石墨烯基納米粒子由于其顯著的物理和化學性質而作為潤滑劑添加劑, 獲得了科學家極大的興趣。 隨著植物油作為可生物降解潤滑劑的使用越來越多,特別是在對環境影響很大的領域,許多研究集中在使用基于石墨烯的納米片作為可生物降解潤滑劑的添加劑,從而使其性能優于商業礦物油。減少摩擦和改善潤滑是許多工程應用中最關鍵的因素之一。 高級潤滑對于提高幾乎任何機構的耐用性、效率和性能都至關重要。 在運輸、發電和汽車行業,改進的潤滑油也有助于減少碳排放。
用于更可持續潤滑劑的生物基原料
目前,大多數市售潤滑油嚴重依賴合成或石油基產品的使用,這引起了嚴重的環境問題。在現代社會,需要更多以化石為基礎的產品,包括潤滑油,以滿足不斷增長的能源需求。
專家估計,全世界每年使用 30 至 4000 萬噸潤滑劑。由于事故和處置不當,總量的一半以上被釋放回環境中,造成環境污染和危害。
化石資源的枯竭和對環境退化的日益關注刺激了綠色能源系統的發展和可持續資源的利用,作為礦物產品的潛在替代品。特別是,生物基潤滑劑作為礦物基潤滑劑的替代品引起了人們的興趣。
生物基潤滑劑通常來自原材料,例如植物油、動物脂肪或其他環保的碳氫化合物。除了易于生物降解和可再生外,與礦物油相比,生物基潤滑劑還具有良好的潤滑性、高閃點、高粘度指數和良好的抗剪切性。
基于石墨烯的納米粒子在潤滑劑中用作摩擦改進劑
近年來,納米材料已成為潛在的環境友好型添加劑,可改善潤滑劑性能。 納米粒子添加劑的應用基于固體潤滑原理,其中固體潤滑劑的層狀結構,如石墨或二硫化鉬,平行于運動方向。
這種納米材料在極壓應用中作為抗磨損和減摩添加劑特別有用。
在各種層狀納米粒子中,石墨烯和氧化石墨烯(GO)自發現以來就引起了廣泛的關注。 石墨烯基納米粒子的獨特片狀結構可以輕松接觸摩擦接觸表面。
此外,石墨烯及其衍生物優異的機械強度及其惰性化學性質可減少機械磨損并抑制對滑動表面的腐蝕和氧化損傷。
使用農業副產品作為潤滑劑
最近,來自印度和羅馬尼亞的研究人員開發了一種新型腰果殼油 (CNSL) 和純蓖麻油 (NCO) 混合物,輔以還原氧化石墨烯 (RGO) 納米顆粒,作為商業不可生物降解油的可生物降解替代品。該研究發表在《分子液體雜志》上。
CNSL是從腰果殼柔軟的蜂窩狀結構中提取的深褐色粘稠液體,是腰果生產的農業副產品。 CNSL 是一種用于合成生物基苯酚基聚合物的可再生原料。
NCO 是從蓖麻籽中提取的植物油,作為可再生原料用于各種工業部門,包括化妝品、制藥和化學制造。通過混合這兩種油,研究人員旨在將 NCO 的高粘度(40 ℃時為 242.81 厘沲)與 CNSL 的優異生物降解性相結合,創造出一種性能優于傳統礦物油潤滑劑的生物降解潤滑劑。
還原氧化石墨烯提高了可生物降解潤滑劑的性能
為了提高潤滑劑的性能,研究團隊在混合物中使用 RGO 作為摩擦改進劑添加劑。 與也是一種有效固體潤滑劑的石墨烯不同,RGO 在分散到液體中時(尤其是在極性液體中)不會聚集。 此外,通過氧化石墨烯的化學還原,可以低成本大量生產RGO。
該工藝在氧化石墨烯表面引入了極性基團和直烴尾,提高了RGO的混溶性,補充了潤滑劑的抗磨減摩性能。
為了優化新的可生物降解混合物中 CNSL、NCO 和 r-GO 的百分比,研究人員將 CNSL 的含量在 10-70 vol% 的范圍內變化,同時用 0.1-2 wt% 的 RGO 添加劑補充混合物。 在一系列摩擦學測試中,將混合物的潤滑性能與商業礦物油的性能進行了比較。
混合綠色植物油優于礦物油
實驗結果表明,CNSL/NCO 共混物中 RGO 摩擦改進劑的**含量在 0.5-1.0 wt% 的范圍內。 對含有 0.5% RGO 和 40% CNSL 的混合物測得的最低摩擦系數為 0.0399,與為商業油測得的摩擦系數 (0.1044) 相比提高了 60% 以上。
在測試齒輪箱機構中,新型可生物降解混合物的性能也優于商業礦物油和純 NCO 作為潤滑劑。 測試結果證明,新的可生物降解 CNSL/NCO 混合物,輔以 RGO 摩擦改性劑,可以在各種應用中成功替代傳統礦物油。
研究人員設想,使用植物油混合物和 RGO 納米顆粒添加劑將為更廣泛的工業應用中的可持續潤滑鋪平道路。