CN106753687A - 一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂及其合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，化学通式如下：，，，，式中，R1、R2、R3、R4独立地选自C原子数为C1～C8的烷基，包括甲基、乙基、丙基、丁基、己基、辛基，它们之间可以相同也可以不同。本发明所提供的离子液体与传统含氟离子液体相比合成成本低，合成步骤简单，具有优异的减摩抗磨性能和抗腐蚀效果。

Description

一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂及其合成方法
技术领域
本发明涉及一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂及其合成方法。
技术背景
随着机械设备对润滑剂综合性能要求的不断提高, 各国科学家都致力于研究开发新型高性能的润滑剂。离子液体具有不易燃易爆、熔点低、挥发性低、抗氧化性好和热稳定性高等特点,与理想润滑剂所期望的性能极为吻合，使之有望成为理想的、绿色的、高性能润滑剂而应用于航空航海等苛刻条件。目前对传统离子液体的摩擦学性能研究表明, 将离子液体作为润滑剂涂敷在金属与金属、金属与氧化物及金属与陶瓷等多种摩擦副表面之间, 它们具有良好的抗磨减摩性能以及高承载能力, 是一类极具发展前景的多功能润滑剂。然而,目前离子液体作为润滑剂在具有优异摩擦学性能的同时，还存在着诸多不容忽视的问题。已有研究表明，由于传统离子液体绝大多数是含卤素的，如：以BF4 -, PF6 -,(CF3SO2)2N-等为阴离子的离子液体，它们经润滑后，由于水解产生酸性气体会对仪器设备产生严重的腐蚀，从而导致资源浪费和经济损失。此外，这些离子液体合成成本高、步骤复杂，直接影响了它们的应用范围和发展前景。腐蚀性作为离子液体润滑剂所面临的一个具有挑战性的问题，引起了众多科研工作者的重视。将离子液体进行功能化，通过特定抗腐蚀功能基团的引入，解决其对机械设备的腐蚀性问题,具有非常重要的理论和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂及其合成方法，该离子液体润滑剂的化学通式如下：
，，，，
其中R1、R2、R3、R4独立地选自C原子数为C1～C8烷基，包括甲基、乙基、丙基、丁基、己基、辛基，它们之间可以相同也可以不同。
进一步的，所述R1、R2、R3、R4为相同的烷基，选自C原子数为C1～C8的烷基。
进一步的，所述R1、R2、R3、R4为C4～C8的烷基。
进一步的，所述R1、R2、R3、R4均为丁基。
进一步的，所述一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，具体按照以下通式所示的方法合成：
即将苯并三氮唑（BTAH）和不同烷基链的季铵盐按照摩尔比为1:1进行反应，在室温下搅拌24小时，待反应结束后，反应液用二氯甲烷萃取，萃取层再用水洗涤，减压蒸除溶剂和水，进一步干燥即得所需抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂。
进一步的，所述一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，具体按照以下通式所示的方法合成：
即将苯并三氮唑（BTAH）和不同烷基链的季磷盐按照摩尔比为1:1进行反应，在室温下搅拌24小时，待反应结束后，反应液用二氯甲烷萃取，萃取层再用水洗涤，减压蒸除溶剂和水，进一步干燥即得所需抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂。
进一步的，所述一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，具体按照以下通式所示的方法合成：
将苯并咪唑和不同烷基链的季铵盐按照摩尔比为1:1进行反应，在室温下搅拌24小时，待反应结束后，反应液用二氯甲烷萃取，萃取层再用水洗涤，减压蒸除溶剂和水，进一步干燥即得所需抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂。
进一步的，所述一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，具体按照以下通式所示的方法合成：
将苯并咪唑和不同烷基链的季磷盐按照摩尔比为1:1进行反应，在室温下搅拌24小时，待反应结束后，反应液用二氯甲烷萃取，萃取层再用水洗涤，减压蒸除溶剂和水，进一步干燥即得所需抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂。
本发明所提供的离子液体与传统含氟离子液体相比合成成本低，合成步骤简单，具有优异的减摩抗磨性能和抗腐蚀效果。
为了评价抗腐蚀性离子液体润滑剂的应用效果，我们采用 (DSC/DTA-TG) STA449 F3同步热分析仪测定所发明的离子液体的热稳定性；采用SYP1003-Ⅲ石油产品运动粘度仪测定其运动粘度；采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了所发明离子液体的摩擦磨损性能，并与市售的合成油聚-α烯烃（PAO 10）和传统离子液体1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐（bmimBF4）进行了对比。其中，SRV-V微振动摩擦磨损试验机的摩擦副接触方式为球-盘点接触，测试条件为：载荷100 N，温度25 ℃和100 ℃，频率25 Hz，振幅1 mm，实验时间30min；试验上试球为Φ 10 mm的AISI 52100钢球；下试样为Φ 24 mm、厚度7.9 mm的AISI52100钢块（硬度为59-61 HRC），ZQSn 663铜块（硬度为140-160 HV）和2024 铝块（硬度为140-170 HV）；下试样的磨损体积由BRUKER-NPFLEX三维光学轮廓仪测得。除此之外，我们还通过加速腐蚀试验来评价研究了该类离子液体对摩擦磨损试验中所用摩擦副试样的抗腐蚀性。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明并能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1：
将5 mol苯并三氮唑（BTAH）和5 mol四乙基氢氧化铵混合，在室温下搅拌反应24小时，待反应结束后，反应液用二氯甲烷萃取，萃取层再用水洗涤，减压蒸除溶剂和水，进一步干燥即得所需离子液体润滑剂（A）。采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（A）作为钢/钢摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例2：
将5 mol苯并三氮唑（BTAH）和5 mol四丁基氢氧化铵混合，采用与实施例1相同的方法合成离子液体润滑剂（B）。采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（B）作为钢/钢摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例3：
将5 mol苯并三氮唑（BTAH）和5 mol四辛基氢氧化铵混合，用与实施例1相同的方法合成离子液体润滑剂（C）。采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（C）作为钢/钢摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例4：
将5 mol苯并咪唑和5 mol四乙基氢氧化铵混合，用与实施例1相同的方法合成离子液体润滑剂（D）。采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（D）作为钢/钢摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例5：
将5 mol苯并咪唑和5 mol四丁基氢氧化铵混合，用与实施例1相同的方法合成离子液体润滑剂（E）。采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（E）作为钢/钢摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例6：
将5 mol苯并咪唑和5 mol四辛基氢氧化铵混合，用与实施例1相同的方法合成离子液体润滑剂（F）。采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（F）作为钢/钢摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例7：
采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（A）作为钢/铜摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用铜摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例8：
采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（B）作为钢/铜摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用铜摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例9：
采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（C）作为钢/铜摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用铜摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例10：
采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（D）作为钢/铝摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用铝摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例11：
采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（E）作为钢/铝摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用铝摩擦副的抗腐蚀性能。
实施例12：
采用SRV-V微振动摩擦磨损试验机评价了润滑剂（F）作为钢/铝摩擦副的摩擦磨损性能，并与PAO 10和bmimBF4对比，同时，通过加速腐蚀试验的腐蚀结果评价所合成的离子液体对所用铝摩擦副的抗腐蚀性能。
市售合成润滑油PAO 10和传统离子液体bmimBF4与实施例1-12所提供的润滑剂的平均摩擦系数、磨损体积以及腐蚀效果对比数据如表1所示。
表1：各类润滑剂在相应摩擦副上的平均摩擦系数、平均磨损体积以及腐蚀性。
表1的测试结果表明：将该发明所提供的离子液体作为润滑剂使用，其减摩抗磨性能优于对照样PAO 10和bmimBF4，尤其是有苯并三氮唑结构存在时，效果更为明显，这归因于苯并三氮唑中特殊的氮杂环结构。在摩擦磨损试验的过程中，该杂环可以与金属表面发生物理吸附和化学反应，形成保护膜附着在金属表面，从而达到减摩抗磨的效果。同时，腐蚀试验结果表明，该类润滑剂具有较好的抗腐蚀效果，在一定程度上也起到了抗磨损的作用，因此，该发明所提供的抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂不仅具有优异的减摩抗磨性能，而且对延长金属材料的使用寿命是极为有利的。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，其特征在于该离子液体润滑剂的化学通式如下：
，，
，，
其中R1、R2、R3、R4独立地选自C原子数为C1～C8的烷基，包括甲基、乙基、丙基、丁基、己基、辛基，它们之间可以相同也可以不同。
2.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，其特征在于：所述的R1、R2、R3、R4为相同的烷基，独立地选自C原子数为C1～C8的烷基。
3.根据权利要求2所述的一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，其特征在于：所述R1、R2、R3、R4为C4～C8的烷基。
4.根据权利要求3所述的一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，其特征在于：所述R1、R2、R3、R4均为丁基。
5.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，其特征在于：具体按照以下通式所示的方法合成：
即将苯并三氮唑（BTAH）和不同烷基链的季铵盐按照摩尔比为1:1进行反应，在室温下搅拌24小时，待反应结束后，反应液用二氯甲烷萃取，萃取层再用水洗涤，减压蒸除溶剂和水，进一步干燥即得所需抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂。
6.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，其特征在于：具体按照以下通式所示的方法合成：
即将苯并三氮唑（BTAH）和不同烷基链的季磷盐按照摩尔比为1:1进行反应，在室温下搅拌24小时，待反应结束后，反应液用二氯甲烷萃取，萃取层再用水洗涤，减压蒸除溶剂和水，进一步干燥即得所需抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂。
7.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，其特征在于：具体按照以下通式所示的方法合成：
将苯并咪唑和不同烷基链的季铵盐按照摩尔比为1:1进行反应，在室温下搅拌24小时，待反应结束后，反应液用二氯甲烷萃取，萃取层再用水洗涤，减压蒸除溶剂和水，进一步干燥即得所需抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂。
8.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂，其特征在于：具体按照以下通式所示的方法合成：
将苯并咪唑和不同烷基链的季磷盐按照摩尔比为1:1进行反应，在室温下搅拌24小时，待反应结束后，反应液用二氯甲烷萃取，萃取层再用水洗涤，减压蒸除溶剂和水，进一步干燥即得所需抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂。
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