本發(fā)明涉及一種含烷基萘結(jié)構(gòu)離子液體及其制備方法和應(yīng)用。該離子液體作為減摩添加劑應(yīng)用于烷基萘潤滑油，或以烷基萘為基礎(chǔ)油的潤滑脂。
背景技術(shù)：
非降凝劑用的烷基萘是屬于APⅣ類基礎(chǔ)油, 用于調(diào)制各種合成潤滑油。其優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)異的熱及氧化安定性，突出的水解安定性，優(yōu)秀的添加劑溶解性及顯效性，與密封件的相容性以及抗乳化性能都很好，無毒，可安全使用。因此，廣泛應(yīng)用于各類摩擦部件中(US4238343，4912277，5254274，6127324)。
烷基萘的核心萘環(huán)是由兩個(gè)富電子共軛大Π鍵的六元環(huán)構(gòu)成，也正是這兩個(gè)共軛的芳香環(huán)賦予了這類化合物獨(dú)一無二的熱氧化安定性。但是，由于此類化合物屬于非極性化合物，對基底的吸附力較弱，摩擦過程中邊界潤滑膜容易被破壞，因此其極壓性能相對比較弱。而離子液體是一類強(qiáng)極性的化合物，有著獨(dú)特的溶解性能，高熱穩(wěn)定性和極低的蒸氣壓。研究顯示，離子液體結(jié)構(gòu)中的不同官能基團(tuán)能顯著改變其性能。如果利用離子液體所特有的“可設(shè)計(jì)性”，通過化學(xué)合成的方法在離子液體中引入萘環(huán)，使烷基萘和離子液體各自的優(yōu)異性能相結(jié)合，將有利于增強(qiáng)烷基萘與基底的吸附能力，改進(jìn)其摩擦學(xué)性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種含烷基萘結(jié)構(gòu)的離子液體及其制備方法和應(yīng)用。
一種含烷基萘結(jié)構(gòu)的離子液體，其特征在于結(jié)構(gòu)式如式(I)所示，其分子式為[CH3C3H3N2CnH2n+1]C12H9O2，化學(xué)名稱為1-烷基-3-甲基咪唑萘乙酸鹽，
式(I)，
其中，n為4～10的整數(shù)。
本發(fā)明所述離子液體的合成方法用式(Ⅱ)的化學(xué)反應(yīng)方程式來表示:
式(Ⅱ)，
其中，n為4～10的整數(shù)。
本發(fā)明通過溴化1-烷基-3-甲基咪唑和萘乙酸鈉反應(yīng)，得到含烷基萘結(jié)構(gòu)的離子液體。
一種含烷基萘結(jié)構(gòu)的離子液體的制備方法，其特征在于以溴化1-烷基-3-甲基咪唑和萘乙酸鈉為原料，反應(yīng)溫度20～90℃，反應(yīng)時(shí)間2～10小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后洗滌、干燥即得目標(biāo)產(chǎn)物。
所述溴化1-烷基-3-甲基咪唑與萘乙酸鈉的摩爾比為1: 1.1~3.6。
所述溴化1-烷基-3-甲基咪唑?yàn)殇寤?-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。
在實(shí)驗(yàn)室中，我們具體的制備過程是：在圓底燒瓶中，加入溴化1-烷基-3-甲基咪唑，在攪拌過程中，加入萘乙酸鈉水溶液，于20~90℃，攪拌1~5小時(shí)，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷相用水洗滌三次后無水硫酸鎂干燥過夜，減壓蒸去溶劑，再在100℃/0.1 mmHg減壓抽1小時(shí)，除去可能含有的水份，得到目標(biāo)產(chǎn)物。
上述離子液體以超聲分散于烷基萘基礎(chǔ)油中，作為減摩添加劑。以潤滑油總重為基準(zhǔn)，離子液體添加量為0.1~2.0wt%。
文獻(xiàn)報(bào)道兩步法制備離子液體的通用過程是，通過季銨化反應(yīng)制備出含目標(biāo)陽離子的鹵鹽，然后用目標(biāo)陰離子置換鹵離子或加入Lewis酸與之反應(yīng)可以得到目標(biāo)離子液體。利用離子液體所特有的“可設(shè)計(jì)性”，通過功能化陰陽離子，可以得到預(yù)期性能的離子液體。研究者近年來針對于陽離子的功能化做了大量工作，合成出不同性能的離子液體。但是較少進(jìn)行針對于陰離子的功能化研究。另外，為了實(shí)現(xiàn)離子液體的功能化，不可避免地會引入一些較大的基團(tuán)，必然會提高離子液體的熔點(diǎn)，這就限制了功能化離子液體適用的范圍。
本發(fā)明就是利用季銨鹽離子交換法合成含烷基萘結(jié)構(gòu)離子液體。本發(fā)明所選的陰離子原料是天然產(chǎn)物的衍生物，無需特殊制備，不用先期功能化；可以縮短反應(yīng)流程,可控性強(qiáng)。因?yàn)槭遣粚ΨQ陰離子，其最終產(chǎn)物在室溫（25℃）下呈淡黃色或黃色的粘稠透明液體。20℃粘度280~450 mm2·s-1，傾點(diǎn)<-30℃，初始熱分解溫度﹥350℃。
本發(fā)明的新穎之處在于：通過化學(xué)合成的方法在離子液體中引入萘環(huán)。離子液體本身帶有負(fù)電荷，在摩擦過程中很容易與摩擦副的正電荷點(diǎn)結(jié)合，形成很穩(wěn)定的過渡態(tài)。而且這種過渡態(tài)的構(gòu)型非常有序，并能保持一定的厚度，在摩擦過程中起到減摩抗磨的作用。因此其摩擦學(xué)性能很好。咪唑部分雜環(huán)中的氮原子有利于提高共扼雜環(huán)的熱穩(wěn)定性，并賦予潤滑劑良好的極壓抗磨性能和高閃點(diǎn)，此外氮在摩擦過程中易吸附在金屬表面而使金屬的活性點(diǎn)“鈍化”，從而抑制金屬的腐蝕和潤滑劑的氧化或降解。烷基萘的核心萘環(huán)是由兩個(gè)富電子共軛大Π鍵的六元環(huán)構(gòu)成，也正是這兩個(gè)共軛的芳香環(huán)賦予了這類化合物獨(dú)一無二的熱氧化安定性。但是，由于此類化合物屬于非極性化合物，對基底的吸附力較弱，摩擦過程中邊界潤滑膜容易被破壞，因此其極壓性能相對比較弱。而離子液體是一類強(qiáng)極性的化合物，通過化學(xué)合成的方法在離子液體中引入萘環(huán)，有利于增強(qiáng)烷基萘與基底的吸附能力，受到剪切作用時(shí)更不易分解，從而改進(jìn)其摩擦學(xué)性能。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過化學(xué)合成的方法將烷基萘和離子液體二者的優(yōu)異性能相結(jié)合，化合物具有很寬的液相溫度范圍、優(yōu)異的高低溫性能。由于分子結(jié)構(gòu)的相似性，化合物與烷基萘有良好的相容性，可以作為減摩添加劑應(yīng)用于烷基萘潤滑油，或以烷基萘為基礎(chǔ)油的潤滑脂。
本發(fā)明所述潤滑劑的摩擦學(xué)性能采用模擬真空條件摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評價(jià)。實(shí)驗(yàn)條件：真空度10-4pa；載荷3N；轉(zhuǎn)速300 rpm；時(shí)間，1h。實(shí)驗(yàn)上試球?yàn)镾i3N4球或9Cr18鋼球，下試盤為半徑24mm的9Cr18鋼盤。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明可通過如下實(shí)施例進(jìn)一步說明，以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案，而不是用于限制本方法的應(yīng)用。
實(shí)施例1
合成1-丁基-3-甲基咪唑萘乙酸鹽。
在圓底燒瓶中，加入52.56g(0.24mol)溴化1-丁基-3-甲基咪唑，在攪拌過程中，加入萘乙酸鈉水溶液[含56.2g(0.27mol)萘乙酸鈉]，于40℃，攪拌2小時(shí)，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷溶液再用蒸餾水洗滌三次，之后用無水硫酸鎂干燥過夜，減壓蒸去溶劑，再在100℃/0.1 mmHg減壓抽1小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)品。
實(shí)施例2
合成1-己基-3-甲基咪唑萘乙酸鹽。
在圓底燒瓶中，加入59.28g(0.24mol) 溴化1-己基-3-甲基咪唑，在攪拌過程中加入萘乙酸鈉水溶液[含58.3g(0.28mol) 萘乙酸鈉]，于40℃，攪拌3小時(shí)，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷溶液再用蒸餾水洗滌三次，之后用無水硫酸鎂干燥過夜，減壓蒸去溶劑，再在100℃/0.1 mmHg減壓抽1小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)品。
實(shí)施例3
合成1-辛基-3-甲基咪唑萘乙酸鹽。
在圓底燒瓶中，加入66.00g(0.24mol) 溴化1-辛基-3-甲基咪唑，在攪拌過程中，加入萘乙酸鈉水溶液[含62.4g(0.30mol)萘乙酸鈉]，于50℃，攪拌4小時(shí)，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷溶液再用蒸餾水洗滌三次，之后用無水硫酸鎂干燥過夜，減壓蒸去溶劑，再在100℃/0.1 mmHg減壓抽1小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)品。
實(shí)施例4
合成1-癸基-3-甲基咪唑萘乙酸鹽。
在圓底燒瓶中，加入72.72g(0.24mol) 溴化1-癸基-3-甲基咪唑，在攪拌過程中，加入萘乙酸鈉水溶液[含64.5g(0.31mol)萘乙酸鈉]，于50℃，攪拌4小時(shí)，用二氯甲烷萃取三次，二氯甲烷溶液再用蒸餾水洗滌三次，之后用無水硫酸鎂干燥過夜，減壓蒸去溶劑，再在100℃/0.1 mmHg減壓抽1小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)品。
實(shí)施例5
將實(shí)施例1~4的離子液體分別以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)1.5%、1.0%、0.6%、0.4%的加劑量超聲分散于烷基萘基礎(chǔ)油中，采用模擬真空條件摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評價(jià)它們的摩擦學(xué)性能，結(jié)果列于表1。
表1 實(shí)施例5實(shí)驗(yàn)結(jié)果
表1中的結(jié)果表明，本發(fā)明的化合物應(yīng)用于烷基萘基礎(chǔ)油中具有良好的減摩性能。