CN115678637B - 双组份离子液体作为润滑剂的应用及其水-甘油润滑剂组合物 - Google Patents
双组份离子液体作为润滑剂的应用及其水-甘油润滑剂组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于润滑材料技术领域，尤其涉及双组份离子液体作为润滑剂的应用及其水‑甘油润滑剂组合物。本发明是以甘油水溶液为基础油，结合N‑酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑型离子液体的各自的结构特点，可以降低摩擦系数和减少磨损，有效的改善了水基润滑剂的润滑性能。
Description
技术领域
本发明属于润滑材料技术领域，尤其涉及双组份离子液体作为润滑剂的应用及其水-甘油润滑剂组合物。
背景技术
水基润滑剂具有环保、阻燃和优异的冷却性能，但存在润滑性差和腐蚀性强的不足，严重制约它的发展应用，目前常见的水基润滑添加剂有脂肪酸及其金属盐类、含活性元素的水溶性有机化合物、无机纳米材料等，虽然可以部分提高水的润滑性能和承载能力，但存在分散和溶解稳定性差、反应活性低、腐蚀性高等问题，限制了此类添加剂的使用范围。
离子液体具有挥发性低、反应活性高，表面吸附能力强以及结构和性能可控的优点，可以作为水溶性的润滑添加剂改善水基润滑剂的抗磨性能和防锈性能，但是传统的离子液体大部分是含有卤素，例如EP2164934B1描述了在润滑剂组合物中使用选定的具有含氟阴离子的离子液体，以减少润滑剂的老化现象并降低润滑剂的电阻。其中所述的离子液体特别适用于如酯和聚二醇等极性基油。CN202110124135.9描述的润滑剂含有两种离子液体，其中一种离子液体的阴离子就是含有氟元素的双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺，需用如PAO的非极性基础油。但也有部分无卤素离子液体，以油溶性为主，如EP1970432A1描述了与大量阴离子结合的具有铵或磷鎓阳离子的IL作为润滑添加剂，尤其用于以矿物油、PAO为基础油的内燃机油。综上，含卤素离子液体水解稳定性差，摩擦过程中产生强腐蚀性的酸，对金属造成腐蚀性磨损，不适合用于水基润滑剂中。虽然存在无卤素离子液体，但是也通常应用在油性润滑剂中。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出了双组份离子液体作为润滑剂的应用，并提供了一种水-甘油润滑剂组合物。本发明涉及一种水基润滑剂，含有N-酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑型离子液体，通过使用所述两种不同离子液体，所述水基润滑剂的润滑与腐蚀性能可以得到明显改善,可以应用在工业生产中许多靠近高温明火的液压设备中。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供了一种双组份离子液体作为水基润滑剂的应用，所述双组份离子液体为N-酰基谷氨酸离子液体和苯并噻唑型离子液体；
其中N-酰基谷氨酸离子液体的分子式为：
；
其中，R1为饱和碳链或不饱和碳链/>；
苯并噻唑型离子液体的分子式为：
其中R2为饱和碳链。
进一步的，在实验时，N-酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑硫乙酸离子液体混合成组合物，该组合物中，所述N-酰基谷氨酸离子液体和苯并噻唑型离子液体的摩尔比为0.5:1-10:1，优选：1:1-4:1,进一步优选4:1。
（3）两个离子液体的最优的摩尔比例为1:1-4:1，通过采用合适的摩尔比例，可以使得两种离子液体明显改善水基润滑剂的抗磨和减摩性能。单个N-酰基谷氨酸离子液体有利于降低摩擦系数，但抗磨损性能并不突出，单个苯并噻唑型离子液体具有优秀的抗磨性能，但形成的摩擦反应膜会增大摩擦系数，两者之间某一成分比例过大，都会使得该成分在性能占据主导，只有合适的比例，才能产生明显的协同作用，明显改善水基润滑剂的抗磨和减摩性能。
进一步的，所述N-酰基谷氨酸离子液体为油酰基谷氨酸离子液体或月桂酰基谷氨酸离子液体，优选油酰基谷氨酸离子液体。相比单个离子液体，含有两个离子液体的摩擦系数和摩损体积更小，抗腐蚀性能更好，其中含有油酰基谷氨酸离子液体的甘油溶液比含有月桂酰基谷氨酸离子液体的甘油溶液的润滑性能更为优异，原因是油酰基谷氨酸离子液体的疏水基团的链更长，导致分子间的侧向力作用增强，更有利于定向润滑膜的形成并增加膜厚。
进一步的，所述苯并噻唑型离子液体为苯并噻唑硫乙酸离子液体。N-酰基谷氨酸离子液体和苯并噻唑型离子液体只有共同吸附在水-金属界面，才能发挥明显的协同润滑作用，其中N-酰基谷氨酸离子液体具有更长的碳链首先吸附在水-金属界面，未占据的空白界面吸附苯丙噻唑离子液体，苯并噻唑硫乙酸离子液体相比苯并噻唑硫丙酸或更长碳链空间体积小，更容易吸附在空白处，不会与N-酰基谷氨酸离子液体形成明显的竞争吸附。
进一步的，所述油酰基谷氨酸离子液体的制备方法如下：油酰基谷氨酸与二甲氨基乙醇,以摩尔比1:2，在70℃下进行混合搅拌2h后得到产物。
进一步的，所述苯并噻唑硫乙酸离子液体的制备方法如下：以乙醇为溶剂，等摩尔的氢氧化胆碱和3-（2-苯并噻唑硫代）乙酸，在25 ℃下混合搅拌12小时，随后通过减压蒸馏2h及70℃真空干燥24h除去溶剂后得到产物。
本发明还提供了一种水-甘油润滑剂组合物，包括N-酰基谷氨酸离子液体和苯并噻唑型离子液体组合物1wt%、增稠剂15wt%、消泡剂0.005wt%,余量为甘油水溶液，所述甘油水溶液中甘油和水的重量比为1:1。
甘油水溶液的比重选择50wt%以及增稠剂选择15wt %一方面目的是为了调配46粘度等级润滑剂产品，工业上水基液压油的粘度大多数为这个等级，另一方面水基润滑剂通常具有阻燃性能，水的含量越高阻燃性越好，并且一般工业上要求在35%以上，同时不能超过50%，水分在50%以后，磨损会加剧。离子液体选择1wt%，是因为这时候这个离子液体组合物已经在水-金属界面达到饱和吸附，含量降低会影响润滑性能，含量继续增加并不能明显改善润滑性能，反而增加添加成本。消泡剂选择0.005wt%，原因在于：消泡剂主要是分散在水体系中硅油型聚合物，含量过低达不到消泡效果，含量过大会聚集使得水基润滑剂不透明，并且消泡效果同样下降。
本发明的有益技术效果：
本发明是以甘油水溶液为基础油，结合N-酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑型离子液体的各自的结构特点，以特定比例组合作为水基润滑添加剂，能够发挥出单个离子液体更为优秀的抗磨和抗腐蚀性能，其作用机理在于两种离子液体在水中形成的不同阴阳离子结构以离子对的形式共吸附在带正电荷的金属表面，形成更为致密有序的混合吸附膜，这种以双电层结构以及混杂离子界面膜形成的致密有序结构，不仅隔离水和空气，能进一步改善金属防腐蚀性能，而且相比低粘度的水具有较高的粘度和剪切性能，起到有效的减摩和承载作用；同时摩擦过程中混合吸附膜部分含硫和氮元素的分子活性基团可以进一步与金属发生摩擦化学反应生成反应膜，混合吸附膜和摩擦反应膜构成的边界润滑膜具有较好的剪切和耐磨性能，可以进一步降低摩擦系数和减少磨损，有效的改善了水基润滑剂的润滑性能。
附图说明
图1为本发明制备的油酰基谷氨酸离子液体的红外谱图；
图2为本发明制备的苯并噻唑硫乙酸离子液体的红外谱图。
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N-酰基谷氨酸离子液体和苯并噻唑型离子液体采用以下制备方法得到。
所述油酰基谷氨酸离子液体的制备方法如下：油酰基谷氨酸与二甲氨基乙醇,以摩尔比1:2，在70℃下进行混合搅拌2h后得到产物。参见图1，得到的产物红外谱图中1616cm-1和1381cm-1的两个吸收峰分别归属为COO-的不对称和对称伸缩振动，证实油酰基谷氨酸离子液体的形成。
所述苯并噻唑硫乙酸离子液体的制备方法如下：以乙醇为溶剂，等摩尔的氢氧化胆碱和3-（2-苯并噻唑硫代）乙酸，在25 ℃下混合搅拌12小时，随后通过减压蒸馏2h及70℃真空干燥24h除去溶剂后得到产物。参见图2，得到的产物红外谱图中，1565cm-1和1372cm-1的吸收峰分别对应于COO-的不对称和对称伸缩振动，1565cm-1、1465cm-1和753 cm-1的峰属于苯环的特征吸收峰，1088cm-1处的峰对应于C-S-C的伸缩振动，证实苯并噻唑硫乙酸离子液体的形成。
实施例1：油酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑硫乙酸离子液体以摩尔比为1:2混合成组合物，该组合物以1wt%加入到50wt%甘油水溶液中。
实施例2：油酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑硫乙酸离子液体以摩尔比为2:1混合成组合物，该组合物以1wt%加入到50wt%甘油水溶液中。
实施例3：油酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑硫乙酸离子液体以摩尔比为4:1混合成组合物，该组合物以1wt%加入到50wt%甘油水溶液中。
实施例4：月桂酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑硫丙酸离子液体以摩尔比为1:2混合成组合物，该组合物以1wt%加入到50wt%甘油水溶液中。
实施例5：月桂酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑硫丙酸离子液体以摩尔比为2:1混合成组合物，该组合物以1wt%加入到50wt%甘油水溶液中。
实施例6：月桂酰基谷氨酸离子液体与苯并噻唑硫丙酸离子液体以摩尔比为4:1混合成组合物，该组合物以1wt%加入到50wt%甘油水溶液中。
对比例1,2,3分别为50wt%甘油水溶液、含有1wt%苯丙噻唑硫乙酸离子液体的50wt%甘油水溶液和含有1wt%油酰基谷氨酸离子液体的50wt%甘油水溶液。
摩擦学性能测试：使用德国Optimol油脂公司的SRV-IV微动摩擦磨损试验机，在温度为30 ℃，频率为50Hz，振幅为1mm，载荷为100 N，时间为30 min的条件下对实施例1-6和对比例1-3进行摩擦系数评价。试验所用钢球为直径10mm的GCr15轴承钢，下试样所用块体为直径24mm、高7.9±0.1mm的GCr15钢块，钢块上磨痕的磨损体积利用非接触式3D表面轮廓仪测量。摩擦系数及磨损体积结果参见表1。抗腐蚀性能利用铸铁屑方法（JB/T 9189-2016），观察24 h后滤纸上锈斑判断抗腐蚀性能，性能见表1。
表1实施例和对比例的腐蚀性能
相比单个离子液体，含有两个离子液体的摩擦系数和摩损体积更小，抗腐蚀性能更好，其中含有油酰基谷氨酸离子液体的甘油溶液比含有月桂酰基谷氨酸离子液体的甘油溶液的润滑性能更为优异，原因是油酰基谷氨酸离子液体的疏水基团的链更长，导致分子间的侧向力作用增强，更有利于定向润滑膜的形成并增加膜厚。
实施例7
以50wt%的甘油水溶液为基础油，添加实施例3中离子液体组合，再添加增稠剂和消泡剂，在本实施例中增稠剂为聚醚，选自南京威尔SDN-10D，消泡剂选自道康宁FS1224，配制成水-甘油润滑剂，配比方案见表2，所得到的水-甘油润滑剂主要性能见表3。
表2水-甘油润滑剂的配比方案
表3水-甘油润滑剂的主要性能
。
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 (3)
1.一种双组份离子液体作为水基润滑剂的应用，其特征在于：所述双组份离子液体为油酰基谷氨酸离子液体和苯并噻唑硫乙酸离子液体，所述油酰基谷氨酸离子液体和苯并噻唑硫乙酸离子液体的摩尔比为4:1；
所述油酰基谷氨酸离子液体和苯并噻唑硫乙酸离子液体作为水基润滑剂的平均摩擦系数为0.093，摩损体积为23×10-5mm3，抗腐蚀性能级别为1级；
所述油酰基谷氨酸离子液体的制备方法如下：油酰基谷氨酸与二甲氨基乙醇,以摩尔比1:2，在70℃下进行混合搅拌2h后得到产物；
所述苯并噻唑硫乙酸离子液体的制备方法如下：以乙醇为溶剂，等摩尔的氢氧化胆碱和3-（2-苯并噻唑硫代）乙酸，在25℃下混合搅拌12小时，随后通过减压蒸馏2h及70℃真空干燥24h除去溶剂后得到产物。
2.一种水-甘油润滑剂组合物，其特征在于：包括油酰基谷氨酸离子液体和苯并噻唑硫乙酸离子液体组合物1wt%、增稠剂15wt%、消泡剂0.005wt%，余量为甘油水溶液；
所述油酰基谷氨酸离子液体的制备方法如下：油酰基谷氨酸与二甲氨基乙醇,以摩尔比1:2，在70℃下进行混合搅拌2h后得到产物；
所述苯并噻唑硫乙酸离子液体的制备方法如下：以乙醇为溶剂，等摩尔的氢氧化胆碱和3-（2-苯并噻唑硫代）乙酸，在25℃下混合搅拌12小时，随后通过减压蒸馏2h及70℃真空干燥24h除去溶剂后得到产物。
3.根据权利要求2所述的水-甘油润滑剂组合物，其特征在于：所述甘油水溶液中甘油和水的重量比为1:1。
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