Poly(alkyl methacrylate) Brush-Grafted Silica Nanoparticles as Oil Lubricant Additives: Effects of Alkyl Pendant Groups on Oil Dispersibility, Stability, and Lubrication Property

材料科学 烷基 甲基丙烯酸酯 接触角 动态光散射 润滑油 高分子化学 化学工程 甲基丙烯酸缩水甘油酯 聚合 纳米颗粒 复合材料 有机化学 聚合物 纳米技术 化学 工程类
作者
Bryan T. Seymour,Roger A. E. Wright,Alexander C. Parrott,Hongyu Gao,Ashlie Martini,Jun Qu,Sheng Dai,Bin Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (29): 25038-25048 被引量:93
标识
DOI:10.1021/acsami.7b06714
摘要

This article reports on the synthesis of a series of poly(alkyl methacrylate) brush-grafted, 23 nm silica nanoparticles (hairy NPs) and the study of the effect of alkyl pendant length on their use as oil lubricant additives for friction and wear reduction. The hairy NPs were prepared by surface-initiated reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization from trithiocarbonate chain transfer agent (CTA)-functionalized silica NPs in the presence of a free CTA. We found that hairy NPs with sufficiently long alkyl pendant groups (containing >8 carbon atoms, such as 12, 13, 16, and 18 in this study) could be readily dispersed in poly(alphaolefin) (PAO), forming clear, homogeneous dispersions, and exhibited excellent stability at low and high temperatures as revealed by visual inspection and dynamic light scattering studies. Whereas poly(n-hexyl methacrylate) hairy NPs cannot be dispersed in PAO under ambient conditions or at 80 °C, interestingly, poly(2-ethylhexyl methacrylate) hairy NPs can be dispersed in PAO at 80 °C but not at room temperature, with a reversible clear-to-cloudy transition observed upon cooling. High-contact-stress ball-on-flat reciprocating sliding tribological tests at 100 °C showed significant reductions in both the coefficient of friction (up to 38%) and wear volume (up to 90% for iron flat) for transparent, homogeneous dispersions of hairy NPs in PAO at a concentration of 1.0 wt % compared with neat PAO. The formation of a load-bearing tribofilm at the rubbing interface was confirmed using scanning electron microscopy coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy.
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