一种氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于水基润滑添加剂技术领域，提供了一种氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的复合材料包括聚四氟乙烯颗粒和通过静电作用包覆在所述聚四氟乙烯颗粒表面的氧化石墨烯。本发明专利技术提供的复合材料作为水基润滑添加剂时，氧化石墨烯的包覆赋予所得复合材料良好的结构稳定性；同时，氧化石墨烯表面大量的含氧官能团提高了聚四氟乙烯颗粒在水中的分散性；最重要的是，复合材料易于吸附在摩擦副的表面并形成润滑膜，避免了摩擦副的直接接触，达到了减摩和耐磨的效果。总之，复合材料中氧化石墨烯和聚四氟乙烯的协同作用，使得复合材料兼具聚四氟乙烯和氧化石墨烯的优异性能。氧化石墨烯的优异性能。氧化石墨烯的优异性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水基润滑添加剂
，尤其涉及一种氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在机械工业中，摩擦和磨损会导致巨大的能源消耗和资源浪费，并造成机械零部件的损坏，降低机械设备运行的可靠性和安全性，特别是对于船舶、水泵和潜艇的轴承等。因此，通常利用高效润滑剂来提高机械轴承的润滑性能，以延长设备的使用寿命。
[0003]油基润滑剂虽然具有良好的润滑效果，但其冷却性能差，且在应用中不可避免地会出现漏油事故。
[0004]水基润滑剂被认为是未来润滑材料和添加剂的重要发展方向，因为它具有以下特点：(1)储量丰富，环保，是天然润滑剂；(2)在摩擦过程中可以提供流体动力膜；(3)作为一种有效的冷却介质，可以使摩擦热迅速扩散。因此，在能源危机和资源日益短缺的当下，水基润滑剂的结构设计和调节，以及润滑应用是摩擦学领域的重要研究课题。
[0005]众所周知，聚四氟乙烯(PTFE)因具有优异的耐化学侵蚀性和低摩擦系数，被广泛应用。然而，聚四氟乙烯特殊的双螺旋结构和氟原子的存在赋予其极低的表面能，极强的疏水性严重阻碍了聚四氟乙烯在水润滑领域的应用。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种氧化石墨烯(GO)包覆的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料在水中具有优异的分散性和稳定性，且作为水基润滑剂使用时具备减摩耐磨性能。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料，包括聚四氟乙烯颗粒和通过静电相互作用包覆在所述聚四氟乙烯颗粒表面的氧化石墨烯。
[0009]优选地，所述聚四氟乙烯颗粒为带负电的聚四氟乙烯颗粒；所述带负电的聚四氟乙烯颗粒为经修饰后表面接枝有
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COO
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CH3官能团的聚四氟乙烯颗粒。
[0010]优选地，所述氧化石墨烯为带正电的氧化石墨烯；所述带正电的氧化石墨烯为阳离子修饰试剂修饰的氧化石墨烯。
[0011]优选地，所述阳离子修饰试剂包括聚季铵盐、聚乙烯亚胺和十六烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
[0012]本专利技术还提供了上述技术方案所述的氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将带相反电荷的聚四氟乙烯颗粒和氧化石墨烯进行静电包覆，得到所述氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料。
[0014]优选地，所述带相反电荷的聚四氟乙烯和氧化石墨烯分别为带负电的聚四氟乙烯颗粒和带正电的氧化石墨烯；
[0015]所述带负电的聚四氟乙烯颗粒为表面接枝有
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COO
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CH3官能团的聚四氟乙烯颗粒；所述带正电的氧化石墨烯为阳离子修饰试剂修饰的氧化石墨烯。
[0016]优选地，所述带负电的聚四氟乙烯颗粒的制备方法包括以下步骤：
[0017]在引发剂的作用下，甲基丙烯酸甲酯在聚四氟乙烯表面进行聚合反应，得到所述带负电的聚四氟乙烯颗粒；
[0018]所述聚四氟乙烯和甲基丙烯酸甲酯的用量比为(5～8)g：(10～20)mL。
[0019]优选地，所述带正电的氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
[0020]将阳离子修饰试剂、氧化石墨烯和水搅拌分散，得到所述带正电的氧化石墨烯；
[0021]所述阳离子修饰试剂和氧化石墨烯的质量比为(1～3)：(100～300)。
[0022]优选地，所述进行静电包覆的带相反电荷的聚四氟乙烯颗粒和氧化石墨烯的质量比为(0.2～20)：1。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述的氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料或上述技术方案所述的制备方法得到的氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料作为水基润滑添加剂的应用。
[0024]本专利技术提供了一种氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料，包括聚四氟乙烯颗粒和通过静电相互作用包覆在所述聚四氟乙烯颗粒表面的氧化石墨烯。本专利技术的氧化石墨烯具有层状结构和大量的表面官能团，利用其修饰聚四氟乙烯颗粒得到的复合材料作为水基润滑添加剂使用时，氧化石墨烯的包覆赋予所得复合材料良好的结构稳定性；同时，氧化石墨烯表面大量的含氧官能团提高了聚四氟乙烯颗粒在水中的分散性；最重要的是，复合材料易于吸附在摩擦副的表面并形成润滑膜，避免了摩擦副的直接接触，达到了减摩和耐磨的效果。总之，氧化石墨烯和聚四氟乙烯的复合，赋予了复合材料拥有聚四氟乙烯和氧化石墨烯的协同性能。
[0025]本专利技术还提供了上述技术方案所述的氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将带相反电荷的聚四氟乙烯颗粒和氧化石墨烯进行静电包覆，得到所述氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料。本专利技术提供的制备方法，不仅能提高聚四氟乙烯在水中的分散性和稳定性，作为水基润滑添加剂使用时还表现出优异的减摩耐磨性能，对开发新型水基润滑添加剂具有重要的指导意义；而且，本专利技术提供的制备方法操作简单，使得聚四氟乙烯和氧化石墨烯通过静电相互作用组装成复合水基添加剂，容易实现规模化生产。
附图说明
[0026]图1为氧化石墨烯片(GO)(a)和实施例2所得氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯(PTFE
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GO)复合粒子(b)的透射电镜照片；
[0027]图2为实施例2所得PTFE
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GO复合粒子的扫描电镜照片；
[0028]图3为PTFE、GO和实施例2所得PTFE
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GO复合粒子的红外谱图；
[0029]图4为PTFE、GO和实施例2所得PTFE
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GO复合粒子的热重分析曲线；
[0030]图5为PTFE分散液(a)、对比例2所得物理共混PTFE/GO分散液(b) 和实施例2所得
PTFE
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GO复合水分散液(c)静置0天、3天、7天和28天的光学照片；
[0031]图6为利用PTFE分散液(a)、GO分散液(b)和实施例2所得PTFE
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GO 复合粒子分散液(c)制得涂层的水接触角照片；
[0032]图7为纯水、PTFE分散液、GO分散液和实施例2所得PTFE
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GO复合分散液的摩擦系数曲线图；
[0033]图8为纯水、PTFE分散液、GO分散液和实施例2所获PTFE
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GO复合分散液的体积磨损率结果图。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供了一种氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料，包括聚四氟乙烯颗粒和通过静电相互作用包覆在所述聚四氟乙烯颗粒表面的氧化石墨烯。
[0035]在本专利技术中，所述聚四氟乙烯颗粒优选为带负电的聚四氟乙烯颗粒。在本专利技术中，所述带负电的聚四氟乙烯颗粒优选为经修饰后表面接枝有
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，包括聚四氟乙烯颗粒和通过静电相互作用包覆在所述聚四氟乙烯颗粒表面的氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯颗粒为带负电的聚四氟乙烯颗粒；所述带负电的聚四氟乙烯颗粒为经修饰后表面接枝有
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CH3官能团的聚四氟乙烯颗粒。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯为带正电的氧化石墨烯；所述带正电的氧化石墨烯为阳离子修饰试剂修饰的氧化石墨烯。4.根据权利要求3所述的氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述阳离子修饰试剂包括聚季铵盐、聚乙烯亚胺和十六烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。5.权利要求1～4任一项所述的氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将带相反电荷的聚四氟乙烯颗粒和氧化石墨烯进行静电包覆，得到所述氧化石墨烯包覆的聚四氟乙烯复合材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述带相反电荷的聚四氟乙烯和氧化石墨烯分别为带负电的聚四氟乙烯颗粒和带正电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金清，杨亚文，马立民，贾卫红，王宏刚，杨生荣，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：