一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及润滑材料技术领域，具体涉及一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂及其制备方法。


背景技术：

2.两个相互接触的物体在发生相对运动时会不可避免的产生摩擦和磨损，这种现象在生产生活中大多数都是有害的，甚至会造成重大的安全生产事故。据不完全统计，全世界约1/3～1/2的能源消耗于摩擦，约80％的机械部件的失效是由磨损引起的。因此发展新型润滑技术和润滑材料，开发超低摩擦和近零磨损率的新型润滑体系，已然成为润滑领域科技工作者的主要研究内容和追求目标。
3.室温离子液体(rtil)是由阴阳离子组成的室温熔融盐，其由于化学稳定性好，溶解性强，密度大，热容大，粘度低等优点被广泛应用于润滑剂或润滑添加剂中，离子液体的阴阳离子可被吸附在摩擦副表面，因此理论上可实现低摩擦或低磨损，基于此，离子液体作为一类新型环境友好的成分，正受到越来越多的关注。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种含水溶性离子液体无毒环保，润滑性能优异的超低摩擦水基润滑剂。本发明的目的通过以下技术方案来实现：
5.一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，该水基润滑剂按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇5～30份(例如多元醇重量份数为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30)，去离子水5～30份(例如去离子水重量份数为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30)，水溶性离子液体0.5～5份(例如水溶性离子液体重量份数为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5)和钼酸盐0.5～5份(例如钼酸盐重量份数为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5)。
6.进一步地，该水基润滑液按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇5～20份，去离子水5～20份，水溶性离子液体0.5～1.5份，钼酸盐0.5～1.5份。
7.进一步地，所述多元醇是指甘油、聚乙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、乙醇、乙二醇的至少一种，优选1,4-丁二醇、甘油、乙二醇、1,2-丙二醇。
8.进一步地，所述磷酸酯是指双(2-乙基己基)磷酸酯、磷酸二丁酯、磷酸异丙酯和磷酸三乙酯中的至少一种，优选磷酸双(2-乙基己基)磷酸酯。
9.进一步地，所述烷基醇胺是指三异丙醇胺、三乙醇胺、n,n-二甲基乙醇胺中的至少一种，优选三异丙醇胺。
10.进一步地，所述反应温度为70～80℃，时间为12～36小时，优先75℃，时间为24小时。
11.进一步地，所述溶剂为乙腈，四氢呋喃，石油醚和乙酸乙酯中的至少一种，优先乙
腈。
12.进一步地，所述钼酸盐是指钼酸钙，钼酸铵，钼酸钠，钼酸钾中的至少一种，优选钼酸钠。
13.如上任一所述的含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂的制备方法，包括如下步骤：向反应釜中加入烷基醇胺和溶剂，搅拌均匀，加入与烷基醇胺等物质量的磷酸酯，搅拌，反应，除去溶剂，得到水溶性离子液体；取水溶性离子液体、钼酸盐、多元醇和去离子水，混合均匀，得到所述润滑剂。
14.本发明的水溶性离子液体的优点在于：
15.1、本发明中质子型离子液体可在水中均匀分散，无分层现象，其作为添加剂与钼酸盐复配，可提高水基润滑剂的润滑性能，表现为小的磨斑直径，超低的摩擦系数(cof《0.01)。
16.2、相对于传统水基润滑液，本发明制备方法简单、成本低、组分种类少，在超低摩擦过程中可长时间实现在钢-钢接触面时高载下的超滑，产生热量较少，节约能源并保证了生产安全。
附图说明
17.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
18.图1为水溶性离子液体的光学照片：从图中可以看出，合成的水溶性离子液体为白色或淡黄色固体。
19.图2为本发明中实施例1-7以及对比例1-3的光学照片：从左至右可以看出，离子液体与钼酸盐复配后可在水醇体系中均匀分散，无分层现象。
20.图3为本发明中实施例1制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将水溶性离子液体与钼酸盐复配加入水醇混合体系中，载荷为98n时，摩擦系数较低约0.025并相对平稳，同时，磨斑直径较小，约0.556mm,且表面光滑平整。在相同测试条件下对比例1-3的摩擦系数以及所得磨斑直径明显高于所述实施例，说明水溶性离子液体与钼酸盐复配作为添加剂使其具有非常优良的润滑性能。
21.图4为本发明中实施例2制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将载荷由98n提高至196n，摩擦系数经约400s跑合期后降低至0.022，磨斑直径依旧较小，约为0.626mm,且表面光滑平整，并大幅度低于对比例1-3，并说明该体系可适用于宽的应用载荷范围，润滑性能良好。
22.图5为本发明中实施例3制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将转速由1200r/min提高至1450r/min，摩擦系数在经历450s跑合期后进入超滑状态，摩擦系数小于0.01，且摩擦系数平稳，并保持超滑状态直至实验结束。磨斑直径小，且表面平滑平整，并大幅度低于对比例1-3，说明在更苛刻的条件下，该体系依旧保持良好的润滑功能。
23.图6为本发明中实施例4制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将钼酸盐的含量由3％提高至5％，摩擦系数经历250s跑合期进入平稳，约为0.025，并维持至实验结束，磨斑直径约为0.563mm,且表面平滑平整，远低于对比例1-3，说明提高钼酸盐的含量，该体系仍可保持优异的润滑功能。
24.图7为本发明中实施例5制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将水溶性离子液体的含量由3％提高至5％，前700s,摩擦系数持续降低，后趋于平稳进入超滑状态，摩擦系数小于0.01，并维持至实验结束，磨斑直径约为0.605mm,表面平滑平整，远远低于对比例1-3，说明提高离子液体的含量，该体系仍保持优异的润滑功能。
25.图8为本发明中实施例6制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将多元醇由1,4-丁二醇改为1,2-丙二醇，前1000s,摩擦系数波动较大，后趋于平稳约为0.014，并维持至实验结束，磨斑直径约为0.586mm,且表面平滑平整，远远低于对比例1-3，说明1,2-丙二醇同样适用于该体系，使得该体系保持优异的润滑功能。
26.图9为本发明中实施例7制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将多元醇由1,4-丁二醇改为甘油，前1100s，摩擦系数波动较大，后趋于平稳进入超滑状态，摩擦系数小于0.01，并维持至实验结束，磨斑直径约为0.553mm,且表面平滑平整，远远低于对比例1-3，说明甘油同样适用于该体系，使得该体系保持优异的润滑功能。
27.图10为本发明中对比例1制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。在此摩擦过程中，会发出刺耳声响，并在图中可以看出，摩擦系数波动较大并且磨斑直径较大，约为0.872mm，表面凹凸不平，说明醇水混合体系本身润滑性能较差。
28.图11为本发明中对比例2制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将水溶性离子液体加入醇水混合体系中，摩擦系数相对平稳，约为0.1，但其仍呈持续上升趋势，磨斑直径较大，但相比对比例1有所减小，约为0.722mm，说明离子液体加入醇水混合体系有一定润滑性能。
29.图12为本发明中对比例3制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将钼酸盐加入醇水混合体系中，摩擦系数波动较大，最高大于0.3且磨斑直径非常大，约为1.019mm，说明单纯的钼酸盐加入醇水混合体系润滑性能较差。
具体实施方式
30.以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
31.实施例1
32.向反应釜中加入30g三异丙醇胺，30ml乙腈，搅拌均匀，加入与三异丙醇胺等物质量的双(2-乙基己基)磷酸酯，于80℃搅拌24小时，经减压蒸馏除去溶剂，即可得到无色或淡黄色粘稠固体即为水溶性离子液体i(如下式所示)。图1为水溶性离子液体的光学照片：从图中可以看出，合成的水溶性离子液体i为白色或淡黄色固体。所述离子液体i的核磁数据为：1h nmr(400mhz,cdcl3)δ6.46(brs,3h),4.43
–
4.00(m,3h),3.83
–
3.64(m,4h),3.41
–
3.28(m,2h),3.26
–
3.00(m,4h),1.56
–
1.46(m,2h),1.44
–
1.20(m,26h),0.94
–
0.84(m,12h).
33.13
c nmr(100mhz,cdcl3)δ67.7,67.6,62.4,62.3,62.0,61.6,60.7,60.5,40.2,40.1,29.9,28.8,23.2,22.9,21.2,21.0,20.6,13.9,10.8。
[0034][0035]
取水溶性离子液体i1.2g，钼酸钠1.2g，1,4-丁二醇18.8g，去离子水18.8g，混合均匀，得到水基润滑剂，进行摩擦学性能测试。
[0036]
采用四球摩擦试验机(ms-10a)测试所制备润滑剂的摩擦学性能。试验所用钢球为10a)测试所制备润滑剂的摩擦学性能。试验所用钢球为的gcr15轴承钢球。测试条件为室温下，载荷98n，转速1200r/min，长磨30min时的摩擦系数(cof)。采用xds-0745d光学显微镜和microxam 3d非接触的表面测试仪测试钢球表面的磨斑直径，测试结果如图3所示。图3为本发明中实施例1制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将水溶性离子液体与钼酸盐复配加入水醇混合体系中，载荷为98n时，摩擦系数较低约0.025并相对平稳，同时，磨斑直径较小，约0.556mm,且表面光滑平整。在相同测试条件下对比例1-3的摩擦系数以及所得磨斑直径明显高于所述实施例，说明水溶性离子液体与钼酸盐复配作为添加剂使其具有非常优良的润滑性能。
[0037]
实施例2
[0038]
一种水溶性离子液体，该离子液体的制备方法以及所得润滑剂同实施例1。
[0039]
采用四球摩擦试验机(ms-10a)测试所制备润滑剂的摩擦学性能。试验所用钢球为10a)测试所制备润滑剂的摩擦学性能。试验所用钢球为的gcr15轴承钢球。测试条件为室温下，载荷196n，转速1200r/min，长磨30min时的摩擦系数(cof)。采用xds-0745d光学显微镜和microxam 3d非接触的表面测试仪测试钢球表面的磨斑直径，测试结果如图4所示。图4为本发明中实施例2制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将载荷由98n提高至196n，摩擦系数经约400s跑合期后降低至0.022，磨斑直径依旧较小，约为0.626mm,且表面光滑平整，并大幅度低于对比例1-3，并说明该体系可适用于宽的应用载荷范围，润滑性能良好。
[0040]
实施例3
[0041]
一种水溶性离子液体，该离子液体的制备方法以及所得润滑剂同实施例1。
[0042]
采用四球摩擦试验机(ms-10a)测试所制备润滑剂的摩擦学性能。试验所用钢球为10a)测试所制备润滑剂的摩擦学性能。试验所用钢球为的gcr15轴承钢球。测试条件为室温下，载荷196n，转速1450r/min，长磨30min时的摩擦系数(cof)。采用xds-0745d光学显微镜和microxam 3d非接触的表面测试仪测试钢球表面的磨斑直径，测试结果如图5所示。图5为本发明中实施例3制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将转速由1200r/min提高至1450r/min，摩擦系数在经历450s跑合期后进入超滑状态，摩擦系数小于0.01，且摩擦系数平稳，并保持超滑状态直至实验结束。磨斑直径小，且表面平滑平整，并大幅度低于对比例1-3，说明在更苛刻的条件下，该体系依旧保持良好的润滑功能。
[0043]
实施例4
[0044]
取水溶性离子液体i(同实施例1)0.6g，钼酸钠1.0g，1,4-丁二醇9.2g，去离子水
9.2g，混合均匀进行摩擦学性能测试。
[0045]
测试条件同实施例3，测试结果如图6所示。图6为本发明中实施例4制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将钼酸盐的含量由3％提高至5％，摩擦系数经历250s跑合期进入平稳，约为0.025，并维持至实验结束，磨斑直径约为0.563mm,且表面平滑平整，远低于对比例1-3，说明提高钼酸盐的含量，该体系仍可保持优异的润滑功能。
[0046]
实施例5
[0047]
取水溶性离子液体i(同实施例1)1.0g，钼酸钠0.6g，1,4-丁二醇9.2g，去离子水9.2g，混合均匀进行摩擦学性能测试。
[0048]
测试条件同实施例3，测试结果如图7所示。图7为本发明中实施例5制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将水溶性离子液体的含量由3％提高至5％，前700s,摩擦系数持续降低，后趋于平稳进入超滑状态，摩擦系数小于0.01，并维持至实验结束，磨斑直径约为0.605mm,表面平滑平整，远远低于对比例1-3，说明提高离子液体的含量，该体系仍保持优异的润滑功能。
[0049]
实施例6
[0050]
取水溶性离子液体i(同实施例1)0.6g，钼酸钠0.6g，1,2-丙二醇9.4g，去离子水9.4g，混合均匀进行摩擦学性能测试。
[0051]
测试条件同实施例3，测试结果如图8所示。图8为本发明中实施例6制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将多元醇由1,4-丁二醇改为1,2-丙二醇，前1000s,摩擦系数波动较大，后趋于平稳约为0.014，并维持至实验结束，磨斑直径约为0.586mm,且表面平滑平整，远远低于对比例1-3，说明1,2-丙二醇同样适用于该体系，使得该体系保持优异的润滑功能。
[0052]
实施例7
[0053]
取水溶性离子液体i(同实施例1)0.6g，钼酸钠0.6g，甘油9.4g，去离子水9.4g，混合均匀进行摩擦学性能测试。
[0054]
测试条件同实施例3，测试结果如图9所示。图9为本发明中实施例7制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将多元醇由1,4-丁二醇改为甘油，前1100s，摩擦系数波动较大，后趋于平稳进入超滑状态，摩擦系数小于0.01，并维持至实验结束，磨斑直径约为0.553mm,且表面平滑平整，远远低于对比例1-3，说明甘油同样适用于该体系，使得该体系保持优异的润滑功能。
[0055]
对比例1
[0056]
取1,4-丁二醇10g，去离子水10g，混合均匀进行摩擦学性能测试。
[0057]
测试条件同实施例1，测试结果如图10所示。图10为本发明中对比例1制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。在此摩擦过程中，会发出刺耳声响，并在图中可以看出，摩擦系数波动较大并且磨斑直径较大，约为0.872mm，表面凹凸不平，说明醇水混合体系本身润滑性能较差。
[0058]
对比例2
[0059]
取水溶性离子液体i(同实施例1)0.6g，1,4-丁二醇9.7g，去离子水9.7g，混合均匀进行摩擦学性能测试。
[0060]
测试条件同实施例1，测试结果如图11所示。图11为本发明中对比例2制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将水溶性离子液体加入醇水混合体系中，摩擦系数相对平稳，约为0.1，但其仍呈持续上升趋势，磨斑直径较大，但相比对比例1有所减小，约为0.722mm，说明离子液体加入醇水混合体系有一定润滑性能。
[0061]
对比例3
[0062]
取钼酸钠0.6g，1,4-丁二醇9.7g，去离子水9.7g，混合均匀进行摩擦学性能测试。
[0063]
测试条件同实施例1，测试结果如图12所示。图12为本发明中对比例3制备的水基润滑剂摩擦系数曲线(a)和对应的磨斑直径(b)。可以看出，将钼酸盐加入醇水混合体系中，摩擦系数波动较大，最高大于0.3且磨斑直径非常大，约为1.019mm，说明单纯的钼酸盐加入醇水混合体系润滑性能较差。
[0064]
表1实施例1～7及对比例1～3所得水基润滑剂的磨斑直径
[0065][0066]
表1为实施例1-7以及对比例1-3所得的磨斑直径的结果。可以看出，在不同测试条件下，各个实施例的磨斑直径均明显小于对比例，说明本发明的水溶性离子液体与钼盐复配后使得水基润滑剂具有更优良的润滑抗磨性能。
[0067]
图2为本发明中实施例1-7以及对比例1-3的光学照片：从左至右可以看出，离子液体与钼酸盐复配后可在水醇体系中均匀分散，无分层现象。
[0068]
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，其特征在于：该水基润滑剂按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇5～30份，去离子水5～30份，水溶性离子液体0.5～5份和钼酸盐0.5～5份。2.根据权利要求1所述的一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，其特征在于：该水基润滑剂按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇5～20份，去离子水5～20份，水溶性离子液体0.5～1.5份，钼酸盐0.5～1.5份。3.根据权利要求1或2所述的一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，其特征在于：所述多元醇是指甘油、聚乙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、乙醇和乙二醇的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，其特征在于：所述水溶性离子液体由下述方法制得：将烷基醇胺加入到溶剂中，再加入与所述烷基醇胺等物质量的磷酸酯，于反应温度加热搅拌，反应完成后经减压蒸馏除去溶剂，即得所述水溶性离子液体。5.根据权利要求4所述的一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，其特征在于：所述磷酸酯是指双(2-乙基己基)磷酸酯、磷酸二丁酯、磷酸异丙酯和磷酸三乙酯中的至少一种。6.根据权利要求4所述的一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，其特征在于：所述烷基醇胺是指三异丙醇胺、三乙醇胺和n,n-二甲基乙醇胺中的至少一种。7.根据权利要求4所述的一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，其特征在于：所述反应温度为70～80℃，反应时间为12～36小时。8.根据权利要求4所述的一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，其特征在于：所述溶剂为乙腈，四氢呋喃，石油醚和乙酸乙酯中的至少一种。9.根据权利要求1或2所述的一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂，其特征在于：所述钼酸盐是指钼酸钙，钼酸铵，钼酸钠和钼酸钾中的至少一种。10.权利要求1所述的含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：向反应釜中加入烷基醇胺和溶剂，搅拌均匀，加入与烷基醇胺等物质量的磷酸酯，搅拌，反应，除去溶剂，得到水溶性离子液体；取水溶性离子液体、钼酸盐、多元醇和去离子水，混合均匀，得到所述润滑剂。

技术总结
本发明涉及一种含水溶性离子液体的超低摩擦水基润滑剂及其制备方法，该水基润滑剂按重量份数计，由下述组分混合均匀制成：多元醇5～30份，去离子水5～30份，水溶性离子液体0.5～5份，钼酸盐0.5～5份。本发明所用材料廉价易得，无毒环保，能够降低金属摩擦副之间的摩擦系数，使其降至0.01以下，且制备方法简单，应用广泛，具有非常大的实用价值。具有非常大的实用价值。具有非常大的实用价值。


技术研发人员：张霞 石永佳 刘维民 韩鹏 孙立彬 王晓波
受保护的技术使用者：潍坊奥润德新材料科技有限公司 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/13