纳米润滑添加剂表面修饰方法综述_王应军

纳 米润 滑添 加剂 的表 面机械 化学 修饰 机 械化 学 法纳米 微粒 表面 修饰 是 指通 过 压缩 、 剪切 、 摩擦 、 延伸 、 弯 曲 、冲击等 手段 , 对 固体 、 液体 、 气 体物 质 施 加 机 械 能 , 使 纳 米 微 粒 表 面 活 化 能 提
高 , 从 而使 纳米 微粒 表 面 产 生 活 化 点 , 诱 发 这 些 物
为
一
的烷 基胺或二烷基二硫代磷 酸含氮有机
修饰的方法 。
纳米颗粒表面修饰又称为纳米颗粒表面改性 , 是纳米技术领域十分重要 的研究 内容 。 由于纳米 颗 粒具有 较 大 的 比表 面积 和较 高 的表 面能 , 在 润 滑
油 中 的极易 发生 颗 粒 团聚 , 使 得 粒径 变 大 , 从 而 影 响润 滑效 果 。 目前 对 纳 米 润 滑 添 加 剂颗 粒 表 面 修 饰 的方法 按其 修 饰 原 理 可 分 为表 面物 理 修 饰 和 表
好 的抗磨和承载能力 。磨斑的表面分析表明 , 纳米
铜 添加剂 在边 界润 滑下形 成 了一 层厚 度约 为 含单质 铜 的沉 积膜 , 这是其 具有 良好摩 擦 学性 能 的
主要 原 因 。
基材上 ,用 加热 、 加压或辐射的手段使微胶囊破裂 ,
释放 所包 裹 的物 质 , 产 生 所 需 的 应 用 性 能 或 不 破
盐中的一种或几种 。 该纳米添加剂在基础油 中能 均匀稳定分散 , 同润滑油其它添加剂的复配协同效 应 良好 。 陈传盛等采用硫酸和硝 酸混合酸对催化 裂解
法 制备 的多壁 碳纳 米管进 行 纯化 , 然后 运 用 硬脂 酸
对碳 纳米 管进 行表 面修饰 , 并研 究 了硬 脂 酸修 饰 后 的碳 纳米 管 的表 面状 况 以及 作 为 润 滑 油 添 加 剂 的 摩擦 学行 为 川 。 实验 结果 表 明 , 在 硫酸 的催化 作 用
中图分类号 文献标识码 文章编号 一 一 一
润 滑油 中 的 纳 米润 滑 添 加 剂 可 以优 化 摩 擦 副 材 料表 面 , 通 过形 成 吸附沉 积膜 和化 学 反应 膜来 优
分子包覆 、 无机物包覆以及生物大分子包覆等 。
化润滑油的抗磨减摩 性能 , 以减少摩擦 因数和磨 损 也可以通过机械 物理抛光作用 、 纳米粒子的填 平作用来优化摩擦副表面的几何平整度 , 从而减少 摩擦 因数 和 磨损 川 。 为 了改善 纳 米润 滑 添 加 剂 在
实验 中 分 别 用 氧 化 锌 质 量 分 数 的 , , , ,巧 , 和 的硬 脂 酸 对 纳 米 氧 化 锌 进 行表 面修 饰 ,得 到修 饰剂 用量 与修 饰粉 体 活化 指 数
良的减 摩 、抗 磨 和 极 压 性 能 。 其 润 滑 作 用 机 理 是
纳 米粒 子 在 摩 擦 表 面沉 积 , 并 在 高 温 高 压 下 形 成低 剪切 强度 的表 面 膜 , 减 少 摩擦 磨 损 , 表 现 出 良 好 的极压 和抗 磨减 摩性 能 。 杨 晶等 制备 出油酸 修饰 的层状 硅 酸 钙材 料 , 用 四球 机 和面摩 擦 试 验 机考 察 改 性 层 状 硅 酸 钙 材 料 作 为润滑 添加 剂在 液体 石蜡 中 的抗 磨 减 摩作 用 , 并 通过 扫 描 电 子 显 微 镜 观 察 分 析 磨 损 表 面 形 貌 〔 。 结果 表 明 , 所制 备 的改性 层状 硅酸 钙材 料 在 基础 油 中有较 好 的分散 稳 定性 , 在适 宜添 加量 范 围 内和一 定 的载荷 下可 以 明显 增强 液 体 石 蜡 的减 摩 抗 磨 性
合成 润滑 材料
年
卷第
期
一Leabharlann Baidu
纳米 润滑添加剂表面修饰方法综述
王应军 ,谢 凤 ,刘广龙 , 郝敬团
徐州空军学 院 , 徐州 摘要 表 面修饰 过的纳米润滑添加剂可以改善在 润滑 油 中的分散 稳定性 , 提 高润滑油 的摩擦 学性 能 。 综述 了纳
米润滑添加 剂表 面修饰 的方 法 。
关键词 纳米润 滑添加剂 表面修饰 分散稳定性 摩擦学性 能
了纳米 铜粒 子 , 它们 在基础 油 中显 示 出 良好 的油 溶
米微粒与修饰剂加入有序混合机中 , 充分混合均匀 后 , 经定 量计 量 系统 将 纳 米 微粒 与 修 饰 剂加 人
系统进 行 改 性 处 理 。 改 性 完 成 后 , 纳 米 微 粒
纳
米颗粒能起到抗磨减摩作用 的原 因是 因为其有利
下 , 通 过醋 化反应 , 碳 纳米 管能 够 被硬 脂 酸 包 覆 , 并
面化学修饰两大类 , 包括 表面包覆修饰 利用 表面活性剂使高分子化合物 、 无机物 、 有机物等新 物质覆 盖 于颗 粒表 面 , 以达到表 面 改性 的 目的 局部化学修饰 利用化学反应 赋予粒子表面新 的官能团 ,使 其产生新的功能 机械化学修饰 通 过粉碎 、 研磨 、 摩擦 等方 法改 变粒 子 的表 面 活性
收 稿 日期 一 一
原 始微 粒看 作 “核 ” ,表 面 包 覆层 看 作 “壳 ” , 则 微 粒 经包 覆 以后具 有 “核 壳 ”结构 , 呈 现 出某 些 新 的特
性 和功 能 。 根据 包 覆 物 的种 类 不 同可 分 为有 机 高
著者简介 王应军
滑 剂 方 面 的研 究工 作 。
一 , 男 , 硕士研 究生 , 主要 从事航 空润
2011 年
卷第 期
王应 军 , 等 纳米润滑添加剂表面修饰方法综 述
了它们 在有 机 溶剂 和高分 子材 料 中 的分散 性 , 这 就 使得 人们 有 可 能根据 需要 制备 纳米 微 粒 含量 高 、 分 布 均匀 的 高分 子 复合材 料 。
朱 红 等利 用 原 位 合 成法 在 室 温 下 直 接 在 基 础
油 中成 功制 备 了油 酸修饰 的
纳米颗 粒 ,将 其 长
时 间静 置 , 不 会 发 生 纳米 颗 粒 的 团 聚 ' 〕。 研 究 表
锌颗粒表面形成完全单分子层包覆 , 颗粒表面被非
明 , 该方法制备 的纳米颗粒粒径大约为 外光谱结果表明 , 由于油酸的梭基与无机
。红 纳米
极性碳链完全覆盖 , 修饰效果最佳 。 而后继续增大
修饰剂用量时 , 硬脂酸非极性端的碳链与颗粒表面 的碳链互相吸附 , 而其极性端 的梭基被排斥在外 , 颗 粒表 面 又 有 极 性 层 存 在 , 导 致 亲 油 性 下 降 。 可
见 , 最佳 的修饰 剂 用量 为 时 , 氧 化锌 表 面 亲油 疏水 , 在有 机溶 剂 中有较 好 的分散 性 。
坏包 囊膜 , 使所 包裹 的物 质通过 包 囊 膜扩 散 向外 释 放 , 产生 可控 制 的性 能 或 直 接 作 为 一 个 微 小 单 元 用 于高分 子材 料 。 董凌 等用 化学 方法 制 备 了纳 米 微 胶 囊 铜 润 滑 添加 剂 ,用 四球 机考 察 了其在 矿物 油 中 的摩 擦 学性 能 '〕 。 结果 表 明 , 纳 米微 胶囊铜 润滑 添加 剂 具 有优
质 的物理 化学 性质 变化 ,使 固体 与 周 围环 境 中 的 固 体、 液体 、 气体 发生 化学 变化 。 苏小 莉等 采用 机械 化学表 面修 饰 法 , 以硬 脂 酸 为修饰 剂 , 在气 流粉 碎机 中对纳 米 氧化 锌 进行 解 团 聚和 表面 修饰 , 并借 助现代 分析 技 术对 修 饰前 后 的 氧化锌 粉 体进 行结 构表 征 〔 ' 〕。结 果表 明 , 硬脂 酸 分 子在 氧化 锌 表 面 , 修 饰 前 后 氧 化 锌 的 晶 体 结 构 相 同 , 其 颗粒 的 团 聚 性 降 低 , 二 次 粒径 明显 减 小 。 在
颗粒表面发生了化学吸附 , 使无机纳米颗粒的表面 有 一层有 机 修饰 层 , 从而增 强 了其 油溶 性 。摩 擦 磨
损 试验 结果 表 明 , 该 添加剂 在基 础 油 中能起 到抗 磨
减 摩 的效 果 。 随着 添加剂 质量 分数 的增大 , 摩 擦 因 数 和磨 斑 直径 都呈 现下 降趋势 , 当添加 剂 质量 分 数
日本奈 良机械制作所开发 的
系统 , 将纳
时 , 摩擦因数和磨斑直径都达到最小值 , 但是 进 一 步增 加添 加剂质 量分 数 ,摩 擦 因数 和磨斑 直 径 又都开始增大 。 研究结果表明 , 油酸修饰的
于在 摩擦 副表 面形成 牢 固的润 滑膜 。 刘 仁德 以微 乳 化 化 学 还 原 法 制 备 并 表 面 修 饰
微胶 囊修 饰 在 粒子 表 面包 上 一 层其 他 物 质 的
且硬脂酸修饰的纳米碳管作为润滑油 添加剂 能够 显著提高基础油的抗磨减摩性 能 。 当添加质量分 数为 巧 左 右时 , 润 滑 油 的抗 磨 减 摩性 能最 佳 ,
与基础 油相 比 可 以使 摩 擦 因 数 下 降
损 量下 降 一 。 纳米 润滑 添加剂 的表 面局 部 化 学修 饰 利用 化学 反应 赋予纳 米粒 子表 面新 的官 能 团 ,
油 中的摩擦 学 性能 , 并对其 摩擦 化 学 作用 机制 进 行
微胶囊 修 饰是 采用 特定 的方 法 和 特定 的设 备 , 使 高分 子 材 料 包 裹 层 包 裹 住 纳 米 微 粒 , 反 应 试 剂
了研 究 。 结果表 明 , 表 面修 饰 纳米 铜 添加 剂 具 有 良
等 , 制成微胶囊 , 然后将所制备的 固态或液态的微 胶囊与高分子材料或其他材料混合 , 施于被应用的
表面包 覆修 饰 是 通 过 表 面 添 加剂 与微 粒 发 生
化学 反应 或 表面 吸 附改变 微 粒 的表 面状 态 ,特 别 是 对 改善 纳米 微 粒 的 分 散 性 有 很 好 的 功 效 。 如 果 将
分 子各 自的优 点 , 实 现 优 化 设 计 , 制 备 出具 有 新 功 能 的纳米微 粒 。 其次 纳米 微粒 经 表 面 接枝 后 , 提 高
送人成品收集装置收集 。
主机 由高速旋转 的
转子 、 定 子和循环路组成 , 被处理的纳米微粒在这 些部 件 的作 用下被 迅速 分 散 , 在短 时 间 内
即能 完成 改性处 理 仁」 。 纳米 润滑 添加 剂的表 面微 胶 囊修 饰
性 , 在 苯 、甲苯 等有 机 溶 剂 中有 良好 的 分 散 性 和 稳 定 性 冈 。 用 四球 摩擦 磨损 试 验 机 考 察 了其 在 基 础
合 成润 滑材 料 年 卷第 期
能 。 层状硅酸钙层间易滑动 , 作为润滑添加剂可使
摩擦因数降低 , 晶体结构发生挤压变形 , 以片状 形 式脱落 ,并 在 摩擦表 面形 成含有 和 的润 滑 膜 , 起 到 良好 的抗磨 作用 。层 状硅 酸钙 特 殊 的层 状 结构是其具有优良减摩抗磨性能的原因 。 纳米润滑添加剂的沉淀反应表面修饰 利用化学沉淀反应将生成物沉积在纳米微 粒
左 右 ,磨
膜 , 使粒 子表 面 特性 发 生 改 变 , 与 表 面 包 覆修 饰 不
同的是 , 包 上 的这 层 膜 是 均 匀 的 沉淀 反 应 表
面修饰 。
纳米润 滑添 加剂 的 表面 包覆修 饰
从 而产 生新 的功 能 。 表 面局 部 化 学 修 饰 又 称 表 面
接枝 改性 方法 , 它可 以充 分发 挥 无机 纳 米 微粒 与高
润滑 油 中的分散 性 和分散 稳定 性 , 提 高润 滑油 的 摩 擦 学性 能 , 一些研 究 者选 择 了对纳 米颗 粒 表 面进 行
周晓龙等在制备含氟稀土纳米润 滑油添加剂 的过 程 中采用 含 氮 有机 物表 面包 覆 氟 化 稀 土 纳 米
粒子 。该 方法 在合成 粒子 的 同时 , 将 修 饰 剂 作 为反 应体 系 的一部 分 , 粒 子 形 成 时 , 粒 子 表 面 与 修 饰 剂 通过 界面 吸附 , 形 成 鳌 合 物 , 使 修 饰 剂 均 匀 紧 密地 包 覆在 粒 子表 面 。 其 中含 氮 有 机 物 包 覆 剂是 碳 数
和 亲油 度 的 关 系 。 结 果 表 明 , 随着 修 饰 剂 用 量 增 大 , 修饰效 果 明 显 增 强 , 当 修 饰 剂 用 量 为
活 化指 数接 近
时 ,
, 亲 油 度 也 达 到 最 大 值 ,继 续
增 大修饰 剂用 量 , 活化指 数趋 于 稳定 , 亲油 度下 降 。 可 能是 由于 修 饰 剂 用 量 为 时 ,硬 脂 酸 在 氧 化