一种二元离子液体润滑添加剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及润滑剂技术领域，尤其是涉及一种二元离子液体润滑添加剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着当今世界人口的增长和经济的发展，能量需求不断增加，而传统能量资源的有限性问题日益凸显，在此背景下，能量损失是一个不容忽视的问题，例如，在典型的乘用车中，79％的燃料产生的能量均损失掉，其中，摩擦和磨损是能量损失和机械故障的主要原因。世界上约1/3的一次能源来自摩擦消耗，近1/2的运输设备动力消耗在摩擦上。

润滑油则是控制摩擦磨损最有效的方法之一，一般来说润滑油主要由基础油和添加剂两部分组成，添加剂作为改善基础油性能的重要手段，是近代高级润滑油的精髓所在。离子液体在摩擦学上良好的特性，如高热氧化稳定性、不易燃性、低挥发性和与润滑油基础油的良好兼容性，使离子液体成为最理想的润滑添加剂之一。

近年来，随着环保标准的不断提升，含卤素、或其他有害元素(如磷、硫)的添加剂面临着环保压力，但是传统的离子液体大部分是含有卤素；例如CN202210065887.7描述的润滑添加剂含有三种离子液体，其中的阴离子就是含有氟元素的三氟甲基磺酸银、双三氟甲烷磺酰亚胺银、四氟硼酸银和六氟磷酸银中的一种或几种。此外，磷、硫等元素如今也仍然大量应用于各种离子液体润滑添加剂种；例如CN202111222212.0中描述的离子液体润滑添加剂中，四丁基氢氧化磷则作为了所合成离子液体得阳离子，对于这些含磷、硫元素的添加剂，消除或减少其中的磷、硫含量成为其发展趋势。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有润滑剂添加剂含有不环保元素等缺陷而提供一种二元离子液体润滑添加剂及其制备方法与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一为提供一种二元离子液体润滑添加剂，包括摩尔比为1：1的离子液体I和离子液体II，

其中，离子液体I包括摩尔比为1:1的阳离子前驱体I与阴离子前驱体I，

离子液体II包括摩尔比为1:1的阳离子前驱体II与阴离子前驱体II，

所述阳离子前驱体I与阳离子前驱体II选自乙醇胺、二甲基乙醇胺、三辛胺中的任意相同一种，

所述阴离子前驱体I与阴离子前驱体II选自戊酸、庚酸、二(2-乙基己基)磷酸酯中的任意不同两种。

本发明的技术方案之二为提供一种如上述技术方案之一所述二元离子液体润滑添加剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、离子液体I的制备：

将阳离子前驱体I与阴离子前驱体I混合，油浴加热并搅拌，得到黏稠油状液体，真空干燥后即得到离子液体I；

S2、离子液体II的制备：

将阳离子前驱体II与阴离子前驱体II混合，油浴加热并搅拌，得到黏稠油状液体，真空干燥后即得到离子液体II；

S3、将S1步骤得到的离子液体I与S2步骤得到的离子液体II混合、搅拌、超声，得到二元离子液体润滑添加剂。

在一些具体实施方式中，于S1步骤和S2步骤，油浴加热的温度为30-40℃，油浴加热的时间为6-8h。

在一些具体实施方式中，于S1步骤和S2步骤，搅拌的转速为760-800r/min。

在一些具体实施方式中，于S1步骤和S2步骤，真空干燥的温度为60-70℃，真空干燥的时间为10-12h。

在一些具体实施方式中，于S3步骤，搅拌的转速为750-800r/min。

在一些具体实施方式中，于S3步骤，超声的时间为0.5-1h。

本发明的技术方案之三为提供一种如上述技术方案之一所述二元离子液体润滑添加剂的应用，所述二元离子液体润滑添加剂用于制备润滑油。

在一些具体实施方式中，所述润滑油包括如下质量份数的组分：

基础油98.5-99份，

二元离子液体润滑添加剂1-1.5份。

在一些具体实施方式中，所述基础油为PAO4。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出了一种步骤简单，反应条件温和的二元离子液体润滑添加剂的制备方法，通过将含有相同阳离子和不同阴离子的两种离子液体以特定比例组合，制备得到二元离子液体润滑添加剂。再以特定比例组成的二元离子液体润滑油，其具有比单个离子液体更好的抗磨效果，可使PAO4基础油拥有优异的抗磨性。

附图说明

图1为本发明实施例1润滑添加剂的红外光谱图。

图2为本发明实施例2润滑添加剂的红外光谱图。

图3为本发明实施例3润滑添加剂的红外光谱图。

图4为PAO4基础油的磨斑图。

图5为由本发明实施例1润滑添加剂制备得到的润滑油的磨斑图。

图6为本发明实施例2润滑添加剂制备得到的润滑油的磨斑图。

图7为本发明实施例3润滑添加剂制备得到的润滑油的磨斑图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施例和对比例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料产品或常规处理技术。

实施例1：

本实施例提供一种戊酸-庚酸-乙醇胺二元离子液体润滑添加剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备戊酸-乙醇胺离子液体：在0.1mol(6.11g)乙醇胺中缓慢滴加0.1mol(10.21g)戊酸，调整油浴磁力加热搅拌器转速为760r/min并缓慢升温至40℃，反应时间为6h，反应结束后将混合物置于60℃真空干燥箱中干燥12h，得到淡黄色油状的戊酸-乙醇胺离子液体。

(2)制备庚酸-乙醇胺离子液体：在0.1mol(6.11g)乙醇胺中缓慢滴加0.1mol(13.02g)庚酸，调整油浴磁力加热搅拌器转速为760r/min并缓慢升温至40℃，反应时间为6h，反应结束后将混合物置于60℃真空干燥箱中干燥12h，得到淡黄色油状的庚酸-乙醇胺离子液体。

(3)制备戊酸-庚酸-乙醇胺二元离子液体，分子式如式A所示：在0.01mol(1.63g)戊酸-乙醇胺离子液体中缓慢滴加0.01mol(1.91g)庚酸-乙醇胺离子液体，混合物于常温下以800r/min搅拌30min，搅拌完成后继续超声30min，超声结束得到淡黄色黏稠状的戊酸-庚酸-乙醇胺(1:1)二元离子液体润滑添加剂，图1为其红外光谱图。

对比例1：

本实施例提供一种戊酸-庚酸-乙醇胺二元离子液体润滑添加剂的制备方法，与实施例1相比，绝大部分都相同，区别在于，步骤(3)中，调整二元离子液体润滑添加剂中戊酸-乙醇胺离子液体与庚酸-乙醇胺离子液体的摩尔比例为1:2，具体制备步骤如下：

在0.01mol(1.63g)戊酸-乙醇胺离子液体中缓慢滴加0.02mol(3.82g)庚酸-乙醇胺离子液体，混合物于常温下以800r/min搅拌30min，搅拌完成后继续超声30min，超声结束得到淡黄色黏稠状的戊酸-庚酸-乙醇胺(1:2)二元离子液体润滑添加剂。

对比例2：

本实施例提供一种戊酸-庚酸-乙醇胺二元离子液体润滑添加剂的制备方法，与实施例1相比，绝大部分都相同，区别在于，步骤(3)中，调整二元离子液体润滑添加剂中戊酸-乙醇胺离子液体与庚酸-乙醇胺离子液体的摩尔比例为1:3，具体制备步骤如下：

在0.01mol(1.63g)戊酸-乙醇胺离子液体中缓慢滴加0.03mol(5.73g)庚酸-乙醇胺离子液体，混合物于常温下以800r/min搅拌30min，搅拌完成后继续超声30min，超声结束得到淡黄色黏稠状的戊酸-庚酸-乙醇胺(1:3)二元离子液体润滑添加剂。

对比例3：

本对比例直接以实施例1步骤(1)制得的戊酸-乙醇胺离子液体作为润滑添加剂。

对比例4：

本对比例直接以实施例1步骤(2)制得的庚酸-乙醇胺离子液体作为润滑添加剂。

将上述实施例1与对比例1-4中的润滑添加剂各制备成润滑油进行性能检测，润滑油的制备方法包括如下步骤：

在19.8g的PAO4基础油中直接加入0.2g润滑添加剂，超声30min，使添加剂分散均匀，得到含1wt％离子液体润滑油样品，性能对比结果如表1所示。

表1实施例1与对比例1-4制备的润滑油性能

从表1可以看出，加入戊酸阴离子与庚酸阴离子比例为1:1的二元离子液体润滑添加剂制得的润滑油相较于阴离子不同比例的二元离子液体润滑添加剂制得的润滑油、基础润滑油PAO4的抗磨性能均显著提升，平均磨斑直径最小，为0.384mm，相比无添加剂的PAO4基础油(0.570mm)，平均磨斑直径减小了32.63％，对PAO4抗磨性能的提升效果最为明显。

图4为基础润滑油PAO4测试的磨斑，图5为实施例1二元离子液体润滑添加剂制得的润滑油测试的磨斑。

实施例2：

本实施例提供一种戊酸-庚酸-二甲基乙醇胺离子液体润滑添加剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备戊酸-二甲基乙醇胺离子液体：在0.1mol(8.91g)二甲基乙醇胺中缓慢滴加0.1mol(10.21g)戊酸，调整油浴磁力加热搅拌器转速为760r/min并缓慢升温至40℃，反应时间为6h，反应结束后将混合物置于60℃真空干燥箱中干燥12h，得到淡黄色油状的戊酸-二甲基乙醇胺离子液体。

(2)制备庚酸-二甲基乙醇胺离子液体：在0.1mol(8.91g)二甲基乙醇胺中缓慢滴加0.1mol(13.02g)庚酸，调整油浴磁力加热搅拌器转速为760r/min并缓慢升温至40℃，反应时间为6h，反应结束后将混合物置于60℃真空干燥箱中干燥12h，得到淡黄色油状的庚酸-二甲基乙醇胺离子液体。

(3)制备戊酸-庚酸-二甲基乙醇胺二元离子液体，分子式如式B所示：在0.01mol(1.91g)戊酸-二甲基乙醇胺离子液体中缓慢滴加0.01mol(2.19g)庚酸-二甲基乙醇胺离子液体，混合物于常温下以800r/min搅拌30min，搅拌完成后继续超声30min，超声结束得到淡黄色黏稠状的戊酸-庚酸-二甲基乙醇胺(1:1)二元离子液体润滑添加剂，图2为其红外光谱图。

对比例5：

本实施例提供一种戊酸-庚酸-二甲基乙醇胺二元离子液体润滑添加剂的制备方法，与实施例4相比，绝大部分都相同，区别在于，步骤(3)中，调整二元离子液体润滑添加剂中戊酸-二甲基乙醇胺离子液体与庚酸-二甲基乙醇胺离子液体的摩尔比例为1:2，具体制备步骤如下：

在0.01mol(1.91g)戊酸-二甲基乙醇胺离子液体中缓慢滴加0.02mol(4.38g)庚酸-二甲基乙醇胺离子液体，混合物于常温下以800r/min搅拌30min，搅拌完成后继续超声30min，超声结束得到淡黄色黏稠状的戊酸-庚酸-二甲基乙醇胺(1:2)二元离子液体润滑添加剂。

对比例6：

本实施例提供一种戊酸-庚酸-二甲基乙醇胺二元离子液体润滑添加剂的制备方法，与实施例4相比，绝大部分都相同，区别在于，步骤(3)中，调整二元离子液体润滑添加剂中戊酸-二甲基乙醇胺离子液体与庚酸-二甲基乙醇胺离子液体的摩尔比例为1:3，具体制备步骤如下：

在0.01mol(1.91g)戊酸-二甲基乙醇胺离子液体中缓慢滴加0.03mol(6.57g)庚酸-二甲基乙醇胺离子液体，混合物于常温下以800r/min搅拌30min，搅拌完成后继续超声30min，超声结束得到淡黄色黏稠状的戊酸-庚酸-二甲基乙醇胺(1:3)二元离子液体润滑添加剂。

对比例7：

本对比例直接以实施例4步骤(1)制得的戊酸-二甲基乙醇胺离子液体作为润滑添加剂。

对比例8：

本对比例直接以实施例4步骤(2)制得的庚酸-二甲基乙醇胺离子液体作为润滑添加剂。

将上述实施例2与对比例5-8中的润滑添加剂各制备成润滑油进行性能检测，润滑油的制备方法包括如下步骤：

在19.8g的PAO4基础油中直接加入0.2g润滑添加剂，超声30min，使添加剂分散均匀，得到含1wt％离子液体润滑油样品，性能对比结果如表2所示。

表2实施例2与对比例5-8制备的润滑油性能

由表2可以看出，与添加戊酸-庚酸-乙醇胺二元离子液体润滑添加剂达到的效果一致，添加戊酸-庚酸-二甲基乙醇胺润滑添加剂，且戊酸阴离子与庚酸阴离子比例为1:1时的磨斑直径最小，为0.360mm，相比无添加剂的PAO4基础油(0.570mm)，平均磨斑直径减小了36.84％，对PAO4抗磨性能的提升效果最为明显，且与表1相比，以二甲基乙醇胺为阳离子前驱体制得润滑添加剂实现的效果优于以乙醇胺作为阳离子前驱体制得的润滑添加剂。

图4为基础润滑油PAO4测试的磨斑，图6为实施例2二元离子液体润滑添加剂制得的润滑油测试的磨斑。

实施例3：

本实施例提供一种二(2-乙基己基)磷酸酯-庚酸-三辛胺离子液体润滑添加剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备二(2-乙基己基)磷酸酯-三辛胺离子液体：在0.05mol(17.68g)三辛胺中缓慢滴加0.05mol(16.12g)二(2-乙基己基)磷酸酯，调整油浴磁力加热搅拌器转速为760r/min并缓慢升温至40℃，反应时间为6h，反应结束后将混合物置于60℃真空干燥箱中干燥12h，得到淡黄色油状的二(2-乙基己基)磷酸酯-三辛胺离子液体。

(2)制备庚酸-三辛胺离子液体：在0.05mol(17.68g)三辛胺中缓慢滴加0.05mol(6.51g)庚酸，调整油浴磁力加热搅拌器转速为760r/min并缓慢升温至40℃，反应时间为6h，反应结束后将混合物置于60℃真空干燥箱中干燥12h，得到淡黄色油状的庚酸-三辛胺离子液体。

(3)制备二(2-乙基己基)磷酸酯-庚酸-三辛胺二元离子液体，分子式如式C所示：在0.01mol(6.76g)二(2-乙基己基)磷酸酯-三辛胺离子液体中缓慢滴加0.01mol(4.84g)庚酸-三辛胺离子液体，混合物于常温下以800r/min搅拌30min，搅拌完成后继续超声30min，超声结束得到淡黄色黏稠状的二(2-乙基己基)磷酸酯-庚酸-三辛胺(1:1)二元离子液体润滑添加剂，图3为其红外光谱图。

对比例9：

本实施例提供一种二(2-乙基己基)磷酸酯-庚酸-三辛胺二元离子液体润滑添加剂的制备方法，与实施例7相比，绝大部分都相同，区别在于，步骤(3)中，调整二元离子液体润滑添加剂中二(2-乙基己基)磷酸酯-三辛胺离子液体与庚酸-三辛胺离子液体的摩尔比例为1:2，具体制备步骤如下：

在0.01mol(6.76g)二(2-乙基己基)磷酸酯-三辛胺离子液体中缓慢滴加0.02mol(9.68g)庚酸-三辛胺离子液体，混合物于常温下以800r/min搅拌30min，搅拌完成后继续超声30min，超声结束得到淡黄色黏稠状的二(2-乙基己基)磷酸酯-庚酸-三辛胺(1:2)二元离子液体润滑添加剂。

对比例10：

本实施例提供一种二(2-乙基己基)磷酸酯-庚酸-三辛胺二元离子液体润滑添加剂的制备方法，与实施例7相比，绝大部分都相同，区别在于，步骤(3)中，调整二元离子液体润滑添加剂中二(2-乙基己基)磷酸酯-三辛胺离子液体与庚酸-三辛胺离子液体的摩尔比例为1:3，具体制备步骤如下：

在0.01mol(6.76g)二(2-乙基己基)磷酸酯-三辛胺离子液体中缓慢滴加0.03mol(14.52g)庚酸-三辛胺离子液体，混合物于常温下以800r/min搅拌30min，搅拌完成后继续超声30min，超声结束得到淡黄色黏稠状的二(2-乙基己基)磷酸酯-庚酸-三辛胺(1:3)二元离子液体润滑添加剂。

对比例11：

本对比例直接以实施例7步骤(1)制得的二(2-乙基己基)磷酸酯-三辛胺离子液体作为润滑添加剂。

对比例12：

本对比例直接以实施例7步骤(2)制得的庚酸-三辛胺离子液体作为润滑添加剂。

将上述实施例3与对比例9-12中的润滑添加剂各制备成润滑油进行性能检测，润滑油的制备方法包括如下步骤：

在19.8g的PAO4基础油中直接加入0.2g润滑添加剂，超声30min，使添加剂分散均匀，得到含1wt％离子液体润滑油样品，性能对比结果如表3所示。

表3实施例3与对比例9-12制备的润滑油性能

由表3可以看出，添加二(2-乙基己基)磷酸酯-庚酸-三辛胺离子液体润滑添加剂，且二(2-乙基己基)磷酸酯阴离子与庚酸阴离子比例为1:1时的磨斑直径最小，为0.304mm，相比无添加剂的PAO4基础油(0.570mm)，平均磨斑直径减小了46.67％，对PAO4抗磨性能的提升效果最为明显，且与表1、表2相比，二(2-乙基己基)磷酸酯-庚酸-三辛胺润滑油添加剂实现的效果优于其他二元离子润滑添加剂。

图4为基础润滑油PAO4测试的磨斑，图7为实施例3二元离子液体润滑添加剂制得的润滑油测试的磨斑。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。