本发明涉及润滑材料领域，具体涉及一种多功能离子液体及其制备方法与应用，本发明的离子液体具有优异的摩擦学性能以及良好的铜腐蚀抑制性能。
背景技术：
离子液体是指在室温或室温附近呈液态的、完全由正负离子构成的熔盐体系，一般是由特定的、体积相对较大的有机阳离子和体积相对较小的无机或有机阴离子通过库仑力结合构成。与其它固体或液体材料相比，它的液态性质和离子存在形式使其展现出独特的理化性质及特有的功能，是一类很有前途的新型介质或“软”功能材料。由于离子液体的“可设计性”，将一个或多个功能基团引入到离子液体的阳离子或阴离子上，即将离子液体功能化成为新的研究热点，对设计和开发新型离子液体润滑剂意义重大。
然而，离子液体润滑剂在具有优异摩擦学性能的同时却存在着诸多不容忽视的问题。比如，大多数离子液体易溶于极性较大的基础油，而在极性较小的矿物油或者聚α-烯烃中溶解性很差。此外，普通离子液体对铜、钢、铝等多种金属有较强的表面腐蚀作用，现有技术通常采用加入铜腐蚀抑制剂或防锈剂等添加剂来抑制离子液体对金属材料的腐蚀。目前，国内有关油溶性离子液体的研究报道甚少，专利cn105254667a公开了一种功能化油溶性离子液体及其制备方法和应用，以不同烷基链长的季磷或者季铵阳离子，阴离子为二异辛基磷酸根(edhpa)、异戊二辛酯磺酸根(doss)、o，o-二乙基二硫代磷酸根(ddssp)和月桂酸根，在500n和pao10中具有良好的溶解性和润滑性能，同时具有一定的抗腐蚀性能。
技术实现要素：
本发明公开一种多功能离子液体及其制备方法与应用，解决了现有技术中离子液体在矿物油或者聚α-烯烃中溶解性很差，对金属表面具有较强的腐蚀性的技术问题。
本发明采用如下方案：所述离子液体由下述通式(1)表示，所述通式(1)中，r表示氢原子或甲基中的任意一种，r1表示氢原子、甲基、丙基、戊基、庚基、壬基、十一烷基、苯基中的任意一种，r2表示十八烷基或9-烯十八烷基中的任意一种。
一种制备多功能离子液体的方法，包括如下步骤：将苯并三氮唑类衍生物，脂肪醛/芳香醛，高碳链脂肪胺，按照摩尔比1:1.1:1加入到烧瓶中，乙醇为溶剂，加入1wt％～5wt％的盐酸作为催化剂，50～80℃反应8～12h，旋蒸除乙醇，萃取分离得有机相，除去乙酸乙酯得到中间产物，所述中间产物与磷酸二异辛酯以摩尔比1:1混合，80～100℃反应2～8h，得到所述离子液体。
作为一种优选的实施方案，所述苯并三氮唑类衍生物是苯并三氮唑或5-甲基苯并三氮唑中的一种。
作为一种优选的实施方案，所述脂肪醛是甲醛、多聚甲醛、乙醛、丁醛、己醛、辛醛、癸醛、十二醛中的任一种。
作为一种优选的实施方案，所述芳香醛是苯甲醛。
作为一种优选的实施方案，所述高碳链脂肪胺是油胺或十八胺中的一种。
离子液体作为润滑剂添加剂的应用，所述润滑剂添加剂由下述通式(1)表示，所述通式(1)中，r表示氢原子或甲基中的任意一种，r1表示氢原子、甲基、丙基、戊基、庚基、壬基、十一烷基、苯基中的任意一种，r2表示十八烷基或9-烯十八烷基中的任意一种。
作为一种优选的实施方案，所述润滑剂添加剂添加到基础油中的用量为0.2wt％～2wt％。
一种多功能离子液体的应用，所述离子液体作为铜腐蚀抑制剂，所述离子液体作为铜腐蚀抑制剂的用量为0.1wt％～1wt％。
用离子液体制成的铜腐蚀抑制剂，所述离子液体由下述通式(1)表示，所述通式(1)中，r表示氢原子或甲基中的任意一种，r1表示氢原子、甲基、丙基、戊基、庚基、壬基、十一烷基、苯基中的任意一种，r2表示十八烷基或9-烯十八烷基中的任一种，所述离子液体的用量为0.1wt％～1wt％。
本发明的有益效果：相比于常规离子液体(含氟阴离子)制备步骤更简单，产品成本更低；油溶性好，与传统基础油相容性好，如与聚α-烯烃(pao)、矿物油、聚醚、合成酯等基础油均具有很好的相溶性，作为添加剂适用范围广；在多种基础油中摩擦学性能均优异；兼具铜腐蚀抑制性能，在含硫添加剂存在下仍能表现出极好的铜腐蚀抑制性能。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种多功能离子液体，所述离子液体由下述通式(1)表示，所述通式(1)中，r表示氢原子或甲基中的任意一种，r1表示氢原子、甲基、丙基、戊基、庚基、壬基、十一烷基、苯基中的任意一种，r2表示十八烷基或9-烯十八烷基中的任意一种。
一种制备多功能离子液体的方法，步骤如下：将苯并三氮唑类衍生物，脂肪醛/芳香醛，高碳链脂肪胺，按照摩尔比1:1.1:1加入到烧瓶中，乙醇为溶剂，加入1wt％～5wt％的盐酸作为催化剂，50～80℃反应8～12h，旋蒸除乙醇，萃取分离得有机相，除去乙酸乙酯得到中间产物，所述中间产物与磷酸二异辛酯以摩尔比1:1在80～100℃反应2～8h，得到所述离子液体。所述苯并三氮唑类衍生物是苯并三氮唑或5-甲基苯并三氮唑中的一种，所述脂肪醛是甲醛、多聚甲醛、乙醛、丁醛、己醛、辛醛、癸醛、十二醛中的任一种，所述芳香醛是苯甲醛，所述高碳链脂肪胺是油胺或十八胺中的一种。
离子液体作为润滑剂添加剂的应用，所述润滑剂添加剂由下述通式(1)表示，所述通式(1)中，r表示氢原子或甲基中的任意一种，r1表示氢原子、甲基、丙基、戊基、庚基、壬基、十一烷基、苯基中的任意一种，r2表示十八烷基或9-烯十八烷基中的任意一种。所述润滑剂添加剂添加到基础油中的用量为0.2wt％～2wt％。
所述基础油是指聚α-烯烃(pao)、矿物油、聚醚、合成酯基础油等，所述聚α-烯烃(pao)，主要是指pao2、pao4、pao10、pao40、pao100、pao150、pao300；所述矿物油是指apiⅰ类、apiⅱ类、apiⅲ类矿物基础油，典型的为150sn、500n、100n；所述聚醚，主要是指osp46、osp68；所述合成酯是指双酯、偏苯三酸酯、多元醇酯，典型的为癸二酸二异辛酯、偏苯三酸异辛酯、三羟甲基丙烷油酸酯中的一种。可见本申请还提供了一种润滑剂。
进一步地，一种多功能离子液体的应用，所述离子液体作为铜腐蚀抑制剂，所述离子液体作为铜腐蚀抑制剂的用量为0.1wt％～1wt％。
用离子液体制成的铜腐蚀抑制剂，所述离子液体由下述通式(1)表示，所述通式(1)中，r表示氢原子或甲基中的任意一种，r1表示氢原子、甲基、丙基、戊基、庚基、壬基、十一烷基、苯基中的任意一种，r2表示十八烷基或9-烯十八烷基中的任一种，所述离子液体的用量为0.1wt％～1wt％。
实施例1
一种多功能离子液体的制备方法，将苯并三氮唑11.9g、甲醛溶液8.9g、油胺26.7g加入250ml单口烧瓶，加入乙醇100g及0.475g盐酸，50度搅拌12h，反应结束。旋蒸除去乙醇。向烧瓶中逐渐加入盐酸等摩尔量的饱和碳酸氢钠溶液，并不断搅拌，再加入100ml乙酸乙酯萃取，水洗三遍获得有机相，旋蒸除去乙酸乙酯，得到淡黄色液体产物n-(苯并三氮唑-1-亚甲基)油胺。取该产物19.9g、磷酸二辛酯16.1g加入100ml单口烧瓶，100度搅拌2h，得到离子液体。
上述步骤所得的离子液体作为润滑剂，添加至基础油中作为抗磨添加剂，用量为0.2wt％～2wt％。
上述步骤所得的离子液体作为铜腐蚀抑制剂，用量为0.1wt％～1wt％。
实施例2
一种多功能离子液体的制备方法，将苯并三氮唑11.9g、多聚甲醛3.3g、十八胺26.9g加入250ml单口烧瓶，加入乙醇100g及盐酸0.475g，80度搅拌6h，反应结束。旋蒸除去乙醇。向烧瓶中逐渐加入盐酸等摩尔量的饱和碳酸氢钠溶液，并不断搅拌，之后加入100ml乙酸乙酯萃取，水洗三遍获得有机相，旋蒸除去乙酸乙酯，得到淡黄色固体产物n-(苯并三氮唑-1-亚甲基)十八胺。取该产物20g、磷酸二辛酯16.1g加入100ml单口烧瓶，100度搅拌4h，得到离子液体。
上述步骤所得的离子液体作为润滑剂，添加至基础油中作为抗磨添加剂，用量为0.2wt％～2wt％。
上述步骤所得的离子液体作为铜腐蚀抑制剂，用量为0.1wt％～1wt％。
实施例3
一种多功能离子液体的制备方法，将5-甲基苯并三氮唑13.32g、正丁醛7.93g、油胺26.7g加入250ml单口烧瓶，加入乙醇100g及盐酸0.916g，70度搅拌8h，反应结束。旋蒸除去乙醇。向烧瓶中逐渐加入盐酸等摩尔量的饱和碳酸氢钠溶液并不断搅拌，之后加入乙酸乙酯100ml萃取，水洗三遍获得有机相，旋蒸除去乙酸乙酯得到淡黄色液体产物1-(5-甲基苯并三氮唑-1-(丙基)次甲基)油胺，取该产物22.7g、磷酸二辛酯16.1g加入100ml单口烧瓶，80度搅拌8h，得到离子液体。
上述步骤所得的离子液体作为润滑剂，添加至基础油中作为抗磨添加剂，用量为0.2wt％～2wt％。
上述步骤所得的离子液体作为铜腐蚀抑制剂，用量为0.1wt％～1wt％。
实施例4
一种多功能离子液体的制备方法，将苯并三氮唑5.95g、苯甲醛5.84g、油胺13.35g加入到150ml单口烧瓶中，加入乙醇50g及盐酸1.23g，80度搅拌10h，反应结束。旋蒸除去乙醇，逐渐加入盐酸等摩尔量的饱和碳酸氢钠溶液并不断搅拌，之后加入100ml乙酸乙酯萃取，水洗三遍获得有机相，旋蒸除去乙酸乙酯，得到淡黄色产物n-(苯并三氮唑-1-(苯基)次甲基)油胺。取该产物11.85g、磷酸二辛酯8.05g加入50ml单口烧瓶，90度搅拌6h，得到离子液体。
上述步骤所得的离子液体作为润滑剂，添加至基础油中作为抗磨添加剂，用量为0.2wt％～2wt％。
上述步骤所得的离子液体作为铜腐蚀抑制剂，用量为0.1wt％～1wt％。
实施例1-4所得到的离子液体，如通式(1)所示，所述通式(1)中，r表示氢原子或甲基中的任意一种，r1表示氢原子、甲基、丙基、戊基、庚基、壬基、十一烷基、苯基中的任意一种，r2表示十八烷基或9-烯十八烷基中的任意一种。
实验例
为了进一步说明所制备的离子液体的性能，从溶解性、抗磨减摩性、抗腐蚀性能三方面进行实验。
溶解性实验
在基础油中具有很好的溶解性，实施例1-4的离子液体在多种类型基础油中
表1离子液体在不同类型基础油中的溶解性
的溶解性见表1。
从表1的结果可以看出，实施例1至4所得离子液体在不同类型的基础油中均表现出优异的溶解性能。
施例1与实施例2的离子液体的摩擦磨损实验
采用厦门天机生产的四球摩擦磨损试验机，对实施例1-2制备的离子液体在聚α-烯烃和矿物油中的摩擦性能进行了测定，钢球材质gcr15，直径为12.7mm，硬度为hrc59-61，试验条件为：载荷为392n，温度为25℃、时间为30min、转速为1200r/min。
将实施例1离子液体作为pao4的添加剂作为实验组，未添加离子液体的
表2实施例1离子液体用于pao4添加剂的抗磨减摩效果
pao4作为对照组，两组在钢/钢摩擦副下的平均摩擦系数和磨斑直径大小见表2。
由表2可见，未添加离子液体的pao4的平均摩擦系数为0.075，磨斑直径为0.631mm。与pao4相比，添加了不同量实施例1离子液体的pao4减摩和抗磨效果显著提高，离子液体添加量为0.5wt％时，平均摩擦系数最小为0.060，减摩效果最佳，添加量为0.2wt％时，磨斑直径最小为0.326，抗磨效果最佳。
将实施例2离子液体作为矿物油500n的添加剂作为实验组，未添加离子液体的矿物油500n作为对比组，两组在钢/钢摩擦副下的平均摩擦系数和磨斑直径
表3实施例2离子液体用作矿物油500n添加剂的抗磨减摩效果
大小见表3。
由表3可见，实验结果表明，添加实施例2所得离子液体的500n，与未添加离子液体的500n相比，减摩和抗磨性能都有了显著的提高。其中实施例2离子液体添加量为2wt％时，平均摩擦系数最小为0.066，减摩效果最佳；添加量为0.5wt％时，磨斑直径最小为0.313，抗磨效果最佳。
实施例3与实施例4的离子液体的摩擦磨损实验
采用德国optimol油脂公司生产的srv-v微振动摩擦磨损试验机评价实施例3-4制备的离子液体作为润滑剂添加剂的摩擦磨损性能。其中上摩擦副钢球为直径10mmgcr15(sae52100)钢球，下摩擦副为钢块，硬度均在hrc59－61。试验条件：载荷为200n，温度为100℃，时间为30min，频率为25hz。
实施例3离子液体作为osp46添加剂作为实验组，实验组为4组，每组添加量不同，osp46作为对比组，实验组与对比组在钢/钢摩擦副下的平均摩擦系数和磨损体积见表4。
表4实施例3离子液体用作osp46添加剂的抗磨减摩效果
由表4可见，与基础油osp46相比，添加了实施例3离子液体的osp46减摩和抗磨性能都有了极大的提高。其中添加量为2wt％时，平均摩擦系数最小，减摩效果最佳。添加量为2wt％时，磨损体积最小，抗磨效果最佳。
实施例4离子液体作为癸二酸二异辛酯添加剂作为实验组，实验组共4个小组，添加量不同，未添加离子液体的癸二酸二异辛酯作为对比组，试验条件为：载荷为200n，温度为25℃，时间为30min，频率为25hz。实验组与对比组在钢/钢摩擦副下的平均摩擦系数和磨损体积见表5。
表5实施例4离子液体用作癸二酸二异辛酯添加剂的抗磨减摩效果
由表5可见，与癸二酸二异辛酯相比，添加了实施例4离子液体的癸二酸二异辛酯在减摩和抗磨性能方面都有所提高。其中添加量为0.5wt％，平均摩擦系数最小，减摩效果最佳；添加量为0.5wt％，磨损体积最小，抗磨效果最佳。
铜片腐蚀实验
对实施例1至实施例4制备的离子液体通过铜片腐蚀试验(gb/t7326-87)进行抗腐蚀性能的评价。为进一步考察所制备离子液体作为铜腐蚀抑制剂的效果，将基础油中分别加入含硫添加剂rc2540、rc2526、二烷基二硫代磷酸锌、硫化异丁烯进行铜片腐蚀试验。rc2540、rc2526为莱茵化学公司添加剂牌号，属于活性硫添加剂，其中，在添加rc25401wt％的pao4基础上，未添加离子液体的作为对比组1，添加实验例1离子液体1wt％作为实验组1，进行抗腐蚀性能比较；在添加rc25261wt％的500n基础上，未添加离子液体的作为对比组2，添加实验例2离子液体0.8wt％作为实验组2，进行抗腐蚀性性能比较；在添加二烷基二硫代磷酸锌1wt％的osp46的基础上，未添加离子液体的作为对比组3，添加实验例3离子液体0.5wt％作为实验组3；在添加硫化异丁烯1wt％的癸二酸二异辛酯基础上，未添加离子液体的作为对比4，添加实施例4离子液体0.1wt％的作为实验组4。上述组别的铜片腐蚀试验结果见表6。
表6铜片腐蚀试验结果
由表6可见，与对比组1相比，实验组1的铜片腐蚀等级从4b降到1b；与对比组2相比，实验组2的铜片腐蚀等级从4a降至1b；与对比组3相比，实验组3的铜片腐蚀等级从3a降至1b；与对比组4相比，实验组4的铜片腐蚀等级从1b降至1a。因此，实施例1至实施例4所制备的离子液体均有较好的抗腐蚀性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。