CN114806673B - 胆碱型类离子液体作为润滑剂的应用及润滑剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了胆碱型类离子液体作为润滑剂的应用，并提供了一种润滑剂组合物，包括胆碱型类离子液体和水。所述润滑剂组合物能有效地降低摩擦副相对运动时的摩擦系数，在摩擦副经过短暂的跑和过程后实现超润滑。

Description

胆碱型类离子液体作为润滑剂的应用及润滑剂组合物
技术领域
本发明属于润滑材料技术领域，尤其涉及胆碱型类离子液体作为润滑剂的应用及润滑剂组合物。
背景技术
摩擦是一种自然现象，既时刻影响着人们的生活，也在被人们所利用。摩擦有时是有益的，但摩擦也在全世界范围内带来了巨大的能量消耗、机械机构磨损等问题。如，在汽车领域，大约有1/3的燃油消耗被用于克服摩擦，既带来了巨大的能源浪费，也造成了活动机构的磨损。如何最大程度的减摩抗磨成了人们关注的焦点。
接近零摩擦，即“超润滑”一般是指两个接触表面相对滑动时，摩擦系数进入10-3量级(一般指＜0.01)的现象。超润滑的概念自1990年提出，直到2004年才在实验室中、纳米尺度下被首次观察到，此后国际上关于超润滑的研究变得越来越热。传统润滑剂主要以矿物油和合成油为基础油加以改进，虽然有着不错的润滑性，但是无法实现超润滑。并且由于其本身易燃、易爆、不易清洗等性质，在生产和使用过程中，不仅会对环境有不小的破坏，而且其应用场景也有很大的局限性。
因此，以环保材料为基础，开发应用范围广且具有超润滑性能的润滑剂极具实际意义。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出了胆碱型类离子液体作为润滑剂的应用，并提供了一种润滑剂组合物。将胆碱型类离子液体作为润滑剂能够起到显著的减摩抗磨的效果。以胆碱型类离子液体为主成分，少量的水作为添加剂得到的润滑剂组合物，能有效地降低摩擦副相对运动时的摩擦系数，在摩擦副经过短暂的跑和过程后实现超润滑(摩擦系数＜0.01)。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供了一种胆碱型类离子液体作为润滑剂的应用。
优选地，胆碱型类离子液体选自有机胆碱盐-水合金属卤化物类离子液体、有机胆碱盐-醇类离子液体、有机胆碱盐-羧酸类离子液体、有机胆碱盐-胺类离子液体、有机胆碱盐-糖类离子液体中的一种或多种的组合。
优选地，所述有机胆碱盐选自氯化胆碱、氟化胆碱、溴化胆碱中的任意一种。
本发明所述类离子液体是指由两种及两种以上的化合物形成的低共熔混合物，其合成过程中伴有电中性配体，中性配体与离子相络合形成氢键网络，可在较宽温度范围内以液态形式稳定存在。对于类离子液体的制备方法不作具体限定。如，采用常规的一步合成法，将组分原料简单混合加热，使其形成均一、稳定的液体，即可得到。本发明所述胆碱型类离子液体是指以有机胆碱盐作为氢键受体的类离子液体。
对于本发明所述有机胆碱盐-水合金属卤化物类离子液体、有机胆碱盐-醇类离子液体、有机胆碱盐-羧酸类离子液体、有机胆碱盐-胺类离子液体、有机胆碱盐-糖类离子液体中作为氢键供体的水合金属卤化物、醇、羧酸、胺、糖的具体种类不作限定。
其中：水合金属卤化物包括但不限于，六水合氯化镁、六水合氯化钙、六水合氯化铝；醇包括但不限于，乙二醇、丙三醇；羧酸包括但不限于，丙二酸、乙二酸、柠檬酸、草酸；胺包括但不限于，尿素；糖包括但不限于果糖、葡萄糖。
本发明还提供了一种润滑剂组合物，包括胆碱型类离子液体和水。
优选地，按照质量百分比包括：胆碱型类离子液体70-99％；更优选地，按照质量百分比包括：胆碱型类离子液体85-98％，余量为水。
优选地，胆碱型类离子液体选自有机胆碱盐-水合金属卤化物类离子液体、有机胆碱盐-醇类离子液体、有机胆碱盐-羧酸类离子液体、有机胆碱盐-胺类离子液体、有机胆碱盐-糖类离子液体中的一种或多种的组合。
优选地，所述胆碱型类离子液体为有机胆碱盐-水合金属卤化物类离子液体，是将有机胆碱盐和水合金属卤化物混合，加热得到。
优选地，所述有机胆碱盐选自氟化胆碱、氯化胆碱、溴化胆碱中的任意一种；水合金属卤化物选自六水合氯化镁、六水合氯化钙、六水合氯化铝中的任意一种。
优选地，所述有机胆碱盐和水合金属卤化物的摩尔比为1:0.5-2。
优选地，所述润滑剂组合物制备方法为：将胆碱型类离子液体与水混合均匀后，超声处理得到；优选地，所述水为去离子水。
与现有技术相比，有益效果为：
(1)本发明提出了胆碱型类离子液体作为润滑剂的应用，将胆碱型类离子液体作为润滑剂能够起到显著的减摩抗磨的效果。
(2)本发明还提供了一种润滑剂组合物，以胆碱型类离子液体为主成分，以少量的水作为添加剂，调节胆碱型类离子液体的粘度，由此得到的润滑剂组合物能有效地降低摩擦副相对运动时的摩擦系数，在摩擦副经过短暂的跑和过程后实现超润滑(摩擦系数＜0.01)。
(3)相较于普通润滑剂(摩擦系数一般为0.08-0.1)，本发明所述润滑剂组合物不仅原料成本低廉、方便易得，而且制备操作过程简单，对环境友好无污染，具有实际应用价值。
附图说明
图1为实施例1制备的润滑剂组合物摩擦系数随时间变化的曲线；
图2为实施例1制备的润滑剂组合物在不同载荷下的平均摩擦系数；
图3为实施例1制备的润滑剂组合物在不同线速度下的平均摩擦系数；
图4为实施例1、2、3制备的润滑剂组合物超滑时平均摩擦系数对比。
图5为实施例4所述润滑剂摩擦系数随时间变化的曲线；
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
本发明以下实施例所述的胆碱型类离子液体均采用一步合成方法制备得到。如氯化胆碱-六水合氯化镁类离子液体，是将氯化胆碱和六水合氯化镁按1:1摩尔比例混合，加热至80℃，搅拌2小时，得到。
采用MPX-3G球-盘摩擦磨损试验机进行摩擦学实验。实验条件为：载荷1N-5N，线速度50mm/s-300mm/s，温度20-25℃，对磨材料为直径5mm的氮化硅球和石英玻璃盘。摩擦时间为1小时。
实施例1
一种润滑剂组合物，按照质量百分比包括：氯化胆碱-六水合氯化镁类离子液体98％、去离子水2％。
所述润滑剂组合物的制备方法为：将去离子水按质量比加入到氯化胆碱-六水合氯化镁类离子液中，搅拌，并进行超声处理，使两者充分互溶，即得。
对本实施例所述的润滑剂组合物的摩擦性能进行测试，结果如图1-3所示，其中：
图1为润滑剂组合物摩擦系数随时间的变化曲线(载荷2N，线速度100mm/s)。由图可知，摩擦系数初始值约为0.03，经过短暂的跑和阶段，摩擦系数逐渐降低，最终稳定在0.01以下，进入超滑阶段。表明本发明所述的润滑剂组合物具有实现宏观超滑的能力。
图2为润滑剂组合物在不同载荷下的平均摩擦系数(线速度100mm/s)。由图可知，在1N-3N的载荷范围内，该种润滑剂皆具有良好的超润滑性能。
图3为润滑剂组合物在不同线速度下的平均摩擦系数(载荷2N)。由图可知，在100mm/s-200mm/s的线速度范围内，该种润滑剂皆具有良好的超润滑性能。
实施例2
一种润滑剂组合物，按照质量百分比包括：氯化胆碱-六水合氯化镁类离子液体90％、去离子水10％。
所述润滑剂组合物的制备方法为：将去离子水按质量比加入到氯化胆碱-六水合氯化镁类离子液中，搅拌，并进行超声处理，使两者充分互溶，即得。
本实施例所述润滑剂组合物在超滑时平均摩擦系数如图4中实施例2对应值。
实施例3
一种润滑剂组合物，按照质量百分比包括：氯化胆碱-六水合氯化镁类离子液体85％、去离子水15％。
所述润滑剂组合物的制备方法为：将去离子水按质量比加入到氯化胆碱-六水合氯化镁类离子液中，搅拌，并进行超声处理，使两者充分互溶，即得。
本实施例所述润滑剂组合物在超滑时平均摩擦系数如图4中实施例3对应值。
实施例4
胆碱型类离子液体作为润滑剂的应用：以纯的氯化胆碱-六水合氯化镁类离子液体(不含去离子水)作为润滑剂，进行摩擦学实验。
该润滑剂摩擦系数随时间的变化曲线(载荷2N，线速度100mm/s)如图5所示。由图可知，摩擦系数初始值约为0.06，经过短暂的跑和阶段，摩擦系数逐渐降低，最终稳定在0.02左右，表明单纯以胆碱型类离子液体作为润滑剂能够表现出优异的润滑性能，为胆碱型类离子液体的应用提供了全新的方向；也为润滑剂材料的发展提供了更多的选择。
由实施例4与实施例1的对比可以看出，胆碱型类离子液体作为润滑剂应用时，以胆碱型类离子液体和水这种组合物形式，相对于以纯的胆碱型类离子液体润滑剂，能够体现出更为优异的润滑能力。分析其原因可能是，水作为添加剂能够降低类离子液体的粘度，减小类离子液体内部的摩擦，从而使摩擦系数进一步降低，实现宏观超润滑。
实施例5-10
本发明对不同的胆碱型类离子液体作为润滑剂应用时的摩擦学性能进行了研究。具体实施例以及摩擦系数如下表1所示：
表1实施例5-10润滑剂及稳定的摩擦系数
注：磨合后的稳定摩擦系数是指：在载荷2N，线速度100mm/s条件下，摩擦副经跑和后，摩擦系数趋于稳定时的值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种润滑剂组合物，其特征在于，按照质量百分比包括：有机胆碱盐-水合金属卤化物类离子液体85%，余量为水；所述有机胆碱盐为氯化胆碱；水合金属卤化物为六水合氯化镁。
2.根据权利要求1所述的润滑剂组合物，其特征在于，所述类离子液体是将有机胆碱盐和水合金属卤化物混合，加热得到。
3.根据权利要求1或2所述的润滑剂组合物，其特征在于，所述有机胆碱盐和水合金属卤化物的摩尔比为1:0.5-2。
4.根据权利要求1或2所述的润滑剂组合物，其特征在于，所述润滑剂组合物制备方法为：将所述类离子液体与水混合均匀后，超声处理得到。
5.根据权利要求4所述的润滑剂组合物，其特征在于，所述水为去离子水。
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