氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂、制法与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂、制法与应用。所述制备方法包括：使氟化氧化石墨烯、酸性物质、水/乙醇溶液均匀混合，形成混合溶液，并加入钛源进行陈化，之后加入乙醇，获得均匀混合反应体系；使所述均匀混合反应体系于160～190℃进行水热反应20～30h，得到氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂。本发明专利技术采用原位制备氟化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料，所获复合材料与润滑油具有良好的相容性，从而得到分散均匀的润滑油，该改性润滑油在不同载荷条件下的减摩抗磨性能远远优于纯的润滑油，所需要纳米润滑添加剂的添加量很少，有效节约了资源，同时制备工艺简单，经济实用，适于工业化推广。

【技术实现步骤摘要】
氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂、制法与应用
本专利技术涉及一种润滑添加剂，尤其涉及一种氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂，以及一种氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒改性润滑油及其制备方法与应用，属于金属防护

技术介绍
石墨烯是一种二维纳米材料，具有高导电性、高机械强度、高耐磨性等优点，近年来在润滑油添加剂领域得到了广泛关注。石墨烯及其衍生物(富勒烯、碳纳米管等)作为润滑油添加剂，具有优异的比表面积、良好的热性能和电学性能。氟化石墨烯是一种新型的石墨烯衍生物，是指石墨烯被部分或者全部氟化，既继承了石墨烯的高机械强度，同时又具有耐高温、化学稳定性等特点。相较于传统的石墨烯，氟化石墨烯由于其更大的面间距和易剪切性能具有更优异的润滑性能。因此，氟化石墨烯作为润滑添加剂在润滑领域有重要的应用前景。但是氟化石墨烯直接添加至GTL-8润滑油里面，由于氟化石墨烯的表面能和氟元素的存在，在润滑油中分散不均匀，限制了润滑油的减摩抗磨作用。同时，纳米二氧化钛有着优异的减摩、耐磨和润滑性能，被广泛运用于抗磨薄膜的制备。但现有技术中尚未有将两者结合在一起运用的报道。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂及其制备方法，以克服现有技术的不足。本专利技术的另一目的还在于提供一种氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒改性润滑油及其制备方法与应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂的制备方法，其包括：使氟化氧化石墨烯、酸性物质、水/乙醇溶液均匀混合，形成混合溶液，并加入钛源进行陈化，之后加入乙醇，获得均匀混合反应体系；使所述均匀混合反应体系于160～190℃进行水热反应20～30h，得到氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料，即氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂，其其包括氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料，其包括氟化氧化石墨烯，以及负载于所述氟化氧化石墨烯表面的二氧化钛纳米颗粒。本专利技术实施例还提供了一种氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒改性润滑油，其包括润滑油，以及前述氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂。本专利技术实施例还提供了所述氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒改性润滑油的制备方法，其包括：将润滑油与氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂充分混合均匀，获得所述氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒改性润滑油。本专利技术实施例还提供了前述氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂或氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒改性润滑油于金属基材表面减摩抗磨领域中的用途。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术采用原位制备氟化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料的方法，得到的二氧化钛稳定均匀的生长在氟化石墨烯纳米片上；2)本专利技术提供的氟化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料与GTL-8润滑油具有良好的相容性，从而得到分散均匀的润滑油；该改性GTL-8润滑油在不同载荷条件下的减摩抗磨性能远远优于纯的GTL-8润滑油，同时，氟化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒增强润滑油的减摩抗磨性能也优于单独的氟化石墨烯和二氧化钛的减摩抗磨性能，起到了1加1大于2的作用；在本专利技术中，所需要的纳米润滑添加剂的添加量很少，有效节约了资源，同时制备工艺简单，经济实用，适于工业化推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a和图1b分别是本专利技术实施例1所获得的氟化氧化石墨烯和氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料的透射图像。图2a是对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、本专利技术实施例1在不同载荷下的摩擦系数图。图2b是对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、本专利技术实施例1在同一摩擦条件下的摩擦系数和磨损率图。具体实施方式氟化石墨烯具有两倍于石墨烯的面间距，有更优异的润滑性能，可用于润滑油添加剂；相比于石墨烯负载纳米氧化物，氟化石墨烯提供了二氧化钛负载形核生长所需的活性位点，使得二氧化钛可以稳定均匀的负载在氟化石墨烯上。鉴于现有技术的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要方案是：所述氟化氧化石墨烯改性润滑油包括：润滑油，以及纳米润滑添加剂；所述纳米润滑添加剂为氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料，即氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂。本专利技术采用原位制备氟化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料的方法，得到的二氧化钛稳定均匀的生长在氟化石墨烯纳米片上。本专利技术还提供了氟化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料改性GTL-8润滑油在不同载荷条件下的摩擦学性能研究。发现氟化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料在润滑油中可稳定分散，同时，其减摩抗磨性能远远优于GTL-8润滑油、氟化石墨烯增强的润滑油和二氧化钛颗粒增强的润滑油，起到了1加1大于2的作用。本专利技术将氟化石墨烯和纳米二氧化钛这两种纳米材料合成一种新型纳米复合材料被作为添加剂加入到润滑油中时既可以减少纳米材料的团聚现象，同时起到1加1大于2的协同作用，达到提高润滑油摩擦学性能的目的。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供了一种氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂的制备方法，其包括：使氟化氧化石墨烯、酸性物质、水/乙醇溶液均匀混合，形成混合溶液，并加入钛源进行陈化，之后加入乙醇，获得均匀混合反应体系；使所述均匀混合反应体系于160～190℃进行水热反应20～30h，得到氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料，即氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂。在一些实施例中，所述制备方法具体包括：将氟化氧化石墨烯、酸性物质加入所述水/乙醇溶液中，并于25～60℃搅拌15～40min，形成所述混合溶液。进一步地，本专利技术中采用氟化氧化石墨烯有利于TiO2负载量及结合强度，而且氧化石墨烯氟化后层间距增大。本专利技术中采用的氟化氧化石墨烯是直接氟化得到的有含氧官能团和氟原子的石墨烯，方法简单可大规模生产且得到的氟化氧化石墨烯片径尺寸大片层厚度小(片径尺寸500nm～1μm，片层厚度2.25nm～3.34nm)。同时，本专利技术所用的氟化氧化石墨烯是中等氟化程度(F/C大约0.17～0.63)的氧化石墨烯，它片层上丰富的基团(羟基，羧基，醛基和酯基等)可以为进一步的二氧化钛负载提供更多的生长位点，并且，本专利技术通过原位生长负载二氧化钛的方式结合更牢固。进一步地，所述氟化氧化石墨烯与酸性物质的质量体积比为0.1g～0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂的制备方法，其特征在于包括：/n使氟化氧化石墨烯、酸性物质、水/乙醇溶液均匀混合，形成混合溶液，并加入钛源进行陈化，之后加入乙醇，获得均匀混合反应体系；/n使所述均匀混合反应体系于160～190℃进行水热反应20～30h，得到氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料，即氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂的制备方法，其特征在于包括：
使氟化氧化石墨烯、酸性物质、水/乙醇溶液均匀混合，形成混合溶液，并加入钛源进行陈化，之后加入乙醇，获得均匀混合反应体系；
使所述均匀混合反应体系于160～190℃进行水热反应20～30h，得到氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料，即氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将氟化氧化石墨烯、酸性物质加入所述水/乙醇溶液中，并于25～60℃搅拌15～40min，形成所述混合溶液。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述氟化氧化石墨烯与酸性物质的质量体积比为0.1g～0.5g：1ml～5ml；和/或，所述酸性物质与水/乙醇溶液的体积比为1～5：30～60；和/或，所述水/乙醇溶液中水与乙醇的体积比为1：5～1：9；优选的，所述酸性物质包括冰醋酸和/或硫酸；
和/或，所述氟化氧化石墨烯是直接氟化得到的有含氧官能团和氟原子的石墨烯，优选的，所述氟化氧化石墨烯的片径尺寸为500nm～1μm，片层厚度为2.25nm～3.34nm；优选的，所述氟化氧化石墨烯是F/C为0.17～0.63的氧化石墨烯；优选的，所述氟化氧化石墨烯片层上包含的含氧官能团为羟基、羧基、醛基和酯基。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将钛源缓慢滴加至所述混合溶液中，并于25～60℃陈化1～4h；优选的，所述钛源包括硫酸钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛、氯化钛中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述酸性物质与钛源的体积比为1：5～1：7；和/或，所述制备方法还包括：在所述水热反应结束后，经离心处理获得混合物，再洗涤和干燥，获得氟化氧化石墨烯负载二氧化钛纳米颗粒复合材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述离心处理的功率为5000～10000转/分，时间为3～10min；和/或，所述洗涤采用的洗涤剂包括乙醇，洗涤次数为2～4次；和/或，所述干燥的温度为50～80℃，时间为6～24h。


6.由权利要求1-5中任一项所述方法制备的氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂，其包...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文杰，次晓晶，吴杨敏，高秀磊，方治文，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33