水基纳米TiO2润滑液的分散与制备

　　随着快速发展的科学技术，纳米粒子作为润滑添加剂的使用已经受到各界人士越来越多的关注。如果能将纳米粒子在润滑剂中成功分散，将有效降低润滑剂在使用中的摩擦系数、提高其油膜承载能力，从而提高其抗磨减摩的性能。同时，考虑到在传统热轧工艺润滑中，工作环境处于高温条件下，一般矿物型润滑剂和润滑脂都会带来因油脂的烧焦而带来熏人的气味，造成环境污染，这对于绿色环保的要求十分不利。因此，制备出一种水基纳米润滑液用以改善甚至替代传统的油性润滑剂具有十分显著的意义。然而，在纳米润滑领域的研究中发现，由于大多数纳米粒子难于稳定分散在水或油中，增大了水基纳米润滑液制备技术的难度。但是，随着纳米粒子表面修饰技术的进一步发展，这一难题得到了有效的解决。

　　

　　考虑到纳米TiO2 没有毒性不会对环境产生破坏，具有的强氧化性，在高温时可以在钢表面形成一层氧化膜而具有优良的润滑性能，同时还具备一定的防腐蚀效果，并且其分散条件为弱碱性水域，有利于对轧制后板材表面的保护。由于纳米的熔点较高，在高温轧制时主要以颗粒状的形式存在，因此，文章选用纳米TiO2 为研究对象，进行水基纳米TiO2 润滑液的分散与制备。

　　

　　1　实验部分本实验采用纳米TiO2 粒子作为极压剂，六偏磷酸纳作为分散剂进行纳米粒子分散稳定性的研究。水基纳米润滑液分散稳定性的影响因素如pH 值、分散剂加入量、超声波分散时间三因素三水平正交实验如表1 所示。水基纳米TiO2 润滑液的制备工艺步骤：先按比例加入六磷酸钠在40℃采用磁力搅拌器进行机械搅拌2min，然后用溶液调节pH，相同条件下搅拌两分钟，加入纳米TiO2，在室温条件下搅拌20min 得到初步混合液，最后按设计时间进行超声分散得到水基纳米TiO2 基础液。实验数据记录：采用正交表记录正交实验，用作图法进行图像绘制。3 天后观察9组实验的宏观照片。倒掉各实验组上层清液，不烘干，对沉淀质量进行称量。

　　

　　2　结果与讨论水基纳米润滑液分散稳定性的影响因素pH 值、分散剂加入量、超声波分散时间三因素三水平正交实验结果如表2 所示。

　　

　　由表2 可知，pH 值在8~12 这个区间中，纳米粒子的分散稳定性随pH 值的增大而变差。

　　

　　表2　正交试验结果实验编号pH 值分散剂加入量/g 超声波清洗时间/min 沉淀质量/g图1 放置三天后纳米粒子沉降情况晶粒中Ti、O 间的距离都很小，且不等长，在纳米表面带有大量羟基，因为Ti-0 的不平衡性使其具有很强的极性。在碱性条件下，TiO2 表面的Ti 则吸附OH- 而带负电：。由此可见由于纳米二氧化钛颗粒表面含有大量羟基，在水中会发生部分电离，使颗粒表面带电荷：2，TiO-，而颗粒表面的电量大小与pH 值有关。

　　

　　沉淀量随影响因素的变化趋势如图2 所示，由图2 中看出，在所取的三个值中，pH 为8 时稳定性最好。这说明当pH 值处于弱碱性的时候，粒子表面所携带的负电荷较多，双电层较厚，粒子间的斥力位能较大，离子分散效果较好。但是当碱性过强后，电解质的增多使得 粒 子容易发生絮凝作用，而使稳定性降低。这就是在pH 值8 之后稳定性变差的原因。因此在实验取值范围内溶液的最佳pH 值为8。

　　

　　图2　沉淀量随影响因素的变化趋势图合理的分散时间与加入的固液比有关，加入固体越多，达到稳定分散需要的时间就越长。从实验结果可以看到，超声分散时间为15min 时效果良好，随着分散时间的增加水域温度上升，影响了分散效果，当达到60min 时超声效果再次占主导作用，有助于粒子分散。但相对于pH 值和分散剂加入量，超声波分散时间对分散效果的影响不是十分显著。

　　

　　3　结语根据实验数据分析，得出对于纳米TiO2 在纯水中的分散稳定性影响因素中，pH 值的影响最大，其次为六偏磷酸钠的添加量，最次为超声分散时间。pH 值在8~12 这个区间中，纳米粒子的分散稳定性随pH 值的增大而变差，pH 为8 时稳定性最好。超声分散时间为15min 时效果良好，随着分散时间的增加水域温度上升，但相对于pH 值和分散剂加入量，超声波分散时间对分散效果的影响不是十分显著。通过对几个影响因素探究，制备出理想的TiO2 纳米润滑液。

　　

　　参考文献：[1] 孙秀果,魏雨,贾振斌.纳米二氧化钛粉体在水中的分散行为[J].电子元件与材料[2] 朱广平,孙建林,王冰,等.纳米添加剂对板带钢冷轧润滑液润滑性能的影响[J].润滑与密封[3] 郝顺利,王新,崔银芳,等.纳米粉体制备过程中粒子的团聚及控制方法研究[J].人工晶体学报[4] 王一助,孙建林,王冰,等.纳米微粒在板带钢冷轧用轧制液中的应用.石油炼制与化工[5] 王淮英,朱红,康晓红,等.纳米润滑粒子的制备技术与应用现状[J].

　　

　　河北理工学院学报基金项目：文章为南京工程学院大学生科技创新基金项目研究成果之一，项目编号：TB201802022。

　　

　　作者简介：朱蒙蒙（1997- ），男，汉族，江苏扬州人，本科在读，研究方向：材料成型及控制工程专业（模具方向）。