CN103264999A - 一种镁离子交换型层状磷酸镁的制备及应用方法 - Google Patents

Abstract

一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备及应用方法，属于无机功能材料领域，其特征是一种将镁化合物、含磷化合物与离子液体加入到带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，搅拌均匀，密封，放入烘箱中晶化，取出反应釜，室温冷却，用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤，得到镁离子交换型层状磷酸镁材料。该制备方法直接制备出镁离子交换型层状磷酸镁材料，原料便宜易得，合成工艺简单，绿色环保，所得产品具有均一性和稳定性特点。镁离子交换型磷酸镁材料具有稳定的分子结构和良好的机械稳定性，通过超声、加热搅拌方式加入到润滑基础油中用作固体润滑添加剂，对不同类型的基础油均有良好的适应性，明显改善油品的承载能力和抗磨减摩能力。

Description

一种镁离子交换型层状磷酸镁的制备及应用方法

技术领域

本发明一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备及应用方法，属于无机功能材料领域，具体来讲涉及一种离子液体热法直接制备镁离子交换型层状磷酸镁材料并将所制备材料作为固体润滑添加剂应用到润滑领域。

背景技术

离子液体热合成方法是2004年由英国St Andrews大学的Russell Morris教授课题组报道的一种新的无机晶体材料合成方法，与传统的溶剂热合成方法不同，其特点是在合成体系中离子液体可以兼具溶剂和模板剂的作用。同时离子液体的种类非常丰富，为合成出新型化合物材料提供了新的途径，极大地丰富了物质世界的组成。离子液体热合成方法将无机材料合成带到一个全新的领域，受到人们广泛的重视。目前还没有离子液体热法制备镁离子交换型层状磷酸镁(分子式为Mg₄P₄H₁₄O₂₁)材料的报道。

机械零件的摩擦与磨损，使全世界增大了1/3-1/2的动力消耗。因此，控制摩擦，减少磨损，改善润滑性能已成为节约能源和原料，缩短维修时间的重要措施。随着机械设备应用范围的不断扩展，不仅摩擦副所使用的材质越来越丰富，而且摩擦副还常常需要在高(低)温、高真空、高负荷和强辐射等苛刻工况下工作，因而对润滑油品的使用性能不断提出新的要求。固体润滑剂是润滑油品中一类重要的添加剂，尤其是在苛刻工况下具有不可替代的作用。目前，MoS₂是实际应用中使用效果最佳的固体润滑添加剂，每年全球的市场需求超过5万吨，但二硫化钼在应用中也有明显的缺陷，首先钼作为稀缺资源，生产成本较高，现在的市场价格在35万元/吨以上；其次，二硫化钼在空气气氛400 ℃以上，易发生氧化，失去润滑效果，而且它在摩擦过程中极易发生摩擦氧化反应MoS₂+ O₂+ H₂O→MoO₃+ H₂SO₄，H₂SO₄的腐蚀性及MoO₃的磨粒磨损，都降低了MoS₂的润滑性；20世纪70年代，前苏联考察队发现了羟基磷酸镁(蛇纹石)的抗磨自修复特性，清华大学郭延宝等研究结果表明蛇纹石是一种金属磨损原位自修复剂，经铁路机车、柴油机车试验证明, 它能够在铁基摩擦副表面生成高硬度、低摩擦修复层(郭延宝等， 摩擦学学报 ，2004，24，512)，但蛇纹石的纤维极其细小，长期接触的人会得石棉沉着病、肺癌等职业病，使它的应用受到限制；本实验室前期利用离子热合成方法制备出层状α-磷酸锆，发现其可以显著的提升润滑油基础油的承载能力和抗磨性能(Lei Liu, et al, Inorg. Chem,2010, 49, 8270)，但锆元素的成本比较高，也不利于工业应用的大量开发。因此，开发新的固体润滑剂材料已成为提升润滑油品性能的重要手段。目前为止，镁离子交换型层状磷酸镁材料作为润滑添加剂直接应用到润滑领域还未见报道。

发明内容

本发明一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备及应用方法，目的在于公开一种离子液体热法直接制备镁离子交换型层状磷酸镁材料并将所制备材料作为固体润滑添加剂应用到润滑领域的方案。

本发明一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备方法，其特征在于是一种离子液体热法直接制备镁离子交换型磷酸镁材料的方法，该方法是一种将镁化合物、含磷化合物和离子液体加入到带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，搅拌均匀后，密封反应釜，将其放入烘箱中，经过晶化，取出反应釜，室温冷却，用蒸馏水、乙醇洗涤样品，过滤，得到镁离子交换型层状磷酸镁材料，具体的制备工艺步骤为：

(1)离子液体的制备：将季铵盐与有机酸按照摩尔比为0.5-3.0的比例在烧杯中混合均匀，100-120 ℃下加热，直至形成透明液体，即得到反应所需要的离子液体，所述制备离子液体的季铵盐分别为四丙基溴化铵、四乙基溴化铵、四甲基氯化铵或氯化胆碱，所述制备离子液体的有机酸为草酸、苯甲酸、丙二酸、丁二酸或己二酸；

(2)将镁化合物、含磷化合物和步骤(1)所制备的离子液体加入到带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，搅拌均匀后，密封反应釜，放置到130-220 ℃的烘箱中反应12-240 h，取出反应釜，在室温下冷却，所述镁化合物为氯化镁、硝酸镁、硫酸镁或乙酸镁，所述含磷化合物为正磷酸(H₃PO₄)或磷酸三丁酯((C₄H₉O)₃PO)，所述反应物的摩尔比为：镁化合物 : 含磷化合物 : 离子液体 = 1 : (1-6) : (50-200)；

(3)将反应步骤(2)取出的反应釜冷却至室温后，取出晶化产物，用蒸馏水或乙醇进行洗涤、过滤和干燥，即得到镁离子交换型层状磷酸镁产品，其单晶结构解析参数如下：晶体为单斜晶系，空间群为P 2_1/c，晶胞参数为a = 10.9444 (12) Å，b = 8.0653 (8) Å，c = 9.2682 (10) Å，α = 90.000 °，β = 90.123 (1) °，γ = 90.000 °，Z = 4，V = 818.1(2) ų，R = 0.056。Mg₄P₄H₁₄O₂₁结构中P和Mg原子分别以PO₄四面体和MgO八面体存在，以P-Mg-P方式形成“三明治”形状构成层板，层板平行于b-轴方向，层间的水分子与MgO八面体上质子化的氧原子形成丰富的氢键,OH∙∙∙O键长为0.4480-1.4560 Å。

上述一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备方法所制备的镁离子交换型层状磷酸镁材料的应用方法，其特征在于是一种将镁离子交换型层状磷酸镁材料作为固体润滑添加剂直接应用到润滑油中；所述润滑基础油选自烃类基础油、酯类基础油、聚醚类基础油和硅油类基础油中的一种或几种，所述烃类基础油是指石蜡基矿物油、环烷基矿物油、中间基矿物油、合成烃或植物油，所述酯类基础油是指双酯油、多元醇酯油、复酯油或偏苯三酸酯油，所述聚醚类基础油是指环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷的聚醚，所述硅油类基础油是指甲基硅油、乙基硅油、甲苯基硅油或二苯基硅油，具体步骤如下：

(1)在润滑基础油中镁离子交换型层状磷酸镁的添加量是可调的，一般情况镁离子交换型层状磷酸镁的添加量是基础油质量的1.0 wt%，将称量好的镁离子交换型层状磷酸镁直接加入到润滑基础油中，超声波震荡15-60 min，然后在H97-A恒温磁力搅拌器中搅拌1-2 h，转速设定在600-800 rpm，温度控制在50-85 ℃，使得镁离子交换型层状磷酸镁在润滑基础油中充分分散，得到含1.0 wt%镁离子交换型层状磷酸镁的润滑油样品；

(2)上述样品分别在四球摩擦磨损试验机上参照标准：GB/T 3142-82进行承载能力试验，参照标准：SH/T 0189-92进行抗磨减摩性能评价，实验结果显示加入镁离子交换型层状磷酸镁材料后，承载能力和抗磨减摩能力明显增强, 与基础油进行对比，P _B值提高27.23 %-54.61 %，磨斑直径(WSD)减小37.04 %-55 %，摩擦系数µ值降低10.10 %-30.38 %；与相同实施方式下制备的含有1.0 wt% MoS₂的润滑油样进行对比，P _B值提高16.39 %-41.14 %，磨斑直径(WSD)减小26.32 %-37.50 %，摩擦系数µ值降低8.22 %-24.05 %。

本发明一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备及应用方法的优点在于：

(1)利用离子液体热法直接制备出镁离子交换型层状磷酸镁材料，原料便宜易得，合成工艺简单，所得产品具有均一性和稳定性特点。离子液体为挥发性极低的绿色优良溶剂，因此该合成方法绿色环保，能量消耗和对环境的污染小。

(2)上述一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备方法所制备的镁离子交换型层状磷酸镁材料具有稳定的分子结构和良好的机械稳定性，作为一种新型的固体润滑添加剂添加到油品中，对不同类型的基础油均有良好的适应性，表现出良好的润滑性能，尤其是在改善油品的承载能力和抗磨减摩能力方面。实验结果显示加入镁离子交换型层状磷酸镁材料后，承载能力和抗磨减摩能力明显增强, 与基础油进行对比，P _B值提高27.23 %-54.61 %，磨斑直径(WSD)减小37.04 %-55 %，摩擦系数µ值降低10.10 %-30.38 %；与相同实施方式下制备的含有1.0 wt% MoS₂的润滑油样进行对比，P _B值提高16.39 %-41.14 %，磨斑直径(WSD)减小26.32 %-37.50 %，摩擦系数µ值降低8.22 %-24.05 %。

具体实施方式

本发明用以下实例说明，但本发明并不局限于下述实例，在不脱离前后所述主旨的范围内，变化实施都包含在本发明技术范围内。

实施方式 1 ：

分别取氯化胆碱3.0 g，草酸5.42 g (摩尔比 = 2.0)，放置到烧杯中，混合均匀，100 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的8.42 g离子液体，0.2 g醋酸镁，0.54 g H₃PO₄加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：醋酸镁 : H₃PO₄ : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 5 : 67，把反应釜放在180 ℃烘箱中，晶化72 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 2 ：

分别取四丙基溴化铵3.0 g，苯甲酸2.75 g (摩尔比 = 0.5)，放置到烧杯中，混合均匀，110 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的5.75 g离子液体，0.14 g氯化镁，0.05 g H₃PO₄加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：氯化镁 : H₃PO₄ : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 1 : 50，把反应釜放在200 ℃烘箱中，晶化36 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 3 ：

分别取四乙基溴化铵3.0 g，丁二酸1.69 g (摩尔比 = 1.0)，放置到烧杯中，混合均匀，120 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的4.69 g离子液体，0.092 g硝酸镁，0.05 g H₃PO₄加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：硝酸镁 : H₃PO₄ : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 2 : 80，把反应釜放在130 ℃烘箱中，晶化72 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 4 ：

分别取四甲基氯化铵3.0 g，丙二酸1.9 g (摩尔比 = 1.5)，放置到烧杯中，混合均匀，110 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的4.9 g离子液体，0.027 g硫酸镁，0.047 g H₃PO₄加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：硫酸镁 : H₃PO₄ : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 3 : 200，把反应釜放在150 ℃烘箱中，晶化48 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 5 ：

分别取四甲基氯化铵3.0 g，己二酸1.33 g (摩尔比 = 3.0)，放置到烧杯中，混合均匀，100 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的4.33 g离子液体，0.094 g硝酸镁，0.1 g H₃PO₄加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：硝酸镁 : H₃PO₄ : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 4 : 100，把反应釜放在180 ℃烘箱中，晶化24 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 6 ：

分别取四丙基溴化铵3.0 g，草酸0.57 g（摩尔比 = 2.5），放置到烧杯中，混合均匀，120 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的3.57 g离子液体，0.028 g醋酸镁，0.037 g H₃PO₄加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：醋酸镁 : H₃PO₄ : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 4 : 120，把反应釜放在220 ℃烘箱中，晶化12 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 7 ：

分别取四乙基溴化铵3.0 g，草酸0.60 g (摩尔比 = 3.0)，放置到烧杯中，混合均匀，100 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的3.6g离子液体，0.058 g醋酸镁，0.072 g (C₄H₉O)₃PO加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：醋酸镁 : (C₄H₉O)₃PO : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 1 : 150，把反应釜放在160 ℃烘箱中，晶化120 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 8 ：

分别取四丙基溴化铵3.0 g，丁二酸0.53 g (摩尔比 = 2.5)，放置到烧杯中，混合均匀，105 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的3.53 g离子液体，0.022 g硝酸镁，0.093 g (C₄H₉O)₃PO加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：硝酸镁 : (C₄H₉O)₃PO : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 4 : 180，把反应釜放在130 ℃烘箱中，晶化240 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 9 ：

分别取氯化胆碱3.0 g，苯甲酸1.31 g (摩尔比 = 2.0)，放置到烧杯中，混合均匀，100 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的4.31 g离子液体，0.043 g硫酸镁，0.14 g (C₄H₉O)₃PO加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：硫酸镁 : (C₄H₉O)₃PO : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 1.5 : 90，把反应釜放在180 ℃烘箱中，晶化72 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型磷酸镁产品。

实施方式 10 ：

分别取四甲基氯化铵3.0 g，丙二酸1.9 g (摩尔比 = 1.5)，放置到烧杯中，混合均匀，110 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的4.9 g离子液体，0.14 g氯化镁，0.91 g (C₄H₉O)₃PO加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：氯化镁 : (C₄H₉O)₃PO : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 5 : 67，把反应釜放在150 ℃烘箱中，晶化180 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 11 ：

分别取氯化胆碱3.0 g，己二酸3.14 g (摩尔比 = 1.0)，放置到烧杯中，混合均匀，120 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的6.14 g离子液体，0.11 g氯化镁，0.092 g H₃PO₄加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：氯化镁 : H₃PO₄ : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 2.5 : 80，把反应釜放在140 ℃烘箱中，晶化144 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 12 ：

分别取四甲基氯化铵3.0 g，草酸6.9 g (摩尔比 = 0.5)，放置到烧杯中，混合均匀，115 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的9.9 g离子液体，0.29 g硝酸镁，1.83 g (C₄H₉O)₃PO加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：硝酸镁 : (C₄H₉O)₃PO : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 6 : 75，把反应釜放在200 ℃烘箱中，晶化36 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 13 ：

分别取四丙基溴化铵3.0 g，草酸1.42 g (摩尔比 = 1.0)，放置到烧杯中，混合均匀，106 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的4.42 g离子液体，0.05 g醋酸镁，0.19 g (C₄H₉O)₃PO加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：醋酸镁 : (C₄H₉O)₃PO : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 3 : 96，把反应釜放在160 ℃烘箱中，晶化96 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 14 ：

分别取四乙基溴化铵3.0 g，苯甲酸0.87 g (摩尔比 = 2.0)，放置到烧杯中，混合均匀，108 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的3.87 g离子液体，0.042 g醋酸镁，0.027 g H₃PO₄加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：醋酸镁 : H₃PO₄ : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 2 : 108，把反应釜放在180 ℃烘箱中，晶化72 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 15 ：

分别取氯化胆碱3.0 g，丙二酸0.89 g (摩尔比 = 2.5)，放置到烧杯中，混合均匀，112 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的3.89 g离子液体，0.062 g硝酸镁，0.26 g (C₄H₉O)₃PO加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：硝酸镁 : (C₄H₉O)₃PO : 离子液体 (摩尔比) = 1 : 4 : 125，把反应釜放在190 ℃烘箱中，晶化72 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 16：

分别取四甲基氯化铵3.0 g，己二酸1.33 g (摩尔比 = 3.0)，放置到烧杯中，混合均匀，118 ℃下加热至无色透明液体，得到所需离子液体，冷却至室温为白色固体。室温下将制备的4.33 g离子液体，0.027 g硫酸镁，0.30 g (C₄H₉O)₃PO加入20 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，最终原料的配比为：硫酸镁 : (C₄H₉O)₃PO: 离子液体 (摩尔比) = 1 : 5 : 160，把反应釜放在220 ℃烘箱中，晶化24 h后，取出反应釜，得到的固体产品用蒸馏水、乙醇洗涤，过滤、干燥后得到镁离子交换型层状磷酸镁产品。

实施方式 17 ：

在合成烃基础油PAO9中直接加入实施方式1中所制备的镁离子交换型磷酸镁材料作为润滑添加剂，添加量是基础油的1.0 wt%，放置于KQ218型超声波振荡器中震荡60 min，然后在H97-A恒温磁力搅拌器中搅拌2 h左右，转速设定在600 rpm，温度控制在50 ℃左右，使得镁离子交换型磷酸镁样品在基础油中充分混合分散，得到含1.0 wt%镁离子交换型磷酸镁的润滑油样，利用四球摩擦磨损试验机评价其润滑性能，承载能力和抗磨减摩能力明显增强, 与基础油进行对比，P _B值提高27.23 %，磨斑直径(WSD)减小37.04 %，摩擦系数µ值降低10.10 %；与相同实施方式下制备的含有1.0 wt% MoS₂的润滑油样进行对比，P _B值提高17.25 %，磨斑直径(WSD)减小29.17 %，摩擦系数µ值降低8.22 %。

实施方式 18 ：

在基础油二甲基硅油中直接加入实施方式6中所制备的镁离子交换型磷酸镁材料作为润滑添加剂，添加量是基础油的1.0 wt%，放置于KQ218型超声波振荡器中震荡15 min，然后在H97-A恒温磁力搅拌器中搅拌1 h左右，转速设定在800 rpm，温度控制在85 ℃左右，使得镁离子交换型磷酸镁样品在基础油中充分混合分散，得到含1.0 wt%镁离子交换型磷酸镁的润滑油样，利用四球摩擦磨损试验机评价其润滑性能，承载能力和抗磨减摩能力明显增强, 与基础油进行对比，P _B值提高54.61 %，磨斑直径(WSD)减小41.18 %，摩擦系数µ值降低30.38 %；与相同实施方式下制备的含有1.0 wt% MoS₂的润滑油样进行对比，P _B值提高41.14 %，磨斑直径(WSD)减小29.41 %，摩擦系数µ值降低24.05 %。

实施方式 19 ：

在基础油邻苯二甲酸二异葵酯中直接加入实施方式1中所制备的镁离子交换型磷酸镁材料作为润滑添加剂，添加量是基础油的1.0 wt%，放置于KQ218型超声波振荡器中震荡30 min，然后在H97-A恒温磁力搅拌器中搅拌1.5 h左右，转速设定在700 rpm，温度控制在65 ℃左右，使得镁离子交换型磷酸镁样品在基础油中充分混合分散，得到含1.0 wt%镁离子交换型磷酸镁的润滑油样，利用四球摩擦磨损试验机评价其润滑性能，承载能力和抗磨减摩能力明显增强, 与基础油进行对比，P _B值提高27.23 %，磨斑直径(WSD)减小42.11 %，摩擦系数µ值降低20 %；与相同实施方式下制备的含有1.0 wt% MoS₂的润滑油样进行对比，P _B值提高17.25 %，磨斑直径(WSD)减小26.32 %，摩擦系数µ值降低12.50 %。

实施方式 20 ：

在基础油PAG聚醚中直接加入实施方式9中所制备的镁离子交换型磷酸镁材料作为润滑添加剂，添加量是基础油的1.0 wt%，放置于KQ218型超声波振荡器中震荡25 min，然后在H97-A恒温磁力搅拌器中搅拌1 h左右，转速设定在750 rpm，温度控制在75 ℃左右，使得镁离子交换型磷酸镁样品在基础油中充分混合分散，得到含1.0 wt%镁离子交换型磷酸镁的润滑油样，利用四球摩擦磨损试验机评价其润滑性能，承载能力和抗磨减摩能力明显增强, 与基础油进行对比，P _B值提高36.47 %，磨斑直径(WSD)减小55 %，摩擦系数µ值降低24.37 %；与相同实施方式下制备的含有1.0 wt% MoS₂的润滑油样进行对比，P _B值提高16.39 %，磨斑直径(WSD)减小37.50 %，摩擦系数µ值降低12.82 %。

Claims (2)

1. 一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备方法，其特征在于是一种离子液体热法直接制备镁离子交换型磷酸镁材料的方法，该方法是一种将镁化合物、含磷化合物和离子液体加入到带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，搅拌均匀后，密封反应釜，将其放入烘箱中，经过晶化，取出反应釜，室温冷却，用蒸馏水、乙醇洗涤样品，过滤，得到镁离子交换型层状磷酸镁材料，具体的制备工艺步骤为：

(1)离子液体的制备：将季铵盐与有机酸按照摩尔比为0.5-3.0的比例在烧杯中混合均匀，100-120 ℃下加热，直至形成透明液体，即得到反应所需要的离子液体，所述制备离子液体的季铵盐分别为四丙基溴化铵、四乙基溴化铵、四甲基氯化铵或氯化胆碱，所述制备离子液体的有机酸为草酸、苯甲酸、丙二酸、丁二酸或己二酸；

(2)将镁化合物、含磷化合物和步骤(1)所制备的离子液体加入到带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，搅拌均匀后，密封反应釜，放置到130-220 ℃的烘箱中反应12-240 h，取出反应釜，在室温下冷却，所述镁化合物为氯化镁、硝酸镁、硫酸镁或乙酸镁，所述含磷化合物为正磷酸(H₃PO₄)或磷酸三丁酯((C₄H₉O)₃PO)，所述反应物的摩尔比为：镁化合物 : 含磷化合物 : 离子液体=1 : (1-6) : (50-200)；

(3)将反应步骤(2)取出的反应釜冷却至室温后，取出晶化产物，用蒸馏水或乙醇进行洗涤、过滤和干燥，即得到镁离子交换型层状磷酸镁产品，其单晶结构解析参数如下：晶体为单斜晶系，空间群为P 2_1/c，晶胞参数为a = 10.9444 (12) Å，b = 8.0653 (8) Å，c = 9.2682 (10) Å，α = 90.000 °，β = 90.123 (1) °，γ = 90.000 °，Z = 4，V = 818.1 (2) ų，R = 0.056；

Mg₄P₄H₁₄O₂₁结构中P和Mg原子分别以PO₄四面体和MgO八面体存在，以P-Mg-P方式形成“三明治”形状构成层板，层板平行于b-轴方向，层间的水分子与MgO八面体上质子化的氧原子形成丰富的氢键，OH∙∙∙O键长为0.4480-1.4560 Å。

2.权利要求1所述一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备方法所制备的镁离子交换型层状磷酸镁材料的应用方法，其特征在于是一种将镁离子交换型层状磷酸镁材料作为固体润滑添加剂直接应用到润滑油中；所述润滑基础油选自烃类基础油、酯类基础油、聚醚类基础油和硅油类基础油中的一种或几种，所述烃类基础油是指石蜡基矿物油、环烷基矿物油、中间基矿物油、合成烃或植物油，所述酯类基础油是指双酯油、多元醇酯油、复酯油或偏苯三酸酯油，所述聚醚类基础油是指环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷的聚醚，所述硅油类基础油是指甲基硅油、乙基硅油、甲苯基硅油或二苯基硅油，具体步骤如下：

(1)在润滑基础油中镁离子交换型层状磷酸镁的添加量是可调的，一般情况镁离子交换型层状磷酸镁的添加量是基础油质量的1.0 wt%，将称量好的镁离子交换型层状磷酸镁直接加入到润滑基础油中，超声波震荡15-60 min，然后在H97-A恒温磁力搅拌器中搅拌1-2 h，转速设定在600-800 rpm，温度控制在50-85 ℃，使得镁离子交换型层状磷酸镁在润滑基础油中充分分散，得到含1.0 wt%镁离子交换型层状磷酸镁的润滑油样品；

(2)上述样品分别在四球摩擦磨损试验机上参照标准：GB/T 3142-82进行承载能力试验，参照标准：SH/T 0189-92进行抗磨减摩性能评价，实验结果显示加入镁离子交换型层状磷酸镁材料后，承载能力和抗磨减摩能力明显增强, 与基础油进行对比，P _B值提高27.23 %-54.61 %，磨斑直径(WSD)减小37.04 %-55 %，摩擦系数µ值降低10.10 %-30.38 %；与相同实施方式下制备的含有1.0 wt% MoS₂的润滑油样进行对比，P _B值提高16.39 %-41.14 %，磨斑直径(WSD)减小26.32 %-37.50 %，摩擦系数µ值降低8.22 %-24.05 %。