含氮共价有机纳米润滑添加剂的设计、合成及摩擦学行为研究

Nanomaterials, as lubricant additives, not only exert roll in reducing friction, antiwear and load, but also repair the damages and micropits on the surface, furthermore, can solve the environmental pollution resulted from traditional additives. This item intends to start with structural feature and lubricant mechanism of nitrogen-containing heterocycles, using cyanuric chloride and melamine molecules, to synthesize a series of nitrogen-containing covalent-organic nanomaterials in virtue of molecular regulation technique, nanomaterial modifications and dispersion technology, serving as lubricant additives and realizing the good dispersity inside the lubricant. Exploring investigation on friction behaviors of lubricant systerm enhanced by nitrogen-containing covalent-organic nanoadditive, elucidating the enhancement effect and lubricant mechanism, establishing the structure-activity relationship between nanoadditive’s parent feature, texture structure and friction behavior, and expanding the investigation on friction behavior and lubricant mechanism of organic nanoadditives in lubricant.

纳米材料作为润滑油添加剂不仅能起到减摩、抗磨、承载的作用，而且能修复摩擦表面的损伤和微坑，还能解决传统添加剂带来的环境污染问题。本项目拟从氮杂环化合物的结构特点及润滑机制出发，利用三聚氰氯或者三聚氰胺氮杂分子，借助分子调控技术、纳米材料改性和分散技术制备出一系列含氮共价有机纳米材料作为润滑油添加剂，实现其在润滑油中的稳定分散。开展含氮共价有机纳米材料增强润滑油体系摩擦学行为的研究，阐明其对润滑油体系摩擦学性能的增强作用及润滑机制，建立含氮共价纳米材料的构筑单体及组织结构与摩擦学行为之间的构效关系，拓展有机纳米润滑添加剂摩擦学行为及润滑机制的研究。

项目的背景：.纳米材料因其小尺寸、热稳定高、理化性能多样及无诱导期的摩擦表面反应等，被广泛用于润滑油添加剂以满足当今现化代生产日趋严格的润滑要求。但是，传统的无机纳米材料存在制备工艺复杂、润滑油耐受性差、理化性能难调控和润滑机制不明确等问题。共价有机纳米材料既具有纳米材料力学强度高、热稳定性好的优点，又具有从原子、分子水平出发设计和调控理化性能的优势。..主要研究内容：.1、利用三聚氯氰与三聚氰胺合成了一类三嗪基共价有机纳米材料，研究了不同实验参数（摩尔比、敷酸剂含量、溶剂、反应时间等）下形成共价有机纳米材料的形貌、元素含量、结晶性、厚度；.2、开展了三嗪基共价有机纳米材料作为作为PAO 10基础润滑油添加剂的摩擦学性能研究，对比氧化石墨烯、石墨烯添加剂，考察了三嗪基共价有机纳米添加剂增强PAO10摩擦学性能的机制；.3、开展了表面活性剂协同三嗪基共价有机纳米添加剂增强水基润滑液摩擦学性能的研究；.4、开展了羧酸修饰的三嗪基共价有机纳米添加剂在金属摩擦界面上的润滑行为研究。.重要结果和关键数据：.1、三聚氰胺与三聚氯氰摩尔比为1.2:1，反应时间超过12小时可获得二维片层状的结构，呈现出柔性、褶皱的形态，且厚度较薄；.2、三嗪基共价有机纳米材料片与PAO10分子链中的H原子可形成CH···π作用力，获得稳定的分散体系。.3、当添加量为0.008wt%时，磨损体积最小，相比于纯的PAO10基础油，约降低了93%。.4、当0.1wt%三嗪基共价有机纳米材料与1wt%椰子油二乙醇酰胺或吐温85复配，可协同降低水的摩擦系数（72.2%和74.4%) ，磨损体积 (98.0% 和95.8%）以及增强抗腐蚀能力。.5、十六烷酸修饰的三嗪基共价有机纳米材料可捕获磨损，在摩擦界面上形成交替的多层摩擦膜，在0.05wt%的添加量下，摩擦系数相对纯PAO10降低了56%，磨损体积减少89.6%。.科学意义：.本项目的成功实施拓展了润滑油纳米添加剂的研发范围、丰富了纳米润滑的研究理论、为共价有机纳米添加剂工业化的应用提供了理论指导。