CN112062729B - 一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112062729B
CN112062729B CN202010978771.3A CN202010978771A CN112062729B CN 112062729 B CN112062729 B CN 112062729B CN 202010978771 A CN202010978771 A CN 202010978771A CN 112062729 B CN112062729 B CN 112062729B
Authority
CN
China
Prior art keywords
quaternary ammonium
ammonium salt
functionalized
ureido
ionic liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010978771.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112062729A (zh
Inventor
周峰
于强亮
蔡美荣
张朝阳
刘维民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Original Assignee
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS filed Critical Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority to CN202010978771.3A priority Critical patent/CN112062729B/zh
Publication of CN112062729A publication Critical patent/CN112062729A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112062729B publication Critical patent/CN112062729B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D249/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having three nitrogen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D249/02—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having three nitrogen atoms as the only ring hetero atoms not condensed with other rings
    • C07D249/08—1,2,4-Triazoles; Hydrogenated 1,2,4-triazoles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C275/00—Derivatives of urea, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C275/04—Derivatives of urea, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups having nitrogen atoms of urea groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C275/06—Derivatives of urea, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups having nitrogen atoms of urea groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic and saturated carbon skeleton
    • C07C275/14—Derivatives of urea, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups having nitrogen atoms of urea groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic and saturated carbon skeleton being further substituted by nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M133/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing nitrogen
    • C10M133/02—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing nitrogen having a carbon chain of less than 30 atoms
    • C10M133/16—Amides; Imides
    • C10M133/18—Amides; Imides of carbonic or haloformic acids
    • C10M133/20—Ureas; Semicarbazides; Allophanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M133/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing nitrogen
    • C10M133/02—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing nitrogen having a carbon chain of less than 30 atoms
    • C10M133/38—Heterocyclic nitrogen compounds
    • C10M133/44—Five-membered ring containing nitrogen and carbon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2215/00—Organic non-macromolecular compounds containing nitrogen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2215/10—Amides of carbonic or haloformic acids
    • C10M2215/102—Ureas; Semicarbazides; Allophanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2215/00—Organic non-macromolecular compounds containing nitrogen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2215/22—Heterocyclic nitrogen compounds
    • C10M2215/223—Five-membered rings containing nitrogen and carbon only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用，属于水基润滑剂技术领域。本发明在功能化季铵盐结构中引入无卤素绿色的阴离子‑三氮唑，其阳离子为带有不同烷基链长的功能化季铵盐，不仅具有较好的润滑性能，同时脲基、季铵盐位点以及三氮唑由于分子内的协同作用，能够与金属配位络合吸附或者静电吸附，形成稳定的边界吸附膜，从而在金属基底形成良好的吸附作用，能有效的降低水对金属的腐蚀，起到防腐的作用，适于作为水溶性润滑添加剂使用。

Description

一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水基润滑剂技术领域，尤其涉及一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用。
背景技术
工业的飞速发展加速了能源的过快消耗，其中，由润滑失效所导致机械的异常磨损而引起的能源耗费占据了所有一次能源消耗的24％之多。发展高效润滑手段，尤其是使用高性能润滑剂是减少摩擦、降低或避免磨损的最有效手段。传统高硫磷等含量润滑剂及添加剂的发展正逐渐向无硫、低磷、无磷等绿色环保、高效、长寿命等更为环保和生物相容的角度演变。
水基润滑剂因具有优异的冷却、难燃、低污染、高导热系数和高比热容等优点，被视为一种新型的绿色润滑剂而不断发展并被广泛应用于抗燃液压液和金属加工液领域。然而，与油基润滑剂相比，现有的水基润滑剂存在润滑性和防锈性差的问题，这在很大程度上限制了水基润滑剂的发展。因此，研究开发一种高效的水基润滑添加剂是提高水基润滑剂综合性能进而拓宽其使用范围的关键所在。
离子液体作为一类最重要的润滑剂及添加剂，自2001年首次报道后(YeC,Liu W,Chen Y,et al.Room-temperature ionic liquids:a novel versatile lubricant[J].Chemical Communications,2001(21):2244-2245.)，已经成为全球学术界和工业界的共同研究热点。离子液体由于其独特的物理化学性能和良好的润滑性能使其作为润滑油、添加剂和润滑薄膜而被广泛研究(M.H.Yao,M.J.Fan,Y.M,Liang,F.Zhou,Y.Q.Xia,Wear 268(2010)67–71)；X.Q.Liu,M.R.Cai,Z.Zhao,Y.M.Liang,F.Zhou,W.M.Liu,Tribol.Lett.40(2010)215-224.)，故其也有发展成为一种高效水基润滑添加剂的潜能。目前报道的一些作为水润滑添加剂的离子液体仍然存在润滑性能不佳及对基底的腐蚀性等问题，它们都极大地限制了离子液体在水基润滑添加剂领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用，所述功能化季铵盐离子液体具有较好的润滑性能和优异的腐蚀性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种功能化季铵盐离子液体，具有式I所示结构：
Figure BDA0002686796270000021
其中，R为C1～C18烷基。
优选的，所述R为甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、庚基、辛基、异辛基、癸基、异癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基。
本发明提供了上述技术方案所述功能化季铵盐离子液体的制备方法，包括以下步骤：
将N,N-二甲基乙二胺、异氰酸酯和第一溶剂混合，进行加成反应，得到脲基功能化乙二胺物料；
将所述脲基功能化乙二胺物料和溴代烷混合，进行季铵化反应，得到脲基功能化季铵溴盐；所述溴代烷的烷基为C1～C18烷基；
将所述脲基功能化季铵溴盐、三氮唑盐和第二溶剂混合，进行离子交换反应，得到功能化季铵盐离子液体。
优选的，所述异氰酸酯包括异氰酸正丁酯；所述N,N-二甲基乙二胺和异氰酸酯的摩尔比为1:(1～1.3)。
优选的，所述加成反应的温度为20～60℃，时间为8～48h。
优选的，所述N,N-二甲基乙二胺与溴代烷的摩尔比为1:(1～1.5)。
优选的，所述季铵化反应在回流条件下进行，所述季铵化反应的温度为70～120℃，时间为12～48h。
优选的，所述三氮唑盐包括三氮唑钠或三氮唑钾，所述三氮唑盐与脲基功能化季铵溴盐的摩尔比为1:1。
优选的，所述离子交换反应的温度为60～90℃，时间为8～48h。
本发明提供了上述技术方案所述功能化季铵盐离子液体或上述技术方案所述制备方法制备得到的功能化季铵盐离子液体在水基润滑剂中的应用。
本发明提供了一种功能化季铵盐离子液体，具有式I所示结构：
Figure BDA0002686796270000031
其中，R为C1～C18烷基。
本发明在功能化季铵盐结构中引入无卤素绿色的阴离子-三氮唑，其阳离子为带有不同烷基链长的功能化季铵盐，其含有的季铵位点、脲基和三氮唑能够使其具有较好的润滑性能，同时脲基、季铵盐位点以及三氮唑由于分子内的协同作用，能够与金属配位络合吸附或者静电吸附，形成稳定的边界吸附膜，从而在金属基底形成良好的吸附作用，能有效的降低水对金属的腐蚀，起到防腐的作用，适于作为水溶性润滑添加剂使用。而传统的长链季铵盐类化合物，例如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等同系化合物虽然被广泛应用于酸性介质下的金属缓蚀剂，但是这类分子与金属相互作用能力相对较弱，同时其阴离子为包含溴、氯等具有腐蚀性能的元素，其作为缓蚀剂的长效性能差。
本发明所述功能化季铵盐离子液体中含有的阴离子三氮唑和脲基共同作用，能够使其具备优异的热稳定性，完全可以满足水润滑条件下使用。
本发明所述功能化季铵盐离子液体中含有的脲基、季铵基团和三氮唑均为亲水性基团，所得到的功能化离子液体具备优异的溶解性，能够充分溶解于不同极性的有机溶剂如氯仿、甲醇等，也能够有效地溶解于水中。
本发明提供了所述功能化季铵盐离子液体在水基润滑剂中的应用，摩擦实验结果表明，本发明提供的功能化季铵盐作为水基添加剂对钢/钢摩擦副具有较好的减摩抗磨性能和高的承载能力，有望作为传统水基减摩抗磨防腐添加剂而被广泛使用，进一步推动了功能化季铵盐离子液体作为水基添加剂的工业化应用。
附图说明
图1为加速腐蚀实验中铜块样品在不同介质中腐蚀前后的光学照片以及腐蚀后的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种功能化季铵盐离子液体，具有式I所示结构：
Figure BDA0002686796270000041
其中，R为C1～C18烷基。
在本发明中，所述R优选为甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、庚基、辛基、异辛基、癸基、异癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基。
本发明在功能化季铵盐结构中引入无卤素绿色的阴离子-三氮唑，其阳离子为带有不同链长的功能化季铵盐，季铵官能团、脲基官能团、三氮唑均与金属基底间存在静电吸附吸附，在摩擦过程中上述官能团中的N元素与金属基底发生摩擦化学反应，生成相应的摩擦化学反应膜。使其具有较好的润滑性能，起到减摩抗磨的作用；同时脲基、季铵盐位点以及三氮唑由于分子内的协同作用，均能够与金属配位络合吸附或者静电吸附，形成稳定的边界吸附膜，从而在金属基底形成良好的吸附作用，能有效的降低水对金属的腐蚀，起到防腐的作用，作为水溶性润滑添加剂使用。
本发明提供了上述技术方案所述功能化季铵盐离子液体的制备方法，包括以下步骤：
将N,N-二甲基乙二胺、异氰酸酯和第一溶剂混合，进行加成反应，得到脲基功能化乙二胺物料；
将所述脲基功能化乙二胺物料和溴代烷混合，进行季铵化反应，得到脲基功能化季铵溴盐；所述溴代烷的烷基为C1～C18烷基；
将所述脲基功能化季铵溴盐、三氮唑盐和第二溶剂混合，进行离子交换反应，得到功能化季铵盐离子液体。
在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将N,N-二甲基乙二胺、异氰酸酯和第一溶剂混合，进行加成反应，得到脲基功能化乙二胺物料。在本发明中，所述异氰酸酯优选包括异氰酸正丁酯；所述N,N-二甲基乙二胺和异氰酸酯的摩尔比优选为1:(1～1.3)，更优选为1:(1.1～1.2)；所述第一溶剂优选为乙腈，所述N,N-二甲基乙二胺与第一溶剂的用量比优选为1mol:(500～2000)mL，更优选为1mol:(600～800)mL。
在本发明中，所述N,N-二甲基乙二胺、异氰酸酯和第一溶剂混合的过程优选为N,N-二甲基乙二胺溶解于乙腈中，向所得溶液中滴加异氰酸酯；所述滴加的速度优选为20～30滴/分钟，更优选为25滴/分钟。本发明通过控制滴加速度防止反应剧烈，使得异氰酸酯容易聚合得到脲基功能化乙二胺物料。
在本发明中，所述加成反应优选在氮气保护条件下进行；所述加成反应的温度优选为20～60℃，更优选为30～50℃，时间优选为8～48h，更优选为12～36h。本发明优选从滴加起始即开始进行加成反应，即加成反应的时间从滴加开始计算。在所述加成反应过程中，N,N-二甲基乙二胺中的氨基对异氰酸酯中的异氰酸酯部分进行亲核加成反应，得到脲基功能化的乙二胺物料。
完成所述加成反应后，本发明优选不进行任何处理，直接将所得脲基功能化乙二胺物料进行季铵化反应。
得到脲基功能化乙二胺物料后，本发明将所述脲基功能化乙二胺物料和溴代烷混合，进行季铵化反应，得到脲基功能化季铵溴盐。在本发明中，所述溴代烷的烷基为C1～C18烷基，更优选为甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、庚基、辛基、异辛基、癸基、异癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基，进一步优选为丁基、庚基和十六烷基；所述N,N-二甲基乙二胺与溴代烷的摩尔比优选为1:(1～1.5)，更优选为1:(1.2～1.4)。
本发明优选向所述脲基功能化乙二胺物料(含有乙腈溶剂)中加入溴代烷，进行季铵化反应。在本发明中，所述季铵化反应优选在回流(乙腈回流)条件下进行，所述季铵化反应的温度优选为70～120℃，更优选为80～100℃；时间优选为12～48h，更优选为24～36h。在所述季铵化反应过程中，脲基功能化乙二胺物料中的叔胺进攻溴代烷的α-碳，生成季铵盐。
完成所述季铵化反应后，本发明优选将所得物料冷却至室温，析出白色粉末，然后减压过滤，用石油醚洗涤白色粉末，干燥，得到脲基功能化季铵溴盐。本发明对所述冷却、减压过滤、洗涤和干燥的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
得到脲基功能化季铵溴盐后，本发明将所述脲基功能化季铵溴盐、三氮唑盐和第二溶剂混合，进行离子交换反应，得到功能化季铵盐离子液体。在本发明中，所述三氮唑盐优选包括三氮唑钠或三氮唑钾，所述三氮唑盐与脲基功能化季铵溴盐的摩尔比优选为1:1；所述第二溶剂优选为乙腈；所述第二溶剂与三氮唑盐的用量比优选为(10～50)mL：0.01mol。本发明对所述脲基功能化季铵溴盐、三氮唑盐和第二溶剂混合的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程能够将原料混合均匀即可。
在本发明中，所述离子交换反应的温度优选为60～90℃，更优选为70～80℃；时间优选为8～48h，更优选为12～26h；所述离子交换反应优选在搅拌条件下进行，本发明对所述搅拌的速度没有特殊的限定，能够保证反应顺利进行即可。在所述离子交换反应过程中，脲基功能化季铵溴盐和三氮唑盐发生离子交换反应，得到离子液体和杂质溴化盐。
完成所述离子交换反应后，本发明优选将所得物料减压蒸除溶剂，将所得固体物用二氯甲烷溶解，多次水洗(除去未反应的原料和溴化盐)，然后干燥有机相，减压蒸出溶剂，得到功能化季铵盐离子液体。本发明对所述减压蒸除溶剂、水洗、干燥有机相和减压蒸出溶剂的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
在本发明中，以三氮唑钠为例，所述加成反应、季铵化反应和离子交换反应的过程优选为：
Figure BDA0002686796270000061
本发明提供了上述技术方案所述功能化季铵盐离子液体或上述技术方案所述制备方法制备得到的功能化季铵盐离子液体在水基润滑剂中的应用。本发明对所述应用的方法没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法应用即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
Figure BDA0002686796270000071
在氮气保护下，将0.1mol异氰酸正丁酯滴加到溶解有0.1mol N,N-二甲基乙二胺的乙腈(100mL)中，在25℃开始进行加成反应6h(滴加速度为30滴/分钟)，滴加完之后继续进行加成反应6h，得到脲基功能化乙二胺物料；
向所述脲基功能化乙二胺物料中加入正丁基溴(0.11mol)，在80℃加热回流24h，进行季铵化反应，将所得物料冷却至室温析出白色粉末，减压过滤，用石油醚洗涤白色粉末，干燥后得到脲基功能化季铵溴盐；
向所述脲基功能化季铵溴盐(0.1mol)中加入三氮唑钠(0.1mol)，添加300mL乙腈，在60℃下搅拌进行离子交换反应24h，反应结束后，将所得物料减压蒸出溶剂，将所得固体物用二氯甲烷溶解，多次水洗除去未反应的原料和溴化钠，干燥有机相，减压蒸出溶剂，得到淡黄色液体即为功能化季铵盐离子液体，即为6N-4，收率为88％。
对实施例1制备的功能化季铵盐离子液体进行核磁表征，数据为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:4.46(s,4H),3.71-3.65(m,8H),3.59(t,J＝8.0Hz 4H),3.33(s,12H),1.81-1.69(m,4H),1.49-1.24(m,80H),0.88-0.83(m,30H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ:67.98,67.92,66.02,57.19,50.87,40.51,40.43,32.04,30.22,29.82,29.77,29.70,29.61,29.52,29.48,29.17,26.32,23.45,23.25,23.06,22.80,14.24,11.07。
对实施例1制备的功能化季铵盐离子液体进行高分辨质谱表征，所得数据据为：
阳离子部分的质谱计算值:244.2383,实测值:244.2359，分子式为：[C13H30N3O]+,阴离子部分的质谱计算值:68.0254，实测值：68.0292,分子式为：[C2H3N]-。
实施例2
Figure BDA0002686796270000081
在氮气保护下，将0.1mol异氰酸正丁酯滴加到溶解有0.1mol N,N-二甲基乙二胺的乙腈(100mL)中，在25℃开始进行加成反应6h(滴加速度为30滴/分钟)，滴加完之后继续进行加成反应6h，得到脲基功能化乙二胺物料；
向所述脲基功能化乙二胺物料中加入溴代正辛烷(0.11mol)，在80℃加热回流24h，进行季铵化反应，将所得物料冷却至室温析出白色粉末，减压过滤，用石油醚洗涤白色粉末，干燥后得到脲基功能化季铵溴盐；
向所述脲基功能化季铵溴盐(0.1mol)中加入三氮唑钠(0.1mol)，添加300mL乙腈，在60℃下搅拌进行离子交换反应24h，反应结束后，将所得物料减压蒸出溶剂，将所得固体物用二氯甲烷溶解，多次水洗除去未反应的原料和溴化钠，干燥有机相，减压蒸出溶剂，得到淡黄色液体即为功能化季铵盐离子液体，即为6N-8，收率为85％。
对实施例2制备的功能化季铵盐离子液体进行核磁表征，数据为：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:4.42(s,4H),3.81-3.77(m,8H),3.57(t,J＝8.0Hz,4H),3.30(s,12H),1.79-1.69(m,4H),1.53-1.19(m,88H),0.89-0.85(m,30H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ:68.72,68.66,65.78,57.19,50.61,40.34,40.26,32.07,30.09,29.86,29.81,29.76,29.62,29.51,29.11,26.41,23.35,23.20,22.83,14.22,11.04。
对实施例2制备的功能化季铵盐离子液体进行高分辨质谱表征，所得数据据为：
阳离子部分的质谱计算值:300.3009,实测值:300.3082，分子式为：[C17H38N3O]+,阴离子部分的质谱计算值:68.0254，实测值：68.0292,分子式为：[C2H3N]-。
实施例3
Figure BDA0002686796270000091
在氮气保护下，将0.1mol异氰酸正丁酯滴加到溶解有0.1mol N,N-二甲基乙二胺的乙腈(100mL)中，在25℃开始进行加成反应6h(滴加速度为30滴/分钟)，滴加完之后继续进行加成反应6h，得到脲基功能化乙二胺物料；
向所述脲基功能化乙二胺物料中加入溴代正十六烷(0.11mol)，在80℃加热回流24h，进行季铵化反应，将所得物料冷却至室温析出白色粉末，减压过滤，用石油醚洗涤白色粉末，干燥后得到脲基功能化季铵溴盐；
向上述脲基功能化季铵溴盐(0.1mol)中加入三氮唑钠(0.1mol)，添加300mL乙腈，在60℃下搅拌进行离子交换反应24h，反应结束后，将所得物料减压蒸出溶剂，将所得固体物用二氯甲烷溶解，多次水洗除去未反应的原料和溴化钠，干燥有机相，减压蒸出溶剂，得到淡黄色液体即为功能化季铵盐离子液体，即为6N-16，收率为83％。
对实施例3制备的功能化季铵盐离子液体进行核磁表征，数据为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:4.49(s,4H),3.72-3.69(m,8H),3.59(t,J＝8.0Hz,4H),3.31(s,12H),1.81-1.65(m,4H),1.48-1.11(m,96H),0.84(t,J＝8.0Hz,30H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ:68.10,68.05,65.92,57.27,50.69,40.47,40.39,32.04,30.16,29.82,29.77,29.71,29.62,29.55,29.47,29.15,26.31,23.38,23.24,22.80,14.23,11.18,11.04。
对实施例3制备的功能化季铵盐离子液体进行高分辨质谱表征，所得数据据为：
阳离子部分的质谱计算值:412.4267,实测值:412.4300，分子式为：[C25H54N3O]+,阴离子部分的质谱计算值:68.0254，实测值：68.0292,分子式为：[C2H3N]-。
性能测试
1)对实施例1～3制备的功能化季铵盐离子液体进行溶解性测试，分别将实施例1～3制备的功能化季铵盐离子液体与氯仿、甲醇和水中，观察其溶解性，结果见表1。
表1实施例1～3制备的功能化季铵盐离子液体的溶解性
Figure BDA0002686796270000101
从表1的结果可以看出，本发明制备的功能化季铵盐离子液体在不同极性的溶剂和水中均表现出优异的溶解性(溶解质量超过20％)。
2)对实施例1～3制备的功能化季铵盐离子液体进行热稳定性测试：
使用德国耐驰公司的STA 449 F3TGA-DSC(NETZSCH)同步热分析仪进行热稳定性分析，试验条件为：氮气条件，升温速率10℃/min，升温区间室温～600℃，结果见表2。
表2实施例1～3制备的功能化季铵盐离子液体的热稳定性
Figure BDA0002686796270000102
从表2的结果可以看出，本发明制备的功能化季铵盐离子液体具有较高的热稳定性，完全可以满足水润滑条件下使用。
3)将实施例1制备的功能化季铵盐离子液体6N-4和水组成的润滑组合物作为钢/钢摩擦副润滑剂，对不同浓度的6N-4润滑组合物进行减摩抗磨性能测试：利用德国Optimol油脂公司生产的SRV-V微振动摩擦磨损试验机测试摩擦系数和磨损体积，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100N，频率25Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，实验上试球为Φ10mm的AISI 52100，硬度为59-61 HRC的钢球，下试样为直径为Φ24mm、厚度7.9mm，硬度为59-61 HRC的AISI 52100钢块；下试样的磨损体积由BRUKER-NPFLEX三维光学轮廓仪测得；同时以纯水作为对比，结果见表3。
表3不同浓度6N-4润滑组合物作为钢/钢摩擦副润滑剂在25℃的平均摩擦系数和平均磨损体积
Figure BDA0002686796270000111
其中，％代表6N-4在润滑组合物中的质量百分比。
由表3可知，与纯水相比，6N-4润滑组合物的减摩抗磨性能都有了极大程度的提高。
4)按照3)中的方法，将实施例2制备的功能化季铵盐离子液体6N-8和水组成的润滑组合物作为钢/钢摩擦副润滑剂，对不同浓度的6N-8润滑组合物进行摩擦磨损性能测试，同时以纯水作为对比，结果见表4。
表4不同浓度6N-8润滑组合物作为钢/钢摩擦副润滑剂在25℃的平均摩擦系数和平均磨损体积
Figure BDA0002686796270000112
Figure BDA0002686796270000121
其中，％代表6N-8在润滑组合物中的质量百分比。
由表4可知，与纯水相比，6N-8润滑组合物的减摩抗磨性能都有了极大程度的提高。
5)按照3)中的方法，将实施例3制备的功能化季铵盐离子液体6N-16和水组成的润滑组合物作为钢/钢摩擦副润滑剂，对不同浓度的6N-16润滑组合物进行摩擦磨损性能测试，同时以纯水作为对比，结果见表5。
表5不同浓度6N-16润滑组合物作为钢/钢摩擦副润滑剂在25℃的平均摩擦系数和平均磨损体积
Figure BDA0002686796270000122
其中，％代表6N-16在润滑组合物中的质量百分比。
由表5可知，与纯水相比，6N-16润滑组合物的减摩抗磨性能都有了极大程度的提高。
将表3～5中1.5％浓度下的润滑组合物的数据进行对比可知，与纯水相比，实施例1～3制备的功能化季铵盐离子液体与水组成的润滑组合物的减摩抗磨性能都有了极大的提高。而且，随着相同浓度润滑组合物中阳离子链长的增加，其润滑组合物的减摩抗磨性能也是增加的。
6)对实施例2制备的功能化季铵盐离子液体6N-8进行抗腐蚀性测试：采用铜片加速腐蚀实验考察功能化季铵盐离子液体6N-8的抗腐蚀性，其方法为将6N-8溶解在25mL甲醇中，配制成含0.02mol/L 6N-8离子液体的甲醇溶液，然后将上述含有6N-8的甲醇溶液加入到25mL饱和氢氧化钙Ca(OH)2溶液中，配制成含0.01mol/L 6N-8离子液体的甲醇氢氧化钙溶液，待用；将打磨好的铜块(
Figure BDA0002686796270000123
锡青铜)分别浸入到空白甲醇氢氧化钙溶液(作空白对比，称为空白样品)、含0.01mol/L6N-8离子液体的甲醇氢氧化钙溶液中(称为实验样品)，并于室温下分别静置16天。实验结束后取出铜块，观察表面变化，并使用SEM测定其表面形貌，结果见图1。
图1为铜块腐蚀试验前后的光学照片以及腐蚀后的扫描电镜图片，其中，(a)为空白样品腐蚀前的光学照片，(a1)为空白样品腐蚀后的光学照片，(a2)为空白样品腐蚀后的扫描电镜图，(d)为实验样品腐蚀前的光学照片，(d1)为实验样品腐蚀后的光学照片，(d2)为实验样品(0.01mol/L 6N-8的甲醇氢氧化钙溶液)腐蚀后的扫描电镜图；从图1可以看出，没有添加功能化季铵盐离子液体的甲醇氢氧化钙溶液a1与d1相比，明显失去光亮的金属光泽，而且表面很粗糙。从图1中a2和d2也可以看出，与空白样品相比，加入抗腐蚀的功能化季铵盐离子液体6N-8后，表面覆盖了一层保护膜，而空白样品中铜块经过腐蚀后，表面凹凸不平，有明显的小颗粒附着，是明显的腐蚀产物。实验结果证明，加入6N-8之后，可以明显提高设备体系的抗腐蚀性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种功能化季铵盐离子液体，其特征在于，具有式I所示结构：
Figure FDA0004145891320000011
其中，所述R为甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、庚基、辛基、异辛基或十六烷基。
2.权利要求1所述功能化季铵盐离子液体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将N,N-二甲基乙二胺、异氰酸酯和第一溶剂混合，进行加成反应，得到脲基功能化乙二胺物料，所述脲基功能化乙二胺物料具有式II所示结构：
Figure FDA0004145891320000012
将所述脲基功能化乙二胺物料和溴代烷混合，进行季铵化反应，得到脲基功能化季铵溴盐，所述脲基功能化季铵溴盐具有式III所示结构：
Figure FDA0004145891320000013
式III中，所述R与权利要求1中R保持一致；
所述溴代烷的烷基为甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、庚基、辛基、异辛基或十六烷基；
将所述脲基功能化季铵溴盐、三氮唑盐和第二溶剂混合，进行离子交换反应，得到功能化季铵盐离子液体；
所述异氰酸酯为异氰酸正丁酯。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述N,N-二甲基乙二胺和异氰酸酯的摩尔比为1:(1～1.3)。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述加成反应的温度为20～60℃，时间为8～48h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述N,N-二甲基乙二胺与溴代烷的摩尔比为1:(1～1.5)。
6.根据权利要求2或5所述的制备方法，其特征在于，所述季铵化反应在回流条件下进行，所述季铵化反应的温度为70～120℃，时间为12～48h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述三氮唑盐为三氮唑钠或三氮唑钾，所述三氮唑盐与脲基功能化季铵溴盐的摩尔比为1:1。
8.根据权利要求2或7所述的制备方法，其特征在于，所述离子交换反应的温度为60～90℃，时间为8～48h。
CN202010978771.3A 2020-09-17 2020-09-17 一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用 Active CN112062729B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010978771.3A CN112062729B (zh) 2020-09-17 2020-09-17 一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010978771.3A CN112062729B (zh) 2020-09-17 2020-09-17 一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112062729A CN112062729A (zh) 2020-12-11
CN112062729B true CN112062729B (zh) 2023-05-16

Family

ID=73681690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010978771.3A Active CN112062729B (zh) 2020-09-17 2020-09-17 一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112062729B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113292976A (zh) * 2021-05-26 2021-08-24 西南石油大学 一种耐高温高矿化度缓蚀剂
CN113773721A (zh) * 2021-09-18 2021-12-10 浙江润奥环保科技有限公司 一种银离子抗菌地坪材料及其制备方法
CN114940688B (zh) * 2022-03-24 2024-03-19 中国科学院兰州化学物理研究所 一种甲基巯基噻二唑功能化离子液体及其制备方法与应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB924146A (en) * 1959-06-12 1963-04-24 Wellcome Found Quaternary ammonium compounds and their preparation
CN104746081A (zh) * 2015-04-03 2015-07-01 中国科学院兰州化学物理研究所 功能化咪唑离子液体缓蚀剂及其制备方法和应用
CN105001204A (zh) * 2015-06-25 2015-10-28 广东工业大学 一种亚烷基双（硫脲基咪唑啉吡啶基季铵盐）的制备方法
CN110845430A (zh) * 2019-12-04 2020-02-28 中国科学院兰州化学物理研究所 苯并三氮唑功能化的季铵盐及其制备方法和应用
CN110845417A (zh) * 2019-11-27 2020-02-28 中国科学院兰州化学物理研究所 一种氨基酸离子液体水基添加剂及其制备方法和应用
CN110862356A (zh) * 2019-12-04 2020-03-06 中国科学院兰州化学物理研究所 苯并三氮唑功能化的季铵盐离子液体及其制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB924146A (en) * 1959-06-12 1963-04-24 Wellcome Found Quaternary ammonium compounds and their preparation
CN104746081A (zh) * 2015-04-03 2015-07-01 中国科学院兰州化学物理研究所 功能化咪唑离子液体缓蚀剂及其制备方法和应用
CN105001204A (zh) * 2015-06-25 2015-10-28 广东工业大学 一种亚烷基双（硫脲基咪唑啉吡啶基季铵盐）的制备方法
CN110845417A (zh) * 2019-11-27 2020-02-28 中国科学院兰州化学物理研究所 一种氨基酸离子液体水基添加剂及其制备方法和应用
CN110845430A (zh) * 2019-12-04 2020-02-28 中国科学院兰州化学物理研究所 苯并三氮唑功能化的季铵盐及其制备方法和应用
CN110862356A (zh) * 2019-12-04 2020-03-06 中国科学院兰州化学物理研究所 苯并三氮唑功能化的季铵盐离子液体及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112062729A (zh) 2020-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112062729B (zh) 一种功能化季铵盐离子液体及其制备方法和应用
CN110862356B (zh) 苯并三氮唑功能化的季铵盐离子液体及其制备方法和应用
CN110845417A (zh) 一种氨基酸离子液体水基添加剂及其制备方法和应用
Huang et al. Insight into the lubricating mechanism for alkylimidazolium phosphate ionic liquids with different alkyl chain length
CN110845430B (zh) 苯并三氮唑功能化的季铵盐及其制备方法和应用
CN105254667A (zh) 功能化油溶性离子液体及其制备方法和应用
CN102746279A (zh) 含苯并三氮唑基团离子液体及其制备方法和应用
CN106753687B (zh) 一种抗腐蚀性多功能离子液体润滑剂及其合成方法
CN103333728A (zh) 一种抗腐蚀性润滑剂
CN108864180A (zh) Gemini型油溶性离子液体及其制备方法和应用
CN106635360A (zh) 一种高温环保型水基离子液体润滑剂
CN114874386B (zh) 一种聚合物基离子型水基润滑添加剂及其制备方法和应用
CN107827926A (zh) 小分子功能化的表面活性剂及其制备方法和应用
Wei et al. Superior lubricity and corrosion-resistance response of solvated ionic liquids containing lithium and borate
CN113527149B (zh) 一种离子液体水基润滑添加剂及其制备方法和应用
JP2014065839A (ja) 潤滑油組成物
CN116082242A (zh) 环保型咪唑啉离子液体及其合成方法与复配工艺
CA1130321A (en) Poly(alkylene oxide) compositions
CN108191850A (zh) 一种均三嗪衍生物多功能润滑油添加剂及其制备方法与应用
CN110423639B (zh) 一种多功能润滑油添加剂及其应用
CN111039948A (zh) 三乙烯二胺类双离子液体、其制备方法及应用
CN110951517B (zh) 无卤胆碱螯合硼离子液体润滑添加剂及应用
CN108485788A (zh) 一种长寿命型水-乙二醇难燃液压液
CN117142967A (zh) 一种异丙醇胺-烷基酰氨基酸类质子型离子液体及其制备方法和应用
US4554087A (en) Metal processing composition

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant