功能化离子液体润滑剂的合成及润滑性能研究

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1、化学化工与环境学院《功能助剂》课程作业题目：功能化离子液体润滑剂的合成及润滑性能研究学生姓名：孙立思学号：201041602018教师：董朝红职称：副教授2012年12月1日功能化离子液体润滑剂的合成及其润滑性能研究2010级应用化学系（1）班孙立思201041602018摘要：通过两步法合成了含酯基官能团的功能化离子液体1一乙酸乙酯基一3一甲基咪唑四氟硼酸盐([EAMlM]BF4)，用核磁共振和红外光谱对其进行了结构表征；对其作为润滑剂的物化性质进行了测定，并选择了含有相同烷基的传统离子液体1

2、一丁基一3一甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF4)进行对比；在四球机上评定两种离子液体的承载能力，在SRV摩擦磨损试验机上评价了两种离子液体的润滑性能，并选择低蒸气压的含氟润滑剂全氟聚醚(PFPE)作为对比。结果表明：在常温下，两种离子液体较PFPE具有更高的承载能力和更好的润滑性能；两种离子液体相比，[EAMIM]BF4由于粘度较大其在低载荷下减摩性较[BMIM]BF4稍差，但其抗磨性始终优于[BMIM]BF4。关键词：功能化离子液体；l一乙酸乙酯基一3一甲基咪唑四氟硼酸盐；摩擦学性能；润滑

3、剂O引言：近年来离子液体作为一种高效绿色溶剂，在电化学、催化、有机合成等领域受到广泛关注，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。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，而新官能团的引入将使传统烷基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

4、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。因此，本文合成了一种新型的含酯基官能团的咪唑类离子液体1一乙酸乙酯基一3一甲基咪唑四氟硼酸盐(记为[EAMIM]BF4)，初步考察了其润滑性能，并选择了含有相同烷基的1一丁基一3一甲基咪唑四氟硼酸盐传统离子液体(记为[BMIM]BF4)作为对比。1发展前景航空航天等高新技术的发展和环保法规的加强对润滑剂的性能和环境兼容性提出了更高的要求。传统石油基润滑剂很难满足特殊机械使用性能和环境兼容性要求，因此开发高性能润滑剂对于发展航空航天等高新技术和可

5、持续发展战略有着极其重要的意义。目前常用的高性能液体润滑剂主要是全氟聚醚（PFPE）和磷腈（X-1P）。然而，PFPE的边界润滑能力较差，价格昂贵，在高温下易产生腐蚀和降解，对传统添加剂的溶解能力和感受性能差；X-1P高温润滑能力好，但高温挥发性、低温流动性仍需要进一步改进。因此，寻找它们的替代品是必要的和必须的。离子液体外观看起来像水或甘油，具有独特的理化性质：（１）液态温度范围广，离子液体呈液态的温度区间大都在300ｏC以上，稳定性高，无嗅，不可燃。（２）溶解能力强，通过对其阴阳离子的设计可

6、调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，是很多化学反应的优良溶剂。（３）挥发性极低，对环境无污染，即使在很高的温度下，也不易挥发，可用于高真空体系。（４）粘度大，常温下是水粘度的几十倍甚至上百倍。（５）熔点低。离子液体的这些特性使其具备成为一种性能优良润滑剂的基本条件，用作润滑剂的研究成为热点课。2离子液体2.1离子液体的合成离子液体的合成大致可分为两种基本方法：一步合成法和两步合成法。一步合成法，由叔胺（包括吡啶、咪唑和吡咯）与卤代烃或酯类物质发生亲核加成反应，或利用叔胺的碱性与酸发生中和

7、反应而一步生成目标离子液体的方法，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。两步合成法是制备离子液体最常用的方法，目前报道的离子液体大多数是由此法合成，首先通过季铵化反应制备出含目标阳离的卤盐，然后用目标阴离子置换出卤离子或加入Ｌｅｗｉｓ酸来得到目标离子液体。离子液体种类繁多，改变阴阳离子的组合，可以设计合成出不同类型的离子液体。前当研究的离子液体阳离子主要有4类：烷基季铵离子、烷基季膦离子、Ｎ，Ｎ’一二烷基咪唑离子、Ｎ一烷基吡啶离子，也有叔锍翁盐阳离子、Ｎ，Ｎ一二烷基吡咯阳离子、Ｎ一烷基恶唑阳离子

8、、Ｎ一烷基噻唑阳离子、三唑离子、吡唑离子等，见图１。阴离子主要有BF4－、PF6－、［CF3SO3］-、Cl-、Ｂｒ-、［CuCl2］-、［AlCl4］-、［Cu2Cl3］-、［Cu3Cl4］-、［Al2Cl7］-等等，其中由BF4－、PF6－为阴离子组成的离子液体被称为新离子液体，不需在真空和惰性气体下处理和应用，其组成是同定的，许多品种对水、空气是稳定的，因此近几年取得飞快进展。新型离子液体是用作润滑剂研究的主要种类。2．2离子液体的功能化制备功能化离子液体最常见的方法是:(ⅰ)将1-烷基咪