[发明专利]一种共价有机骨架纳米材料及其制备方法和作为油基润滑添加剂的应用

说明书

本发明提供了一种共价有机骨架纳米材料及其制备方法和作为油基润滑添加剂的应用，属于纳米材料技术领域。本发明提供的共价有机骨架纳米材料具有式I所示的骨架结构，结构新颖，为一种高结晶度的纳米材料，在310℃以内具有良好的热稳定性，并在200～220nm范围内表现出强的紫外吸收。本发明提供的共价有机骨架纳米材料在摩擦过程中能在摩擦界面通过羰基‑金属配位作用形成润滑膜，从而表现出优异的减摩抗磨作用。本发明提供的制备方法简单，条件易控，易于实现规模化生产。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体而言，涉及一种骨架纳米材料，尤其涉及一种新型的共价有机骨架纳米材料及其制备方法和作为油基润滑添加剂的应用。

背景技术

摩擦磨损现象普遍存在于机械设备运转中，恶劣的工作环境通常会加剧摩擦副间的磨损现象，从而降低机械零部件的服役寿命。为了提高能源的利用效率，设计和开发多种高性能、“绿色环保”和多功能的润滑剂和润滑剂添加剂就显得尤为重要。近年来，二维(2D)层状纳米材料(石墨烯、h-BN、MoS₂、黑磷等)作为新兴的润滑添加剂在机械系统的减摩抗磨性能方面有着广阔的应用前景。这些纳米材料的层间通过弱范德华相互作用达到稳定结构，在剪切力作用下相邻层之间易于滑动，从而提高润滑效率；同时，纳米材料的层内原子通过共价键结合，赋予其单层结构高模量和高强度，以延长其稳定性。此外，由于纳米结构的特点，二维纳米材料通常比传统的块状材料具有更高的表面积，这使其能够在摩擦基底界面上形成有效的吸附，从而降低了金属摩擦副直接碰撞和摩擦副之间的剪切应力。另外，对润滑机理的研究也表明，优良的润滑性能不仅来源于材料自身结构的特性，还得益于材料本身的摩擦化学反应下形成的摩擦膜和修补效应。尽管二维层状纳米材料表现出优异的摩擦学性能，但由于二维层状纳米材料特有的“皱褶效应”，使其在基础油中的分散稳定性较差，与摩擦基体的附着力较弱，这对其在机械齿轮油等实际润滑中的应用(油基钻井液、内燃机活塞件、切削液等)仍然是一个很大的挑战。

共价有机骨架(COFs)作为一类新兴的有机分子构筑单元材料，引起了人们的广泛关注。构筑单元的几何形状和尺寸可以调控COF的结构。特别是在二维COFs材料中，构建单元通过共价键连接，通过π-π相互作用堆叠，形成具有周期性骨架和有序孔隙的层状结构，呈现类似石墨烯、h-BN的结构特征。因此，可以预测二维COFs将继承二维层状纳米材料的润滑性。纳米材料本身丰富的选择性和多功能共价结合特性，以及具有可调控的功能性，为解决其在基础润滑油中的分散稳定性和粘附性问题提供了新的方向。到目前为止，通过共价键的结合，构建了多种共价有机骨架纳米材料，包括硼酸酯、三嗪类、席夫碱类等，挖掘共价有机骨架材料的应用领域仍然是一种持续的挑战。此外，共价有机骨架材料作为润滑油添加剂应用于摩擦学领域的研究和报道较少，具有广阔地发展和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含羰基结构的新型共价有机骨架纳米材料及其制备方法，研究了其自身的结构特征和摩擦学性能后将其作为油基润滑添加剂。本发明提供的制备方法过程简单，条件易控，制备的材料改善了现有共价有机纳米材料在基础油中分散稳定性较差的问题，进而获得了新型共价有机纳米材料增强的润滑油体系。

为了实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种含有羰基结构的新型共价有机骨架纳米材料，所述共价有机骨架纳米材料为类花状形貌，它是以1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮和2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪为单体，按1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮和2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪摩尔比为(0.5～3)：(0.6～4)缩合反应而得，具有式I所示的结构：

式I中，基团的三端所连接的基团为

基团的三端所连接的基团为

进一步优选地，所述共价有机骨架纳米材料是将1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮和2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪按照摩尔比为(1～2)：(1.2～3)缩合反应而得。