碳纳米管；(2)将二维纳米材料与油性分散剂混合，反应后得到改性二维纳米材料；(3)将所述改性碳纳米管和所述改性二维纳米材料混合后，得到所述碳纳米管/二维纳米材料复合材料。优选的，上述制备方法中，步骤(1)中，碳纳米管与油性分散剂的质量比为1:(0.01-50)，优选为1：(2.5-10)。优选的，上述制备方法中，步骤(2)中，二维纳米材料与油性分散剂的质量比为1:(0.1-50)，优选为1：(1.5-15)。优选的，上述制备方法中，步骤(3)中，将所述改性碳纳米管和所述改性二维纳米材料混合后，还包括球磨的过程。本专利技术还提供上述复合纳米润滑油的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将上述碳纳米管/二维纳米材料复合材料加入润滑油中，得到复合纳米润滑油。本专利技术还提供上述碳纳米管/二维纳米材料复合材料或上述复合纳米润滑油在润滑油领域的应用。本专利技术的优点是：本专利技术所得碳纳米管/二维纳米材料复合材料可作为润滑抗磨剂，添加到润滑油中，可有效改善润滑油的抗磨性能，且本专利技术所述方法成本较低，操作简单，高效环保，具有广泛的应用前景。附图说明图1为实施例1.1所得磷酸锆纳米片的扫描电镜图。图2为实施例1.1所用单壁碳纳米管的透射电子显微镜图。图3为实施例1.1所得单壁碳纳米管/磷酸锆复合材料的透射电子显微镜图。图4为实施例2.1所用多壁碳纳米管的透射电子显微镜图。图5为实施例2.1所得多壁碳纳米管/磷酸锆复合材料的透射电子显微镜图。具体实施方式鉴于目前润滑油的抗磨性能还有待提高，本专利技术提供一种碳纳米管/二维纳米材料复合材料以及包含此材料的复合润滑油，将碳纳米管和磷酸锆分别用油性分散剂改性后，再将改性磷酸锆负载于改性碳纳米管上，制得复合纳米材料，将此材料加入润滑油中，可极大改善润滑油的抗磨性能。一种优选的实施方式中，本专利技术所述碳纳米管/二维纳米材料复合材料的配方为：碳纳米管：2.5-10份，磷酸锆纳米片：5-50份，油溶性分散剂：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管/二维纳米材料复合材料，其特征在于，碳纳米管和二维纳米材料分别经油性分散剂改性后得到改性碳纳米管和改性二维纳米材料，在改性碳纳米管上负载改性二维纳米材料后得到所述碳纳米管/二维纳米材料复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/二维纳米材料复合材料，其特征在于，碳纳米管和二维纳米材料分别经油性分散剂改性后得到改性碳纳米管和改性二维纳米材料，在改性碳纳米管上负载改性二维纳米材料后得到所述碳纳米管/二维纳米材料复合材料。2.根据权利要求1所述复合材料，其中，所述二维纳米材料为层状金属磷酸盐纳米片，优选为层状磷酸锆纳米片。3.根据权利要求1或2所述复合材料，其中，所述油性分散剂选自脂肪伯胺或聚醚胺。4.根据权利要求1-3任一项所述复合材料，其中，所述碳纳米管与油性分散剂总量的质量比为(0.5-2.5)：20，优选为(0.5-2)：20。5.根据权利要求1-4任一项所述复合材料，其中，所述二维纳米材料与油性分散剂总量的质量比为(1-15)：20，优选为(1-10)：20。6.根据权利要求1-5任一项所述复合材料，其中，所述碳纳米管的长度为10nm-10μm，直径为2nm-50nm。7.根据权利要求1-6任一项所述复合材料，其中，所述二维纳米材料的直径为50nm-5μm，厚度为2nm-500nm。8.根据权利要求3-7任一项所述复合材料，其中，所述脂肪伯胺主链包含碳链长度为C6-C22的饱和烃基或C6-C22不饱和烃基；所述不饱和烃基优选为烯烃基。9.根据权利要求1-8任一项所述复合材料，其中，所述复合材料由包含下述步骤的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙大陟，张至，
申请(专利权)人：包头协同纳米新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15