[发明专利]一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法和应用，属于润滑添加剂技术领域。该制备方法为：在蜡烛火焰中焰处收集烛灰，将烛灰进行热处理得到洋葱碳；将洋葱碳分散至单宁酸溶液中，加入三元胺，搅拌发生迈克尔加成反应和席夫碱反应后，得到单宁酸改性的洋葱碳；将单宁酸改性的洋葱碳分散于Tris溶液中，加入含减摩抗磨性能小分子的有机溶液，搅拌发生迈克尔加成反应后，得到功能化洋葱碳材料纳米添加剂。本发明制备得到了功能化洋葱碳纳米材料在润滑油中具有良好的分散稳定性，而且提高了机械部件的减摩抗磨性能，制备所用原料来源广泛，合成方法简单，适用范围广。

技术领域

本发明涉及润滑添加剂技术领域，更具体的涉及一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

摩擦磨损普遍存在于自然界中，并且造成了大量能源和资源的损耗。研究报道，世界的能源大约有30％最终消耗在各种形式的摩擦上。据统计，为了减小设备运作过程产生的摩擦阻力，每年近1/3的燃油被用来减少机械的摩擦磨损。特别是由于许多工况条件已经超越了润滑油的使用极限，迫切需求与之相适应润滑剂和自润滑材料，从而使润滑油添加剂的研究成为目前重要研究热点。近年来，随着纳米科技的飞速发展，纳米粒子作为润滑油添加剂已开始显示出其独特优越性能。并且随着人类社会的发展对能源、环境提出更高的要求，为了生态环境的可持续发展，绿色、高效、多功能的润滑油添加剂的发展尤为迫在眉睫。碳基纳米材料绿色无毒、化学稳定等特点使其成为环保型润滑材料的典型代表。

纳米-洋葱状的碳材料—纳米洋葱(Carbon Nano-onions，简称CNOs)，又称为洋葱碳，其尺寸大约在2-100nm，是继C60、碳纳米管、石墨烯之后，富勒烯家族的又一成员。由于CNOs具有独特的化学和物理性质，包括大的比表面积等优势，被广泛应用于润滑添加剂、光学限幅材料、航空航天、燃料电池、电磁屏蔽和催化等各个领域。由于结合了石墨层状结构和C₆₀的球形结构，可起到协同的减摩抗磨，由于其层间较弱的范德华力，使得“纳米-洋葱”易于分解，在摩擦副间形成一层石墨涂层类似微轴承代替破裂的油膜起润滑作用。所以洋葱状的纳米结构具有较好的自润滑性能。

洋葱碳作为纳米润滑添加剂时由于其准球形结构起微轴承作用、碳原子排列完美表面没有悬挂键以及稳定封闭结构使其具有高的机械强度等优势，应用前景十分广泛。然而，洋葱碳应用作为纳米润滑添加剂还存在着功能性单一、在基础油中分散稳定性差等不足，因此为了提高洋葱碳的润滑性能需要对其进行改性处理。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法和应用，本发明制备得到了功能化洋葱碳纳米材料在润滑油中具有良好的分散稳定性，而且提高了机械部件的减摩抗磨性能，制备所用原料来源广泛，合成方法简单，适用范围广。

本发明的第一个目的是提供一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂的制备方法，按照以下步骤制备：

步骤1、在蜡烛火焰中焰处收集烛灰，将烛灰进行热处理得到洋葱碳；

步骤2、将洋葱碳分散至单宁酸或其衍生物溶液中，加入三元胺，搅拌发生迈克尔加成反应和席夫碱反应后，得到单宁酸改性的洋葱碳；

步骤3、将单宁酸改性的洋葱碳分散于Tris溶液中，加入含减摩抗磨性能小分子的有机溶液，搅拌发生迈克尔加成反应后，得到功能化洋葱碳材料纳米添加剂。

优选的，步骤1中，热处理温度为300-1100℃，热处理时间为6-24h。

优选的，步骤2中，洋葱碳、单宁酸的质量比为8:1～2；单宁酸单体和三元胺的氨基的官能团摩尔比为1：4～32；反应温度为5-50℃，反应时间为12-48h；

所述单宁酸溶液中，单宁酸的浓度为0.1-10mg/ml。

优选的，步骤2中，所述单宁酸溶液中，溶剂为水、Tris缓冲液、乙醇中的一种或几种。