本發明涉及一種抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑及其合成方法。
技術背景
隨著機械設備對潤滑劑綜合性能要求的不斷提高, 各國科學家都致力于研究開發新型高性能的潤滑劑。離子液體具有不易燃易爆、熔點低、揮發性低、抗氧化性好和熱穩定性高等特點,與理想潤滑劑所期望的性能極為吻合，使之有望成為理想的、綠色的、高性能潤滑劑而應用于航空航海等苛刻條件。目前對傳統離子液體的摩擦學性能研究表明, 將離子液體作為潤滑劑涂敷在金屬與金屬、金屬與氧化物及金屬與陶瓷等多種摩擦副表面之間, 它們具有良好的抗磨減摩性能以及高承載能力, 是一類極具發展前景的多功能潤滑劑。然而,目前離子液體作為潤滑劑在具有優異摩擦學性能的同時，還存在著諸多不容忽視的問題。已有研究表明，由于傳統離子液體絕大多數是含鹵素的，如：以BF4-, PF6-, (CF3SO2)2N-等為陰離子的離子液體，它們經潤滑后，由于水解產生酸性氣體會對儀器設備產生嚴重的腐蝕，從而導致資源浪費和經濟損失。此外，這些離子液體合成成本高、步驟復雜，直接影響了它們的應用范圍和發展前景。腐蝕性作為離子液體潤滑劑所面臨的一個具有挑戰性的問題，引起了眾多科研工作者的重視。將離子液體進行功能化，通過特定抗腐蝕功能基團的引入，解決其對機械設備的腐蝕性問題,具有非常重要的理論和應用價值。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑及其合成方法，該離子液體潤滑劑的化學通式如下：
，，，，
其中R1、R2、R3、R4獨立地選自C原子數為C1～C8烷基，包括甲基、乙基、丙基、丁基、己基、辛基，它們之間可以相同也可以不同。
進一步的，所述R1、R2、R3、R4為相同的烷基，選自C原子數為C1～C8的烷基。
進一步的，所述R1、R2、R3、R4為C4～C8的烷基。
進一步的，所述R1、R2、R3、R4均為丁基。
進一步的，所述一種抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑，具體按照以下通式所示的方法合成：
即將苯并三氮唑（BTAH）和不同烷基鏈的季銨鹽按照摩爾比為1:1進行反應，在室溫下攪拌24小時，待反應結束后，反應液用二氯甲烷萃取，萃取層再用水洗滌，減壓蒸除溶劑和水，進一步干燥即得所需抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑。
進一步的，所述一種抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑，具體按照以下通式所示的方法合成：
即將苯并三氮唑（BTAH）和不同烷基鏈的季磷鹽按照摩爾比為1:1進行反應，在室溫下攪拌24小時，待反應結束后，反應液用二氯甲烷萃取，萃取層再用水洗滌，減壓蒸除溶劑和水，進一步干燥即得所需抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑。
進一步的，所述一種抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑，具體按照以下通式所示的方法合成：
將苯并咪唑和不同烷基鏈的季銨鹽按照摩爾比為1:1進行反應，在室溫下攪拌24小時，待反應結束后，反應液用二氯甲烷萃取，萃取層再用水洗滌，減壓蒸除溶劑和水，進一步干燥即得所需抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑。
進一步的，所述一種抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑，具體按照以下通式所示的方法合成：
將苯并咪唑和不同烷基鏈的季磷鹽按照摩爾比為1:1進行反應，在室溫下攪拌24小時，待反應結束后，反應液用二氯甲烷萃取，萃取層再用水洗滌，減壓蒸除溶劑和水，進一步干燥即得所需抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑。
本發明所提供的離子液體與傳統含氟離子液體相比合成成本低，合成步驟簡單，具有優異的減摩抗磨性能和抗腐蝕效果。
為了評價抗腐蝕性離子液體潤滑劑的應用效果，我們采用 (DSC/DTA-TG) STA 449 F3同步熱分析儀測定所發明的離子液體的熱穩定性；采用SYP1003-Ⅲ石油產品運動粘度儀測定其運動粘度；采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了所發明離子液體的摩擦磨損性能，并與市售的合成油聚-α烯烴（PAO 10）和傳統離子液體1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸鹽（bmimBF4）進行了對比。其中，SRV-V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100 N，溫度25 ℃和100 ℃，頻率25 Hz，振幅1 mm，實驗時間30 min；試驗上試球為Φ 10 mm的AISI 52100鋼球；下試樣為Φ 24 mm、厚度7.9 mm的AISI 52100鋼塊（硬度為59-61 HRC），ZQSn 663銅塊（硬度為140-160 HV）和2024 鋁塊（硬度為140-170 HV）；下試樣的磨損體積由BRUKER-NPFLEX三維光學輪廓儀測得。除此之外，我們還通過加速腐蝕試驗來評價研究了該類離子液體對摩擦磨損試驗中所用摩擦副試樣的抗腐蝕性。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更好地理解本發明并能予以實施，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。
實施例1：
將5 mol苯并三氮唑（BTAH）和5 mol四乙基氫氧化銨混合，在室溫下攪拌反應24小時，待反應結束后，反應液用二氯甲烷萃取，萃取層再用水洗滌，減壓蒸除溶劑和水，進一步干燥即得所需離子液體潤滑劑（A）。采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（A）作為鋼/鋼摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例2：
將5 mol苯并三氮唑（BTAH）和5 mol四丁基氫氧化銨混合，采用與實施例1相同的方法合成離子液體潤滑劑（B）。采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（B）作為鋼/鋼摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例3：
將5 mol苯并三氮唑（BTAH）和5 mol四辛基氫氧化銨混合，用與實施例1相同的方法合成離子液體潤滑劑（C）。采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（C）作為鋼/鋼摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例4：
將5 mol苯并咪唑和5 mol四乙基氫氧化銨混合，用與實施例1相同的方法合成離子液體潤滑劑（D）。采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（D）作為鋼/鋼摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例5：
將5 mol苯并咪唑和5 mol四丁基氫氧化銨混合，用與實施例1相同的方法合成離子液體潤滑劑（E）。采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（E）作為鋼/鋼摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例6：
將5 mol苯并咪唑和5 mol四辛基氫氧化銨混合，用與實施例1相同的方法合成離子液體潤滑劑（F）。采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（F）作為鋼/鋼摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例7：
采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（A）作為鋼/銅摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用銅摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例8：
采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（B）作為鋼/銅摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用銅摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例9：
采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（C）作為鋼/銅摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用銅摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例10：
采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（D）作為鋼/鋁摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用鋁摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例11：
采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（E）作為鋼/鋁摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用鋁摩擦副的抗腐蝕性能。
實施例12：
采用SRV-V微振動摩擦磨損試驗機評價了潤滑劑（F）作為鋼/鋁摩擦副的摩擦磨損性能，并與PAO 10和bmimBF4對比，同時，通過加速腐蝕試驗的腐蝕結果評價所合成的離子液體對所用鋁摩擦副的抗腐蝕性能。
市售合成潤滑油PAO 10和傳統離子液體bmimBF4與實施例1-12所提供的潤滑劑的平均摩擦系數、磨損體積以及腐蝕效果對比數據如表1所示。
表1：各類潤滑劑在相應摩擦副上的平均摩擦系數、平均磨損體積以及腐蝕性。
表1的測試結果表明：將該發明所提供的離子液體作為潤滑劑使用，其減摩抗磨性能優于對照樣PAO 10和bmimBF4，尤其是有苯并三氮唑結構存在時，效果更為明顯，這歸因于苯并三氮唑中特殊的氮雜環結構。在摩擦磨損試驗的過程中，該雜環可以與金屬表面發生物理吸附和化學反應，形成保護膜附著在金屬表面，從而達到減摩抗磨的效果。同時，腐蝕試驗結果表明，該類潤滑劑具有較好的抗腐蝕效果，在一定程度上也起到了抗磨損的作用，因此，該發明所提供的抗腐蝕性多功能離子液體潤滑劑不僅具有優異的減摩抗磨性能，而且對延長金屬材料的使用壽命是極為有利的。
以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，其保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內，本發明的保護范圍以權利要求書為準。