一种含烷基萘结构离子液体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含烷基萘结构离子液体及其制备方法和应用。本发明专利技术利用季铵盐离子交换法合成含烷基萘结构离子液体，其分子式为[CH3C3H3N2CnH2n+1]C12H9O2，化学名称为1‑烷基‑3‑甲基咪唑萘乙酸盐，所选的阴离子原料是天然产物的衍生物，无需特殊制备，不用先期功能化；可以缩短反应流程；反应操作简单，可控性强。该离子液体作为减摩添加剂应用于烷基萘润滑油，或以烷基萘为基础油的润滑脂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含烷基萘结构离子液体及其制备方法和应用。该离子液体作为减摩添加剂应用于烷基萘润滑油，或以烷基萘为基础油的润滑脂。
技术介绍
非降凝剂用的烷基萘是属于APⅣ类基础油, 用于调制各种合成润滑油。其优点是优异的热及氧化安定性，突出的水解安定性，优秀的添加剂溶解性及显效性，与密封件的相容性以及抗乳化性能都很好，无毒，可安全使用。因此，广泛应用于各类摩擦部件中(US4238343，4912277，5254274，6127324)。烷基萘的核心萘环是由两个富电子共轭大Π键的六元环构成，也正是这两个共轭的芳香环赋予了这类化合物独一无二的热氧化安定性。但是，由于此类化合物属于非极性化合物，对基底的吸附力较弱，摩擦过程中边界润滑膜容易被破坏，因此其极压性能相对比较弱。而离子液体是一类强极性的化合物，有着独特的溶解性能，高热稳定性和极低的蒸气压。研究显示，离子液体结构中的不同官能基团能显著改变其性能。如果利用离子液体所特有的“可设计性”，通过化学合成的方法在离子液体中引入萘环，使烷基萘和离子液体各自的优异性能相结合，将有利于增强烷基萘与基底的吸附能力，改进其摩擦学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含烷基萘结构的离子液体及其制备方法和应用。一种含烷基萘结构的离子液体，其特征在于结构式如式(I)所示，其分子式为[CH3C3H3N2CnH2n+1]C12H9O2，化学名称为1-烷基-3-甲基咪唑萘乙酸盐，式(I)，其中，n为4～10的整数。本专利技术所述离子液体的合成方法用式(Ⅱ)的化学反应方程式来表示:式(Ⅱ)，其中，n为4～10的整数。本专利技术通过溴化1-烷基-3-甲基咪唑和萘乙酸钠反应，得到含烷基萘结构的离子液体。一种含烷基萘结构的离子液体的制备方法，其特征在于以溴化1-烷基-3-甲基咪唑和萘乙酸钠为原料，反应温度20～90℃，反应时间2～10小时；反应结束后洗涤、干燥即得目标产物。所述溴化1-烷基-3-甲基咪唑与萘乙酸钠的摩尔比为1: 1.1~3.6。所述溴化1-烷基-3-甲基咪唑为溴化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-己基-3-甲基咪唑、溴化1-辛基-3-甲基咪唑或溴化1-癸基-3-甲基咪唑。在实验室中，我们具体的制备过程是：在圆底烧瓶中，加入溴化1-烷基-3-甲基咪唑，在搅拌过程中，加入萘乙酸钠水溶液，于20~90℃，搅拌1~5小时，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷相用水洗涤三次后无水硫酸镁干燥过夜，减压蒸去溶剂，再在100℃/0.1 mmHg减压抽1小时，除去可能含有的水份，得到目标产物。上述离子液体以超声分散于烷基萘基础油中，作为减摩添加剂。以润滑油总重为基准，离子液体添加量为0.1~2.0wt%。文献报道两步法制备离子液体的通用过程是，通过季铵化反应制备出含目标阳离子的卤盐，然后用目标阴离子置换卤离子或加入Lewis酸与之反应可以得到目标离子液体。利用离子液体所特有的“可设计性”，通过功能化阴阳离子，可以得到预期性能的离子液体。研究者近年来针对于阳离子的功能化做了大量工作，合成出不同性能的离子液体。但是较少进行针对于阴离子的功能化研究。另外，为了实现离子液体的功能化，不可避免地会引入一些较大的基团，必然会提高离子液体的熔点，这就限制了功能化离子液体适用的范围。本专利技术就是利用季铵盐离子交换法合成含烷基萘结构离子液体。本专利技术所选的阴离子原料是天然产物的衍生物，无需特殊制备，不用先期功能化；可以缩短反应流程,可控性强。因为是不对称阴离子，其最终产物在室温（25℃）下呈淡黄色或黄色的粘稠透明液体。20℃粘度280~450 mm2·s-1，倾点<-30℃，初始热分解温度﹥350℃。本专利技术的新颖之处在于：通过化学合成的方法在离子液体中引入萘环。离子液体本身带有负电荷，在摩擦过程中很容易与摩擦副的正电荷点结合，形成很稳定的过渡态。而且这种过渡态的构型非常有序，并能保持一定的厚度，在摩擦过程中起到减摩抗磨的作用。因此其摩擦学性能很好。咪唑部分杂环中的氮原子有利于提高共扼杂环的热稳定性，并赋予润滑剂良好的极压抗磨性能和高闪点，此外氮在摩擦过程中易吸附在金属表面而使金属的活性点“钝化”，从而抑制金属的腐蚀和润滑剂的氧化或降解。烷基萘的核心萘环是由两个富电子共轭大Π键的六元环构成，也正是这两个共轭的芳香环赋予了这类化合物独一无二的热氧化安定性。但是，由于此类化合物属于非极性化合物，对基底的吸附力较弱，摩擦过程中边界润滑膜容易被破坏，因此其极压性能相对比较弱。而离子液体是一类强极性的化合物，通过化学合成的方法在离子液体中引入萘环，有利于增强烷基萘与基底的吸附能力，受到剪切作用时更不易分解，从而改进其摩擦学性能。本专利技术的优点在于：通过化学合成的方法将烷基萘和离子液体二者的优异性能相结合，化合物具有很宽的液相温度范围、优异的高低温性能。由于分子结构的相似性，化合物与烷基萘有良好的相容性，可以作为减摩添加剂应用于烷基萘润滑油，或以烷基萘为基础油的润滑脂。本专利技术所述润滑剂的摩擦学性能采用模拟真空条件摩擦磨损试验机评价。实验条件：真空度10-4pa；载荷3N；转速300 rpm；时间，1h。实验上试球为Si3N4球或9Cr18钢球，下试盘为半径24mm的9Cr18钢盘。具体实施方式本专利技术可通过如下实施例进一步说明，以下实施例仅用于说明本专利技术的具体实施方案，而不是用于限制本方法的应用。实施例1合成1-丁基-3-甲基咪唑萘乙酸盐。在圆底烧瓶中，加入52.56g(0.24mol)溴化1-丁基-3-甲基咪唑，在搅拌过程中，加入萘乙酸钠水溶液[含56.2g(0.27mol)萘乙酸钠]，于40℃，搅拌2小时，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷溶液再用蒸馏水洗涤三次，之后用无水硫酸镁干燥过夜，减压蒸去溶剂，再在100℃/0.1 mmHg减压抽1小时，得到目标产品。实施例2合成1-己基-3-甲基咪唑萘乙酸盐。在圆底烧瓶中，加入59.28g(0.24mol) 溴化1-己基-3-甲基咪唑，在搅拌过程中加入萘乙酸钠水溶液[含58.3g(0.28mol) 萘乙酸钠]，于40℃，搅拌3小时，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷溶液再用蒸馏水洗涤三次，之后用无水硫酸镁干燥过夜，减压蒸去溶剂，再在100℃/0.1 mmHg减压抽1小时，得到目标产品。实施例3合成1-辛基-3-甲基咪唑萘乙酸盐。在圆底烧瓶中，加入66.00g(0.24mol) 溴化1-辛基-3-甲基咪唑，在搅拌过程中，加入萘乙酸钠水溶液[含62.4g(0.30mol)萘乙酸钠]，于50℃，搅拌4小时，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷溶液再用蒸馏水洗涤三次，之后用无水硫酸镁干燥过夜，减压蒸去溶剂，再在100℃/0.1 mmHg减压抽1小时，得到目标产品。实施例4合成1-癸基-3-甲基咪唑萘乙酸盐。在圆底烧瓶中，加入72.72g(0.24mol) 溴化1-癸基-3-甲基咪唑，在搅拌过程中，加入萘乙酸钠水溶液[含64.5g(0.31mol)萘乙酸钠]，于50℃，搅拌4小时，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷溶液再用蒸馏水洗涤三次，之后用无水硫酸镁干燥过夜，减压蒸去溶剂，再在100℃/0.1 mmHg减压抽1小时，得到目标产品。实施例5将实施例1~4的离子液体分别以质量百分数1.5%、1.0%、0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含烷基萘结构的离子液体，其特征在于结构式如式(I)所示，其分子式为[CH3C3H3N2CnH2n+1]C12H9O2，化学名称为1‑烷基‑3‑甲基咪唑萘乙酸盐，式(I)，其中，n为4～10的整数。

【技术特征摘要】
1.一种含烷基萘结构的离子液体，其特征在于结构式如式(I)所示，其分子式为[CH3C3H3N2CnH2n+1]C12H9O2，化学名称为1-烷基-3-甲基咪唑萘乙酸盐，式(I)，其中，n为4～10的整数。2.如权利要求1所述含烷基萘结构的离子液体的制备方法，其特征在于以溴化1-烷基-3-甲基咪唑和萘乙酸钠为原料，反应温度20～90℃，反应时间2～10小时；反应结束后洗涤、干燥即得目标产物。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述溴...

【专利技术属性】
技术研发人员：高平，刘维民，冯大鹏，孙晓军，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62