潤滑油工業(yè)需不斷發(fā)展以適應(yīng)日益增長的運輸技術(shù)的嚴格要求。例如，從簡單的減磨到鑄鐵機器中的傳熱介質(zhì)。潤滑油也被期望作為抗氧化劑和現(xiàn)代內(nèi)燃機的保護涂層。目前工業(yè)潤滑油中的兩種常見成分是粘度和摩擦改性劑，它們的作用是提高操作效率和減少磨損。摩擦改性劑（FM）減少內(nèi)摩擦產(chǎn)生的能量損失，并保持邊界膜以防止磨損。雖然基礎(chǔ)油可減少一些邊界摩擦，但它并不被視為真正的FM。額外的添加劑，包括聚合物常被用來減少摩擦。但聚合物添加劑的剪切穩(wěn)定性欠佳。
一般來說，添加劑是兩親性分子，其分子結(jié)構(gòu)中含有一個直鏈烴“尾巴”和一個極性“頭”，如胺、酰胺、羧酸、磷酸/膦酸等。后者可與發(fā)動機內(nèi)的金屬表面相互作用以錨定材料。聚合物添加劑的替代品是無機添加劑，如二硫化鉬（MoS2）晶體。些物質(zhì)沉積在金屬表面，可發(fā)生滑動和剪切。最近的研究發(fā)現(xiàn)，使用MoS2可得到超低摩擦系數(shù)的材料。
粘度調(diào)節(jié)劑（VMs）是高分子量的線形聚合物，用于提高油的粘度指數(shù)，以使油在更寬的溫度范圍內(nèi)使用。這些多等級的油易于冷啟動，改進了燃油效率。常用的VMs是線形烯烴共聚物，如乙烯-丙烯、氫化苯乙烯-二烯、聚（烷基）甲基丙烯酸酯共聚物等。這些VMs具有強的分子間/鏈間相互吸引作用，限制了在低溫下可達到的最小粘度。但使用非線性三維（3D）結(jié)構(gòu)聚合物會減少這些相互作用。
當超支化聚合物（HBP）和樹枝狀聚合物加入液體介質(zhì)時，與線形聚合物有很大不同，如粘度的變化。HBP的多分支結(jié)構(gòu)限制鏈間纏結(jié)，被稱為是“球狀”分子結(jié)構(gòu)。樹枝狀大分子是多分支的、結(jié)構(gòu)明確的（單分散）的3D大分子，一般通過高度控制、多步、順序和迭代反應(yīng)合成。樹枝狀大分子的多孔結(jié)構(gòu)源于一個中心核，其已被證明非常適于封裝小分子。樹枝狀大分子可用于藥物遞送、診斷、催化、發(fā)光、改變聚合物熔體流動性等領(lǐng)域。但對其應(yīng)用仍需進一步研究。
HBP易于快速合成（數(shù)小時而不是數(shù)周）、成本低（單步而不是多步合成）、靈活性更強（適用單體更廣泛）。HBP雖然結(jié)構(gòu)不如樹枝狀大分子明確，但性能與其相似，例如，HBP粘度低。最近，許多超支化聚合物已用于改進潤滑劑和重油的粘度。但據(jù)報道，加入聚合物會導(dǎo)致油/潤滑劑質(zhì)量降低。這些聚合物的油溶性在上述問題最小化和改進傳統(tǒng)添加劑中很重要。因此，對油/配方成分的表征有助于了解加入添加劑對分子間相互作用的影響，利于開發(fā)聚合物粘度改進劑。
在本研究中，由于使用雙功能單體合成HBP，所以必須防止交聯(lián)。交聯(lián)會形成不溶性凝膠。傳統(tǒng)自由基聚合中，在雙官能團濃度很低（<<10%）和較低的轉(zhuǎn)化率（20%）條件下即可形成凝膠。催化鏈轉(zhuǎn)移聚合（CCTP）是工業(yè)上可行的聚合方法，通常使用鈷的有機金屬絡(luò)合物作為鏈轉(zhuǎn)移劑（CTA）。
英國諾丁漢大學(xué)、bp應(yīng)用科學(xué)的Derek J. Irvine等人合成了一類新型聚合物潤滑劑添加劑，并研究了其對潤滑劑的增強性能。與目前使用的商用聚合物添加劑相比，該類材料具有更強的抗磨損和更好的低溫粘度/流動性。他們采用LMA低聚物，開發(fā)了新型的鏈轉(zhuǎn)移控制DVB聚合方法。該方法可合成D值很高的HBP，其可溶解于溶劑和PA04油。作者合成了兩種HBPs，第一種用LMA低聚粗品混合物（稱為半塊狀），第二種用純化的LMA二聚/三聚體（塊狀）。兩種HBPs均表現(xiàn)出優(yōu)良的低粘度潤滑和防磨損性能。與目前的標準線形添加劑相比，HBP的運動粘度低（KV）、成膜性好、可防止磨損、減少摩擦。低KV歸因為HBP的“球形”結(jié)構(gòu)，成膜性好歸因為HBP結(jié)構(gòu)中高密度的乙烯基，其可在高溫下交聯(lián)以及在測試條件下發(fā)生的滾動。隨著溫度和軋制速度增加，形成的膜沒有磨損。產(chǎn)生的磨痕沒有變長，表面磨損程度較低。所形成的保護膜在一定溫度和軋制速度范圍內(nèi)也減少了表面之間的摩擦?？偟膩碚f，基于性能差異，塊狀結(jié)構(gòu)所需的純化步驟繁雜且成本高，因此在未來的工作中，半塊狀聚合物將是擴大規(guī)模生產(chǎn)的首選。
文獻來源：Sophie R. Goodwin, Amy Stimpson, Richard Moon, Lauren Cowie, Najib Aragrag, Sorin V. Filip, Andrew G. Smith and Derek J. Irvine*. Polymers 2022, 14, 3841.
