两端羟基功能化遥爪型聚合物超分子油凝胶及其作为润滑油的应用制造技术

本发明专利技术提供基于两端羟基功能化遥爪型聚合物超分子油凝胶及其作为润滑油的应用。将遥爪型聚合物分散在基础油中，或者将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中，通过羟基基团之间发生氢键相互作用而形成油凝胶；所述遥爪型聚合物是两端基含羟基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯，记作H

【技术实现步骤摘要】
两端羟基功能化遥爪型聚合物超分子油凝胶及其作为润滑油的应用


[0001]本专利技术属于超分子化学
，具体涉及两端羟基功能化遥爪型聚合物超分子油凝胶及其作为润滑油的应用。

技术介绍

[0002]摩擦磨损普遍存在于机械系统中，不可避免地会导致机械的损坏和大量的能源浪费。据统计，全世界由于摩擦消耗的能源约占总能源的30％～50％，80％的机器零部件失效是由于磨损引起的，并且50％以上的恶劣的机械设备事故源于润滑失效所造成的过度磨损。因此，制备高性能润滑材料对提高机械设备工作效率、延长机械使用寿命，减少恶性事故的发生，及解决人类社会面临的能源问题具有重大意义。
[0003]二维纳米材料因其独特的原子结构，良好的物理和化学稳定性以及出色的机械和热性能而被用作润滑添加剂，典型的例子包括BN、GO、和MoS2等。与传统的有机或有机金属润滑剂添加剂相比，它们表现出更优越的化学或热机械稳定性，这将导致更少的有害排放和更低的毒性。然而，纳米材料的实际摩擦学应用要求其均匀分散在具有长期胶体稳定性的基础油中。为此，采用在纳米材料的表面进行功能化修饰，如纳米颗粒表面接枝油溶性大分子或使用大分子对其进行包覆修饰。这种方法尽管开发广泛，但在基础油中表现出长期胶体稳定性的例子并不多见。这可能是由于在溶液中，单束缚的头基很容易从纳米颗粒表面上脱离，导致该表面功能化的纳米颗粒仍然不能满足其基础油的长期胶体稳定性的要求。

技术实现思路

[0004]针对上述技术现状，本专利技术旨在提供一种基于两端羟基功能化遥爪型聚合物超分子油凝胶，具有长期稳定性，良好的润滑性能与抗磨损性能，可作为润滑油应用。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术人经过长期大量实验探索发现，将遥爪型聚合物分散在基础油中，通过羟基基团之间发生氢键相互作用而形成的超分子油凝胶具有良好的润滑性能与抗磨损性能，当分散于基础油PAO
‑
10时，该油凝胶在载荷为200N、频率为25Hz、振幅为1mm的摩擦条件下的摩擦系数小于0.13，可作为润滑油应用，其中所述遥爪型聚合物是两端基含羟基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯。进一步地，本专利技术人发现，当在该油凝胶的制备过程中添加二维纳米材料，遥爪型聚合物与二维纳米材料之间发生强氢键相互作用，不仅提高了二维纳米材料在基础油中的分散稳定性，而且进一步提高了油凝胶的润滑性能与抗磨损性能。
[0006]即，本专利技术提供一种基于两端羟基功能化遥爪聚合物超分子复合油凝胶，所述油凝胶是将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中，通过羟基基团之间的氢键相互作用而形成，并且遥爪型聚合物与二维纳米材料之间也发生强氢键相互作用；
[0007]所述遥爪型聚合物是两端基含羟基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯，记作H
m
S
2n
H
m
，其
中H嵌段是含羟基单体，S嵌段是油溶性的聚甲基丙烯酸长链烷基酯，m是H嵌段的聚合度，2n是S嵌段的聚合度。
[0008]作为优选，所述H嵌段包含甲基丙烯酸羟乙酯、2
‑
甲基
‑2‑
丙烯酸
‑
2,3
‑
二羟基丙酯及其他含羟基单体。
[0009]所述二维纳米材料不限，包括氮化硼(BN)、氧化石墨烯(GO)、类石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)等。
[0010]所述基础油不限，包括矿物基础油、合成基础油以及植物油基础油。矿油基础油由原油提炼而成。合成基础油是指由通过化学方法合成的基础油，例如聚α
‑
烯烃等。植物油是从植物的果实、种子、胚芽等中得到的油脂。
[0011]m为整数，取值不限。作为优选，m选自5至10中的整数，包含整数5与10。
[0012]2n为整数，取值不限。作为优选，2n选自10至500中的整数，包含整数10与500；作为进一步优选，2n选自10至100中的整数，包含整数10与100。
[0013]所述遥爪聚合物的制备方法不限，包括利用聚甲基丙烯酸长链烷基酯双功能化的大分子引发剂，通过可控ATRP聚合得到双端羟基功能化的遥爪聚合物；该制备方法包括如下步骤：
[0014](1)基于双功能引发剂合成双功能的聚甲基丙烯酸长链烷基酯；
[0015](2)利用双功能的聚甲基丙烯酸长链烷基酯作为大分子ATRP引发剂合成所述遥爪型聚合物。
[0016]本专利技术发现将聚甲基丙烯酸长链烷基酯两端通过羟基功能化的遥爪型聚合物分散在基础油中形成的油凝胶具有良好的润滑性能与抗磨损性能，可作为润滑油应用于机械等领域。在此基础上，本专利技术将该遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中形成油凝胶，具有如下有益效果：
[0017](1)所述遥爪型聚合物提高了无机纳米颗粒在基础油中的分散均匀性与稳定性，具体如下：
[0018]所述遥爪型聚合物由一个可溶的中心链和两个不可溶的功能化端基链组成，它们倾向于自组装成完全交联的花状胶束(凝胶)网络，其中相邻的花状胶束被可溶性中心链桥接。一方面可以显著缓解基础油普遍存在的渗漏和蠕动，另一方面二维纳米材料可以被均匀地分布在凝胶的三维网络中，具有长期稳定性。
[0019](2)实验证实，该油凝胶具有良好的长期稳定性，在20℃条件下，该油凝胶保存一年时间也未显示出任何可见的流动性。
[0020](3)实验证实，当基础油为PAO
‑
10时，该油凝胶在载荷为200N、频率为25Hz的摩擦条件下、振幅为1mm的摩擦系数小于0.13。
[0021](4)实验证实，与基础油相比，将所述遥爪型聚合物分散在基础油中，通过羟基基团之间发生氢键相互作用形成的油凝胶，以及将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中形成的复合油凝胶能够大大改善其润滑性能；与所述遥爪型聚合物分散在基础油中，通过羟基基团之间发生氢键相互作用形成的油凝胶相比，将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中形成的复合油凝胶，润滑性能更佳，载荷更高，磨损体积更小，表面的磨损疤痕更小。
[0022]因此，本专利技术的油凝胶可作为减摩抗磨类润滑油而应用于机械系统中。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例1
‑
3中聚合物的合成路线图。
[0024]图2是本专利技术实施例1中聚合物的核磁共振氢谱图。
[0025]图3是本专利技术实施例2中聚合物的核磁共振氢谱图。
[0026]图4是本专利技术实施例3中聚合物的核磁共振氢谱图。
[0027]图5是本专利技术实施例1
‑
3中聚合物的凝胶渗透色谱图。
[0028]图6是本专利技术实施例4
‑
6中超分子动态油凝胶的形成示意图。
[0029]图7是对比实施例中的混合液以及本专利技术实施例5、8、11、14中的超分子动态油凝胶的倒置外观图。
[0030]图8是本专利技术实施例4
‑
9中的油凝胶样品以及PAO
‑
10基础油样品的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.两端羟基功能化遥爪型聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，其特征是：所述超分子油凝胶是将遥爪型聚合物分散在基础油中，通过羟基基团之间发生氢键相互作用而形成；所述遥爪型聚合物是两端基含羟基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯，记作H
m
S
2n
H
m
，其中H嵌段是含羟基单体，S嵌段是油溶性的聚甲基丙烯酸长链烷基酯，m是H嵌段的聚合度，2n是S嵌段的聚合度。2.如权利要求1所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，其特征是：m选自5至10中的整数，包含整数5与10；作为优选，2n选自10至500中的整数，包含整数10与500；作为进一步优选，2n选自10至100中的整数，包含整数10与100。3.如权利要求1所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，其特征是：所述基础油包括矿物基础油、合成基础油以及植物油基础油；作为优选，所述合成基础油包括聚α
‑
烯烃；作为优选，所述基础油是PAO
‑
10。4.如权利要求1、2或3所述的聚合物超分子油凝胶作为润滑油的应用，其特征是：当基础油为PAO
‑
10时，所述油凝胶在载荷为200N、频率为25Hz、振幅为1mm的摩擦条件下的摩擦系数小于0.13；作为优选，所述H嵌段是甲基丙烯酸羟乙酯或者2
‑
甲基
‑2‑
丙烯酸
‑
2,3
‑
二羟基丙酯。5.一种超分子复合油凝胶，其特征是：将遥爪型聚合物与二维纳米材料分散在基础油中，通过氢键相互作用而形成，并且所述遥爪型聚合物与二维材料之间也发生氢键相互作用；所述遥爪型聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜伟锋，梁逢春，薛华，
申请(专利权)人：南京京科新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：