CN106256886A - 离子性液体及包含其的润滑剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有优异的耐磨耗性能及降低摩擦性能的离子性液体及包含其的润滑剂组合物。本发明的离子性液体因包含a)含有四烃基铵及四烃基磷中的任一种的特定阳离子及b)含有磺酸酯及磷酸酯中的任一种的特定阴离子，从而具有优异的耐磨耗性能及降低摩擦性能。

Description

离子性液体及包含其的润滑剂组合物
技术领域
本发明涉及一种离子性液体及包含其的润滑剂组合物。具体地，涉及一种具有耐磨耗功能及降低摩擦功能的、选择的的离子性液体及包含其的润滑剂组合物。
背景技术
为了降低摩擦剂磨耗及提高燃油效率，润滑剂可应用在汽车引擎、变速器、轴承、齿轮、工业用齿轮及其它机器中。这种润滑剂通常包含分散剂、清洗剂、耐磨剂、抗氧化剂及防蚀剂等，可以包含不限于这些的多种成分。
这种润滑剂或润滑油通过降低移动的物体之间的摩擦并提高效率来起到改善物体的移动的作用，同时还起到减少所需能量的作用。
此外，已知离子性液体通过在固体表面形成优异的流体膜，从而与现有的润滑剂相比，显示出优异的润滑特性。这是因为离子性液体是由阳离子-阴离子组合形成的液体，同时还具有高的热/化学稳定性、难燃性、低的蒸汽压以及可合成为多种结构的特性所引起的。
这样的离子性液体均衡地具有高的热稳定性、非可燃性、非挥发性、对有机及无机物质的高的溶剂能力、高极性、低温流动性等润滑剂应具有的性质，尤其是与现有的合成润滑油相比，具有优异的润滑能力，从而具有作为高性能润滑剂或润滑添加剂的无穷的潜力。
因此，最近需要开发出具有优异的防止磨耗功能、降低摩擦功能的离子性液体及利用其的润滑剂组合物。
发明内容
要解决的技术问题
本发明着眼于上述的离子性液体及利用其的润滑剂的开发要求而提出的，具体目的在于，通过包含a)含有四烃基铵(tetra alkyl ammonium)及四烃基磷(tetra alkylphosphonium)中的任一种的特定阳离子及b)含有磺酸酯(sulfonate)及磷酸酯(phosphate)中的任一种的特定阴离子，从而提供一种具有防止磨耗功能及降低摩擦功能的、选择的离子性液体及包含其的润滑剂组合物。
但是，本发明想要解决的技术问题并不限于上述提及的问题，本领域技术人员通过以下的记载，应该能够明确地理解未提及的其它技术问题。
技术方案
本发明的一个实施方式具体通过包含a)含有四烃基铵及四烃基磷中的任一种的特定阳离子及b)含有磺酸酯及磷酸酯中的任一种的特定阴离子，从而提供一种具有防止磨耗功能及降低摩擦功能的、选择的离子性液体及包含其的润滑剂组合物。
有益效果
本发明的离子性液体因包含特定的阳离子和特定的阴离子，其自身可以用作耐磨耗性、降低摩擦性能优异的润滑剂，润滑剂与基础油的溶解度优异，从而作为润滑剂组合物的添加剂也具有优异的效果。
此外，包含本发明的离子性液体的润滑剂组合物与现有的润滑剂相比，用于保护引擎的防止轴承磨耗的性能得到了显著的提高，不仅使引擎的洁净性得到提高，而且因提高了摩擦性能，从而还具有燃油效率得到提高的优异效果。
优选实施方式
参照附图及以下记载的实施例，会使本发明的优点和特征，以及实现它们的方法变得明确。但是，本发明并不仅限于下述公开的实施例，可以为相互不同的多种形态，但是，本发明的实施例是为了使本发明充分公开，使本领域技术人员能够完全了解本发明的范围而提供的，本发明仅被权利要求的范围所定义。
下面，对本发明的离子性液体及包含其的润滑剂组合物进行如下的详细说明。
离子性液体
本发明的离子性液体的技术特征为，包含a)含有四烃基铵及四烃基磷中的任一种的特定阳离子及b)含有磺酸酯及磷酸酯中的任一种的特定阴离子。
首先，本发明的离子性液体中所包含的阳离子可以包含一个以上的含有四烃基铵及四烃基磷中的任意一种的特定阳离子。
优选地，本发明的阳离子可以具有下述化学式1的结构；
[化学式1]
在化学式1中，A表示氮(N)或磷(P)元素；n具有1≤n≤20的范围。此外，R1、R2、R3及R4各自独立地选自氢、(C1-C20)烷基、(C6-C30)芳基、(C1-C20)烷氧基、(C3-C20)环烷基、(C2-C7)烯基、(C1-C10)烷氧基羰基(C1-C20)烷基、羰基(C1-C20)烷基、(C3-C20)杂环烷基、(C4-C20)的杂芳基；或者R1、R2、R3及R4不同时为氢，所述R1、R2、R3及R4的烷基、芳基、烷氧基、环烷基、烯基、烷氧基羰基烷基、羰基烷基、杂环烷基、杂芳基可以为进一步被选自(C1-C20)烷基、卤素、硝基、氰基、羟基、氨基、(C6-C20)芳基、(C2-C7)烯基、(C3-C20)环烷基、(C3-C20)杂环烷基或(C4-C20)杂芳基中的一种以上取代的。
此外，更优选地，本发明的阳离子可以具有下述化学式4及化学式5中的任一种结构。
[化学式4]
[化学式5]
化学式4的特定阳离子包含四烃基磷，化学式5的特定阳离子包含四烃基铵。
本发明的具有化学式4及化合物5的结构的特定阳离子被设计成具有特定的链长度及结构，尤其是能够与本发明的特定阴离子组合成优异的相性。由此，本发明的离子性液体具有亲水性/疏水性、溶解度、极性、粘度即密度等物理化学特性符合润滑剂用途的优异效果。
此外，本发明的离子性液体因含有前述的特定阳离子和特定阴离子，从而尤其是具有与用于润滑剂组合物的基础油的混合性优异的效果。
其次，本发明的离子性液体中所包含的阴离子可以包含一个以上的含有磺酸酯及磷酸酯中的任意一种的特定阴离子。
优选地，本发明的阴离子可以具有下述化学式2的结构；
[化学式2]
在化学式2中，R1及R2各自独立地选自氢、(C1-C20)烷基、(C6-C30)芳基、(C1-C20)烷氧基、(C3-C20)环烷基、(C2-C7)烯基、(C1-C10)烷氧基羰基(C1-C20)烷基、羰基(C1-C20)烷基、(C3-C20)杂环烷基、(C4-C20)的杂芳基；或者R1、R2、R3及R4不同时为氢，所述R1及R2的烷基、芳基、烷氧基、环烷基、烯基、烷氧基羰基烷基、羰基烷基、杂环烷基、杂芳基可以进一步被选自(C1-C20)烷基、卤素、硝基、氰基、羟基、氨基、(C6-C20)芳基、(C2-C7)烯基、(C3-C20)环烷基、(C3-C20)杂环烷基或(C4-C20)杂芳基中的一种以上取代。
此外，优选地，本发明的阴离子可以具有下述化学式3的结构；
[化学式3]
在化学式3中，R1及R2各自独立地选自氢、(C1-C20)烷基、(C6-C30)芳基、(C1-C20)烷氧基、(C3-C20)环烷基、(C2-C7)烯基、(C1-C10)烷氧基羰基(C1-C20)烷基、羰基(C1-C20)烷基、(C3-C20)杂环烷基、(C4-C20)的杂芳基；或者R1、R2、R3及R4不同时为氢，所述R1及R2的烷基、芳基、烷氧基、环烷基、烯基、烷氧基羰基烷基、羰基烷基、杂环烷基、杂芳基可以进一步被选自(C1-C20)烷基、卤素、硝基、氰基、羟基、氨基、(C6-C20)芳基、(C2-C7)烯基、(C3-C20)环烷基、(C3-C20)杂环烷基或(C4-C20)杂芳基中的一种以上取代。
此外，更有选地，本发明的阴离子可以具有下述化学式6的结构；
[化学式6]
此外，本发明的阴离子可以具有下述化学式7的结构；
[化学式7]
本发明的具有化学式6及化合物7的结构的特定阴离子被设计成具有特定的链长度及结构，尤其是能够与前述的本发明的特定阳离子组合成优异的相性。由此，本发明的离子性液体具有亲水性/疏水性、溶解度、极性、粘度即密度等物理化学特性符合润滑剂用途的优异效果。
此外，本发明的离子性液体因含有前述的特定阴离子和特定阳离子，从而尤其是具有与用于润滑剂组合物的基础油的混合性优异的效果。
润滑剂组合物
下面，本发明的润滑剂组合物的组成为，包含基础油、前述的离子性液体及一个以上的添加剂。
本发明的润滑剂组合物所使用的基础油可以使用选自合成油、矿物油或天然油中的一种以上，其种类不受限定。
所述合成油可以选自由脂族或芳香族二羧酸、三羧酸或四羧酸与C7～C22的一种以上的醇构成的酯类化合物；聚苯醚或烷基二苯醚或烷基三苯醚；由三甲醇丙烷、季戊四醇或二季戊四醇与C7～C22的脂族羧酸构成的酯类化合物；由C7～C22的醇与C18的二聚物酸构成的酯类化合物；复合酯(complex ester)；或它们的混合物。此外，所述合成油可以选自聚-α-烯烃、烷基萘、烷基苯、聚乙二醇、硅油或全氟化聚醚。
所述矿物油可以选自链烷烃类、环烷烃类或芳香族氢化裂解油即气体-液化(GTL，gas to liquid)油。气体液化(GTL)是指将气体制成液体的方法或由天然气生产燃料的方法。天然气通过水蒸气重整(steam reforming)而成为合成气体，合成气体通过使用催化剂的费托合成法来转变成燃料。燃料的种类根据所述催化剂及反应条件而有所不同，例如，生成汽油、煤油或轻质油(柴油)。煤炭可以通过与被称为煤炭-液化(CTL，coal to liquid)方法相同的方式作为原材料使用，生物能源(biomass)也可以通过生物质-液化(BTL，biomassto liquid)方法作为原材料使用。
所述天然油可以使用通过已知的氢化反应等方法进行改良的、源自动植物的三酸甘油脂。尤其优选的三酸甘油脂是为了高的油酸含量而经遗传变形的三酸甘油脂。具有高的脂肪含量，并可以用于上述遗传性变形的典型的植物性油可以为红花(safflower)油、玉米油、芥花油、葵花油、大豆油、亚麻籽油、花生油、雷斯克勒(lesquerella)油、白池花(meadowfoam)油及椰油等。
从生物降解及减少和防止温室气体的释放方面来说，使用基于可再生的原材料的基础油尤为有利，这是由于其与使用天然油的情况相比更好或至少能够获得同等水平的效果，同时能够减少相应量的石油的使用。
其次，本发明的润滑剂组合物混合于所述基础油中，并包含一定量的上述的特定离子性液体。
在此，所述离子性液体混合或溶解到所述基础油，不仅是指所述有机金属化合物完全混合到所述基础油中，或者完全溶解到所述基础油中，还可以表示以适合作为润滑剂用途使用的有效量进行混合或溶解。
本发明的润滑剂组合物不受特别的限定，但优选可以包含0.05～20重量％的所述离子性液体，在一个具体例中，可以包含0.1～5重量％的所述离子性液体，此外，可以包含0.5～5重量％的离子性液体。
如上所述，本发明的包含特定阳离子和阴离子而构成的离子性液体因具有这样的特定组合，从而具有与用于润滑剂组合物的基础油的混合性优异的效果。
此外，包含本发明的离子性液体的润滑剂组合物与现有的润滑剂组合物相比，具有卓越的耐磨耗性能的同时，还具有卓越的降低摩擦性能。
此外，本发明的润滑剂组合物可以进一步包含抗氧化剂、金属清洗剂、防蚀剂、泡沫抑制剂、降凝剂、粘度调节剂、分散剂及耐磨剂中的任意一种作为添加剂。
作为能够与本发明的添加剂组合使用的抗氧化剂的实例，可以包括烷基化二苯基胺、N-烷基化苯二胺、受阻酚、烷基化对苯二酚、羟基化硫代二苯醚、次烷基双酚(alkylidene bisphenol)、油溶性铜化合物等，作为金属清洗剂的实例，可以包括金属性酚盐、金属性磺酸盐、金属性水杨酸盐等，作为能够与本发明的添加剂组合使用的抗防蚀剂可以包括含有苯并三唑(BTA，Benzotriazole)的化合物，作为泡沫抑制剂的实例，可以为聚氧化烯多元醇等，作为降凝剂的实例，可以为聚(甲基丙烯酸甲酯)等，作为粘度调节剂的实例，可以为聚异丁烯或聚甲基丙烯酸酯等，作为分散剂的实例，可以包括聚异丁烯琥珀酰亚胺、聚异丁烯琥珀酸酯、曼尼希碱(Mannich Base)无灰分散剂等，此外，作为能够与本发明的添加剂组合使用的耐磨耗性添加剂的实例，可以包括有机硼酸盐、有机亚磷酸盐、有机含硫化合物、二烷基二硫代磷酸锌、二芳基二硫代磷酸锌、磷硫化烃等。
这些添加剂给润滑剂组合物提供附加的功能，因此以有效的量混合到基础油中。
这样的添加剂的代表性的有效量如下述表1所示。
表1
上述表1中示出的是一般用于润滑剂组合物中的添加剂的代表性有效量。表1中记载的添加剂的量表示一般使用的有效量和添加剂的种类，因此本发明的范围并不能被这些所限定。本发明的润滑剂组合物显然可以包含其它添加剂。
本发明的基于离子性液体的润滑剂及包含所述离子性液体的润滑剂组合物所具有的优异的效果将通过下述实施例变得更加明确。
实施例
制备了多个具有下述表2中记载的组成比的组合物A及组合物B的样品。
表2
此外，如下述表3中所示，制备了在组合物A、B中添加了离子性液体的实施例1～实施例8，将未添加上述离子性液体的样品作为比较例公开。
此外，实施例9～实施例12为基于各个离子性液体制备的润滑剂。
表3
对于这些实施例及比较例，按照下述方式实施了4-球磨耗试验、高频往复试验(HFRR，High Frequency Reciprocating)、利用SRV装置的试验。
4-球磨耗试验使用了4个钢珠，在20kg负载(Load)/1200rpm/54℃的条件下，摩擦60分钟，比较摩擦痕的大小，并根据ASTM D4172进行评价。
关于HFRR，在球盘模式(Ball on disc mode)的负载(Load)为800g、温度为100℃、频率为50Hz的1小时的条件下，评价摩擦性能。
关于SRV，在球盘模式下，以50Hz，并以依次增加10℃的方式，使温度增加到40～120℃，并评价了摩擦性能。在该情况下，比较评价了各温度下的平均摩擦系数。
在各试验中，磨耗痕迹(评价磨耗痕迹直径，μm)数值随着有效性的增加而减小，摩擦系数也是随着有效性的增加而减小。
对实施例及比较例的各测试结果如下。
1.比较例测试结果
表4
2.实施例测试结果
(1)实施例1～8(包含本发明的离子性液体的润滑剂组合物)
表5
(2)实施例9～12(基于本发明的离子性液体的润滑剂组合物)
表6
观察实施例及比较例的测试结果可以确认，即使是在考虑试验误差的情况下，包含本发明的离子性液体的实施例与比较例相比，磨耗痕迹及摩擦系数也显著降低。
此外，可以确认本发明的基于离子性液体的润滑剂也具有优异的磨耗性能及降低摩擦性能。
以上，以本发明的实施例为中心进行了说明，但这只不过是例示，本领域技术人员应当理解，由此可以进行多种变形及实施等同的其它实施例。
因此，本发明实际的技术保护范围应通过下述的权利要求书范围进行判断。

Claims (9)

1.一种离子性液体，其特征在于，其包含a)含有四烃基铵及四烃基磷中的任一种的特定阳离子及b)含有磺酸酯及磷酸酯中的任一种的特定阴离子。
2.根据权利要求1所述的离子性液体，其特征在于，所述阳离子具有下述化学式1的结构；
[化学式1]
在化学式1中，A为氮(N)或磷(P)元素；
在化学式1中，1≤n≤20；
R1、R2、R3及R4各自独立地选自氢、(C1-C20)烷基、(C6-C30)芳基、(C1-C20)烷氧基、(C3-C20)环烷基、(C2-C7)烯基、(C1-C10)烷氧基羰基(C1-C20)烷基、羰基(C1-C20)烷基、(C3-C20)杂环烷基、(C4-C20)的杂芳基；或者R1、R2、R3及R4不同时为氢，所述R1、R2、R3及R4的烷基、芳基、烷氧基、环烷基、烯基、烷氧基羰基烷基、羰基烷基、杂环烷基、杂芳基为进一步被选自(C1-C20)烷基、卤素、硝基、氰基、羟基、氨基、(C6-C20)芳基、(C2-C7)烯基、(C3-C20)环烷基、(C3-C20)杂环烷基或(C4-C20)杂芳基中的一种以上取代的。
3.根据权利要求1所述的离子性液体，其特征在于，所述阴离子具有下述化学式2的结构；
[化学式2]
在化学式2中，R1及R2各自独立地选自氢、(C1-C20)烷基、(C6-C30)芳基、(C1-C20)烷氧基、(C3-C20)环烷基、(C2-C7)烯基、(C1-C10)烷氧基羰基(C1-C20)烷基、羰基(C1-C20)烷基、(C3-C20)杂环烷基、(C4-C20)的杂芳基；或者R1、R2、R3及R4不同时为氢，所述R1及R2的烷基、芳基、烷氧基、环烷基、烯基、烷氧基羰基烷基、羰基烷基、杂环烷基、杂芳基为进一步被选自(C1-C20)烷基、卤素、硝基、氰基、羟基、氨基、(C6-C20)芳基、(C2-C7)烯基、(C3-C20)环烷基、(C3-C20)杂环烷基或(C4-C20)杂芳基中的一种以上取代的。
4.根据权利要求1所述的离子性液体，其特征在于，所述阴离子具有下述化学式3的结构；
[化学式3]
在化学式3中，R1及R2各自独立地选自氢、(C1-C20)烷基、(C6-C30)芳基、(C1-C20)烷氧基、(C3-C20)环烷基、(C2-C7)烯基、(C1-C10)烷氧基羰基(C1-C20)烷基、羰基(C1-C20)烷基、(C3-C20)杂环烷基、(C4-C20)的杂芳基；或者R1、R2、R3及R4不同时为氢，所述R1及R2的烷基、芳基、烷氧基、环烷基、烯基、烷氧基羰基烷基、羰基烷基、杂环烷基、杂芳基为进一步被选自(C1-C20)烷基、卤素、硝基、氰基、羟基、氨基、(C6-C20)芳基、(C2-C7)烯基、(C3-C20)环烷基、(C3-C20)杂环烷基或(C4-C20)杂芳基中的一种以上取代的。
5.根据权利要求2所述的离子性液体，其特征在于，所述阳离子具有下述化学式4及化学式5中的任意一种结构；
[化学式4]
[化学式5]
6.根据权利要求3所述的离子性液体，其特征在于，所述阴离子具有下述化学式6的结构；
[化学式6]
7.根据权利要求4所述的离子性液体，其特征在于，所述阴离子具有下述化学式7的结构；
[化学式7]
8.一种润滑剂组合物，其特征在于，所述润滑剂组合物包含基础油；权利要求1～7中任意一项所记载的离子性液体；以及一种以上的添加剂。
9.根据权利要求8所述的润滑剂组合物，其特征在于，所述添加剂进一步包含抗氧化剂、金属清洗剂、防蚀剂、泡沫抑制剂、降凝剂、粘度调节剂、分散剂及耐磨剂中的任意一种。
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