[发明专利]将层状纳米片与球形纳米粒子同时稳定地分散于油性介质中的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体的，涉及将层状纳米片与球形纳米粒子同时稳定地分散于油性介质中的方法及其应用。更具体的，涉及将层状纳米片与球形纳米粒子同时稳定地分散于油性介质中的方法、含有层状纳米片与球形纳米粒子的混合物及其在制备润滑油和润滑脂中的用途。

背景技术

α-次磷酸锆(α-ZrP，Zr(HPO₄)₂·H₂O)，通过磷酸基中的氧原子连接锆原子而形成层状结构，每个磷酸基中的3个氧原子参与形成层状结构，余下的一个羟基伸向层状结构的夹层方向。α-ZrP层间的相互作用较弱，在一定的剪切应力的作用下，层间会发生滑动，这意味着α-ZrP可以用作润滑材料。最近，二维纳米层状α-ZrP材料逐渐开始用作润滑油中的耐磨添加剂和黏度改性添加剂。在高负荷条件下，同MoS2或者石墨作为添加剂的润滑油相比，以二维纳米层状α-ZrP材料为添加剂的润滑油，表现出更优异的减摩性和耐磨性。

然而，在水溶液中，α-ZrP上的-OH容易部分去质子化，导致其在水溶液中能够部分地溶解，这使得α-ZrP的水溶液呈现一定的弱酸性。这一性质导致α-ZrP不溶且很难分散于油性介质中。这是α-ZrP应用于润滑油中需要解决的关键技术问题。然而，至今几乎没有文献报道可以恰当地解决上述问题。有研究者使用氧乙烯基非离子表面活性剂，不仅能够把HF剥离的层状次磷酸锆均匀地分散于水溶液中，而且还能够将其分散于有机溶剂中。但是，该方法存在以下缺点：首先，该方法使用非常危险的HF，其次，由于α-ZrP具有比较容易吸湿的特性，HF剥离的次磷酸锆会不可避免的吸附HF，而众所周之，HF能够严重的腐蚀金属材料，因而，HF剥离的次磷酸锆无法应用于润滑油。也有报道采用多胺改性的聚异丁烯基丁二酰亚胺(PIBSA-PAM)作为α-ZrP纳米片在润滑油中的分散剂。该方法比HF剥离的方法安全，但是该方法仍存在一个缺点：将PIBSA-PAM、α-ZrP和润滑油混合后，不能形成长期稳定的乳液，因而不可避免的会产生液体分层的现象，这种静态不稳定性降低了α-ZrP纳米片的效能，且在实践过程中也存在一些应用上的问题。

因而，关于次磷酸锆在润滑油中的应用研究仍有待进一步发展。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本发明的一个目的在于提出在油性介质中用纳米片稳定球形纳米颗粒的方法，获得一种能够有效地将层状纳米片与球形纳米粒子同时稳定地分散于油性介质中的普适方法。

在本发明的一个方面，本发明提出了将层状纳米片与球形纳米粒子同时稳定地分散于油性介质中的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将层状纳米片和油溶性烃胺混合，以便获得第一混合物；(2)将球形纳米粒子和油性介质混合，以便获得第二混合物；(3)将所述第一混合物、所述第二混合物和所述油性介质混合，以便获得第三混合物。发明人发现，利用本发明的方法，通过纳米片稳定球形纳米粒子，能够有效地将层状纳米片和球形纳米粒子稳定地分散于油性介质中，且分散获得的溶液或微乳液具有良好的稳定性，不会发生沉降或分层现象，且操作简单，方便快捷。

根据本发明的实施例，所述将层状纳米片和油溶性烃胺混合的方法为加热、超声处理或机械搅拌。由此，能够快速有效的将层状纳米片和油溶性烃胺分散均匀。

根据本发明的实施例，所述层状纳米片为选自α-次磷酸锆、θ-次磷酸锆、γ-次磷酸锆、层状金属磷酸盐、粘土、层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxides,LDHs)、层状二硫化金属盐和层状钨酸金属盐中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述层状纳米片的尺寸为10～4000nm。

根据本发明的实施例，所述层状纳米片的尺寸为10～3000nm。

根据本发明的实施例，所述油溶性烃胺为伯胺、仲胺、叔胺或环胺。

根据本发明的实施例，所述油溶性烃胺优选为格尔伯特伯胺、脂肪胺或者多聚脂肪胺。

根据本发明的实施例，所述格尔伯特伯胺具有如式1所示的结构，

其中，R₁为碳原子数为1-20的直链或支链烃基。

根据本发明的实施例，所述脂肪胺具有如式2所示的结构：