一种PVA/MXene超分子凝胶润滑材料及其制备方法和应用

本发明涉及超分子凝胶，尤其涉及一种pva/mxene超分子凝胶润滑材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、矿物油和聚α烯烃油因其优异的耐磨性、热稳定性和低挥发性在工业生产中被广泛使用。然而，传统润滑油的不可再生性以及使用过程中易发生蠕变和泄漏，给环境带来了严重的污染。因此，迫切需要一种环保、可再生、无污染的润滑剂，以满足节能、环保的需要。

2、超分子凝胶是由分子之间的非共价相互作用(如氢键、π-π堆积、范德华力等)形成的三维网络结构，它可以将液体润滑剂牢固地结合到其内部交联的三维网络结构中，从而避免液体润滑剂爬移和泄漏的问题，所以超分子凝胶可以作为一种新型润滑材料。传统的超分子凝胶配合使用矿物油或聚α烯烃油作为润滑材料，该润滑材料在低温下的润滑效果较差且对环境有污染。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种pva/mxene超分子凝胶润滑材料及其制备方法和应用。本发明提供的pva/mxene超分子凝胶润滑材料绿色无污染且在低温下具有优异的润滑效果。

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pva/mxene超分子凝胶润滑材料，包括以下制备原料：

4、mxene水分散液，pva和液体润滑剂；

5、所述液体润滑剂为多元醇。

6、优选地，所述pva/mxene超分子凝胶润滑材料中pva的质量分数为3～8％，mxene的质量分数为0.3～0.5％，液体润滑剂的质量分数为60～75％。

7、优选地，所述mxene水分散液中mxene的层数为1～5层，所述多元醇包括甘油、乙二醇、1,4-丁二醇和山梨醇中的一种或多种，所述pva的型号为pva105。

8、本发明还提供了上述技术方案所述的pva/mxene超分子凝胶润滑材料的制备方法，包括以下步骤：

9、mxene水分散液、pva和液体润滑剂溶解混合，得到混合体系；

10、将所述混合体系静置，得到所述pva/mxene超分子凝胶润滑材料。

11、优选地，所述mxene水分散液的浓度为10～15mg/ml。

12、优选地，所述mxene水分散液、pva和液体润滑剂溶解混合包括：将mxene水分散液和液体润滑剂混合，得到mxene-液体润滑剂水溶液；对所述mxene-液体润滑剂水溶液进行除氧后，得到除氧mxene-液体润滑剂水溶液；将所述除氧mxene-液体润滑剂水溶液和pva水浴搅拌混合。

13、优选地，所述水浴搅拌混合的温度为90～95℃，时间为1.5～3h。

14、优选地，所述mxene水分散液、pva和液体润滑剂溶解混合包括：对mxene水分散液除氧，得到除氧mxene水分散液，在所述除氧mxene水分散液中依次加入pva和液体润滑剂。

15、优选地，所述静置的温度为20～25℃，时间为24～48h。

16、本发明还提供了上述技术方案所述的pva/mxene超分子凝胶润滑材料或上述技术方案所述的制备方法制得的pva/mxene超分子凝胶润滑材料在摩擦润滑领域中的应用。

17、本发明提供了一种pva/mxene超分子凝胶润滑材料，包括以下制备原料：mxene水分散液，pva和液体润滑剂；所述液体润滑剂为多元醇。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

19、本发明通过pva、mxene和多元醇之间的氢键相互作用，构建氢键驱动的环保、耐低温的pva/mxene超分子凝胶润滑材料。该超分子凝胶将润滑剂多元醇固定在三维网络结构中，解决了液体润滑剂在使用过程中爬移和泄露的问题。多元醇水溶液常被用作防冻液，当多元醇和水的质量比为2:1时，其冰点可降至-40～-50℃。同时，pva、mxene和多元醇的多种氢键作用提高了凝胶中结合水的比例，使其能在-80℃的环境中不会冻结，从而进一步提高了超分子凝胶的耐低温性能。低温下pva/mxene超分子凝胶润滑材料的黏度升高，成膜能力变强，可以在摩擦副之间形成较厚的润滑膜防止摩擦副的直接接触，从而显著降低摩擦磨损。同时mxene材料具有优异的自润滑性能，可以进一步改善超分子凝胶的润滑效果。另外，本发明的制备原料绿色无污染。

20、本发明还提供了上述技术方案所述的pva/mxene超分子凝胶润滑材料的制备方法。本发明提供的制备方法过程简便，通过简单的液相反应即可制备出环保、耐低温的pva/mxene超分子凝胶润滑材料。

技术特征：

1.一种pva/mxene超分子凝胶润滑材料，其特征在于，包括以下制备原料：

2.根据权利要求1所述的pva/mxene超分子凝胶润滑材料，其特征在于，所述pva/mxene超分子凝胶润滑材料中pva的质量分数为3～8％，mxene的质量分数为0.3～0.5％，液体润滑剂的质量分数为60～75％，余量为水。

3.根据权利要求1或2所述的pva/mxene超分子凝胶润滑材料，其特征在于，所述mxene水分散液中mxene的层数为1～5层，所述多元醇包括甘油、乙二醇、1,4-丁二醇和山梨醇中的一种或多种，所述pva的型号为pva105。

4.权利要求1～3任一项所述的pva/mxene超分子凝胶润滑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述mxene水分散液的浓度为10～15mg/ml。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述mxene水分散液、pva和液体润滑剂溶解混合包括：将mxene水分散液和液体润滑剂混合，得到mxene-液体润滑剂水溶液；对所述mxene-液体润滑剂水溶液进行除氧后，得到除氧mxene-液体润滑剂水溶液；将所述除氧mxene-液体润滑剂水溶液和pva水浴搅拌混合。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水浴搅拌混合的温度为90～95℃，时间为1.5～3h。

8.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述mxene水分散液、pva和液体润滑剂溶解混合包括：对mxene水分散液除氧，得到除氧mxene水分散液，在所述除氧mxene水分散液中依次加入pva和液体润滑剂。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述静置的温度为20～25℃，时间为24～48h。

10.权利要求1～3任一项所述的pva/mxene超分子凝胶润滑材料或权利要求4～9任一项所述的制备方法制得的pva/mxene超分子凝胶润滑材料在摩擦润滑领域中的应用。

技术总结本发明属于超分子凝胶技术领域，提供了一种PVA/MXene超分子凝胶润滑材料及其制备方法和应用。本发明的PVA/MXene超分子凝胶润滑材料包括以下制备原料：MXene水分散液，PVA和液体润滑剂；所述液体润滑剂为多元醇。本发明通过PVA、MXene和多元醇之间的氢键相互作用，构建氢键驱动的环保、耐低温的PVA/MXene超分子凝胶润滑材料。该超分子凝胶将润滑剂多元醇固定在三维网络结构中，解决了液体润滑剂在使用过程中爬移和泄露的问题。同时，PVA、MXene和多元醇的多种氢键作用提高了凝胶中结合水的比例，使其能在‑80℃的环境中不会冻结，从而进一步提高了超分子凝胶的耐低温性能。低温下PVA/MXene超分子凝胶润滑材料的黏度升高，成膜能力变强，可以在摩擦副之间形成较厚的润滑膜防止摩擦副的直接接触，从而显著降低摩擦磨损。同时MXene材料具有优异的自润滑性能，可以进一步改善超分子凝胶的润滑效果。技术研发人员：李章朋,苗晓南,王金清,杨生荣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：2024/6/5