一种水溶性硫化铜纳米流体及其制备方法与作为水基润滑添加剂的应用

本发明涉及水基润滑剂，尤其涉及一种水溶性硫化铜纳米流体及其制备方法与作为水基润滑添加剂的应用。

背景技术：

1、传统的油基润滑剂润滑性能好，但是冷却性能较差，难以适应苛刻的操作条件。水基润滑剂冷却性能好，且其成本低，操作环境安全、干净，没有油雾和着火的危险。但与传统油基润滑剂相比，水基润滑剂的发展有其自身的局限性，比如说水基润滑剂存在润滑性和防腐蚀性差的问题，这就从一定程度上限制了水基润滑剂的发展。因此，当前要提高水基润滑剂的综合性能，拓宽其使用范围的关键点在于如何研发出高性能的水溶性润滑添加剂。

2、金属硫化物中的cus纳米粒子由于其独特的电子、光学和化学性质而越来越受到关注，将其作为添加剂应用于摩擦学领域也有着非常广阔的前景。中国科学院兰州物理化学研究所的王晓波发明了一种单分散油溶性硫化铜纳米颗粒的制备方法(cn100441509a)，该方法制备的纳米颗粒只能在基础油中应用。随着环保要求的提高，为了实现摩擦学效益，需要开发高效环保的水溶性纳米颗粒润滑添加剂。为了实现良好的水溶性，纳米粒子必须很好地分散在水基润滑剂中，形成表现出长期稳定性的均匀分散体。但是，由于水的黏度比润滑油低，纳米颗粒在水中的沉降阻力小，使得水溶性的纳米微粒在水中更容易沉降。在以前的研究中，山东大学的蒋妍彦制备了一种超小尺寸硫化铜纳米颗粒(cn114404587a)，此发明制备的超小尺寸硫化铜纳米颗粒通过离心，收集沉淀并重新溶于水中从而克服了硫化铜纳米材料应用中水溶性极差的阻碍。但是该方法存在制备流程复杂的问题，且最终分散效果也有待提升。

3、同时，直至目前，关于水溶性的硫化铜纳米微粒作为添加剂在摩擦学中的应用仍然较少。因此，亟待开发出一种新的硫化铜纳米微粒的规模性制备方法，以使其可作为水基润滑剂达到减摩抗磨的作用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种水溶性硫化铜纳米流体及其制备方法与作为水基润滑添加剂的应用，以解决现有硫化铜纳米流体易沉降、使用过程复杂的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种水溶性硫化铜纳米流体的制备方法，包括如下步骤：

4、1)将黄原酸盐溶液与铜盐溶液混合，进行反应，得到反应液；

5、2)将反应液进行萃取，除去萃取剂得到水溶性硫化铜纳米流体。

6、优选的，所述步骤1)中反应的温度为70～90℃，所述反应的时间为30～55min。

7、优选的，所述黄原酸盐溶液中的黄原酸盐与铜盐溶液中的铜盐的摩尔比为2：1～2。

8、优选的，所述黄原酸盐溶液中的黄原酸盐包括聚乙二醇单甲醚黄原酸钾、辛基黄原酸钾、十二烷基黄原酸钾和十六烷黄原酸钾中的一种或几种。

9、优选的，所述铜盐溶液中的铜盐包括硝酸铜、硫酸铜和氢氧化铜中的一种或几种。

10、优选的，所述黄原酸盐溶液的浓度为10～30mmol/l；铜盐溶液的浓度为30～50mmol/l。

11、优选的，所述步骤2)中萃取采用的萃取剂包括氯仿、二氯甲烷和乙醚中的一种或几种。

12、本发明的另一目的是提供一种上述制备方法制备得到的水溶性硫化铜纳米流体。

13、本发明的再一目的是提供一种水溶性硫化铜纳米流体在水基润滑添加剂中的应用，水基润滑添加剂的制备方法包括将水溶性硫化铜纳米流体、多元醇和水混合得到。

14、优选的，水溶性硫化铜纳米流体、多元醇和水的质量比为0.12～0.36：5.82～5.94：5.82～5.94。

15、本发明的再一目的是提供一种水溶性硫化铜纳米流体作为水基润滑添加剂的应用。

16、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、1、本发明采用原位表面改性的方法，得到的水溶性硫化铜纳米流体使得硫化铜纳米微粒表面自组装形成了一层致密有序的分子层，有效地阻止了颗粒间的团聚，因此所制得的产物有更好的晶形、粒度和分布，提高了在水基润滑剂中的分散性和添加量；

18、2、本发明利用纳米硫化铜流体实现低摩擦，经摩擦学性能评价具有优异的减摩抗磨性能；

19、3、相对于传统硫化铜纳米颗粒制备技术，本发明制备方法简单且可以通过调控加热时间来控制纳米颗粒的大小；

20、4、与现有方法相比，本发明制备的cus纳米流体不需要收集沉淀再溶解，直接得到的就是有良好水溶性的流体。且在水中具有优秀的分散稳定性，不发生团聚，简化了制备流程。

技术特征：

1.一种水溶性硫化铜纳米流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种水溶性硫化铜纳米流体的制备方法，其特征在于，所述黄原酸盐溶液中的黄原酸盐与铜盐溶液中的铜盐的摩尔比为2：1～2。

3.根据权利要求1所述的一种水溶性硫化铜纳米流体的制备方法，其特征在于，所述黄原酸盐溶液中的黄原酸盐包括黄原酸盐包括聚乙二醇单甲醚黄原酸钾、辛基黄原酸钾、十二烷基黄原酸钾和十六烷黄原酸钾中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种水溶性硫化铜纳米流体的制备方法，其特征在于，所述铜盐溶液中的铜盐包括硝酸铜、硫酸铜和氢氧化铜中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种水溶性硫化铜纳米流体的制备方法，其特征在于，所述黄原酸盐溶液的浓度为10～30mmol/l；铜盐溶液的浓度为30～50mmol/l。

6.根据权利要求1所述的一种水溶性硫化铜纳米流体的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中萃取采用的萃取剂包括氯仿、二氯甲烷和乙醚中的一种或几种。

7.权利要求1～6任一项所述制备方法制备得到的水溶性硫化铜纳米流体。

8.权利要求7所述的水溶性硫化铜纳米流体在水基润滑添加剂中的应用，其特征在于，水基润滑添加剂的制备方法包括将权利要求7所述水溶性硫化铜纳米流体、多元醇和水混合得到。

9.权利要求8所述的水溶性硫化铜纳米流体作为水基润滑添加剂的应用，其特征在于，所述水溶性硫化铜纳米流体、多元醇和水的质量比为0.12～0.36：5.82～5.94：5.82～5.94。

10.权利要求7所述的水溶性硫化铜纳米流体作为水基润滑添加剂的应用。

技术总结
本发明属于水基润滑剂技术领域，具体公开了一种水溶性硫化铜纳米流体及其制备方法与作为水基润滑添加剂的应用。本发明先将黄原酸盐溶液与铜盐溶液混合，进行反应，得到反应液；然后将反应液进行萃取，除去萃取剂得到水溶性硫化铜纳米流体。本发明采用原位表面改性的方法，得到的水溶性硫化铜纳米流体中，硫化铜纳米微粒表面存在自组装形成的致密有序的分子层，有效地阻止了颗粒间的团聚，得到的产物具有更好的晶形、粒度和分布，提高了在水基润滑剂中的分散性和添加量，相对于传统硫化铜纳米颗粒制备方法，具有制备简单且可以通过调控加热时间来控制纳米颗粒的大小的优势。将其与特定的多元醇和水混合后，具有优异的减摩抗磨性能。

技术研发人员：张霞,华珂盈,周峰,王晓波,刘维民
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：2024/9/23