一种树枝状二氧化硅含油材料及其制备方法和应用

本发明涉及纳米材料，特别涉及一种树枝状二氧化硅含油材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、润滑在机械中起着不可或缺的作用，低摩擦和抗磨损对提升运动机械的服役性能和可靠性具有重大影响。优异的减摩耐磨材料是减少机械摩擦磨损、延长使用寿命和减少能量损失的重要手段，具有优异润滑性和耐磨性的添加剂对提高润滑油、涂层和复合材料的摩擦磨损性至关重要。

2、纳米二氧化硅具有易于合成、粒径可调控、机械和热稳定性好等特点，已经在新材料领域广泛应用。介孔二氧化硅的丰富孔道使得其表面易于化学修饰，并且与其它材料亲和性好、负载客体物质的能力强，是纳米材料中最有发展前景的材料之一。树枝状二氧化硅具有三维开放式中心辐射状的树枝状超结构，比传统介孔材料具有更大的比表面积，因而具有更高的孔渗透性、孔体积和吸附能力，使其可以高含量吸附液体润滑剂，可以为高性能润滑添加剂的设计与制备技术提供了重要的技术途径。

3、介孔二氧化硅的制备采用微乳液聚合方法，已报道了利用多孔结构的优异性能采用溶液蒸发法制备出微胶囊结构的固液复合结构，但是溶液蒸发法制备核壳型固液润滑材料，其合成步骤繁琐，制备效率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种树枝状二氧化硅含油材料及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法操作简单，所得树枝状二氧化硅含油材料具有优异的耐摩擦磨损性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种树枝状二氧化硅含油材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将有机胺催化剂、阳离子表面活性剂、助表面活性剂和水混合，得到水相溶液；

5、将有机硅源和有机溶剂混合，得到油相溶液；

6、将所述油相溶液加至水相溶液中，进行水解缩合反应，得到树枝状纳米二氧化硅；

7、将所述树枝状纳米二氧化硅与液体润滑剂混合，进行真空湿法浸渍，得到树枝状二氧化硅含油材料。

8、优选的，所述有机胺催化剂为尿素、乙醇胺、乙二胺和异丙醇胺中的一种或几种；

9、所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和/或十六烷基三甲基氯化铵；

10、所述助表面活性剂为乙醇、丙醇、丁醇和戊醇中的一种或几种。

11、优选的，所述有机胺催化剂、水、阳离子表面活性剂和助表面活性剂的质量比为15～108:400～700:10～60:10～90。

12、优选的，所述有机硅源为原硅酸四乙酯、原硅酸四丁酯和正硅酸甲酯中的一种或几种；

13、所述有机硅源与有机溶剂的质量比为1～40:30～150；

14、所述有机溶剂为正己烷、环己烷和对二苯中的一种或几种；

15、所述有机硅源与有机胺催化剂的质量比为10～400:15～108。

16、优选的，所述水解缩合反应的温度为60～120℃，时间为12～24h。

17、优选的，所述液体润滑剂为聚烯烃润滑油、咪唑型离子液体和液体石蜡中的一种或几种；

18、所述真空湿法浸渍的真空度为-0.08～-1mpa。

19、本发明提供了上述制备方法制备得到的树枝状二氧化硅含油材料，包括树枝状纳米二氧化硅和负载于所述树枝状纳米二氧化硅表面和内部孔隙的液体润滑剂。

20、优选的，所述树枝状纳米二氧化硅的粒径为200～800nm，比表面积为400～600m2/g，孔容为0.4～0.8cm3/g，孔径为3～10nm；

21、所述液体润滑剂在树枝状二氧化硅含油材料中的质量含量为20～45％。

22、本发明提供了上述树枝状二氧化硅含油材料作为润滑材料添加剂的应用。

23、优选的，所述润滑材料包括油润滑材料、水润滑材料、聚合物自润滑材料和聚合物涂层润滑材料中的一种或几种；

24、所述树枝状二氧化硅含油材料在润滑材料中的添加量为0.5～5wt.％。

25、本发明提供了一种树枝状二氧化硅含油材料的制备方法，包括以下步骤：将有机胺催化剂、阳离子表面活性剂、助表面活性剂和水混合，得到水相溶液；将有机硅源和有机溶剂混合，得到油相溶液；将所述油相溶液加至水相溶液中，进行水解缩合反应，得到树枝状纳米二氧化硅；将所述树枝状纳米二氧化硅与液体润滑剂混合，进行真空湿法浸渍，得到树枝状二氧化硅含油材料。本发明以有机胺催化剂、阳离子表面活性剂、助表面活性剂的水溶液作为水相，以有机硅源作为油相，本发明将阳离子表面活性剂与有机胺催化剂溶液均匀混合，然后将油相加入到混合物中形成乳液，通过添加助表面活性剂进一步稳定乳液，制备出微乳液滴作为二氧化硅生长的纳米反应器。在本发明中，阳离子表面活性剂在微乳液中通过自组装形成层状相，助表面活性剂分子插入阳离子表面活性剂之间，以层状相形式存在。层状相态有两条通道，即水相和油相。在水解缩合反应过程中，有机胺催化剂的水解可以调节硅源水解反应的ph值，硅源扩散到油水界面，并被催化水解成硅酸盐低聚物。随着硅源浓度的增大，水解的硅酸盐低聚物在水道中达到临界浓度，饱和后就会触发成核。当成核过程达到一定数量时，发生生长过程，并且有通道决定孔径的大小，然后会形成具有一定中心径向结构和孔径的颗粒，即树枝状纳米二氧化硅，其颗粒粒径在200～800nm范围内，孔径在3～10nm范围内。

26、本发明以树枝状纳米二氧化硅作为吸附剂，通过真空浸渍吸附液体润滑剂，树枝状二氧化硅壁与液体润滑剂通过氢键和范德华力结合，制备出树枝状纳米二氧化硅含油材料。本发明所得树枝状纳米二氧化硅含油材料粒径均匀，比表面积大，孔径可控，对液体润滑剂的吸附量大，可被广泛应用于润滑添加剂，通过树枝状二氧化硅的耐磨性能和液体润滑剂的减摩性能的协同作用机制能同时达到减摩耐磨的效果，即降低材料的摩擦系数并且提高材料的抗磨性能。

27、同时，本发明提供的制备方法操作简单，原料成本低，对环境友好，适合工业化批量生产。

技术特征：

1.一种树枝状二氧化硅含油材料的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机胺催化剂为尿素、乙醇胺、乙二胺和异丙醇胺中的一种或几种；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机胺催化剂、水、阳离子表面活性剂和助表面活性剂的质量比为15～108:400～700:10～60:10～90。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机硅源为原硅酸四乙酯、原硅酸四丁酯和正硅酸甲酯中的一种或几种；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水解缩合反应的温度为60～120℃，时间为12～24h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液体润滑剂为聚烯烃润滑油、咪唑型离子液体和液体石蜡中的一种或几种；

7.权利要求1～6任意一项所述制备方法制备得到的树枝状二氧化硅含油材料，包括树枝状纳米二氧化硅和负载于所述树枝状纳米二氧化硅表面和内部孔隙的液体润滑剂。

8.根据权利要求7所述的树枝状二氧化硅含油材料，其特征在于，所述树枝状纳米二氧化硅的粒径为200～800nm，比表面积为400～600m2/g，孔容为0.4～0.8cm3/g，孔径为3～10nm；

9.权利要求7或8所述的树枝状二氧化硅含油材料作为润滑材料添加剂的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述润滑材料包括油润滑材料、水润滑材料、聚合物自润滑材料和聚合物涂层润滑材料中的一种或几种；

技术总结本发明提供了一种树枝状二氧化硅含油材料及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。本发明以树枝状纳米二氧化硅作为吸附剂，通过真空浸渍吸附液体润滑剂，树枝状二氧化硅壁与液体润滑剂通过氢键和范德华力结合，制备出树枝状纳米二氧化硅含油材料。本发明所得树枝状纳米二氧化硅含油材料粒径均匀，比表面积大，孔径可控，对液体润滑剂的吸附量大，可被广泛应用于润滑添加剂，通过协同润滑作用机制能同时达到减摩耐磨的效果，即降低材料的摩擦系数并且提高材料的抗磨性能。同时，本发明提供的制备方法操作简单，原料成本低，对环境友好，适合工业化批量生产。技术研发人员：王宏刚,王倩杰,赵更锐,任俊芳,高贵,杨生荣,张俊彦受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/9