CN105273798A - 一种离子液体合成润滑油组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子液体合成润滑油组合物，属于润滑油领域。该润滑油组合物由两种离子液体组合而成，在150℃条件下的极压达到1900N，摩擦系数在0.05-0.15之间。本发明作为钢/钢摩擦副的润滑剂，组合物具有高的热稳定性，良好的润滑性能，可用于内燃机润滑油，冷冻机油，汽车行业，航空等行业。

Description

一种离子液体合成润滑油组合物
技术领域
本发明涉及一种离子液体合成润滑油组合物，属于润滑油领域。
背景技术
随着科学技术的发展以及节能和环保要求的提高，新技术对润滑剂的性质和性能也提出了更高的要求。高热稳定性、优良低温流动性、低蒸汽压、良好润滑抗磨损性能的润滑剂在信息、航空、航天领域具有重要的应用前景。石油基润滑剂通常难以满足低倾点（－50℃以下），高粘度指数（120以上）、高热氧化稳定性、低挥发性等性能要求。为了满足高低温、低挥发、优良润滑性能、良好热稳定性的要求，人们不断探索发展新的润滑剂，如多烷基化的环戊烷、全氟聚醚、氟代醚三嗪、磷腈润滑剂等。但人们目前所掌握的润滑剂很难在卫星、飞船等空间飞行器的无特殊密封防护装置的运动部件中获得应用，原因在于挥发性的润滑剂会挥发影响有关仪器的正常工作。我国卫星和飞船的相关轴承、齿轮、铰链、滑轮等均采用固体润滑技术。然而固体润滑与油润滑相比，存在抗磨损寿命短、可靠性低等缺陷，难以满足空天多次往返、宇宙探测等长寿命的要求。美国一般采用分子密封装置将润滑剂密封用于解决空间润滑问题，但复杂的分子密封装置增加了成本、降低了飞行器的有效载荷。在近期美国LockheedMissiles&SpaceCompany的报告中提到可用高性能Castrol公司Braycote润滑油脂对空间站太阳阵展开机构进行润滑，但关于该润滑脂的组成目前仍然是一个谜。研制可在极端条件下使用的高性能润滑剂成为当务之急。因此，合成润滑剂成为高技术发展的必然要求。
室温离子液体（RTILs）是指主要由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的熔盐。离子液体所具有的极低挥发性、高热稳定性和粘温性等特点与理想润滑剂所期望的性能极为吻合，使其成为无论在室温或高温、高低负荷下都具有优良的减摩和抗磨性能，为发展高性能极端条件下使用的润滑剂开辟了新途径。近年来，人们围绕各种离子液体润滑剂开展了大量的研究工作，合成了一系列具有良好润滑性能的离子液体润滑剂。遗憾的是，在高温条件下具有抗腐蚀、高极压性能的离子液体润滑剂开发还非常少。2001年，我们在国际上首次发现离子液体是一类性能优异的多用途润滑剂，并对离子液体润滑材料进行了深入而系统的研究，并引起了相当多国内外科研人员的广泛重视（C.F.Ye，W.M.Liu，Y.X.Chen，L.G.Yu，Chem.Commun.，21，2001，2244）。离子液体作为润滑剂的研究，主要有三种方式：离子液体作为基础油的应用，作为添加剂和离子液体润滑薄膜的应用。与传统的润滑剂和添加剂相比，离子液体具有更好的减磨抗磨能力。
文献及专利调研表明多烷基磷酸酯离子液体与己基丁基咪唑四氟硼酸盐离子液体混合物润滑剂还没有报到。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在高温条件下具有高极压性能的一种离子液体合成润滑油组合物。
一种离子液体合成润滑油组合物，其特征在于该润滑油组合物由A和B两种离子液体组合而成，通过下列步骤来制备：
a)将磷酸三（氯代烷基）酯、三烷基膦作为反应物，以乙醇作为反应溶剂，常压下进行回流反应，反应结束后蒸馏除去乙醇，使用无水乙醚洗涤除去未反应的三烷基膦，干燥，得白色固体；进一步将获得的白色固体转移到无水乙醇中，加入无机盐，于室温下搅拌，过滤，蒸馏除去乙醇，干燥，得白色固体离子液体A；所述的离子液体A的结构为分子式（I），其中分子式中的R1为2个或者3个碳的烷基，R2为4个或者8个碳的烷基；X-为BF4 -、PF6 -和(CF3CF2SO2)2N-中的一种；
分子式（I）
b)称取10-80%质量的A和20-90%质量的B（1-己基-3-甲基咪唑氟硼酸盐）在不高于100℃条件下混合，得无色或淡黄色的粘稠离子液体合成润滑油组合物。
本发明的离子液体合成润滑油组合物密度为1.1-1.3g/cm3。
本发明所述的a)步骤中，所述的磷酸三（氯代烷基）酯中的烷基为2个或者3个碳的烷基。
本发明所述的a)步骤中，所述的三烷基膦中的烷基为4个或者8个碳的烷基。
本发明所述的a)步骤中，所述的无机盐为NaBF4，KPF6和Li(CF3CF2SO2)2N中的一种。
本发明所述的a)步骤中，所述的三烷基膦、磷酸三（氯代烷基）酯和无机盐的摩尔比为1:3.4:3.6。
本发明所述的b)步骤中,其中B按照文献（C.F.Ye，W.M.Liu，Y.X.Chen，L.G.Yu，Chem.Commun.，21，2001，2244）方法合成。
本发明的离子液体合成润滑油组合物采用的试验方法如下：
采用Optimol-SRV-IV型摩擦磨损试验机评价离子液体合成润滑油组合物在不同载荷和温度条件下的摩擦学性能。Optimol-SRV-IV型摩擦磨损试验机的摩擦副接触形式为球-盘点接触，选用频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度为150℃，载荷为100N-1900N，实验上试球为直径10mmGcr15（SAE52100）钢球，下试盘为钢盘。
本发明的离子液体合成润滑油组合物在150℃条件下的极压可以达到1900N，摩擦系数在0.05-0.15之间。
本发明作为钢/钢摩擦副的润滑剂，组合物具有高的热稳定性，良好的润滑性能，可用于内燃机润滑油，冷冻机油，汽车行业，航空等行业。
实施例
以下通过实施例对本发明做进一步说明。但应理解，这些实施例仅用来举例说明本发明方法的实施和效果，并不以任何形式限制本发明的范围。
实施例1
称取0.5摩尔（142克）磷酸三（2-氯乙基）酯，1.7摩尔（350克三丁基膦），加入2000毫升乙醇，然后于搅拌下80℃回流48小时。反应结束后蒸馏除去乙醇，使用无水乙醚洗涤除去未反应的三丁基膦，干燥，得白色固体。进一步将获得的白色固体转移到3000毫升无水乙醇中，加入1.8摩尔（198克）NaBF4，于室温下搅拌三天，过滤，蒸馏除去乙醇，干燥，得白色固体，命名为A1。取100克1P与203克1-己基-3-甲基咪唑氟硼酸盐（HMImBF4，B）混合，在80℃加热搅拌，得粘稠的离子液体润滑油C1。
实施例2
同实施例1，但是以KPF6代替NaBF4，以水代替乙醇，得到白色固体，命名为A2。取100克A2与203克B混合，在80℃加热搅拌，得粘稠的离子液体润滑油C2。
实施例3
同实施例1，但是以磷酸三（1,3-二氯异丙基）值代替磷酸三（2-氯乙基）酯，得到白色固体，命名为A3。取100克A3与203克B混合，在80℃加热搅拌，得粘稠的离子液体润滑油C3。
实施例4
同实施例3，但是以LiNTf2代替NaBF4，得到无色液体，命名为A4。取100克A4与203克B混合，在80℃加热搅拌，得粘稠的离子液体润滑油C4。
实施例6
同实施例3，但是以三辛基膦代替三丁基膦，得到无色粘稠液体，命名为A5。取100克A5与203克B混合，在80℃加热搅拌，得粘稠的离子液体润滑油C5。
使用上述摩擦学性能测试方法，对所获得的C1，C2，C3，C4和C5润滑脂在150℃条件下的摩擦学性能进行测试。所获得的数据见表1和表2。为便于比较，单独使用离子液体HMImBF4的摩擦学数据同时给出。
表1、使用不同润滑剂的平均磨损半径（毫米）
表2、使用不同润滑剂的平均磨损体积（立方毫米）
实施例7
取100克A2与42.9克B混合，在80℃加热搅拌，得离子液体润滑油C6。
实施例8
取100克A2与100克B混合，在80℃加热搅拌，得离子液体润滑油C7。
实施例9
取100克A2与19.3克B混合，在80℃加热搅拌，得离子液体润滑油C8。
实施例10
取100克A3与19.3克B混合，在80℃加热搅拌，得离子液体润滑油C9。
实施例11
取100克A4与33.3克B混合，在80℃加热搅拌，得离子液体润滑油C10。
使用上述摩擦学性能测试方法，对所获得的C6，C7，C8，C9和C10润滑脂在150℃条件下的极压学性能进行测试。所获得的数据见表3。为便于比较，单独使用离子液体B的极压数据同时给出。
表3、不同润滑油脂的极压数据
。

Claims (5)

1.一种离子液体合成润滑油组合物，其特征在于该润滑油组合物由A和B两种离子液体组合而成，通过下列步骤来制备：
a)将磷酸三（氯代烷基）酯、三烷基膦作为反应物，以乙醇作为反应溶剂，常压下进行回流反应，反应结束后蒸馏除去乙醇，使用无水乙醚洗涤除去未反应的三烷基膦，干燥，得白色固体；进一步将获得的白色固体转移到无水乙醇中，加入无机盐，于室温下搅拌，过滤，蒸馏除去乙醇，干燥，得白色固体离子液体A；所述的离子液体A的结构为分子式（I），其中分子式中的R1为2个或者3个碳的烷基，R2为4个或者8个碳的烷基；X-为BF4 -、PF6 -和(CF3CF2SO2)2N-中的一种；
分子式（I）
b)称取10-80%质量的A和20-90%质量的B（1-己基-3-甲基咪唑氟硼酸盐）在不高于100℃条件下混合，得无色或淡黄色的粘稠离子液体合成润滑油组合物。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于a)步骤中，磷酸三（氯代烷基）酯中的烷基为2个或者3个碳的烷基。
3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于a)步骤中，三烷基膦中的烷基为4个或者8个碳的烷基。
4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于a)步骤中，无机盐为NaBF4，KPF6和Li(CF3CF2SO2)2N中的一种。
5.如权利要求1所述的组合物，其特征在于a)步骤中，三烷基膦、磷酸三（氯代烷基）酯和无机盐的摩尔比为1:3.4:3.6。
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