一种二元离子液体低共熔物的制备方法及其应用

本发明属于摩擦学，涉及一种离子液体，具体涉及一种油溶性的二元离子液体低共熔物的制备方法，该二元离子液体低共熔物主要用作润滑油添加剂。

背景技术：

1、在生产过程中，设备的摩擦磨损不仅消耗大量能源，而且容易造成设备损坏。研究发现，全球每年有30%的一次能源是由摩擦消耗的，近50%的机械设备事故是由各种润滑失效和过度磨损引起的。润滑油可以减少机械设备在运行过程中的摩擦和磨损，保证设备能够长期高效运行。然而，传统的润滑剂已经不适合现代环境的要求。因此，许多添加剂被开发出来，包括减摩剂、极压抗磨剂和腐蚀抑制剂，以提高基础油的性能并延长设备的使用寿命。随着社会的发展，新设备的实际需求对传统润滑油添加剂提出了极大的挑战。因此，合成新的润滑油添加剂适用于各种工况是十分必要的，有着广阔的应用前景。

2、离子液体作为新兴材料，通常定义为熔点低于100℃的熔融盐。其低挥发性、不可燃性以及宽电化学窗口等独特性质使离子液体在润滑、电池和仿生材料多个领域备受关注。作为润滑剂或添加剂，离子液体可以大幅提升界面的摩擦及磨损性能，以达到材料和能源的减耗。然而，功能化的离子液体往往在室温下表现出固体，无法作为润滑剂使用。而且存在离子液体在非极性润滑油中的溶解度极低问题，这些都在很大程度上限制了离子液体在润滑材料方面应用。除此之外，低熔点离子液体凭借着宽液程而展示出了更大应用潜力，适用于更广泛的工业场景。针对这一点，本研究从分子结构设计着手，成功将两种高熔点离子液体制备成一种油溶性好、熔点低且摩擦学性能优异的低共熔物。该共熔物的形成意味着离子液体作为润滑材料的选择性将大大增加，且制备方法简单、不含卤素和硫等元素，预计将在机械工程和摩擦学领域得到广泛应用。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种二元离子液体低共熔物的制备方法，以解决传统离子液体熔点高、油溶性差和润滑性能不足的问题。

2、一、二元离子液体低共熔物的制备

3、该二元离子液体低共熔物的制备方法，包括以下步骤：

4、1）二正辛铵盐油酸离子液体[n88hh][oa]的制备

5、首先，将二正辛胺置于圆底烧瓶中，随后向圆底烧瓶中滴加油酸，在室温下充分搅拌反应6~24h，真空干燥，即得二正辛铵盐油酸离子液体；二正辛胺与油酸的物质的量比为1：1；

6、2）二乙烯三铵盐三磷酸二异辛酯离子液体[deta][dehp]3的制备

7、将二乙烯三胺加入到圆底烧瓶中，向其中滴加二(2-乙基己基)磷酸酯，在室温下充分搅拌反应6~24h，真空干燥，得到二乙烯三铵盐三磷酸二异辛酯离子液体；二乙烯三胺与二(2-乙基己基)磷酸酯的物质的量比为1：1；

8、3）二元离子液体低共熔物的制备

9、将二正辛铵盐油酸离子液体与二乙烯三铵盐三磷酸二异辛酯离子液体按质量比1：1共溶于无水乙醇中，搅拌混合3~6h，除去无水乙醇，真空干燥，得到二元离子液体低共熔物。

10、二元离子液体低共熔物的结构式如下：

11、。

12、二、二元离子液体低共熔物的结构表征

13、由于二元离子液体低共熔物是由两种离子液体单体物理混合而成，期间不涉及化学反应，故只表征两种离子液体单体。

14、对两种离子液体单体进行核磁共振氢谱分析，结果如图1所示。

15、由图1可知：

16、[n88hh][oa]:1h nmr (chloroform-d, 600 mhz) δ 0.81–0.92 (m, 9 h, ch3),1.10–1.40 (m, 40 h, ch2), 1.51–1.68 (m, 6 h, ch2-c-n+, ch2-c-c=o), 1.90–2.22(m, 6 h, ch2-c=o, ch2-c=c), 2.70–2.87 (m, 4 h, ch2-n+), 5.26–5.44 (m, 2 h,hc=ch), 7.46–7.83 (s, -nh2).

17、[deta][dehp]3:1h nmr (chloroform-d, 600 mhz) δ 0.82–0.94 (m, 12 h,ch3), 1.13–1.56 (m, 54 h, ch, ch2), 2.94–3.16 (m, 8 h, -ch2-ch2-n), 3.65–3.80(m, 12h, o-ch2).

18、三、二元离子液体低共熔物在润滑油中的应用

19、1、作为正十六烷润滑油添加剂的摩擦学性能测试

20、在optimol srv-v微动摩擦磨损试验机上考察本发明二元离子液体低共熔物作为润滑油、和润滑添加剂的摩擦学性能，并与正十六烷基础油和单一组分离子液体作为添加剂进行对比试验，摩擦试验在温度25 ℃，载荷100 n，频率25 hz条件下持续试验30 min，实验上试球为gcr15钢球，下试盘为gcr15钢盘，摩擦实验结果见表1。摩擦实验结束后，采用扫描电子显微镜检测钢盘磨损表面的微观形貌，结果见图2。

21、从图2可以看出，基础油润滑表面的犁沟和黏着磨损现象明显，加入添加剂能显著改善这一现象。尤其是二元离子液体低共熔物和含磷离子液体作为添加剂润滑的表面更加光滑、平整，说明二元离子液体低共熔物具有优异的抗磨性能。

22、表1 离子液体及二元离子液体低共熔物的摩擦学性能

23、

24、从表1中可以看出，基础油的平均摩擦系数显著高于离子液体添加剂，造成了严重的磨损问题。两种离子液体和二元离子液体低共熔物作为添加剂显著改善了基础油的摩擦学行为。其中，二元离子液体低共熔物在磷含量是[deta][dehp]3一半的情况下产生了最低的摩擦系数和较小的磨损体积，说明二元离子液体低共熔物具有优异的减磨、抗磨性能。

25、2、二元离子液体低共熔物作为润滑剂的变温摩擦学性能测试

26、在optimol srv-v振荡往复摩擦磨损试验机上考察本发明二元离子液体低共熔物的变温摩擦学性能。选定载荷100 n，温度-20~150℃，频率25 hz条件下持续变温试验，实验上试球为aisi 52100钢球，下试盘为aisi 52100钢盘，摩擦实验结果参见图3。

27、在-20~150℃环境下，本发明二元离子液体低共熔的单独组成部分无法作为润滑剂使用，究其原因在于低温下它们的高熔点限制了其作为润滑材料的应用。然而，由图3可知，该二元离子液体低共熔物摩擦系数在-20~150℃环境温度下，一直在较低的水平下波动。这表明，本发明制备的二元离子液体低共熔物在较宽的温度范围内表现出优异的润滑性能，具有较高的潜在应用价值。

28、综上，本发明提供了一种结构新颖，制备方法简单，不含卤素、硫等活性元素的二元离子液体低共熔物的制备方法，该方法可以改善离子液体的油溶性、低温流动性，提高离子液体作为润滑材料的选择性和作为添加剂的摩擦学性能，有望促进离子液体及其低共熔物作为润滑油添加剂在润滑工程领域获得广泛的应用。