CN105542909A

CN105542909A - 一种含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂

Info

Publication number: CN105542909A
Application number: CN201510915803.4A
Authority: CN
Inventors: 王晓波; 朱丽丽
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2016-05-04

Abstract

本发明公开了一种含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂，该高温润滑剂通过以下方法制备得到：在不断搅拌的情况下，将双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）加入到动物脂肪中，40-80^oC加热搅拌直到溶解即得含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂。本发明所述高温润滑剂不但具有较高的化学稳定性和热稳定性，并且与普通离子液体相比，不需要烷基化、离子交换、分离、纯化等制备步骤，因此成本大幅度降低。

Description

一种含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂

技术领域

本发明涉及一种含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂，该润滑剂作为钢/钢摩擦副的润滑剂在高温下具有优异的减摩抗磨作用。

背景技术

近年来，随着我国经济的不断发展,工业化水平不断提高，现代机械设备向小型化、高负荷、高温、高速、重载方向发展，越来越多的机械设备处于高温润滑环境。这促使了一些高温润滑油和润滑脂的开发与应用，如聚α-烯烃（PAO）、聚醚（PAG）、全氟聚醚（PFPE）、聚苯醚、多元醇酯、复合锂基脂和聚脲润滑脂等。然而这些合成润滑剂自身都具有很多缺陷。例如，由于全氟聚醚具有极大的惰性使得传统的添加剂很难在其中溶解；另外，含有铝的钛合金能够催化全氟聚醚使其在高于136^oC下发生分解，这种缺陷限制了全氟聚醚作为高温润滑剂的应用。聚苯醚价格昂贵，凝点高，黏温性能差。多元醇酯的最高使用温度有待突破240^oC。我国高滴点、高质量润滑脂的品种和数量与发达国家存在较大的差距。因此，开发研制新型的高温润滑剂，对满足某些设备的高温润滑要求具有重要意义。

之前的研究表明离子液体（ILs）可以作为新一代的合成润滑剂，并且研究表明ILs的摩擦学性能要优于传统的润滑剂，如合成烃类化合物、合成酯以及合成氟醚等。但是，离子液体高昂的生产成本和冗长的合成步骤是限制其工业化的主要原因。另外，比较差的溶解性也大大限制其作为大多数润滑油添加剂的应用。最近几年，凡明锦等报道了一种新的方法用于在合成酯和多元醇酯中原位制备离子液体添加剂。这种方法显著简化了离子液体的制备过程并降低了离子液体的生产成本。吴新虎等报道了在多元醇酯中原位制备离子液体，并研究它们作为高温润滑油。结果表明，原位生成的离子液体做为高温润滑油时在300^oC具有优异的摩擦学性能。

基于以上研究发现，我们尝试在动物脂肪中原位生成离子液体，并考察其作为高温润滑剂时的摩擦学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂。

一种含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂，其特征在于该高温润滑剂通过以下方法制备得到：

在不断搅拌的情况下，将双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）加入到动物脂肪中，40-80^oC加热搅拌直到溶解即得含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂。

所述双三氟甲磺酰亚胺锂的质量为动物脂肪总质量的5-40%。

所述动物脂肪中甘油三酸酯（TAGs）与LiTFSI的摩尔比为1:0.25-1:n，其中n代表动物脂肪中羰基的摩尔量。

所述动物脂肪为猪脂肪（PL）、鸡脂肪（CF）、牛脂肪（BF）或羊脂肪（MF）。

上述高温润滑剂在高温250^oC对钢/钢摩擦副具有优异的减摩抗磨应用。

所述动物脂肪中甘油三酸酯是较强的路易斯碱，可以与弱酸性的金属离子Li⁺复配形成弱酸性阳离子[Li(TAGs)]⁺，[Li(TAGs)]⁺又可以进一步与弱碱性的TFSI^-配合形成离子液体[Li(TAGs)]TFSI。本发明就是利用此原理，将双三氟甲磺酰亚胺锂加入到动物脂肪中，加热搅拌至溶解后便形成了含有离子液体的润滑剂。该润滑剂不但具有较高的化学稳定性和热稳定性，并且与普通离子液体相比，不需要烷基化、离子交换、分离、纯化等制备步骤，因此成本大幅度降低。

该润滑剂为浅黄色半透明液体，我们首先采用核磁谱图对其结构变化进行了分析，证实离子液体[Li(TAGs)]TFSI的生成。其次，我们对其物理性能进行研究，结果表明：无论是在40^oC还是100^oC的条件下，随着离子液体的原位生成，润滑剂的运动粘度均有很大程度的增加；另外加入的LiTFSI对油品的腐蚀性能没有影响（表1）。此外，我们通过高压差示扫描量热分析技术（PDSC）对其起始氧化温度进行了测试，结果表明：与PL相比，生成原位离子液体后的润滑剂其起始氧化温度也有明显提高（图2）。

表1

附图说明

图1为实施例1生成的离子液体的结构表征：氢谱和碳谱。

图2为PL和LiTFSI添加量分别为5%，10%，15%（LiTFSI占PL的质量分数）时组成的复合体系PL-LiTFSI的PDSC曲线。

图3为质量分数分别为0%，5%，10%，15%（LiTFSI占PL的质量分数）的LiTFSI加入到PL中，在SRV-IV微振动摩擦磨损试验机上在250℃，频率25Hz，振幅1mm，载荷100N的工况下长磨30min时的摩擦系数随时间变化的关系曲线。

图4为质量分数为10%（LiTFSI占PL的质量分数）的LiTFSI加入到PL中，及PFPE在SRV-IV微振动摩擦磨损试验机上于250℃，频率25Hz，载荷100N，振幅1mm的工况下长磨30min时摩擦系数随时间变化的关系曲线。

图5为质量分数分别为0%，5%，10%，15%（LiTFSI占PL的质量分数）的LiTFSI加入到PL中，在SRV-IV微振动摩擦磨损试验机上在250℃，频率25Hz，振幅1mm，载荷100N的工况下长磨30min后磨斑的磨损体积。

图6为质量分数为10%（LiTFSI占PL的质量分数）的LiTFSI加入到PL中，及PFPE在SRV-IV微振动摩擦磨损试验机上于200-350℃，频率25Hz，载荷100N，振幅1mm的工况下摩擦系数随温度变化的关系曲线。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，通过以下实施例进行说明：

实施例1

将质量分数分别为5%，10%，15%的LiTFSI加入到PL中，50^oC加热搅拌至油品澄清，得到含有不同质量分数的[Li(TGAs)]TFSI的离子液体润滑剂。

实施例2

将质量分数分别为5%，10%，15%（LiTFSI占PL的质量分数）的LiTFSI加入到PL中，80^oC加热搅拌至油品澄清，得到含有不同质量分数分别为的离子液体润滑剂。

结构分析

通过INOVA-400M核磁共振光谱仪测定PL以及加入不同质量分数的LiTFSI后的¹H-NMR及¹³C-NMR谱。结果表明与羰基碳相连的亚甲基（-CH₂-）的质子化学位移均向低磁场移动，另外羰基碳中的C原子的化学位移也明显移向低磁场，这些结果表明LiTFSI中的Li⁺与羰基碳中O原子上的孤对电子形成了配位键，导致羰基C原子更缺电子，因而使得与其相邻的H质子和C原子本身的化学位移向低磁场移动。核磁氢谱和碳谱化学位移的变化证实了润滑剂中原位离子液体的生成。

物理性能评价

如表1所示，随着离子液体的原位生成，润滑剂的运动粘度均有很大程度的增加；另外加入的LiTFSI油品没有腐蚀影响。

氧化稳定性评价

氧化稳定性是通过NETZSCHDSC204HP测定样品的起始氧化温度。将实施例1制备的含有离子液体的润滑剂5mg放入样品池中，测试温度从20-500^oC，温度增加速率是10^oC/min，氧气流量40ml/min高纯氮的气体压力是3.5MPa，结果如图2所示。加入LiTFSI后的PL的起始氧化温度（IOT）均明显提高。表明该原位生成的离子液体润滑剂具有非常优异的氧化稳定性能。

实施例1制备的含有离子液体的润滑剂的摩擦学性能评价：

1.采用德国Optimol油脂公司生产的SRV-IV微动摩擦磨损试验机测试质量分数分别为0%，5%，10%，15%（LiTFSI占PL的质量分数）的LiTFSI加入到PL中生成的离子液体润滑剂，在250℃，频率25Hz，振幅1mm，载荷100N的工况下长磨30min时的摩擦系数随时间的变化，试验所用钢球为F=10mm的GCr15轴承钢，下试样为F24×7.9mm的GCr15钢块，结果见图3。由图可以看出，在250℃高温下，这种润滑剂作为润滑钢-钢摩擦副，摩擦系数大幅度降低，减摩效果极为明显，其减摩抗磨效果优于PFPE（图4）。

2.采用MicroXAM3D非接触的表面测试仪测试质量分数分别为0%，5%，10%，15%（LiTFSI占PL的质量分数）的LiTFSI加入到PL中生成的离子液体润滑剂在250℃，频率25Hz，振幅1mm，载荷100N的工况下长磨30min后磨斑的磨损体积，结果见图5。由图可看出原位生成的离子液体润滑剂的磨损体积均明显减小，表明它们在高温下具有很好的抗磨性能。

3.采用德国Optimol油脂公司生产的SRV-IV微动摩擦磨损试验机测试PL及质量分数为10%（LiTFSI占PL的质量分数）的LiTFSI加入到PL中原位生成离子液体润滑剂，在200-350℃，频率25Hz，振幅1mm，载荷100N的工况下摩擦系数随温度的变化，试验所用钢球为F=10mm的GCr15轴承钢，下试样为F24×7.9mm的GCr15钢块，结果见图6。由图可以看出，当温度从200^oC增加至350^oC时，原位生成的离子液体的摩擦系数均有降低，表明最佳浓度的离子液体润滑剂能承受的最高温度约为350^oC。

Claims

1.一种含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂，其特征在于该高温润滑剂通过以下方法制备得到：

在不断搅拌的情况下，将双三氟甲磺酰亚胺锂加入到动物脂肪中，40-80^oC加热搅拌直到溶解即得含有离子液体的动物脂肪高温润滑剂。

2.如权利要求1所述的高温润滑剂，其特征在于所述双三氟甲磺酰亚胺锂的质量为动物脂肪总质量的5-40%。

3.如权利要求1所述的高温润滑剂，其特征在于所述动物脂肪中甘油三酸酯与LiTFSI的摩尔比为1:0.25-1:n，其中n代表动物脂肪中羰基的摩尔量。

4.如权利要求1、2或3所述的高温润滑剂，其特征在于所述动物脂肪为猪脂肪、鸡脂肪、牛脂肪或羊脂肪。