一種改性氧化石墨烯的制備方法技術

一種改性氧化石墨烯的制備方法，涉及潤滑材料的制備技術領域，本發明專利技術通過制備油酸二乙醇酰胺硼酸酯來改性氧化石墨烯，制得改性氧化石墨烯抗磨劑，解決了氧化石墨烯納米片在油中穩定性和分散性差的技術問題，克服了氧化石墨烯納米片生物降解性弱的缺點，提高了氧化石墨烯在基礎油中的潤滑性能，制得的改性氧化石墨烯在基礎潤滑油中摩擦系數降低量最大可達40%～60%。

Method for preparing modified graphene oxide

A method for preparing a modified graphene oxide, preparation technical field relates to lubricating materials, through the preparation of oleic acid two ethanol amide borate modified graphene oxide, prepared modified graphene oxide antiwear agent, to solve the stability of graphene oxide nanosheets in oil and dispersion problems poor, overcome the shortcomings of the graphene oxide nanosheets biodegradability is weak, improve the lubricating performance of graphene oxide in the base oil, the prepared modified graphene oxide based on the lubricating oil in the lower friction coefficient is up to 40% ~ 60%.

【技術實現步驟摘要】
一種改性氧化石墨烯的制備方法
本專利技術涉及潤滑材料的制備
，特別是由油酸二乙醇酰胺硼酸酯改性氧化石墨烯形成的潤滑材料的制備方法。
技術介紹
摩擦引起的磨損普遍存在于自然界中，給人們的生活和生產帶來了巨大損失。潤滑油是降低摩擦，減少磨損，延長機件壽命最為常見的潤滑材料。為了提高潤滑油的潤滑性能，通常是在基礎油中加入各種減摩、抗磨的添加劑。氧化石墨烯具有獨特的二維片層結構，由于擁有超低的摩擦系數和超強的硬度特性，而且超強的耐腐蝕和優異的抗氧化性能，成為了近年來摩擦學領域研究的熱點材料之一。然而，氧化石墨烯要想實際應用于潤滑油中作為減摩和抗磨添加劑使用，首先需要解決其在油介質中的穩定性和透明性技術難題。氧化石墨烯納米片層表面含有大量的含氧官能團，例如羥基，羧基，環氧基。由于這些含氧官能團的存在使得氧化石墨烯具有良好的親水性，但是在油中卻很難分散。如果通過對其表面含氧官能團進行化學修飾，增長它表面碳鏈的長度則可防止其在油中的團聚，從而有效提升它在油中的分散性。如，S.Choudharyetal.J.Mater.Chem.,2012,22,21032-21039。油酸二乙醇酰胺硼酸酯是一種具有出色的生物降解性和低生態毒性的潤滑材料。作為一種陰離子表面活性劑，它還具有很好的去污，潤濕，乳化和防銹等能力，已被廣泛應用于許多領域如潤滑和紡織等。此外，油酸二乙醇酰胺硼酸酯是一種含氮化合物，是微生物的營養品，如果將它們與其它難降解的潤滑材料復合后，可以有效提升復合物的生物降解性。如，B.S.Chenetal.GreenChem.,2013,15,738-743。目前公開的文獻中主要采用油酸來改性氧化石墨烯來提升其在油中的分散性，這種方法制得的改性氧化石墨烯在油中穩定性差，不透明，潤滑性能不強且生物降解性弱，不利于產業化。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種在油中透明，穩定分散且潤滑性能出色的改性氧化石墨烯的制備方法。本專利技術包括以下步驟：1）將油酸加熱至80～120℃后加入二乙胺，升溫至140～160℃后攪拌4～6h，再降溫至60～90℃后加入再二乙胺和氫氧化鉀進行反應，反應結束后，加入硼酸，并升溫至120～140℃蒸出水，得黑色油狀液體。該步驟中，在氫氧化鉀的催化作用下，油酸與二乙醇胺通過脫水縮合反應生成油酸二乙醇酰胺，加入硼酸，可通過酯化反應生成油酸二乙醇酰胺硼酸酯。通過升溫至120～140℃，使混于其中的水分得以蒸發，得無水油酸二乙醇酰胺硼酸酯。2）將氧化石墨烯、二氯亞砜和DMF混合，在氮氣保護下升溫至60～80℃蒸去多余的二氯亞砜，然后加入乙醇胺和所述黑色油狀液體，升溫至110～130℃條件下進行反應，得改性氧化石墨烯粗品。該步驟中，DMF為溶劑，二氯亞砜為活性劑，可以活化氧化石墨烯表面官能團活性，通過加入乙醇胺和黑色油狀液體，使氧化石墨烯脫水縮合生成酰胺，得到改性氧化石墨烯粗品。3）將改性氧化石墨烯粗品冷卻、過濾，取固相洗滌、干燥、研磨，得改性氧化石墨烯。本專利技術通過制備油酸二乙醇酰胺硼酸酯來改性氧化石墨烯，制得改性氧化石墨烯抗磨劑，本專利技術的優點主要表現在如下：1.解決了氧化石墨烯納米片在油中穩定性和分散性差的技術問題。2.克服了氧化石墨烯納米片生物降解性弱的缺點。3.提高了氧化石墨烯在基礎油中的潤滑性能。4.當在負載為147N（15KG）和轉速為1200r/min的四球摩擦磨損試驗機上進行摩擦實試驗時，本專利技術方法制得的改性氧化石墨烯在基礎潤滑油中摩擦系數降低量最大可達40%～60%。進一步地，本專利技術所述步驟1）中所述油酸、二乙胺和硼酸的投料質量比為3.3～8∶1.25～2.8∶1。在該用料范圍下，反應物混合更均勻，有利于充分反應，并利于降低生產成本。所述步驟1）中第一次加入的二乙胺和第二次加入的二乙胺的質量比為1∶1.5～2.5。如果二乙胺加入量過多，會使反應過快，產生雜質從而影響產物質量。本專利技術中分兩次加入二乙胺可先預反應一段時間，該用量比下產生雜質最少，產物最為純凈。所述步驟2）中所述氧化石墨烯的層數為1～10層，含氧量為30%～60%。在該條件下，氧化石墨烯的層狀結構及含氧官能團被充分利用，有利于氧化石墨烯的表面改性。所述步驟2）中所述氧化石墨烯、乙醇胺和黑色油狀液體的投料比為1g∶1.25～10mL∶12.5～25mL。在該用料條件下，乙醇胺被完全反應，有利于反應充分，氧化石墨烯被完全改性，產物在油中分散性最高。所述步驟2）中所述氧化石墨烯和二氯亞砜、DMF的投料比為1g∶50～67mL∶10～25mL。在該用料條件下，氧化石墨烯在DMF中分散更穩定，有利于活化氧化石墨烯表面官能團。所述步驟3）中采用的過濾為布氏漏斗過濾。布氏漏斗過濾可以去除未反應的雜質，使產物更為純凈。所述步驟3）中以乙醇對固相進行洗滌，可以洗去過量的氯化鈣，洗滌3～5次后，可使產物更為純凈。所述步驟3）中所述干燥為真空干燥，干燥溫度為60～100℃。在該溫度下的真空干燥，制得的改性物更為均勻，有利于摩擦性能的提升。附圖說明圖1為油酸二乙醇酰胺硼酸酯改性氧化石墨烯技術合成路線。具體實施方式一、實例1：1、制備工藝：取40g油酸加入三口燒瓶中，100℃下攪拌30min后，加入4g二乙胺，140℃下攪拌4h。降溫至60℃，繼續加入10g二乙胺和0.1g氫氧化鉀，攪拌反應4h。反應結束后，加入5g硼酸，130℃下攪拌至無水蒸出，取得10mL黑色油狀液體。將0.8g氧化石墨烯和40mL二氯亞砜在15mLDMF中均勻混合，在氮氣保護下升溫至70℃充分攪拌24h，蒸去多余的二氯亞砜，加入5mL乙醇胺和上述黑色油狀液體10mL，升溫至120℃，攪拌反應4h。以上氧化石墨烯的層數為1～10層，含氧量為30%～60%。反應結束后冷卻至常溫，以布氏漏斗過濾，將取得的固相用乙醇洗滌3次，最后將反應物于60℃下真空干燥5h，研磨后得到改性氧化石墨烯。2、應用：稱取0.2g上述改性氧化石墨烯加入100g500SN基礎油中，在負載為147N和轉速為1200r/min的四球摩擦磨損試驗機上進行摩擦學試驗。結果顯示摩擦系數和磨痕直徑相比于基礎油分別下降了41%和32%。二、實例2：1、制備工藝：取30g油酸加入三口燒瓶中，80℃下攪拌30min。加入4g二乙胺，150℃下攪拌4h。降溫至65℃，繼續加入6g二乙胺和0.2g氫氧化鉀，攪拌反應4h。反應結束后，加入8g硼酸，120℃下攪拌至無水蒸出，取得20mL黑色油狀液體。將1.0g氧化石墨烯和60mL二氯亞砜在10mLDMF中均勻混合，在氮氣保護下升溫至60℃充分攪拌24h，蒸去多余的二氯亞砜，加入10mL乙醇胺和上述黑色油狀液體20mL，升溫至130℃，攪拌反應5h。以上氧化石墨烯的層數為1～10層，含氧量為30%～60%。反應結束后冷卻至常溫，以布氏漏斗過濾，將取得的固相用乙醇洗滌4次，最后將反應物80℃下真空干燥5h，研磨后得到改性氧化石墨烯。2、應用例2：稱取0.2g上述改性氧化石墨烯加入100g500SN基礎油中，在負載為147N和轉速為1200r/min的四球摩擦磨損試驗機上進行摩擦學試驗。結果顯示摩擦系數和磨痕直徑相比于基礎油分別下降了51%和42%。三、實例3：1、制備工藝：取50g本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改性氧化石墨烯的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1）將油酸加熱至80～120℃后加入二乙胺，升溫至140～160℃后攪拌4～6h，再降溫至60～90℃后加入再二乙胺和氫氧化鉀進行反應，反應結束后，加入硼酸，并升溫至120～140℃蒸出水，得黑色油狀液體；2）將氧化石墨烯、二氯亞砜和DMF混合，在氮氣保護下升溫至60～80℃蒸去多余的二氯亞砜，然后加入乙醇胺和所述黑色油狀液體，升溫至110～130℃條件下進行反應，得改性氧化石墨烯粗品；3）將改性氧化石墨烯粗品冷卻、過濾，取固相洗滌、干燥、研磨，得改性氧化石墨烯。

【技術特征摘要】
1.一種改性氧化石墨烯的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1）將油酸加熱至80～120℃后加入二乙胺，升溫至140～160℃后攪拌4～6h，再降溫至60～90℃后加入再二乙胺和氫氧化鉀進行反應，反應結束后，加入硼酸，并升溫至120～140℃蒸出水，得黑色油狀液體；2）將氧化石墨烯、二氯亞砜和DMF混合，在氮氣保護下升溫至60～80℃蒸去多余的二氯亞砜，然后加入乙醇胺和所述黑色油狀液體，升溫至110～130℃條件下進行反應，得改性氧化石墨烯粗品；3）將改性氧化石墨烯粗品冷卻、過濾，取固相洗滌、干燥、研磨，得改性氧化石墨烯。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟1）中所述油酸、二乙胺和硼酸的投料質量比為3.3～8∶1.25～2.8∶1。3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述步驟1）中第一次加入的二乙胺和第二次加...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程志林，李偉，吳沛蓉，劉贊，
申請(專利權)人：揚州大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32