CN111635303A - 一种双酸型离子液体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种双酸型离子液体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双酸型离子液体及其制备方法和应用。所述双酸型离子液体具有如(Ⅰ)所示的结构式。本发明的双酸型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

一种双酸型离子液体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于润滑油合成技术领域，具体涉及一种基于双酸型离子液体为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
本发明的目的之一是提供一种双酸型离子液体及其制备方法。
本发明的目的之二是提供一种以双酸型离子液体为添加剂制备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：一种双酸型离子液体，所述双酸型离子液体具有如(Ⅰ)所示的结构式，
Figure BDA0002521419590000011
其中，R表示烷基，R1表示烷基，R2表示烷基，R3表示苄基或者烷基。
双酸型离子液体的制备方法，包括如下步骤：将季铵盐溶于水中，得季铵盐水溶液；季铵盐水溶液通过717阴离子交换树脂进行离子交换，得羟基铵盐中间体溶液；然后将二酸加入到羟基铵盐中间体溶液中，室温搅拌24-48h，过滤，蒸发浓缩，得双酸型离子液体。
进一步的，上述的制备方法，按摩尔比，季铵盐:二酸＝1:1.2-1.5。
进一步的，上述的制备方法，所述季铵盐为四甲基卤化铵或四丁基卤化铵或三乙基苄基卤化铵。
进一步的，上述的制备方法，所述二酸为十二烷二酸。
双酸型离子液体作为添加剂在润滑油中的应用。方法如下：将双酸型离子液体和基础油混合均匀，得润滑油。
进一步的，双酸型离子液体的加入量为基础油质量的0.5-3.0％。
进一步的，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。
本发明的有益效果是：
1.本发明制备的双酸型离子液体，制备过程简单，原料成本低，油溶性好及对环境友好。
2.本发明制备的双酸型离子液体不含有硫、磷或卤素，对环境表现其友好性。
3.本发明制备的双酸型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.本发明制备的双酸型离子液体只添加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。
一种双酸型离子液体，具有如(Ⅰ)所示的结构式，
Figure BDA0002521419590000021
其中，R表示烷基，R1表示烷基，R2表示烷基，R3表示苄基或者烷基。
双酸型离子液体的制备方法，包括如下步骤：将季铵盐溶于水中，得季铵盐水溶液；季铵盐水溶液通过717阴离子交换树脂进行离子交换，得羟基铵盐中间体溶液；然后将二酸加入到羟基铵盐中间体溶液中，室温搅拌24-48h，过滤，蒸发浓缩，得双酸型离子液体。
按摩尔比，季铵盐:二酸＝1:1.2-1.5。
所述季铵盐为四甲基卤化铵或四丁基卤化铵或三乙基苄基卤化铵。
所述二酸为十二烷二酸。
实施例1
双酸型离子液体，制备方法包括如下步骤：
1)阳离子的合成：将四甲基氯化铵(1.09g，0.01mol)溶解于50mL水中，得四甲基氯化铵水溶液，将四甲基氯化铵水溶液通过717阴离子交换树脂进行离子交换，得羟基铵盐中间体溶液。
2)将十二烷二酸(2.76g，0.012mol)缓慢加至步骤1)所得羟基铵盐中间体溶液中，常温反应48h，旋蒸除溶剂，干燥，得目标产物，结构式如(Ⅱ)所示，记为双酸型离子液体-1。
Figure BDA0002521419590000031
实施例2
双酸型离子液体，制备方法包括如下步骤：
1)阳离子的合成：将四丁基溴化铵(3.22g，0.01mol)溶解于50mL水中，得四丁基溴化铵水溶液，将四丁基溴化铵水溶液通过717阴离子交换树脂进行离子交换，得羟基铵盐中间体溶液。
2)将十二烷二酸(2.76g，0.012mol)缓慢加至步骤1)所得羟基铵盐中间体溶液中，常温反应48h，旋蒸除溶剂，干燥，得目标产物，结构式如(Ⅲ)所示，记为双酸型离子液体-2。
Figure BDA0002521419590000032
实施例3
双酸型离子液体，制备方法包括如下步骤：
1)阳离子的合成：将三乙基苄基氯化铵(2.28g，0.01mol)溶解于50mL水中，得三乙基苄基氯化铵水溶液，将三乙基苄基氯化铵水溶液通过717阴离子交换树脂进行离子交换，得羟基铵盐中间体溶液。
2)将十二烷二酸(2.76g，0.012mol)缓慢加至步骤1)所得羟基铵盐中间体溶液中，常温反应48h，旋蒸除溶剂，干燥，得目标产物，结构式如(Ⅳ)所示，记为双酸型离子液体-3。
Figure BDA0002521419590000041
实施例4
一种环境友好型润滑油
(一)双酸型离子液体-1的添加量对GTL430润滑油摩擦磨损性能的影响
GTL430润滑油的制备：于GTL430基础油中，加入实施例1制备的双酸型离子液体-1，混合均匀。双酸型离子液体-1的加入量如表1所示，双酸型离子液体-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，对双酸型离子液体-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双酸型离子液体-1在GTL430基础油中作为添加剂的抗磨减摩效果
Figure BDA0002521419590000042
由表1可见，未添加双酸型离子液体-1的GTL430基础油中的平均摩擦系数为0.097，磨斑直径为0.691mm。与纯基础油相比，添加了不同量双酸型离子液体-1的GTL430基础油中，减摩和抗磨效果显著提高，双酸型离子液体-1添加量为1.5％时，平均摩擦系数最小为0.079，减摩效果最佳。添加量为1.5％时，磨斑直径最小为0.507mm，抗磨效果最佳。
(二)双酸型离子液体-2的添加量对GTL430润滑油摩擦磨损性能的影响
GTL430润滑油的制备：于GTL430基础油中，加入实施例2制备的双酸型离子液体-2，混合均匀。双酸型离子液体-2的加入量如表2所示，双酸型离子液体-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，对双酸型离子液体-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双酸型离子液体-2在GTL430基础油中作为添加剂的抗磨减摩效果
Figure BDA0002521419590000051
由表2可见，未添加双酸型离子液体-2的GTL430基础油中的平均摩擦系数为0.097，磨斑直径为0.691mm。与纯基础油相比，添加了不同量双酸型离子液体-2的GTL430基础油中，减摩和抗磨效果显著提高，双酸型离子液体-2添加量为2.0％时，平均摩擦系数最小为0.079，减摩效果最佳，添加量为1.5％时，磨斑直径最小为0.450mm，抗磨效果最佳。
(三)双酸型离子液体-2的添加量对500N润滑油摩擦磨损性能的影响
500N润滑油的制备：于500N基础油中，加入实施例2制备的双酸型离子液体-2，混合均匀。双酸型离子液体-2的加入量如表3所示，双酸型离子液体-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，对双酸型离子液体-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双酸型离子液体-2在500N基础油中作为添加剂的抗磨减摩效果
Figure BDA0002521419590000061
由表3可见，未添加双酸型离子液体-2的500N基础油中的平均摩擦系数为0.110，磨斑直径为0.687mm。与纯基础油相比，添加了不同量双酸型离子液体-2的500N减摩和抗磨效果显著提高，双酸型离子液体-2添加量为2.0％时，平均摩擦系数最小为0.088，减摩效果最佳。添加量为1.5％时，磨斑直径最小为0.443mm，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 (9)

1.一种双酸型离子液体，其特征在于，所述双酸型离子液体具有如(Ⅰ)所示的结构式，
Figure FDA0002521419580000011
其中，R表示烷基，R1表示烷基，R2表示烷基，R3表示苄基或者烷基。
2.权利要求1所述的双酸型离子液体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将季铵盐溶于水中，得季铵盐水溶液；季铵盐水溶液通过717阴离子交换树脂进行离子交换，得羟基铵盐中间体溶液；然后将二酸加入到羟基铵盐中间体溶液中，室温搅拌24-48h，过滤，蒸发浓缩，得双酸型离子液体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按摩尔比，季铵盐:二酸＝1:1.2-1.5。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述季铵盐为四甲基卤化铵或四丁基卤化铵或三乙基苄基卤化铵。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二酸为十二烷二酸。
6.权利要求1所述的双酸型离子液体作为添加剂在润滑油中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，方法如下：将双酸型离子液体和基础油混合均匀，得润滑油。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，双酸型离子液体的加入量为基础油质量的0.5-3.0％。
9.根据权利要求7或8所述的应用，其特征在于，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。
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