一种油溶性仲铵盐类离子液体及其制备和应用的制作方法

本发明涉及离子液体材料的制备，尤其涉及一种油溶性仲铵盐类离子液体的制备，主要作为减摩抗磨添加剂应用在润滑油领域。

背景技术：

离子液体材料具有“零”蒸气压、宽液程、宽的电化学窗口、强的静电场、良好的离子导电性与导热性、高热容及热能储存密度和高热稳定性等特点，在有机合成、萃取分离、电化学、催化学科、纳米材料制备以及环境科学等领域具有重要的应用。刘维民院士在国际上率先报道（yec.，liuw.，cheny，yul.，chem.commun.，2001,21:2244-2245.）离子液体作为润滑剂具有优异的摩擦学性能，有望成为新型的高性能液体润滑剂，并引发了国内外大量有关离子液体润滑剂的研究（zhangs.,hul.,qiaod.,tribol.int.,2013,66:289-295；liy.,zhangs.,dingq.，tribol.int.，2017，114:121-31）。随着研究的深入，研究人员发现：虽然离子液体作为润滑剂或润滑油添加剂已表现出卓越的减摩抗磨以及承载性能，但是在其应用研究过程中，发现仍存在着诸多不容忽视的问题，如：合成及后处理工艺复杂、经济成本高、在基础油中溶解性相容性差等，这些不足限制了离子液体在润滑领域的大规模应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种油溶性仲铵盐类离子液体的制备方法。

本发明的另一目的是提供该仲铵盐类离子液体作为减摩抗磨添加剂在润滑油领域的应用。

一、油溶性仲铵盐类离子液体的结构和合成

本发明的油溶性仲铵盐类离子液体，名称为[nxxhh][y]，其中，x为r1基团中碳原子数，y为阴离子部分的简称。其结构通式如下：

式中，r1为正丁基、正己基或正辛基中的一种，相对应的碳原子数x分别为4、6或8；r2为正辛基、正癸基或7-十五烯基中的一种，对应的阴离子部分的简称y分别为oca、dea或oa。

油溶性仲铵盐类离子液体的制备：将等物质的量的二烷基胺与烷基酸或烯基酸混合，并进行低温反应，即可得到目标离子液体。

所述二烷基胺的结构式为：

式中r1为正丁基、正己基或正辛基中的一种。

所述烷基酸的结构式为：

式中，r2为正辛基或正癸基中的一种。

所述烯基酸的结构式为：

式中，r2为7-十五烯基。

所述低温反应是在0~20℃下反应2~7h。。

上述制备的仲铵盐类离子液体的结构经核磁共振图谱确定，记为[nxxhh][y]。

二、油溶性仲铵盐类离子液体的性能

将仲铵盐类离子液体[nxxhh][y]添加至聚α烯烃（pao）基础油（[nxxhh][y]添加量0.5~1.0%）中，经简单搅拌即可获得含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物。

润滑剂组合物减摩抗磨性能的测试：optimol公司srv-iv微振动摩擦磨损试验机上考察含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物的减摩抗磨性能，并与pao基础油做对比。选定载荷100n，温度室温（20℃）或100℃，频率25hz，振幅1mm，实验时间30min，实验上试球为aisi52100钢球，下试样为aisi52100钢块。摩擦实验结束后，采用microxam公司非接触式三维表面轮廓仪检测aisi52100钢块的磨损情况。

图1为常温条件下pao基础油和含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的实时摩擦系数比较图。从图1中可以看出：常温条件下，基础油作为钢/钢润滑剂的实时摩擦系数很大且波动剧烈，含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的实时摩擦系数很低且非常平稳，说明仲铵盐类离子液体具有优异的常温减摩性能。

图2为高温条件下pao基础油和含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的实时摩擦系数比较图。从图2中可以看出：高温条件下，基础油作为钢/钢润滑剂的实时摩擦系数很大且波动剧烈，含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的实时摩擦系数更低且较为平稳，说明仲铵盐类离子液体具有优异的高温减摩性能。

图3为常温条件下pao基础油和含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的体积磨损量比较图。从图3中可以看出：常温条件下，含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的体积磨损量比基础油明显降低，降低约60%以上，说明仲铵盐类离子液体具有优异的常温抗磨性能。

图4为高温条件下pao基础油和含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的体积磨损量比较图。从图4中可以看出：常温条件下，含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的体积磨损量比基础油明显降低，降低约95%以上，说明仲铵盐类离子液体具有优异的高温抗磨性能。

上述测试结果表明，以本发明含仲铵盐类离子液体作为添加剂制备的润滑剂组合物在常温及高温条件下均表现出优异的减摩抗磨性能。

综上所述，本发明利用利用离子液体结构可设计性强的特点，采用简单酸碱中和的方法，一步反应即可获得油溶性仲铵盐类离子液体，该离子液体在基础油中具有良好的溶解性能，其作为润滑油添加剂制备的润滑剂组合物，在常温及高温条件下均表现出优异的减摩抗磨性能。且仲铵盐类离子液体的制备工艺简单，无需经过烷基化、离子交换、分离、纯化等复杂的步骤，经济成本大幅降低，有利于解决离子液体在应用研究过程中的问题，促进离子液体作为添加剂在润滑领域的大规模应用。

附图说明

图1为常温条件下pao基础油和含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的实时摩擦系数比较图。

图2为高温条件下pao基础油和含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的实时摩擦系数比较图。

图3为常温条件下pao基础油和含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的平均磨损体积比较图。

图4为常温条件下pao基础油和含仲铵盐类离子液体添加剂的润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的平均磨损体积比较图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明仲铵盐类离子液体的制备方法，以及添加有离子液体润滑剂组合物的性能做进一步说明。

实施例1

将12.93g二正丁胺与14.42g正辛酸混合，在冰水浴中搅拌20min，然后在室温下继续搅拌2h，即可得到目标产物。其核磁共振图谱结果为：¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ9.12(s,2h),2.75(t,4h),2.16(t,2h),1.65(m,4h),1.57(m,2h),1.22-1.41(m,12h),0.92(t,6h),0.87(t,3h)。确定其结构为目标离子液体，记为[n44hh][oca]。

将1g离子液体[n44hh][oca]溶于99g基础油pao10中，经磁力搅拌1min，即可获得100g含油溶性叔铵盐类离子液体的润滑剂组合物，记作pao+1%[n44hh][oca]。该润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的平均摩擦系数见表1。

实施例2

将12.93g二正丁胺与17.23g正癸酸混合，在冰水浴中搅拌30min，然后在室温下继续搅拌4h，即可得到产物，核磁共振图谱结果为：¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ9.44(s,2h),2.77(t,4h),2.16(t,2h),1.65(m,4h),1.57(m,2h),1.23-1.44(m,16h),0.92(t,6h),0.87(t,3h)。确定其结构为目标离子液体，记为[n44hh][dea]。

将1g离子液体[n44hh][dea]溶于99g基础油pao10中，经磁力搅拌1min，即可获得100g含油溶性叔铵盐类离子液体的润滑剂组合物，记作pao+1%[n44hh][dea]。该润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的平均摩擦系数见表1。

实施例3

将25.86g二正丁胺与56.5g油酸混合，在冰水浴中搅拌60min，然后在室温下继续搅拌6h，即可得到产物，核磁共振图谱结果为：¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ9.51(s,2h),5.74(m,2h),2.78(t,4h),2.17(t,2h),2.00(t,4h),1.67(m,4h),1.57(m,2h),1.23-1.40(m,24h),0.91(t,6h),0.88(t,3h)。确定其结构为目标离子液体，记为[n44hh][oa]。

将1g离子液体[n44hh][oa]溶于99g基础油pao10中，经磁力搅拌1min，即可获得100g含油溶性叔铵盐类离子液体的润滑剂组合物，记作pao+1%[n44hh][oa]。该润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的平均摩擦系数见表1。

实施例4

将107.25g二正辛胺与72.1g油酸混合，在冰水浴中搅拌40min，然后在室温下继续搅拌4h，即可得到产物，核磁共振图谱结果为：¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ9.55(s,2h),2.75(t,4h),2.16(t,2h),1.65(m,4h),1.57(m,2h),1.22-1.41(m,28h),0.92(t,6h),0.87(t,3h)。确定其结构为目标离子液体，记为[n88hh][oca]。

将1g离子液体[n88hh][oca]溶于99g基础油pao10中，经磁力搅拌1min，即可获得100g含油溶性叔铵盐类离子液体的润滑剂组合物，记作pao+1%[n88hh][oca]。该润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的平均摩擦系数见表1。

实施例5

将96.6g二正辛胺与113.1g油酸混合，在冰水浴中搅拌60min，然后在室温下继续搅拌6h，即可得到产物，核磁共振图谱结果为：¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ9.07(s,2h),5.74(m,2h),2.78(t,4h),2.17(t,2h),2.00(t,4h),1.67(m,4h),1.57(m,2h),1.23-1.40(m,40h),0.91(t,6h),0.88(t,3h)。确定其结构为目标离子液体，记为[n88hh][oa]。

将1g离子液体[n88hh][oa]溶于99g基础油pao10中，经磁力搅拌1min，即可获得100g含油溶性叔铵盐类离子液体的润滑剂组合物，记作pao+1%[n88hh][oa]。该润滑剂组合物作为钢/钢润滑剂的平均摩擦系数见表1。