作为润滑剂使用的均三嗪离子液体及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种作为润滑剂使用的均三嗪离子液体及其制备方法。这种离子液体由均三嗪的二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚或者四甘醇单甲醚衍生物与四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲烷磺酸锂或二（三氟甲基磺酰）亚胺锂混合后得到。该离子液体具有良好的化学稳定性、热稳定性及减摩抗磨性能。本发明中所提供的离子液体制备过程简单、成本低、性能优异，适于工业化应用。
【专利说明】作为润滑剂使用的均三嗪离子液体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种作为润滑剂使用的均三嗪离子液体及其制备方法，该离子液体润滑剂具有优异的减摩抗磨性能。
【背景技术】
[0002]近年来离子液体作为一种高效绿色溶剂和环境友好催化剂，在有机合成、催化、电化学等领域受到广泛关注(Welton, T.; Wasserscheid, P.German: ffiley-VCH, 2002,23.)，其具有的不易燃易爆、熔点低、挥发性极低和热稳定性高等特点，与理想润滑剂所期望的性能极为吻合，是一类极具发展前途的新型润滑剂(Ye, C.; Liu, ff.; Chen, Y.; Yu,L.Chem.Commun.2001, 21, 2244-2245.)。同时，离子液体所特有的“可设计性”特点，使得我们可以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，新官能团的引入将使得离子液体展现出不同的物理化学特性，而这些特性可能直接影响离子液体作为润滑剂的摩擦学性能。针对功能化离子液体的合成、制备及摩擦学研究，对于设计开发新型高性能润滑剂具有重要的理论和应用价值。文献已报道的作为润滑剂的离子液体一般 是季胺、季磷、吡啶、咪唑类为阳离子的离子液体，这些离子液体都需要通过烷基化、离子交换、分离、纯化等步骤制得，其复杂的合成步骤、昂贵的成本及对基底的腐蚀性等问题限制了它们在摩擦学领域的应用。因此，设计和制备高性能、低成本的离子液体润滑剂仍然是该领域的研究热点之一。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种作为润滑剂使用的均三嗪离子液体及其制备方法。
[0004]一种作为润滑剂使用的均三嗪离子液体，该离子液体的分子式为[Li (C3N3(ORx)3)]B ;其中，[Li (C3N3(ORx)3)]+代表阳离子，x为2、3或4 ;B_代表阴离子四氟硼酸根(简称BF4_)、六氟磷酸根(简称PF6_)、三氟甲烷磺酸根(简称CF3SO3O或二(三氟甲基磺酰)亚胺根(简称 N(CF3SO2) 2_ 或 TFSD ;所述的 C3N3 (ORx) 3 代表 C3N3 (OR2) 3、C3N3 (OR3) 3 或C3N3 (OR4) 3，结构式为
本发明的离子液体常温下为浅黄色粘稠状透明液，初始热分解温度在220 °C左右，当温度达到近500 °C时才能完全分解。
[0005]一种均三嗪离子液体的制备方法，其特征在于通过以下步骤来制备:
合成醇钠:将钠加入到二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚或者四甘醇单甲醚的反应器中，氩气保护下加热到115-125?搅拌直至钠反应完全，得到相应的醇钠溶液；
合成C3N3(ORx)3:以四氢呋喃为溶剂，将三聚氰氯加入到醇钠溶液中，室温下搅拌反应10-12h，产物溶于氯仿后用水洗涤，干燥后得到均三嗪的二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚或者四甘醇单甲醚衍生物(简称C3N3(ORx)3)；
制备均三嗪离子液体:将锂盐与以上步骤制备得到的均三嗪的二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚或者四甘醇单甲醚衍生物混合搅拌，直至锂盐全部溶解得到均三嗪离子液体。[0006]在合成醇钠的过程中，二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚或者四甘醇单甲醚与钠的摩尔比为 1:0.8-1.2。
[0007]在合成C3N3 (ORx)3的过程中，三聚氰氯与醇钠的摩尔比为1:2.5-3.5。
[0008]在合成均三嗪离子液体的过程中，与C3N3(ORx)3混合的锂盐为四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3)或二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)0
[0009]在合成均三嗪离子液体的过程中，C3N3(ORx)3与锂盐的摩尔比为1:2.5-3.5。
[0010]低聚物醚类化合物(glymes)是较强的路易斯碱，可以与碱金属离子Li+复配形成弱酸性阳离子[Li (glyme)]+, [Li (glyme)]+又可以进一步与弱碱性的离子如TFSF配合形成[Li (glyme) ] TFSI 离子液体(Tamura, T.; Yoshida, K.; Hachida, T.Chem.Lett.2010, 39, 753-755.)。本发明就是利用此原理，将锂盐与功能化的聚醚混合搅拌后形成均一的离子液体润滑剂。这些离子液体不但具有较高的化学稳定性、热稳定性以及摩擦学性能，并且与普通离子液相比在最后一步的制备过程中不需要离子交换、分离、纯化等步骤，因此成本大幅降低。
[0011]采用德国optimol油脂公司生产的SRV-1V微振动摩擦磨损试验机评价了所发明离子液体的摩擦磨损性能，并用普通离子液体1-甲基-3-已基咪唑二 (三氟甲基磺酰胺)(L-F102)作对比。选用载荷500 N，温度200 °C，频率20 Hz，振幅I mm，实验时间30 min，实验上试球为Si3N4球，下试样为W18Cr4V工具钢。此实验结果表明，普通的离子液体的摩擦系数不稳定，抗磨性差，而均三嗪离子液体具有非常低且平稳的摩擦系数和非常优异的抗磨性能。
[0012]表1:对比离子液体L-F102以及所合成的离子液体在500 N，200 °C条件下的平均
摩擦系数和磨损彳___
【权利要求】
1.一种作为润滑剂使用的均三嗪离子液体，该离子液体的分子式为[Li(C3N3(ORx)3)]B;其中，[Li (C3N3 (ORx)3)]+代表阳离子，X为2、3或4出_代表阴离子四氟硼酸根、六氟磷酸根、三氟甲烷磺酸根或二(三氟甲基磺酰)亚胺根；所述的C3N3(ORx)3代表C3N3(0R2)3、C3N3 (OR3) 3 或 C3N3 (OR4) 3，结构式为
2.一种如权利要求1所述作为润滑剂使用的均三嗪离子液体的制备方法，其特征在于通过以下步骤来制备: 合成醇钠:将钠加入到二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚或者四甘醇单甲醚的反应器中，氩气保护下加热到115-125?搅拌直至钠反应完全，得到相应的醇钠溶液； 合成C3N3(ORx)3:以四氢呋喃为溶剂，将三聚氰氯加入到醇钠溶液中，室温下搅拌反应10-12h，产物溶于氯仿后用水洗涤，干燥后得到均三嗪的二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚或者四甘醇单甲醚衍生物； 制备均三嗪离子液体:将锂盐与以上步骤制备得到的均三嗪的二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚或者四甘醇单甲醚衍生物混合搅拌，直至锂盐全部溶解得到均三嗪离子液体。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于合成醇钠的过程中，二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚或者四甘醇单甲醚与钠的摩尔比为1:0.8-1.2。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于合成C3N3(ORx)3的过程中，三聚氰氯与醇钠的摩尔比为1:2.5-3.5。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于合成均三嗪离子液体的过程中，与C3N3(ORx)3混合的锂盐为四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲烷磺酸锂或二(三氟甲基磺酰)亚胺锂。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于合成均三嗪离子液体的过程中，C3N3(ORx) 3与锂盐的摩尔比为1:2.5-3.5。
【文档编号】C10M105/70GK103571566SQ201210266908
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月30日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】凡明锦, 宋增红, 周峰, 刘维民, 梁永民 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所