一种离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法

本发明属于流体润滑剂，具体是一种离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法。

背景技术：

1、随着工业的快速发展，减少各种机械的摩擦和磨损是摩擦学领域非常重要的课题，改善机械运行过程中润滑条件最常用的方法就是使用润滑剂，然而，常规润滑油无法满足复杂工作环境的使用条件，为了减少摩擦并改善摩擦副润滑，需要在润滑油中添加润滑添加剂，以有效提高润滑油的使用寿命和摩擦学性能。

2、离子液晶作为一种特殊的液晶材料，在润滑领域得到了广泛的研究，离子液晶润滑剂具有独特的结构和性质，在减少摩擦和磨损方面发挥着重要作用，目前，离子液晶润滑已经取得一定的研究进展，研究人员通过合成具有特殊结构和功能的离子液晶分子来设计和制备新型离子液晶润滑剂，这些润滑剂可以在摩擦副表面形成一层保护膜，并减少金属表面之间的接触，从而有效减少摩擦和磨损。

3、两亲性离子液晶通常由超过12个碳原子的阳离子烷基链和亲水性阴离子组成，值得注意的是，ilc的芳环能够吸引π-π堆积相互作用，秦等人将离子液体通过共价键接枝到纳米纤维素晶体(cnc)表面，成功制备cnc-il，发现在悬浮液中cnc-il的有效尺寸远大于cnc，而且在高的正电位下稳定分散，并影响cnc-il的液晶自组装，此外，共价键接枝过程需要复杂的制备条件和步骤，增加了生产成本和操作难度，共价键接枝后的cnc-il可能存在长期稳定性问题，如在高温高载环境条件下可能出现降解或失效的情况，而且共价键接枝后离子液体与纳米纤维素晶体的结合更加牢固，使得离子液体在摩擦过程中被难以释放，导致较差的润滑性能；田等人开发了ilc辅助水热剥离的方法用于氟化石墨烯和二硫化钼的剥离和功能化，并在润滑性能方面获得了令人鼓舞的结果，这说明使用离子液体改性润滑材料能够显著促进润滑添加剂摩擦学性能的进一步提升。

4、此外，通过实验和理论模拟等方法，研究人员对离子液晶润滑剂的摩擦性能进行了深入研究，他们探索了离子液晶润滑剂在不同温度、压力和速度条件下的摩擦特性，并研究了润滑剂分子与金属表面之间的相互作用机制，结果表明：在不同温度下，液相蒸发会导致离子液体的粘度增大，从而使摩擦阻力增大，摩擦系数升高；在高压条件下，离子液晶润滑剂的失效行为加剧，可能导致摩擦增加或润滑效果下降；在高速条件下，可能出现润滑膜撕裂或润滑效果不稳定的情况；在长时间高速运转下，润滑剂的分解或损耗可能导致润滑效果下降。

5、尽管现有的离子液晶润滑剂的研究已经涉及到多个领域，如汽车发动机润滑、金属加工、微纳米摩擦学等，但是，由于这些领域对于润滑性能的要求高，现有的离子液晶润滑剂的持久耐磨性能尚且不能满足实际应用需求，因此，亟需开发新的离子液晶润滑剂。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，制备出了具有优异润滑性能的润滑剂。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1、按照比例200ml:(2～3g)取深共晶溶剂和木质原料混合，在110～120℃下，处理90～150min，使木质原料的木质素充分溶解，洗涤后，得到固体物质a；

5、步骤2、将固体物质a依次漂白和洗涤，得到固体物质b，将固体物质b依次冷冻干燥和研磨，得到酯化纤维素粉末；

6、步骤3、按照比例(1～2g):(1～2g):(40～50ml)取1-十六烷基-3-甲基咪唑氯化鎓和酯化纤维素粉末分散于蒸馏水，并转移至水热反应釜，在180℃～240℃下，反应18～24h，得到混合分散液；

7、步骤4、将混合分散液充分球磨，得到离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂。

8、进一步地，所述步骤1的深共晶溶剂由如下方法制备得到：

9、先将氯化胆碱和二水草酸按照质量比1：1混合，在90℃下加热熔化，得到透明液体，再按照体积比1：100将透明液体加入蒸馏水，混合均匀后，得到深共晶溶剂。

10、进一步地，所述步骤1的木质原料为杨木粉、玉米秸秆粉、巴杉木粉或胡桃木粉。

11、进一步地，所述步骤1的洗涤是利用蒸馏水反复稀释并过滤3～5次。

12、进一步地，所述步骤2中漂白的具体过程为：

13、先按照比例1g:(100～150ml):(1～2ml)分别取固体物质a、浓度为20g/l的亚氯酸钠水溶液和乙酸，再将固体物质a分散于亚氯酸钠水溶液，接着加入乙酸，在90～110℃下持续加热搅拌3～5h，使固体物质a中残留的木质素充分溶解。

14、进一步地，所述步骤2的洗涤是使用蒸馏水反复清洗并过滤3～5次。

15、进一步地，所述步骤2中冷冻干燥的具体过程为：

16、按照质量比(1～1.5g):(100～200ml)将固体物质b分散于蒸馏水，在-50℃～-60℃下，冷冻干燥48～56h。

17、进一步地，所述步骤4的球磨是采用行星式球磨机，以500～600rpm的转速，球磨16～20h。

18、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

19、本发明先通过简单地深共晶溶剂封装处理和漂白工艺去除木质原料的木质素，再利用冷冻干燥工艺实现酯化纳米纤维素的提取，然后将1-十六烷基-3-甲基咪唑氯化鎓ilc与酯化纳米纤维素nc一同分散到水中并转移至水热反应釜进行水热反应，打开纤维素的大纤维束结构，得了纤维素微纳米原纤维，最后经过球磨，促进了分散体系的均匀化，得到具有持久润滑性能的ilc-nc型润滑剂，由于离子液晶分子通常具有较大的极性和柔性以及较强的分子间相互作用，促使离子液晶分子与纤维素之间相互作用，从而改变纤维素大纤维束之间的粘附，而且离子液晶中的正负离子与纤维束表面的电荷相互作用，形成静电吸引力或静电排斥力，这种电介质作用可以降低纤维束之间的粘附力，使纤维素发生纠缠结构被破坏并对纤维素实现表面功能化，赋予ilc-nc型润滑剂优异的稳定性、良好的润滑性能、良好的抗腐蚀性能和温度适应性，尤其在工程钢表面具有持久的润滑效果，减少了机械部件的磨损，延长机器设备的使用寿命，同时，选用的木质原料价格价廉，具有绿色、环保、无污染的优点，对木质原料的处理过程也不涉及任何有毒溶剂，对环境友好。

20、本发明制备的ilc-nc型润滑剂结合了离子液晶的独特结构和性质以及纤维素的可再生性和生物可降解性，具有广泛的应用潜力。

技术特征：

1.一种离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1的深共晶溶剂由如下方法制备得到：

3.根据权利要求1所述的离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1的木质原料为杨木粉、玉米秸秆粉、巴杉木粉或胡桃木粉。

4.根据权利要求1所述的离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1的洗涤是利用蒸馏水反复稀释并过滤3～5次。

5.根据权利要求1所述的离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中漂白的具体过程为：

6.根据权利要求1所述的离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2的洗涤是使用蒸馏水反复清洗并过滤3～5次。

7.根据权利要求1所述的离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中冷冻干燥的具体过程为：

8.根据权利要求1所述的离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4的球磨是采用行星式球磨机，以500～600rpm的转速，球磨16～20h。

技术总结本发明公开了一种离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1、按照比例200mL:(2～3g)取深共晶溶剂和木质原料混合，在110～120℃下，处理90～150min，使木质原料的木质素充分溶解，洗涤后，得到固体物质A；步骤2、将固体物质A依次漂白和洗涤，得到固体物质B，将固体物质B依次冷冻干燥和研磨，得到酯化纤维素粉末；步骤3、按照比例(1～2g):(1～2g):(40～50mL)取1‑十六烷基‑3‑甲基咪唑氯化鎓和酯化纤维素粉末分散于蒸馏水，并转移至水热反应釜，在180℃～240℃下，反应18～24h，得到混合分散液；步骤4、将混合分散液充分球磨，得到离子液晶功能化纳米纤维素水基润滑剂，具有优异润滑性能。技术研发人员：贾晓华,陕志强,宋浩杰,闫宇轩,杨进,王鼎受保护的技术使用者：陕西科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18