一种复配型离子液体、其制备方法及应用

本发明属于离子液体制备，具体涉及一种复配型离子液体、其制备方法及应用。

背景技术：

1、目前常用的高性能液体润滑剂主要有全氟聚醚和膦腈。但是全氟聚醚的边界润滑能力较差，价格昂贵，在高温下容易发生腐蚀和降解，对传统添加剂的溶解能力和复配性能差。膦腈高温润滑能力好，但高温挥发性和低温流动性仍需进一步改进。此外，传统的减摩抗磨润滑剂往往含有重金属、硫、磷等对环境有害的元素，导致其在润滑油添加剂领域的进一步应用受到很大限制。因此，进一步开发性能优异的液体润滑剂，以替代传统的减摩抗磨润滑剂，具有重要意义。

2、离子液体(ils)是指在室温或接近室温下呈现液态的、由阴阳离子所组成的熔融盐，通常，阳离子较大，具有较长的烷基链和不对称的分子结构。离子液体是高性能润滑剂的重要组成部分，其独特的物理性能，如不可燃性、难挥发性、低熔点以及突出的热氧化稳定性和偶极结构等为润滑和防腐领域所需要，并在不同领域引起了广泛的关注。此外，它们还含有活性元素，如n、f、b和p，这些活性元素在摩擦过程中与金属发生潜在的反应，形成抗磨化合物。这些特性对于理想的高性能润滑添加剂来说是必不可少的。ils因其稳定性、分子设计的灵活性、合成的简易性和对多种功能的适应性而广受关注。迄今为止，已有400多种ils被作为不同滑动副的润滑材料进行了测试，与矿物和合成润滑剂相比，它们在可变滑动副中表现出优越的摩擦学性能。通过改变ils组成离子的结构，特别是阳离子和阴离子的类型及其烷基链的长度，可以很容易地改变离子液体的物理化学性质。通过阴离子和阳离子的结合可以产生多达1018种阴阳离子对。通过改变阴阳离子对，可以调整ils的物理性质，如熔点、密度、粘度、热稳定性和疏水性，以适应特殊润滑工艺的要求。其分子设计的灵活性也使得ils的功能化很容易，例如，许多研究人员将官能团加入ils的阳离子或阴离子中，以获得“任务特异性”的ils，以满足苛刻的工程条件下的应用要求。

3、然而，将离子液体作为润滑油使用时，仍然存在相溶性差、凝点高、稳定性差、润滑性能不足以及对基底存在腐蚀性等问题，这些缺陷都极大地限制了离子液体在润滑油领域的应用。

技术实现思路

1、本发明提供了一种复配型离子液体，是由四氟硼酸盐离子液体、双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐离子液体和三(全氟烷基)三氟磷酸盐离子液体复配而成。该复配型离子液体凝点低、润滑性能好，抗腐蚀稳定性强、饱和蒸汽压低、热稳定性强，能够实现传统减摩抗磨润滑剂的替代。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种复配型离子液体的制备方法，步骤如下：

4、将四氟硼酸盐离子液体、双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐离子液体和三(全氟烷基)三氟磷酸盐离子液体按比例混合，在60～80℃下搅拌8～10h，然后超声处理1～2h，再漩涡混匀1～2h，得到复配型离子液体。

5、上述离子液体均由阳离子和阴离子组成。

6、在本发明中，离子液体中的阳离子选自如下阳离子盐中的任意一种：咪唑盐、季铵盐、吡啶盐、噻唑盐、吡咯盐；阴离子为四氟硼酸盐、双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐和三(全氟烷基)三氟磷酸盐。

7、在本发明中，四氟硼酸盐离子液体可具体选自如下任意一种：1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-癸基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、己基三丙基铵四氟硼酸盐、辛基三乙基铵四氟硼酸盐。

8、在本发明中，双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐离子液体可具体选自如下任意一种：1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、1-癸基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、1-十二烷基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、辛基三戊基铵双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、己基三乙基铵双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、1-十二烷基吡啶双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐。

9、在本发明中，三(全氟烷基)三氟磷酸盐离子液体可具体选自如下任意一种：1-己基-3-甲基咪唑三(五氟乙基)三氟磷酸盐、1-丁基吡咯三(五氟乙基)三氟磷酸盐、1-辛基吡咯三(五氟乙基)三氟磷酸盐、1-癸基吡咯三(五氟乙基)三氟磷酸盐、己基三戊基铵(五氟乙基)三氟磷酸盐、己基三丁基铵三(五氟乙基)三氟磷酸盐、三丙基癸基铵三(五氟乙基)三氟磷酸盐、1-辛基-5-丁基噻唑三(五氟乙基)三氟磷酸盐。

10、上述复配型离子液体的制备方法中，所述四氟硼酸盐离子液体、双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐离子液体和三(五氟乙基)三氟磷酸盐离子液体的摩尔比选自0～1:3～5:7～8。

11、在本发明中，四氟硼酸盐离子液体、双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐离子液体和三(全氟烷基)三氟磷酸盐型离子液体的制备方法如下：

12、(1)卤盐制备

13、将卤代烷烃与氮源按1.2～1.5:1摩尔比混合，加入溶剂a，加热至80～120℃，回流反应12～48h，冷却至室温，待固体完全析出，除掉液体，得到白色晶体卤盐粗品；按1:1～3的摩尔比将卤盐粗品加入到溶剂b中，40～60℃重结晶，抽滤，将产物在120～140℃下真空干燥3～4h，获得卤盐；

14、(2)离子液体制备

15、将卤盐按1:3～5的质量比溶解在水中，获得卤盐溶液；将与卤盐等摩尔量的阴离子盐按1:1.5～3的质量比溶解在水中，获得阴离子盐溶液；在50～90℃的搅拌条件下，将阴离子盐溶液缓慢滴加到卤盐溶液当中，待反应完成后，将液体静置分层，分离出下层的离子液体，用去离子水洗涤至无卤离子，在120～140℃下真空干燥3～4h，获得离子液体。

16、在本发明中，卤代烷烃选自如下任意一种：氯代正丁烷、溴代正己烷、溴代正辛烷、溴代正庚烷、溴代正十二烷。

17、在本发明中，氮源选自如下任意一种：n-甲基咪唑、吡啶、噻唑、吡咯、三乙胺、三丙胺、三丁胺、三戊胺。

18、在本发明中，溶剂a选自如下任意一种：正丙醇、异丙醇、丙三醇、烯丙醇。如果采用正丙醇和异丙醇，则其用量为卤代烷烃和氮源总质量的20～40％；如果采用丙三醇和烯丙醇，则其用量为卤代烷烃和氮源总质量的30～50％。

19、在本发明中，溶剂b选自如下任意一种：石油醚、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、丙酮。

20、在本发明中，阴离子盐为四氟硼酸盐、双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐和三(全氟烷基)三氟磷酸盐。当制备四氟硼酸盐离子液体时，阴离子盐采用四氟硼酸盐；当制备双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐离子液体时，阴离子盐采用双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐；当制备三(全氟烷基)三氟磷酸盐离子液体时，阴离子盐采用三(全氟烷基)三氟磷酸盐。

21、本发明提供了由上述方法制备的复配型离子液体。

22、本发明提供了上述复配型离子液体在减摩抗磨中的应用。

23、本发明提供了上述复配型离子液体在制备减摩抗磨润滑剂中的应用。

24、本发明提供了一种减摩抗磨润滑剂，所述润滑剂含有上述复配型离子液体。

25、本发明的有益效果为：

26、本发明的复配型离子液体，其粘度适宜，凝点低，润滑性能优越，抗腐蚀性强，热稳定性好，疏水性强。由于性质稳定，其使用寿命长，可满足作为离子液体型氢气压缩机液体活塞和润滑剂的要求，经历压缩和膨胀的巨大温度变化之后性质仍然能维持稳定，能够替代传统减摩抗磨润滑剂以适应苛刻的摩擦工作环境。