纳米材料在润滑油中的分散性和稳定性

汪 剑炜
,
王正东
,
胡黎 明 涂料 工 业
,
卯
,
关 于 纳 米材料 作 为 润 滑 油 添 加 剂 的 研究
目前 还 处 于 起步 阶段
,
黄文 轩 北京 任俊
,
,
韩长宁
润 滑 油 与燃 料 添 加 剂 手册
,
,
许 多基 础 性 研究 工 作
。
中 国 石 化 出版 社
卢 寿慈
一
哭科
,
一
须大力 开展
。
其 中解 决 纳米 材 料 在 润 滑 油 中
这不 仅 需
北 京 科技 大学 学 报
,
卯
,
的 分散性及稳 定性 问 题 尤 为重要
改 变 纳米粒子 的 制备 工 艺
,
还需 研 制 和 合 成
郑水林
出版 社
,
粉 体表 面 改 进技术
卯
,
北京
中 国建 材
新 的分 散剂 和 稳 定 剂 以 解决 润 滑 油 中纳 米材
料在 苛 刻 条 件 下 工作 的 稳 定 性
它 主 要 是 在纳 米材 料表 面 进 行 一 些 单 体
的聚 合 反 应
, 料〔
’
。 〕
,
,
从 而 得 到囊状 包 覆 纳 米 材
。
小
,
而 非极 性 固 体 与 极性 水 的润湿 热远 小 于
。
选 择 合 适 的单体 能 使 生 成 的聚 合 物
由
与有机液 体 的润 湿 热
我们 知 道
,
,
润湿 热描
些 电 荷 可 能 是 由吸 附加 入 的表 面 活 性 剂 或 因
聚 集 的 倾 向 很大
经 一 定 时 间后 可 形成 较 大 纳米材 料 因 团聚 而 在 润 滑
水 的 存 在 通过 吸 附
或
的块状 聚 集 体 油 中沉 淀 下 来
,
环 而 引起 的
, ,
。
这
些 带 电胶 粒 周 围 会 形 成 双 电层 电势 能
、
,
,
态 的 胶 体 纳 米材 料 在 这样 的 工 作 环境 下 其 稳 定 状 态 极 易 遭 到破 坏 而 发 生 聚 沉 纳 米 材 料在 摩擦 中具 有 的 功 能
。
,
可 通过离子对
、
最 终失 去
范 德 华 力 等作 用 以 单点或多 点 的形 式 紧
,
目前关 于 纳
,
密结 合在 颗 粒 表 面 上
稳定性
纳米 材 料是指 由极 细 晶 粒组 成
度尺 寸 在纳 米 量 级
一
。
,
特征维
非水 分 散体 系 比水 基分散体 系 复 杂得 多 然 进行 了 大 量 研 究
,
,
虽
的 固态 材
但 还 没 有形 成 公认 的 理
料
由于 极 细 的 晶 粒
,
大 量 处 于 晶界 和 晶粒
论
。
内缺陷 的 中心 原 子 及 其 本 身具有 的量子 尺 寸
。
纳 米材 料在 润 滑 油 中 的分散 性
滑 油 中 的 纳米材料 仍有 沉 淀 现 象产 生
纳米 粒 子 由于 粒度 极 小
,
在 润滑油 中一
。
纳 米 材 料在 非水 分 散 体 系 中的行 为
些 分散 剂 能使 其 得 到较 好分散
,
如 丁 二 酞亚
非 水分 散 体 系 在 工 业 上 有 广 泛 的 应 用 如油漆
合 成 润滑材 料
年
纳 米 材 料 在 润 滑 油 中 的分 散 性 和 稳 定 性
王九
陈波 水
,
董 浚修
重 庆 以又心
后 勤 工 程 学 院油 化 系
摘要
主 要 论 述 了 目 前 解 决 纳 米材 料在 润 滑 油 中的 分 散 性 和 稳 定 性 的 方 法
。
关键 词
纳 米 材料
润 滑油
分 散性
分 散 体 系 的 分散状 态 及 分散 稳 定 性 是 由
颗粒
、
效应
、
小 尺 寸效应
,
,
表 面 效应 和 宏 观 量 子 隧
一 ’ ’
分散剂
、
分散介质 等 组 分 间的相 互作
。
道效应 等
使其 在 润滑 与摩 擦 学 方 面 有 特 殊
。
用 共 同决 定 的 刚
两 颗粒 间 的相 互 作 用 包 括
,
一《
一
基团
。 〕
生 某 些 化 学 反应 或 物 理 缠 绕
使无机填料 和
。
有水及 其 他 阴 离子 甚 至 过 氧 化 物或 光 催 化作
用所 产 生 的 活 性 氧 等 〔
‘
有机 高 聚 物 分 子 之 间 产 生 具 有 特 殊 功 能 的
“
通 过 选 择 合适 的
,
分子桥
”
,
这 样 纳 米 材 料 得 以 很好分散
。
徐禧
高分 子 材料科学 与工 程
道秦
,
,
,
麟
,
沃埃特著
,
王 梦娇译
炭黑
,
参考 文 献
北京
化学 工 业 出版 社
一
面
了咏 刀
白伙功已 刀‘
而
妙
,
五 移括 ’
肠咖优动呀 ‘
怨扭
,
。卿押殆 响火刃了
加加
祀
仆
记
况
坦
川
卜
幽
面
差
。
反之
,
则越
它 能多点 的在 离子 间 形 成 胶溶高达
一
较厚 的 屏 障 膜
,
的粒子
。
因此
,
研 究 纳 米材料 在 润滑 油 中 的 分散
因 此 分 散 剂 能有 效地 把
的粒 子 分
性时
,
必 须 选 择 合 适 的纳米材料及 合 适 的 分
散于 润滑 油 中
’ 。 〔。 〕
散剂 才 能 保 证纳米 材 料在 润 滑 油 中有较好 的
长 度 的聚 合 物链
,
另 一 部分 为 具有 一 定
米 材 料在 润 滑 油 中稳 定 性 的 研究 不 多
商业
与 分 散 介 质 有着 良好 的 相
。
化 的产 品 更 是 寥 寥 无 几
看
,
。
从 目前 的 研 究 来
溶性
,
称之 为溶 剂 化 链
,
当吸 附有超 分散剂
提 高 纳 米 材 料 在 润 滑 油 中稳 定 性 的 方 法
一 般 为表 面 活性 剂
,
传 统 的 分散 剂
虽
分散性
。
然 在水 性 介 质 中有着 很 好 的分 散效果
但对
。
纳 米材 料在 润 滑 油 中的稳 定 性
固体颗 粒 在 润 滑 油 中 的 分 散 性 却 不 佳 此
,
为
纳 米材 料 在 润 滑 油 中 的 分散 性 及 稳 定 性 是 两个密切 相 关 的 因 素 不 一 定好
。
的颗 粒 相 互 靠 近 时
由 于 溶剂化链 的 空 间 障
,
主 要 有 两种
碍而 使 颗 粒 相 互 弹开
从 而 实 现 颗粒 在 介质
。
物质 与 纳米 粒 子表 面 基 团 进行 化 学
反 应 或化 学 吸 附 一 些 固 体 物 质 如 石 英 在 水 和 空 气 的作用 下
,
中的 稳 定 分 散
。
进而形成 任
最 终使 用 时失 去超 细 颗 粒所
具有 的 功 能
。
理论 和 实践 均 证 明
,
在稀 的 非 水 分
。
目前 关 于 纳米 材 料 作 为 润 滑 油
,
添 加 剂 使 用 的效 果 少
,
作 用 机理 方 面 的 报 道 很
,
散体 系 中
乌电 势 能 决 定 了 体 系 的 稳 定 性
附层 时
聚集
。
,
的吸
以
肠
,
它 们 之 间 的 排斥 力 可 保 护 粒子不 致
,
珑
,
叔
,
,
场 留
歇 丫
如 果 体 系 中仅 有 溶 剂
,
因 吸 附层 太
。
哭珍
薄
,
排斥力 不 够 大
不 能 使 粒 子稳 定
,
若在
山
习
,
,
而
一
,
刀可
刀洲 唱
,
溶 剂 中加 人 一 些 表 面活性 剂 极 性 基 团 吸 附在纳米粒 子 上 着溶 剂
,
在 今 后 实 际 使 用 中显 示 出来 的优 异性 能
,
分电 势越 高
体系越稳定
,
。
而 在润 滑 油这样
及 存在 的 问 题
需 进 一 步 的研 究 和 了 解
在
浓 的 非 水 分散 体 系 中
弱
。
双 电层 的稳 定 作 用 减
,
润 滑 油 中使 用 纳 米 材料 的 分散 性 及稳 定 性 是
包覆 纳米材料 与 润 滑油 有 很 好 的相 溶 性
于 纳 米粒 子 被 聚 合 物 包 覆
,
述 了液 体 对 固 体 的润 湿 程 度
如 果 润 湿 热越
从 而 可 防止 纳米
合成润滑材料
年
材料 的 团 聚 定性
。
,
增加 纳米材料在 润 滑 油 中 的 稳
几
一
,
五妈
,
男
,
当纳米粒 子 表 面 有厚 度 为
,
纳米 粒 子 表 面包 覆 一层 聚 合 物
于 纳 米 粒子表 面
,
聚合物 吸 附
可 形 成 厚达
,
的吸附 可 此下 彼上
,
黄文 轩
,
张英华
润 滑油
,
,
层
,
且 聚 合 物 有 多 个 吸 附点
,
不 会 脱离 纳 米 粒子
从 而 能起 到很 好 的稳 定
任俊
,
卢寿慈
北京科技 大学学报
,
卯
,
作用
。
结论
,
表 面活 性 剂 的
非 极性 一 端 向
一
。
卯
,
陈爽
团
,
刘维 民
摩擦学 学 报
,
,
可 形 成 一 较 厚 吸 附层
梁起
。
,
张 顺利
,
刘维 民 等
化学 通报
,
望涎〕
,
但表 面 活 性 剂 在 纳 米 材 料 上 只 有 一 个 吸 附
点
,
它 很容 易 被溶剂 分子 顶 替 下 来
,
如果 在
羌
,
,
几
以场
有 的 研 究结 果 表 明
因此
,
母电 势 与 稳 定 性 无
,
特 别 急需解 决 的一 个关 键 问题
。
国 外许 多 公
,
关
阻
。
在 此种 情况 下 的 稳定作 用
主要 考 虑 空 间 位
司 在解 决稳 定 性方 面 做 了 许 多研究工 作
也
嫡 排斥
。
发表 了不少 专利
,
但在 使 用 过 程 中悬浮在润
、
油墨
、
化妆品
、
油基 钻井 液 等
。
收 稿 日期
以
一
一
。
第 期
合 成 润 滑材 料
一
胺 通 过 电 荷 斥力 胶溶
大小 的 粒子
,
大
,
说 明 固 体 在 液体 中的润 湿 程 度 越 好
。
,
固
使之 分散 于 润 滑 油 中
基 分子 量 非 常大
,
。
而 聚 合 型 分散 剂 的烷
体在 液 体 中 的 分 散 性 也 越 好
。
国外 从
年 代 开 始 研究 开 发 了 一 系 列
。
分散 性 好
,
稳定性
、
非 水 体 系用 聚 合 型 分 散 剂
分散 剂 分 子 量 一 般 在
以叉
—
一
超 分散剂
〕 间 之
。
超
因 为 润 滑 油一 般 处 于 高 温
,
高压
,
其 其
氢
及 高负 荷 的工 作 环境
润 滑 油 中处 于 悬 浮 状
分 子 结构一 般 含 有性 能 不 同 的 两 个 部分 中一 部 分 为 锚 固 基 团 键
物 质使 其 与这 些 基 团 发 生 化学 反 应
固 的 化学 键
脸一
。 ’〕
形成牢
纳米材料在 润 滑 油 中 的 分 散 程 度 与纳 米
材料 的 种类
表明
润湿 热
。 〕
、
粒 度 等 因 素有 很 大关 系
。
研究
聚 合 物 包 覆 纳米 材料
极性 液 体 对 极 性 固 体 具 有 较 大 的 非极 性 液 体 对极性 固体 的润湿 热较
、
的 降摩 减 磨及 高 负荷 能 力 〔
但 同时纳 米
范德华 引力 能 分散 体 系 中
,
、
电斥 能
嫡斥 能
。
而在非 水
,
材料 的 极 细 晶 粒 导 致 颗 粒 具 有 巨 大 的 表 面
能
,
虽 然 胶粒 表 面 也 带有 电 荷
这
加 之 颗 粒 间 存 在 的吸 引 力
, ,
,
颗 粒 间 自动
。
此外
ຫໍສະໝຸດ Baidu
,
偶联 剂 也 是 一 种 很 好 的 分 散 剂
,
它一 般 为 两 性 结 构物质
分 子 中一 部分基 团
,
表面可产生
二
一
,
、
卜
,
一一
、
可 与粉体表 面 的 各 种官能 团 反 应
形 成强 有
卜
表 面有 一
等几 种 基 团
、
钦 白粉 表面还 吸附
力 的 化学键合
,
另 一 部 分 可 与有 机 高 聚物 发