[发明专利]多功能微凝胶智能润滑剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能微凝胶智能润滑剂及其制备方法。采用水相溶液聚合，将多种单体、交联剂、表面活性剂前体等分散在水溶液中，先原位制备表面活性剂，再在引发剂作用下反应生成该智能润滑剂。本发明方法简单有效，制备的微凝胶润滑剂可实现基于温度和pH的润滑响应，有效提高摩擦副材料减摩润滑性能，同时，还能对典型金属摩擦副摩擦产生的重金属离子进行有效吸附，在智能润滑领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于机械摩擦学领域，具体的说是通过制备一种多功能微凝胶作为润滑剂，依靠摩擦过程中微凝胶对温度和pH的响应，实现智能润滑，同时有效吸附并降低溶液中重金属离子的含量。

背景技术

人工关节摩擦副在人体长期服役，每年需要承受上百万次循环的体重负荷和冲击，面临着严峻的摩擦磨损工况，因此，如何降低人工关节材料的摩擦磨损已经成为研究热点。人工关节除了需要常规的减摩润滑效果以外，由于长时间运动引起的摩擦温升，诱发润滑不足造成恶性磨损；此外，人体pH波动会对人工关节摩擦副材料产生腐蚀磨损；另外，长期摩擦过程金属类关节材料会释放出大量金属离子引起炎症反应等，部分重金属离子还会造成中毒等严重后果，造成人工关节服役寿命显著降低。因此，为了延长人工关节服役寿命，改善人工关节随摩擦温升以及环境pH变化造成的恶性摩擦磨损、降低金属人工关节摩擦过程中释放的重金属离子具有重要应用价值。

微凝胶是一种具有交联网状结构的高分子聚合物。有些微凝胶能对外界环境如温度、pH等变化作出相应的响应行为，因而被广泛用于智能载体，在药物输送、建筑涂料、纳米反应器和生物传感器等领域显示了良好的应用前景。虽然已经有微凝胶用于温敏润滑的报道，但是微凝胶化学组成与结构等与其摩擦学性能之间的关联尚不明确，尤其是在人工关节摩擦与润滑这种复杂环境中，微凝胶会同时受到pH和温度等多种因素的影响，如何将其用于控制人工关节材料由于摩擦升温与pH波动导致的减摩润滑性不足问题，并同时降低润滑液中的重金属离子尚未见报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种多功能微凝胶智能润滑剂及其制备方法，在摩擦过程中出现温度升高和pH降低时，微凝胶自动响应进入摩擦微区以增强润滑，同时对摩擦过程中释放的重金属离子进行吸附，降低润滑液中的重金属离子浓度。

本发明的多功能微凝胶智能润滑剂及其制备方法，通过以下方案实现，以质量份计，按以下方法制备，具体步骤为：

1)将0.95～1.8份N-异丙基丙烯酰胺，0.2～2.0份丙烯酸，0.025～0.08份十二烷基硫酸钠，0.45～0.5份油酸，0.0.06～0.1份N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，0.48～0.52份三乙醇胺，依次加入60～120份去离子水中，通入氮气去除反应溶液中的氧气，磁力搅拌40～50min，先在55～60℃水浴条件下反应2.5～3.5h，然后通过注射器将5份0.039～0.078mol·L^-1的过硫酸铵溶液添加到反应溶液中，最后在60～70℃水浴条件下反应4.5～5.0h。

2)将上述反应后溶液收集，放入透析袋置入去离子水中，过程中不断磁力搅拌以加快透析速度，每隔8～12h更换一次去离子水，在去离子水中透析5～8d，即得。

其中，N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比为1.5～1.6:1，油酸与三乙醇胺的摩尔比为1:2；微凝胶中聚N-异丙基丙烯酰胺与聚丙烯酸交替连接，两者摩尔比为1.5～1.6:1，微结构呈多孔海绵状球形，粒径为100～200nm，分布均匀，动态光散射法分散性指数小于0.1；通过聚N-异丙基丙烯酰胺与聚丙烯酸的独特组分与微结构，实现同时对温度和pH的润滑响应，并吸附溶液中的重金属离子。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过合成反应与制备过程设计，精准控制所制备微凝胶独特的化学组成与微结构，保证了对温度和pH变化的快速润滑响应，同时还能显著吸附摩擦过程中产生的典型重金属离子，离子浓度降低可达60％以上，具备吸附、减摩润滑等多功能性。