一種無氟烷基羧酸離子液體及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種離子液體，具體涉及一種可作為潤滑劑的無氟烷基羧酸離子液體 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著工業的飛速發展，傳統的石油基潤滑劑已很難滿足現代機械在苛刻條件，如 低傾點、高粘度指數、高熱氧化穩定性、耐燃、超高真空、耐射線等苛刻條件下的潤滑與防 護。發展具有更好的耐高低溫、耐高真空、化學安定性、難燃性和抗輻射性的高性能合成潤 滑劑顯得尤為重要，它對于發展空間技術、信息技術、電子工業，尤其是涉及國家安全的高 新技術領域有著極其重要的意義。
[0003] 離子液體作為一類新型綠色介質，近年來在電化學、有機合成與催化、分離提取等 領域受到了廣泛關注。其不易燃易爆、蒸氣壓低、揮發性低、呈液態的溫區范圍寬、和較高的 熱穩定性等特點與理想潤滑劑所期望的性能極為吻合，是一類極具發展前途的新型潤滑 劑。2001年，劉維民研究小組在國際上首次報道了離子液體是一類性能優異的多用途潤滑 劑[Ye，C· ; Liu，W· ; Chen，Y · ; Yu，L · Chem· Commun · 2001，21，2244-2245]。自此，離子液體潤滑 材料引起了國內外眾多研究人員的重視。研究結果表明，離子液體無論是直接作為潤滑劑， 還是作為潤滑油添加劑都具有優異的減摩抗摩效果。目前，文獻中所報道的離子液體潤滑 劑絕大多數為含氟陰離子的離子液體，如:BF^，PF 6、（CF3S02)2ΓΓ等。這些離子液體不但合成 成本高，而且由于含有氟元素，在長期儲存或摩擦過程中，容易吸收空氣中的潮氣，通過水 解產生氟化氫從而對金屬基底材料產生腐蝕，并對周圍環境造成污染，因此很難將它們進 行大隊規模的工業化應用。設計和制備高性能、低成本、綠色環保的無氟離子液體潤滑劑仍 然是該領域的研究熱點之一。
【發明內容】
[0004] 為了解決上述問題，本發明提供了一種無氟烷基羧酸離子液體，具有通式(I)所示 結構，
[0006] 其中:辦-1?4分別獨立選自碳原子數為1-18的烷基，或者芐基；
[0007] 1?5選自碳原子數為1-6的烷基，或者通式(II)所示的基團，
[0009] η選自2-12之間的任意整數。
[0010] 優選地，本發明提供的無氟烷基羧酸離子液體，具有通式（III)所示結構或通式 (IV)所示結構：
[0012] 其中：Ri-IU中，至少有一個選自碳原子數為1-8的烷基或者芐基，其余選自碳原子 數為1-18的烷基。
[0013] 更優選地，通式（ΙΠ )和通式（IV)中，RX-R4中至少有一個選自甲基、乙基、丙基、丁 基、辛基或芐基中的一種，其余選自甲基、乙基、丙基、丁基、辛基、癸基、十二烷基、十六烷基 或十八烷基中的一種。
[0014] 優選地，本發明提供的無氟烷基羧酸離子液體，所述通式(III)所示離子液體選自 四丁基銨辛酸鹽或甲基三丁基銨辛酸鹽；
[0015] 所述通式（IV)所示離子液體選自四丁基銨辛二酸鹽、甲基三丁基銨辛二酸鹽或甲 基三丁基銨癸二酸鹽。
[0016] 本發明還提供了一種如通式（I)所述的無氟烷基羧酸離子液體的制備方法，具體 為，將一定摩爾比的通式(V)所示的烷基取代季銨鹽和通式(VI)所示的脂肪酸鈉鹽溶于乙 腈水溶液中，在室溫下反應12-48小時，反應結束后，將乙腈蒸干，水層用溶劑萃取、水洗，再 次蒸干溶劑即得目標產物，
[0018]通式(V)中，Ri-IU分別獨立選自碳原子數為1-18的烷基，或者芐基，X選自C1或Br; 通式(VI)中他選自甲基、乙基，丙基，異丙基、叔丁基，戊基或己基，或者通式（II)所示的基 團，
[0020] η選自2-12之間的任意整數。
[0021]優選地，上述制備方法中，所述乙腈水溶液由體積比為1:1的乙腈和水混合而成； 所述萃取溶劑為乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿或甲苯。
[0022]本發明還提供了上述離子液體作為潤滑劑的應用，所述離子液體潤滑劑由通式 (I)所示的至少一種離子液體組成，
[0024] 優選地，所述離子液體潤滑劑由質量比為0-100:100-0的通式(III)所示離子液體 和通式（IV)所示離子液體組成。
[0026] 本發明提供的無氟烷基羧酸離子液體作為液體潤滑劑與傳統含氟離子液體潤滑 劑相比，由于所采用的原料為低毒、廉價的季銨鹽和脂肪酸鈉鹽，因此合成成本低、毒性小； 由于不含氟元素，因此水解穩定性高，不容易對金屬基底材料造成腐蝕。無氟烷基羧酸離子 液體潤滑劑是一種綠色環保的液體潤滑劑，可作為鋼/鋼、鋼/銅和鋼/鋁摩擦副的潤滑劑， 具有優異的減摩抗磨性能。
【具體實施方式】
[0027] 為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案并能予以實施，下面結合具 體實施例對本發明作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0028] 為了評價本發明所提供的無氟烷基羧酸離子液體作為潤滑劑的抗摩擦磨損效果， 本發明采用德國Opt imol油脂公司生產的SRV-⑤微振動摩擦磨損試驗機對所制備的潤滑劑 的抗摩擦磨損性能進行評價，并與市售油聚-α-烯烴(ΡΑ0 10)以及傳統常用的離子液體1-甲基-3-丁基咪唑雙三氟甲烷黃酰亞胺鹽(L-F104)進行對比。
[0029] 其中，SRV-⑤微振動摩擦磨損試驗機的摩擦副接觸方式為球-盤點接觸，測試條件 為:載荷100Ν，溫度25°C，頻率25Hz，振幅1mm，實驗時間30min;試驗上試球為Φ 10mm的ΑΙSI 52100鋼球;鋼/鋼摩擦副中，下試樣為Φ 24mm、厚度7.9mm的AISI 52100鋼塊，硬度為59-61冊(：;鋼/銅摩擦副中，下試樣為〇24111111、厚度7.9111111的銅合金塊，硬度為130-160狀 ;鋼/鋁 摩擦副中，下試樣為Φ 24mm、厚度7 · 9mm的錯合金塊，硬度為140-170HV;下試樣的磨損體積 由BRUKER-NPFLEX三維光學輪廓儀測得。
[0030] 實施例1
[0031] -種可作為潤滑劑的無氟烷基羧酸離子液體，具體為離子液體四丁基銨辛酸鹽， 該離子液體的制備方法為:將〇. 〇5mol的四丁基氯化銨和0.05mol辛酸鈉溶于100mL體積比 為1:1的乙腈和水的混合液中，在室溫下反應48小時，反應結束后將乙腈蒸干，水層用二氯 甲烷萃取、水洗，再次蒸干溶劑即得四丁基銨辛酸鹽。
[0032]上述離子液體可作為潤滑劑，具體采用SRV-⑤微振動摩擦磨損試驗機和BRUKER-NPFLEX三維光學輪廓儀對該離子液體潤滑劑的摩擦磨損性能進行評價，其在100N，25°C條 件下作為鋼/鋼摩擦副潤滑劑的平均摩擦系數和磨損體積分別為:〇. 042和0.3145*105μπι3; 作為鋼/銅摩擦副潤滑劑的平均摩擦系數和磨損體積分別為:0.035和9.7701*10 5μπι3;作為 鋼/鋁摩擦副潤滑劑的平均摩擦系數和磨損體積分別為:0.043和33.0808*10 5μπι3。
[0033] 實施例2:
[0034] -種可作為潤滑劑的無氟烷基羧酸離子液體，具體為離子液體四丁基銨辛二酸 鹽，該離子液體的制備方法為：將〇 . Imol的四丁基氯化銨和0.05mol辛二酸二鈉鹽溶于 100mL體積比為1:1的乙腈和水的混合液中，在室溫下反應48小時，反應結束后將乙腈蒸干， 水層用二氯甲烷萃取、水洗，再次蒸干溶劑即得四丁基銨辛二酸鹽。
[0035]上述離子液體可作為潤滑劑，采用SRV-⑤微振動摩擦磨損試驗機和BRUKER-NPFLEX三維光學輪廓儀評價了該離子液體潤滑劑的摩擦磨損性能，其在100N，25°C條件下 作為鋼/鋼摩擦副潤滑劑的平均摩擦系數和磨損體積分別為:〇. 037和0.1280*105μπι3;作為 鋼/銅摩擦副潤滑劑的平均摩擦系數和磨損體積分別為:0.045和12.5039*10 5μπι3;作為鋼/ 鋁摩擦副潤滑劑的平均摩擦系數和磨損體積分別為:0.033和9.6217*10 5μπι3。
[0036] 實施例3:
[0037]由實施例1所制得的離子液體四丁基銨辛酸鹽和實施例2所制得的離子液體四丁 基銨辛二酸鹽以質量比為10:90的比例混合，室溫下攪拌直至充分混合，得到由兩種離子液 體組成的組合型離子液體潤滑劑。采用SRV-⑤微振動摩擦磨損試驗機和BRUKER-NPFLEX三 維光學輪廓儀評價了潤滑劑的摩擦磨損性能，其在100N，25°C條