CN111218323B - 一种环境友好型润滑油及其制备方法 - Google Patents

一种环境友好型润滑油及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环境友好型润滑油及其制备方法。包括基础油和添加剂，添加剂的加入量为基础油质量的0.5‑3.0％；所述添加剂为结构式如通式(1)所示的离子液体。本发明的环境友好的离子液体作为润滑油添加剂具有优异抗磨减摩性能，该离子液体不含磷、硫和卤素，对环境表现其友好性。

Description

一种环境友好型润滑油及其制备方法
技术领域
本发明属于润滑油合成技术领域，具体涉及一种环境友好型基于离子液体添加剂的润滑油及其制备方法。
背景技术
润滑油是用在各种汽车、机械设备来减少摩擦损耗，保护机械及加工件的液体或半固体的润滑剂，主要起润滑、防锈、密封和缓冲等作用。
目前的润滑油市场中，占主导地位的仍然是传统的润滑油添加剂。传统的润滑油添加剂中含有硫、磷、氯等元素，使用过程中对环境造成的污染不符合环境友好型的理念，同时在摩擦过程中因瞬时高温高压生成的化合物润滑膜，因其硬和脆，导致在摩擦过程中不断脱落，不仅使摩擦效果降低还腐蚀了机械硬件。
离子液体在室温或室温附近温度下呈液态，完全由正负离子构成。其具有不易燃易爆、熔点低、挥发性低、抗氧化性好和热稳定性高等优点，再加上离子液体的“可设计性”，将功能基团引入到离子液体的离子中，使其功能化。
因此，设计开发一种高粘度及抗磨减摩的环境友好型润滑油具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有优异抗磨减摩性能的环境友好型润滑油。
本发明采用的技术方案是：一种环境友好型润滑油，所述润滑油包括基础油和添加剂制成，添加剂的加入量为基础油质量的0.5-3.0％；所述添加剂为结构式如通式(1)所示的离子液体；
Figure BDA0002390039870000011
其中，R表示氢原子或烷基；
R1表示氢原子、酯基、氨基、羟基、烷基氨基或烷基羟基；
R2表示甲基、苯甲基、苯基或羰基。
优选的，上述的环境友好型润滑油，所述基础油选自500N基础油、PAO基础油、400SN基础油、GTL430基础油、玉米油、合成酯6180基础油、A51基础油和NP451基础油。
一种环境友好型润滑油的制备方法，包括如下步骤：
1)阳离子的合成：将咪唑类衍生物和氯酸酯或2-溴乙醇或2-溴乙胺氢溴酸盐溶于丙酮中，氮气保护下加热回流8-14h，旋蒸除去丙酮和剩余的氯酸酯或2-溴乙醇或2-溴乙胺氢溴酸盐，得氯或溴代阳离子，干燥备用；
2)阴离子的合成：将碳酸锂，硼酸和羟基酸类物质加入到蒸馏水中，将反应体系升温至60℃，反应6-12h，得阴离子水溶液；
3)离子液体的制备：将步骤1)所得氯或溴代阳离子加至步骤2)所得阴离子水溶液中，常温反应3-12h，所得产物用二氯甲烷萃取，旋蒸除去二氯甲烷，干燥，得离子液体；
4)将离子液体作为添加剂加入到基础油中，混合均匀。
优选的，上述的制备方法，按摩尔比，咪唑类衍生物:氯酸酯或2-溴乙醇或2-溴乙胺氢溴酸盐＝1:1.2-1.5。
优选的，上述的制备方法，按摩尔比，碳酸锂:硼酸:羟基酸类化合物＝1:2:4。
优选的，上述的制备方法，所述咪唑类衍生物是烷基咪唑。
优选的，上述的制备方法，所述羟基酸类化合物是水杨酸、甲基水杨酸、苯基乙醇酸或乙二酸。
本发明的有益效果是：
1.本发明制备的离子液体，制备过程简单，原料成本低，对环境友好。
2.本发明制备的离子液体不含有硫、磷或卤素，对环境表现其友好性。
3.本发明制备的离子液体可作为添加剂应用于润滑油中，具有优异的抗磨减摩性能。
4.本发明制备的离子液体只添加0.5wt％～3.0wt％于基础润滑油中即可，添加量少，降低成本。
具体实施方式
以下通过具体实施例，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，所描述实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的保护范围。
一种环境友好型润滑油，包括基础油和添加剂制成，添加剂的加入量为基础油质量的0.5-3.0％；所述添加剂为结构式如通式(1)所示的离子液体；
Figure BDA0002390039870000031
其中，R表示氢原子或烷基；
R1表示氢原子、酯基、氨基、羟基、烷基氨基或烷基羟基；
R2表示甲基、苯甲基、苯基或羰基。
优选的，上述的环境友好型润滑油，所述基础油选自500N基础油、PAO基础油、400SN基础油、GTL430基础油、玉米油、合成酯6180基础油、A51基础油和NP451基础油。
一种环境友好型润滑油的制备方法，包括如下步骤：
1)阳离子的合成：按摩尔比，咪唑类衍生物:氯酸酯或2-溴乙醇或2-溴乙胺氢溴酸盐＝1:1.2-1.5，将咪唑类衍生物和氯酸酯或2-溴乙醇或2-溴乙胺氢溴酸盐溶于丙酮中，氮气保护下加热回流8-14h，旋蒸除去丙酮和剩余的氯酸酯或2-溴乙醇或2-溴乙胺氢溴酸盐，得氯或溴代阳离子，干燥备用；优选的，所述咪唑类衍生物是烷基咪唑。优选的，所述氯酸酯为氯乙酸甲酯。
2)阴离子的合成：按摩尔比，碳酸锂:硼酸:羟基酸类化合物＝1:2:4，将碳酸锂，硼酸和羟基酸类物质加入到蒸馏水中，将反应体系升温至60℃，反应6-12h，得阴离子水溶液；优选的，所述羟基酸类化合物是水杨酸、甲基水杨酸、苯基乙醇酸或乙二酸。
3)离子液体的制备：将步骤1)所得氯或溴代阳离子加至步骤2)所得阴离子水溶液中，常温反应3-12h，所得产物用二氯甲烷萃取，旋蒸除去二氯甲烷，干燥，得离子液体。
4)将离子液体作为添加剂加入到基础油中，混合均匀。
实施例1
(一)一种环境友好型新型离子液体，制备方法包括如下步骤：
1)阳离子的合成：将甲基咪唑(0.82g，0.01mol)，氯乙酸甲酯(1.24g，0.012mol)和丙酮加入到三口烧瓶中，氮气保护下加热回流8h，停止反应，所得产物旋蒸除去溶剂丙酮和多余的氯乙酸甲酯，得中间产物氯代阳离子，干燥备用。
2)阴离子的合成：将碳酸锂(0.74g，0.01mol)，硼酸(1.24g，0.02mol)和水杨酸(5.52g，0.04mol)加入到烧瓶中，加入蒸馏水作为溶剂，将反应体系升温至60℃，反应6h至均相，停止反应，得阴离子水溶液。
3)将步骤1)所得氯代阳离子缓慢加至步骤2)所得阴离子水溶液中，常温反应3h，所得产物用二氯甲烷萃取，旋蒸除去二氯甲烷，干燥，得目标产物离子液体-1，结构式如下：
Figure BDA0002390039870000041
(二)一种环境友好型新型离子液体，制备方法包括如下步骤：
1)阳离子的合成：将丁基咪唑(1.24g，0.01mol)，氯乙酸甲酯(1.24g，0.02mol)和丙酮加入到三口烧瓶中，氮气保护下加热回流10h，停止反应，所得产物旋蒸除去溶剂丙酮和多余的氯乙酸甲酯，得中间产物氯代阳离子，干燥备用。
2)阴离子的合成：将碳酸锂(0.74g，0.01mol)，硼酸(1.24g，0.02mol)和水杨酸(5.52g，0.04mol)加入到烧瓶中，加入蒸馏水作为溶剂，反应体系升温至60℃，反应6h至均相，停止反应，得阴离子水溶液。
3)将步骤1)所得氯代阳离子缓慢加至步骤2)所得阴离子水溶液中，常温反应8h，所得产物用二氯甲烷萃取，旋蒸除去二氯甲烷，干燥，得目标产物离子液体-2；结构式如下：
Figure BDA0002390039870000042
(三)一种环境友好型新型离子液体，制备方法包括如下步骤：
1)阳离子的合成：将丁基咪唑(1.24g，0.01mol)，2-溴乙醇(1.50g，0.012mol)和丙酮加入到三口烧瓶中，氮气保护下加热回流14h，停止反应，所得产物旋蒸除去溶剂丙酮和多余的2-溴乙醇，得中间产物溴代阳离子，干燥备用。
2)阴离子的合成：将碳酸锂(0.74g，0.01mol)，硼酸(1.24g，0.02mol)和水杨酸(5.52g，0.04mol)加入到烧瓶中，加入蒸馏水作为溶剂，将反应体系升温至60℃，反应6h至均相，停止反应，得阴离子水溶液。
3)将步骤1)所得溴代阳离子缓慢加至步骤2)所得阴离子水溶液中，常温反应10h，所得产物用二氯甲烷萃取，旋蒸除去二氯甲烷，干燥，得目标产物离子液体-3；结构式如下：
Figure BDA0002390039870000051
实施例2
一种环境友好型润滑油
(一)离子液体-1的添加量对GTL430润滑油摩擦磨损性能的影响
润滑油的制备：于GTL430基础油中，加入实施例1制备的离子液体-1，混合均匀。离子液体-1的加入量如表1所示，离子液体-1的加入量为GTL430基础油质量的0.5-3.0wt％。
摩擦磨损性能实验：采用济南蓝波试验设备有限公司生产的四球摩擦磨损试验机，对离子液体-1在GTL430基础油中的摩擦性能进行测定。钢球材质GCR15，直径为12.7mm，硬度为63，试验条件为：载荷为147N、温度为75℃、时间为60min、转速为1200r/min。钢/钢摩擦副下的平均摩擦系数和磨斑直径大小如表1。
表1离子液体-1在GTL430基础油中作为添加剂的抗磨减摩效果
Figure BDA0002390039870000052
由表1可见，未添加离子液体-1的GTL430基础油中的平均摩擦系数为0.097，磨斑直径为0.691。与纯基础油相比，添加了不同量离子液体-1的GTL430基础油中，减摩和抗磨效果显著提高，离子液体-1添加量为1.0％时，平均摩擦系数最小为0.066，减摩效果最佳。添加量为1.0％时，磨斑直径最小为0.451，抗磨效果最佳。
(二)离子液体-2的添加量对GTL430润滑油摩擦磨损性能的影响
润滑油的制备：于GTL430基础油中，加入实施例1制备的离子液体-2，混合均匀。离子液体-2的加入量如表2所示，离子液体-2的加入量为GTL430基础油质量的0.5-3.0wt％。
摩擦磨损性能实验：采用济南蓝波试验设备有限公司生产的四球摩擦磨损试验机，对离子液体-2在GTL430基础油中的摩擦性能进行测定。钢球材质GCR15，直径为12.7mm，硬度为63，试验条件为：载荷为147N，温度为75℃、时间为60min、转速为1200r/min。钢/钢摩擦副下的平均摩擦系数和磨斑直径大小如表2。
表2离子液体-2在GTL430基础油中作为添加剂的抗磨减摩效果
Figure BDA0002390039870000061
由表2可见，未添加离子液体-2的GTL430基础油中的平均摩擦系数为0.097，磨斑直径为0.691。与纯基础油相比，添加了不同量离子液体-2的GTL430基础油中，减摩和抗磨效果显著提高，离子液体-2添加量为1.5％时，平均摩擦系数最小为0.062，减摩效果最佳，添加量为1.5％时，磨斑直径最小为0.410，抗磨效果最佳。
(三)离子液体-2的添加量对500N润滑油摩擦磨损性能的影响
润滑油的制备：于500N基础油中，加入实施例1制备的离子液体-2，混合均匀。离子液体-2的加入量如表3所示，离子液体-2的加入量为500N基础油质量的0.5-3.0wt％。
摩擦磨损性能实验：采用济南蓝波试验设备有限公司生产的四球摩擦磨损试验机，对离子液体-2在500N基础油中的摩擦性能进行测定。钢球材质GCR15，直径为12.7mm，硬度为63，试验条件为：载荷为147N，温度为75℃、时间为60min、转速为1200r/min。钢/钢摩擦副下的平均摩擦系数和磨斑直径大小如表3。
表3离子液体-2在500N基础油中作为添加剂的抗磨减摩效果
Figure BDA0002390039870000062
Figure BDA0002390039870000071
由表3可见，未添加离子液体-2的500N基础油中的平均摩擦系数为0.110，磨斑直径为0.687。与纯基础油相比，添加了不同量离子液体-2的500N减摩和抗磨效果显著提高，离子液体-2添加量为1.0％时，平均摩擦系数最小为0.065，减摩效果最佳。添加量为1.0％时，磨斑直径最小为0.458，抗磨效果最佳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种环境友好型润滑油，其特征在于，所述润滑油包括基础油和添加剂制成，添加剂的加入量为基础油质量的0.5-3.0%；所述添加剂为结构式如通式（1）所示的离子液体；
Figure 123852DEST_PATH_IMAGE001
其中，R表示甲基或丁基；
R1表示
Figure 672645DEST_PATH_IMAGE002
或；
Figure 229528DEST_PATH_IMAGE003
R2表示苯基；
所述基础油选自500N基础油、PAO基础油、400SN基础油、GTL430基础油、玉米油、合成酯6180基础油、A51基础油和NP451基础油。
2.按照权利要求1所述的环境友好型润滑油，其特征在于，所述基础油选自500N基础油或GTL430基础油。
3.一种如权利要求1所述的环境友好型润滑油的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
阳离子的合成：将咪唑类衍生物和氯酸酯或2-溴乙醇或2-溴乙胺氢溴酸盐溶于丙酮中，氮气保护下加热回流8-14h，旋蒸，得氯或溴代阳离子，干燥备用；
阴离子的合成：将碳酸锂、硼酸和羟基酸类物质加入到蒸馏水中，将反应体系升温至60℃，反应6-12h，得阴离子水溶液；
离子液体的制备：将步骤1）所得氯或溴代阳离子加至步骤2）所得阴离子水溶液中，常温反应3-12h，所得产物用二氯甲烷萃取，旋蒸除去二氯甲烷，干燥，得离子液体；
将离子液体作为添加剂加入到基础油中，混合均匀。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，按摩尔比，咪唑类衍生物:氯酸酯或2-溴乙醇或2-溴乙胺氢溴酸盐=1:1.2-1.5。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，按摩尔比，碳酸锂:硼酸:羟基酸类化合物=1:2:4。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述咪唑类衍生物是烷基咪唑。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述羟基酸类化合物是水杨酸、甲基水杨酸、苯基乙醇酸或乙二酸。
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