一种多羟基功能化离子液体润滑剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了属于润滑材料技术领域的一种多羟基功能化离子液体润滑剂及制备方法。所述润滑剂由水滑石纳米片分散于离子液体润滑剂得到。水滑石纳米片是一种层状多羟基化合物，由于相对较弱的内部成键及相互作用，可以改善摩擦副之间的润滑性能，有效减少摩擦副表面粗糙峰碰撞概率，降低滑移面的磨损。离子液体与多羟基醇配合，溶液能够吸附在摩擦副表面使表面带电并形成stern双电层，同时该溶液能够形成氢键网络结构并将水分子固定在接触区里。水滑石纳米片在摩擦副接触区可以演变形成致密的保护性摩擦膜，在接触区的水滑石有效避免粗糙峰的直接接触，极大提升了摩擦副的抗磨性能，实现了润滑液的超高负载能力。实现了润滑液的超高负载能力。实现了润滑液的超高负载能力。

【技术实现步骤摘要】
一种多羟基功能化离子液体润滑剂及制备方法


[0001]本专利技术属于润滑材料领域，尤其涉及一种多羟基功能化离子液体润滑剂及制备方法。

技术介绍

[0002]在高度工业化的时代，因摩擦磨损而造成能源与材料的耗费，仍占据着不容小觑的重要地位。同时由于微纳系统的表面比较大，摩擦力、粘附力、表面张力、静电力等表界面力成为影响系统性能的关键因素。尤其微纳系统渗透到医疗，航天，军工等领域的背景下，降低磨损、减小能耗、大幅提升转配部件的使用寿命具有时代性的重要意义。目前开发环境友好型兼具超高负载能力的润滑液，成为广大科研学者的重要研究方向。
[0003]离子液体是一种由阳离子和阴离子组成的室温下的熔融盐，具有热稳定性好、易于溶解、结构可设计的特点，在催化合成、材料制备、摩擦减阻等领域应用广泛。离子液体合成方法大体分为直接合成法和两步合成法，直接合成法包括酸碱中和季胺化反应，操作经济简便、没有副产物、产品易纯化。近年来，环境友好型含螯合硼酸阴离子的离子液体获得了大量的研究，这种离子液体被视BF4‑
,PF6‑
和其他含有卤素或硫、磷元素的离子液体的替代者。一般情况下，离子液体中都是通过添加磷、硫类物质提高负载能力，防止运动副表面发生烧结、刮伤、卡咬。但是磷、硫类物质一般很难生物降解，对环境造成一定的污染性。目前，急需寻找一种环境友好并且在一定程度上能够提升润滑液的极压性能。
[0004]水滑石是由层间阴离子与带正电荷层板有序组装而成的化合物，其化学组成通式可表达为：[M
2+1
‑r/>x
M
3+x
(OH)2]x+
(A
n
‑
)
x/n
·
mH2O，其中M
2+
和M
3+
分别代表二价和三价金属阳离子，位于主体层板上，主体层板是由MO6八面体共同使用棱边而成，其结构类似于水镁石Mg(OH)2；A
n
‑
代表层间阴离子；x为M
3+
/(M
2+
+M
3+
)的摩尔比值；m为层间水分子的个数。位于层板上的二价金属阳离子，如Mn
2+
，Mg
2+
，Co
2+
，Ni
2+
，Cu
2+
，Zn
2+
可以在一定的比例范围内被离子半径相近的三价金属阳离子M
3+
同晶取代，如Cr
3+
，Fe
3+
，Al
3+
，Co
3+
。
[0005]水滑石纳米片是一种层状多羟基化合物，由于它们相对较弱的内部键及相互作用(即范德华相互作用)，可以改善摩擦副之间的润滑性能。超薄水滑石纳米片能够进入接触摩擦副的滑动表面，从而有效减少摩擦副表面粗糙峰碰撞概率，降低滑移面的磨损。水滑石不仅具有独特的分层结构，而且具有与矿物粉末相似的化学活性。此外，配位不饱和的水滑石纳米片在高温摩擦接触区具有极高的化学活性，并促进在滑动表面上形成致密的保护性摩擦膜，实现了润滑液的超高负载能力。
[0006]根据本课题组的研究，可以推断超滑的实现至少需要满足两个条件：1)氢离子，它能够吸附在摩擦副表面使表面带电并形成stern双电子层；2)氢键作用，它能够形成氢键网络结构并将水分子固定在接触区里。因此如果能够寻找出一种新的水溶液，能同时满足上述两个条件，就有能发现新的液体超滑材料。为了满足第一个条件，酸溶液是最好的选择，因为酸溶液中含有氢离子。然而目前很难找到一种像磷酸一样的酸能同时满足第二个条件分子上含有多个羟基可以形成氢键。为了满足第二个条件，多羟基的水溶液，如乙二醇和丙
三醇，是最好的候选者，因为其分子上含有多个羟基，存在较强的氢键作用，但是这些多羟基水溶液中都不含有氢离子。为此，亟待提出一种新的方法来同时满足上述两个要求，建立一个基于多羟基醇和酸混合溶液并添加适量添加剂的新型液体超滑体系。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种多羟基功能化离子液体润滑剂，所述润滑剂为水滑石纳米片分散于离子液体润滑剂；添加剂在离子液体润滑剂中的质量含量为0.1％～2％。所述润滑剂可以保证摩擦副在1GPa的接触压强下稳定工作。
[0008]所述离子液体润滑剂由含有BF4‑
或PF6‑
阴离子的离子液体按照1wt％～10wt％比例分散到多羟基醇有机试剂中得到。
[0009]所述离子液体为1
‑
丁基
‑
2，3
‑
二甲基咪唑四氟硼酸盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐及其二者衍生物的一种或多种。
[0010]所述多羟基醇有机试剂为乙二醇、丙三醇及其二者衍生物的一种或多种。
[0011]所述水滑石纳米片的厚度为1nm～10nm。
[0012]所述水滑石纳米片的制备方法，包括以下步骤：
[0013]1)将可溶性的二价无机金属盐和三价无机金属盐与乌洛托品加入水中，得到混合溶液；
[0014]2)将步骤1)混合溶液在磁力搅拌器中搅拌均匀后转移至水热釜中，加热至24～36小时，然后冷却至室温，取出悬浊液后过滤，使用醇类试剂洗涤；
[0015]3)步骤2)洗涤后的浆料先以固液比为0.1wt％～2wt％分散在丙酮溶剂中，离心收集浆料后，再次以固液比0.1wt％～2wt％分散在环烷烃试剂中，得到澄清透明的胶体溶液；
[0016]4)将步骤3)胶体溶液于冷冻干燥设备中放置12～36小时，得到水滑石纳米片；制备得到的水滑石纳米片横向尺度为1000～1500nm，纵向尺度为1nm～10nm。
[0017]所述步骤1)中二价无机金属盐为Mn
2+
，Mg
2+
，Co
2+
，Ni
2+
，Cu
2+
，Zn
2+
与B(OH)4‑
，NO3‑
，Cl
‑
，F
‑
，HPO3‑
阴离子组成可溶性盐中的一种；
[0018]三价无机金属盐溶液为Cr
3+
，Fe
3+
，Al
3+
与B(OH)4‑
，NO3‑
，Cl
‑
，F
‑
，HPO3‑
阴离子组成可溶性盐中的一种。
[0019]所述步骤1)中二价无机金属盐与三价无机金属盐的金属离子的摩尔比为2～4，乌洛托品与三价金属离子的摩尔比为2～3。
[0020]所述步骤1)混合溶液中，二价无机金属盐的金属离子的浓度范围为0.005mol/L～0.1mol/L，三价无机金属盐的金属离子的浓度范围为0.0025mol/L～0.05mol/L，乌洛托品的浓度范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多羟基功能化离子液体润滑剂，其特征在于，所述润滑剂由水滑石纳米片分散于离子液体润滑剂得到；添加剂在离子液体润滑剂中的质量含量为0.1％～2％。2.根据权利要求1所述一种多羟基功能化离子液体润滑剂，其特征在于，所述离子液体润滑剂由含有BF4‑
或PF6‑
阴离子的离子液体均匀分散到多羟基醇有机试剂中得到。3.根据权利要求2所述一种多羟基功能化离子液体润滑剂，其特征在于，所述离子液体为1
‑
丁基
‑
2，3
‑
二甲基咪唑四氟硼酸盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐及其二者衍生物的一种或多种。4.根据权利要求2所述一种多羟基功能化离子液体润滑剂，其特征在于，所述多羟基醇有机试剂为乙二醇、丙三醇及其二者衍生物的一种或多种。5.根据权利要求1所述一种多羟基功能化离子液体润滑剂，其特征在于，所述水滑石纳米片的厚度为1nm～10nm。6.根据权利要求1或5所述一种多羟基功能化离子液体润滑剂，其特征在于，所述水滑石纳米片的制备方法，包括以下步骤：1)将可溶性的二价无机金属盐和三价无机金属盐与乌洛托品加入水中，得到混合溶液；2)将步骤1)混合溶液转移至水热釜中，加热至24～36小时，然后冷却至室温，取出悬浊液后过滤，使用醇类试剂洗涤；3)步骤2)洗涤后的浆料先以固液比为0.1wt％～2wt％分散在丙酮溶剂中，离心收集浆料后，再次以固液比0.1wt％～2wt％分散在环烷烃试剂中，得到胶体溶液；4)将步骤3)胶体溶液于冷冻干燥设备中放置12～36小时，得到水滑石纳米片。7.根据权利要求6所述一种多羟基功能化离子液体润...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鲲鹏，刘宇宏，刘磊，祁亚峰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：