一种质子型聚离子液体及其制备方法和作为水基润滑液添加剂的应用

本发明涉及润滑剂，特别涉及一种质子型聚离子液体及其制备方法和作为水基润滑液添加剂的应用。

背景技术：

1、随着石油资源的日益匮乏和环境污染问题的日益严重，寻找资源节约和环境友好型的新型润滑介质逐渐成为摩擦学家关注的重点。在目前所开发的绿色摩擦学解决方案中，水基润滑技术凭借其具有来源广泛、绿色无污染、难燃、高比热容和导热系数以及清洁效果好等优点而受到广泛关注。然而，受水本征低黏度的影响，水基润滑剂难以在摩擦接触区域上形成高效的摩擦保护薄膜，摩擦对偶往往处于直接接触状态，故其润滑性能远不及矿物油。水基润滑添加剂的加入可以显著提高其理化性能和润滑性能。

2、离子液体一般认为是由阴阳离子组成的熔点低于100℃的有机熔融盐，具有蒸气压低、热稳定性高、难燃、粘度范围广、与大量无机和有机物质相容性强等优点。自2001年首次报道离子液体的润滑性能以来，其在摩擦学领域的研究已取得一系列研究成果。聚离子液体是由包含离子液体结构的单体作为重复单元所形成的一类离子型聚合物，聚离子液体不仅具有离子液体的优点，同时具有聚合物的特性。因此，通过对聚离子液体的结构进行合理的分子设计，开发出新型的水溶性聚离子液体润滑添加剂，实现高黏度、低摩擦系数、低磨损、高承载能力和抗腐蚀能力的多功能联合，具有重要的科学意义和应用价值。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种质子型聚离子液体及其制备方法和作为水基润滑液添加剂的应用，本发明提供的质子型聚离子液体用作水基润滑液添加剂，具有良好的摩擦学性能和抗腐蚀性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种质子型聚离子液体，包括阳离子和阴离子，所述阳离子为聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯与聚甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯的无规共聚物，所述阴离子为烷基羧酸根阴离子和/或烷基酰氨基酸根阴离子；

4、所述阳离子具有式i所示结构：

5、

6、式i中，m＝1～25之间的任意整数，x:y＝1:(1～3)。

7、优选的，所述烷基羧酸根阴离子包括正己酸根阴离子、正庚酸根阴离子、正辛酸根阴离子和油酸根阴离子中的一种或几种。

8、优选的，所述烷基酰氨基酸阴离子具有式ii所示结构：

9、

10、式ii中，n为2～11的任意整数；

11、r1为氢或甲基；

12、r为氢、甲基、中的一种或几种。

13、优选的，所述烷基酰氨基酸阴离子包括月桂酰谷氨酸阴离子、月桂酰肌氨酸阴离子、月桂酰甘氨酸阴离子、月桂酰天冬氨酸阴离子、月桂酰丙氨酸阴离子、辛酰谷氨酸阴离子、辛酰肌氨酸阴离子、辛酰甘氨酸阴离子、辛酰天冬氨酸阴离子和辛酰丙氨酸阴离子中的一种或几种。

14、本发明提供了上述质子型聚离子液体的制备方法，包括以下步骤：

15、将甲基丙烯酸二甲氨乙酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、水和引发剂混合，进行聚合反应，得到聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯与聚甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯的无规共聚物；

16、将所述聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯与聚甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯的无规共聚物与羧酸试剂混合，进行质子转移反应，得到质子型聚离子液体；所述羧酸试剂为烷基酸和/或烷基酰氨基酸。

17、优选的，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或几种；

18、所述引发剂的质量为所述甲基丙烯酸二甲氨乙酯与聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯总质量的0.003～1％；

19、所述聚合反应的温度为50～90℃，时间为1～36h。

20、优选的，所述聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯与聚甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯的无规共聚物中的二甲氨基与羧酸试剂中的羧酸根的摩尔比为0.9：1～1：1.1。

21、本发明提供了上述质子型聚离子液体作为水基润滑液添加剂的应用。

22、本发明提供了一种水基润滑剂产品，包括水基基础润滑液和质子型聚离子液体，所述质子型聚离子液体为上述质子型聚离子液体。

23、优选的，所述水基基础润滑液包括水或水-乙二醇的混合液；

24、所述水基润滑剂产品中质子型聚离子液体的质量含量为0.1～20wt％。

25、本发明提供了一种质子型聚离子液体，包括阳离子和阴离子，所述阳离子为聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯与聚甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯的无规共聚物，阴离子为烷基羧酸根阴离子和/或烷基酰氨基酸根阴离子；所述阳离子具有式i所示结构：

26、

27、式i中，m＝1～25之间的任意整数，x：y＝1:(1～3)。

28、本发明提供的质子型聚离子液体的阳离子为含聚醚链段和三级铵根阳离子的丙烯酸酯类共聚物，阴离子为烷基羧酸根阴离子或烷基酰氨基酸根阴离子。聚甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯和聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯的无规共聚物主链上含有大量的三级胺，具有一定的碱性，而烷基羧酸或烷基酰氨基酸分子结构中的羧基具有一定的酸性，两者可以通过简单的质子交换反应合成质子型聚离子液体，制备简单，无复杂的离子交换步骤。烷基羧酸根阴离子或烷基酰氨基酸有机阴离子能有效地吸附到金属摩擦副界面上，形成一层物理吸附膜，能显著地提高润滑液的减摩和抗磨性能。此外，物理吸附膜能有效地将金属表面和润滑液隔离开，大大提高了金属的抗腐蚀能力。同时，本发明质子型聚离子液体的水基溶液具有较高的黏度，在摩擦副表面具有良好的成膜能力。聚合物分子结构中的活性氮元素可以与相互滑动的摩擦副发生摩擦化学反应，生成摩擦化学保护膜。物理吸附膜、黏溶液液膜和摩擦化学膜协同作用，有效提高了水基润滑液的减摩抗磨性能和极压承载性能。

29、本发明提供的质子型聚离子液体不含磷元素和硫元素，不会对环境造成污染，是一种相对绿色的润滑添加剂。本发明质子型聚离子液体制备方法简单，不需要离子交换等复杂步骤，易于规模化生产，同时在水中具有良好的溶解性。其作为多功能水润滑添加剂使用，能显著提高水的运动黏度，降低水的摩擦系数和磨损体积，同时具有优异的抗腐蚀性能。

技术特征：

1.一种质子型聚离子液体，其特征在于，包括阳离子和阴离子，所述阳离子为聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯与聚甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯的无规共聚物，所述阴离子为烷基羧酸根阴离子和/或烷基酰氨基酸根阴离子；

2.根据权利要求1所述的质子型聚离子液体，其特征在于，所述烷基羧酸根阴离子包括正己酸根阴离子、正庚酸根阴离子、正辛酸根阴离子和油酸根阴离子中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的质子型聚离子液体，其特征在于，所述烷基酰氨基酸阴离子具有式ii所示结构：

4.根据权利要求1或3所述的质子型聚离子液体，其特征在于，所述烷基酰氨基酸阴离子包括月桂酰谷氨酸阴离子、月桂酰肌氨酸阴离子、月桂酰甘氨酸阴离子、月桂酰天冬氨酸阴离子、月桂酰丙氨酸阴离子、辛酰谷氨酸阴离子、辛酰肌氨酸阴离子、辛酰甘氨酸阴离子、辛酰天冬氨酸阴离子和辛酰丙氨酸阴离子中的一种或几种。

5.权利要求1～4任意一项所述的质子型聚离子液体的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或几种；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯与聚甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯的无规共聚物中的二甲氨基与羧酸试剂中的羧酸根的摩尔比为0.9：1～1：1.1。

8.权利要求1～4任意一项所述的质子型聚离子液体或权利要求5～7任意一项所述制备方法制备得到的质子型聚离子液体作为水基润滑液添加剂的应用。

9.一种水基润滑剂产品，其特征在于，包括水基基础润滑液和质子型聚离子液体，所述质子型聚离子液体为权利要求1～4任意一项所述的质子型聚离子液体或权利要求5～7任意一项所述制备方法制备得到的质子型聚离子液体。

10.根据权利要求9所述的水基润滑剂产品，其特征在于，所述水基基础润滑液包括水或水-乙二醇的混合液；

技术总结本发明提供了一种质子型聚离子液体及其制备方法和作为水基润滑液添加剂的应用，属于润滑剂技术领域。本发明提供的质子型聚离子液体中，烷基羧酸根阴离子或烷基酰氨基酸有机阴离子能有效地吸附到金属摩擦副界面上，形成一层物理吸附膜，能显著地提高润滑液的减摩和抗磨性能。此外，物理吸附膜能有效地将金属表面和润滑液隔离开，大大提高了金属的抗腐蚀能力。同时，本发明质子型聚离子液体的水基溶液具有较高的黏度，在摩擦副表面具有良好的成膜能力。聚合物分子结构中的活性元素可以与相互滑动的摩擦副发生摩擦化学反应，生成摩擦化学保护膜。物理吸附膜、黏溶液液膜和摩擦化学膜协同作用，有效提高了水基润滑液的减摩抗磨性能和极压承载性能。技术研发人员：蔡美荣,刘骁,周峰,刘维民受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2