可塑形的乳液凝胶润滑剂及其制备方法与应用与流程

本发明涉及可塑形的乳液凝胶润滑剂及其制备方法与应用，所制备的乳液凝胶润滑剂具有可水下打印性、优异的空气/水下润滑性及防腐蚀性，属于润滑材料制备领域。

背景技术：

1、摩擦与磨损对当今世界范围内的能源、环境、技术和经济等层面均有着巨大影响。据统计，世界能源消耗总量的大约1/5被用于克服运动部件所产生的摩擦，磨损致使约80％的机器零部件失效，而且50％以上的机械装备恶性事故源于润滑失效或过度磨损。特别是需在水下运行的机械设备，如深海油气开采、船舶工程、水下探测等，环境中的水、氧及盐极易引起设备腐蚀，加重磨损并造成水污染，故此工况下需要可兼具减摩、抗磨及防腐性能的低毒性润滑剂以保证设备在水下环境下长期稳定运行。目前，常用的润滑剂主要为润滑油和润滑脂，但二者在实际操作过程中，特别是恶劣的水下环境(如海洋环境等)，仍存在诸多问题，例如：润滑油的泄露及爬移、润滑添加剂的沉降和润滑脂的析油均会引起摩擦失效，从而造成机械设备的严重磨损和环境污染。

2、近年来，乳液润滑剂由于其冷却性好、成本低等优点，已经被广泛应用于金属加工领域，特别是纳米材料稳定的pickering乳液，纳米颗粒不仅可提高润滑剂的承载能力，并可在摩擦过程中吸附于基底表面填充孔隙起到修复作用，提高润滑剂的摩擦学性能，而且其可在油水界面较稳定存在，有效缓解添加剂沉降的问题。氧化石墨烯具有优异的减摩抗磨性，其作为润滑添加剂已有大量研究，而且氧化石墨烯因结构同时具有亲水的含氧集团和憎水的芳香环使其在充当固体乳化剂方面具有巨大的优势，是制备pickering乳液常用的纳米颗粒。例如cn114437858a公开了一种氧化石墨烯润滑油制备方法，该方法首先将氧化石墨烯、烷烃基胺和二甲基甲酰胺混合对氧化石墨烯进行改性，然后以改性后的氧化石墨烯为乳化剂，与离子液体、基础油基表面活性剂超声混合，得到氧化石墨烯润滑油。然而，乳液润滑剂为液态，仍不可避免存在泄露、爬移等问题。

3、采用乳液凝胶为润滑剂是应对上述问题的有效方案。乳液凝胶润滑剂呈半固态，兼具乳液和凝胶的优点，其可在机械中收到运动部件的剪切作用时产生流动并进行润滑，减低摩擦副间的摩擦和磨损。但剪切作用停止后又能恢复一定的黏度，有效避免了润滑油所面临的流失和爬移等问题。而且，得益于凝胶的半固态特性，其表现出优于润滑油的防护作用，减缓设备腐蚀。乳液凝胶中的两亲性物质可与润滑油相互作用，形成稳定的乳液结构，减少了长期放置析油和添加剂沉降的可能性。此外，乳液凝胶润滑剂中的水可起到冷却作用，有效减少摩擦过程中产生的热量。但目前乳液凝胶的应用研究多存在于食品、化妆品领域，在润滑领域，特别是水下润滑方面鲜有报道。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的状况，本发明的发明人在润滑剂领域进行深入而广泛的研究，发现将乳液凝胶作为润滑剂不仅可以有效避免了润滑油所面临的流失和爬移等问题，而且得益于凝胶的半固态特性，其表现出优于润滑油的防护作用，减缓设备腐蚀。乳液凝胶中的两亲性物质可与润滑油相互作用，形成稳定的乳液结构，减少了长期放置析油和添加剂沉降的可能性。此外，乳液凝胶润滑剂中的水可起到冷却作用，有效减少摩擦过程中产生的热量。本发明正是基于上述发现完成的。

2、本发明的第一个目的是提供一种可塑性的乳液凝胶润滑剂。该乳液凝胶润滑剂具有可水下打印性、优异的空气/水下润滑性和防腐蚀性，并可稳定存在1年以上。

3、本发明的第二个目的是提供可塑性的乳液凝胶润滑剂的制备方法。该方法制备工艺简单，原料绿色无毒。

4、本发明的第三个目的是提供可塑性的乳液凝胶润滑剂的应用。本发明的乳液凝胶润滑剂可以应用于各种水下环境如生物组织工程、深海远洋探测、船舶工程等领域部件的润滑。

5、实现本发明上述目的的技术方案，可以概括如下：

6、一种可塑性的乳液凝胶润滑剂，该润滑剂为水/油(w/o)乳液凝胶体系，包含水相、油相和乳化剂，所述的水相为水分散液，所述的油相为基础油，所述的乳化剂为聚合物表面活性剂。

7、根据本发明，优选的，go纳米片水分散液的浓度范围为0.15～1.5mg/ml，进一步优选0.3～1mg/ml。

8、根据本发明，优选的，go纳米片水分散液的ph范围为4～10。

9、根据本发明，优选的，所述的基础油为二甲基硅油、液体石蜡、季戊四醇油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯中的一种或两种以上混合。

10、根据本发明，优选的，所述的聚合物表面活性剂为氨丙基封端聚二甲基硅氧烷，氨丙基双封端聚二甲基硅氧烷中的一种或两种以上混合；

11、进一步优选的，氨丙基封端聚二甲基硅氧烷的重均分子量mw＝1000；

12、进一步优选的，氨丙基双封端聚二甲基硅氧烷的重均分子量mw＝1000-50000。

13、根据本发明，优选的，聚合物表面活性剂的浓度范围为1～20mg/ml，进一步优选2～15mg/ml。

14、根据本发明，优选的，水相与油相的体积比为3：7～7：3，进一步优选4:7～2:1。

15、根据本发明，优选的，所述乳液凝胶润滑剂在空气中作为润滑剂使用时摩擦系数≤0.06。

16、根据本发明，优选的，所述乳液凝胶润滑剂在水下作为润滑剂使用时摩擦系数≤0.06。

17、根据本发明，还提供上述可塑性的乳液凝胶润滑剂的制备方法，包括步骤如下：

18、将go纳米片分散在水中，调节体系ph值＝4-10，得到go纳米片水分散液；将聚合物表面活性剂加入至基础油中，超声溶解，得到表面活性剂油溶液，将表面活性剂油溶液倒入go纳米片水分散液中混合分散均匀，静置成胶，即得乳液凝胶润滑剂。

19、根据本发明，优选的，调节体系ph值所用试剂为hcl或naoh溶液。

20、根据本发明，优选的，表面活性剂油溶液倒入go纳米片水分散液中混合分散均匀的方式为涡旋振荡。

21、根据本发明，还提供可塑性的乳液凝胶润滑剂，在水下环境如生物组织工程、深海远洋探测、船舶工程等领域部件的润滑应用；

22、进一步的，还提供上述水/油(w/o)乳液凝胶体系作为润滑剂，尤其是作为可塑形水下润滑剂中的应用。

23、本发明的原理：

24、本发明中，go和聚合物表面活性剂均具有两亲性，在乳化过程中吸附至油水界面以降低油水界面张力。由于go表面的羧基带负电，聚合物表面活性剂的氨基带正电，长链的聚合物亲水的氨基可与go羧基通过静电作用在油水界面结合，疏水的链端可通过疏水作用、缠绕等方式与临近聚合物链端相结合，故起到桥梁的作用，将相邻的两个液滴连接到一起，形成液滴网络，并将油束缚于网络结构中形成w/o乳液凝胶。

25、本发明的有益效果为：

26、(1)本发明的乳液凝胶润滑剂为半固态，这种状态不易发生泄露和爬移。go纳米片牢固地吸附于油水界面处，基础油被固定于液滴形成的网络结构中，避免了添加剂的沉降和油的析出。

27、(2)本发明的凝胶润滑剂表现出良好的稳定性，室温放置1年以上未出现明显的破乳及析油现象。

28、(3)本发明的乳液凝胶润滑剂具有优异的减摩抗磨性能，其在空气中作为润滑剂使用时摩擦系数仅为0.06，优于二甲基硅油，并且磨损体积仅为二甲基硅油体系磨损体积的35％。

29、(4)本发明的乳液凝胶润滑剂在水中不分散并可牢固黏附于各种基底上，具有良好的水下打印性，可在水中塑造多种复杂形状。

30、(5)本发明的乳液凝胶润滑剂具有优异的水下润滑性，在水下作为润滑剂使用时摩擦系数约0.06，与空气中对比无明显衰减。

31、(6)本发明的凝胶润滑剂具有极好的抗腐蚀性，将其涂布于不锈钢块表面，在水中50℃下放置72小时，未出现明显腐蚀现象，将其涂布于不锈钢电极表面用于电化学腐蚀实验，在浓度3.5wt％的nacl水溶液中没有出现腐蚀电流，说明无电化学腐蚀发生。

32、(7)本发明凝胶润滑剂的制备方法，原料组分少，制备方法简单，反应条件温和，制备效率高。所用原材料无毒且环境友好，易于产业化。