納米潤滑油添加劑微粒的表面改性

郝夢洋　朱欣

摘 要：使用合適的基團(tuán)對納米微粒表面進(jìn)行改性，能夠顯著改善納米微粒在基礎(chǔ)油中的穩(wěn)定性和分散性。本文通過對納米微粒的分散性和穩(wěn)定性的理論分析，進(jìn)一步闡述了表面改性的機(jī)理，最后總結(jié)了改性后的納米微粒在潤滑方面的顯著特征。

關(guān)鍵詞：納米改性；潤滑油添加劑；穩(wěn)定性；分散性

使用潤滑油是減小機(jī)械摩擦磨損的主要方法，為了進(jìn)一步提高潤滑油的性能，可以向潤滑油中加入添加劑，從而提高潤滑油的潤滑性能。納米微粒具有不同于常規(guī)材料的特性，由于其特殊的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，使其能夠在摩擦表面形成納米顆粒或者潤滑膜，提高承載力，產(chǎn)生抗磨減摩的效果，而且納米微粒本身粒徑小不會阻塞油路。然而由于納米微粒本身的表面活性能大、粒子之間吸附力強(qiáng)，以及重力作用，納米微粒容易發(fā)生團(tuán)聚，成為納米材料進(jìn)行推廣的阻礙。為了解決納米微粒潤滑油添加劑的制約因素，除了加入分散劑之外，可以對納米微粒的表面進(jìn)行改性研究。

1 納米微粒在基礎(chǔ)油中的分散穩(wěn)定性理論分析

1.1 分散性

分散性指納米微粒在潤滑油中是否均勻分布，納米微粒在潤滑油中的分散情況主要與納米材料粒度和種類有關(guān)，由于其表面活性很高，容易集聚成塊狀的物質(zhì)，不僅喪失納米微粒的潤滑性能，而且會造成基礎(chǔ)油本身的性能降低。

1.2 穩(wěn)定性

穩(wěn)定性指在高溫、高負(fù)荷等苛刻條件下使用時(shí)，納米潤滑油添加劑是否仍具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。穩(wěn)定性主要與重力因素以及微粒之間的分子運(yùn)動有關(guān)。由于潤滑油的粘度較大，不利于納米微粒進(jìn)行布朗運(yùn)動，重力不易抵消，隨著技術(shù)的發(fā)展，潤滑油的使用環(huán)境趨向于更高的壓力和溫度，如何提高納米微粒潤滑油添加劑的穩(wěn)定性成為重要的研究方向。

2 納米微粒表面改性機(jī)理

納米微粒表面改性指通過與納米微粒表面結(jié)合的特征基團(tuán)和納米微粒表面之間的相互作用，改變微粒表面的可潤濕性、油溶性、水溶性等。對微粒表面進(jìn)行改性的改性劑包括無機(jī)化合物、納米粒子、聚合物、有機(jī)化合物，目前使用較多的改性劑有油胺、油酸、DDP（二烷基二硫代磷酸）等。

3 改性后納米微粒的特征

3.1 良好的分散性和穩(wěn)定性

納米微粒本身油溶性差，實(shí)驗(yàn)室一般通過超聲等方法使其均勻分散在基礎(chǔ)油中，然而隨著時(shí)間的推移，納米微粒會發(fā)生團(tuán)聚，生成沉淀，納米潤滑劑較差的穩(wěn)定性和分散性也成為進(jìn)一步推廣應(yīng)用的限制因素。改性后的納米微粒，由于表面被油溶性物質(zhì)修飾，具有良好的油溶性。例如納米TiO2微粒本身具有疏水性，在油中不易分散，對其表面進(jìn)行改性能夠?qū)崿F(xiàn)在基礎(chǔ)油中良好的穩(wěn)定性。

3.2 潤滑性能好、使用溫域?qū)?/p>

納米微粒在空氣中易發(fā)生氧化，改性后的納米微粒表面被修飾劑包裹，能夠防止納米微粒與空氣中的氧氣接觸。例如納米SiO2活性高，非常不穩(wěn)定，對其進(jìn)行改性后，潤滑性能顯著提高，摩擦系數(shù)明顯降低。改性方法包括表面接枝聚合法、表面活性劑法等。

3.3 應(yīng)用范圍廣

潤滑油的基礎(chǔ)油包括植物油、礦物油、合成油。使用不同的修飾劑能夠使納米微粒適用于多種的礎(chǔ)油中，擴(kuò)寬其應(yīng)用范圍。目前常規(guī)的添加劑主要在礦物油中使用，礦物油的降解性差，對環(huán)境造成一定程度的污染。

4 結(jié)論

納米微粒的表面改性主要是為了克服納米粒子易聚集、易沉淀的特點(diǎn)，同時(shí)也存在著多種修飾方法，目前運(yùn)用較多的是高溫液相合成法。隨著環(huán)境問題越來越嚴(yán)峻，如何制備出環(huán)保高效的添加劑也成為熱門研究課題，在使用合適的修飾劑時(shí)應(yīng)盡量不引入對環(huán)境有害的物質(zhì)，如S、Cl等元素，以免造成環(huán)境污染。

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作者簡介：

郝夢洋（1997- ），女，漢族，籍貫：河南省禹州市，河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，在讀化學(xué)工程與工藝專業(yè)。

朱欣（1995- ），女，漢族，籍貫：河南省周口市，河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，在讀化學(xué)工程與工藝專業(yè)。