一種含有離子液體的動物脂肪高溫潤滑劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含有離子液體的動物脂肪高溫潤滑劑，該潤滑劑作為鋼/鋼摩擦 副的潤滑劑在高溫下具有優(yōu)異的減摩抗磨作用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化水平不斷提高，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備向小型化、高 負(fù)荷、高溫、高速、重載方向發(fā)展，越來越多的機(jī)械設(shè)備處于高溫潤滑環(huán)境。這促使了一些高 溫潤滑油和潤滑脂的開發(fā)與應(yīng)用，如聚α-烯烴(PAO)、聚醚(PAG)、全氟聚醚(PFPE)、聚苯醚、 多元醇酯、復(fù)合鋰基脂和聚脲潤滑脂等。然而這些合成潤滑劑自身都具有很多缺陷。例如， 由于全氟聚醚具有極大的惰性使得傳統(tǒng)的添加劑很難在其中溶解;另外，含有鋁的鈦合金 能夠催化全氟聚醚使其在高于136 °C下發(fā)生分解，這種缺陷限制了全氟聚醚作為高溫潤滑 劑的應(yīng)用。聚苯醚價(jià)格昂貴，凝點(diǎn)高，黏溫性能差。多元醇酯的最高使用溫度有待突破 240°C。我國高滴點(diǎn)、高質(zhì)量潤滑脂的品種和數(shù)量與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。因此，開發(fā)研 制新型的高溫潤滑劑，對滿足某些設(shè)備的高溫潤滑要求具有重要意義。
[0003] 之前的研究表明離子液體(ILs)可以作為新一代的合成潤滑劑，并且研究表明ILs 的摩擦學(xué)性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的潤滑劑，如合成烴類化合物、合成酯以及合成氟醚等。但是，離 子液體高昂的生產(chǎn)成本和冗長的合成步驟是限制其工業(yè)化的主要原因。另外，比較差的溶 解性也大大限制其作為大多數(shù)潤滑油添加劑的應(yīng)用。最近幾年，凡明錦等報(bào)道了一種新的 方法用于在合成酯和多元醇酯中原位制備離子液體添加劑。這種方法顯著簡化了離子液體 的制備過程并降低了離子液體的生產(chǎn)成本。吳新虎等報(bào)道了在多元醇酯中原位制備離子液 體，并研究它們作為高溫潤滑油。結(jié)果表明，原位生成的離子液體做為高溫潤滑油時(shí)在 300T具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。
[0004] 基于以上研究發(fā)現(xiàn)，我們嘗試在動物脂肪中原位生成離子液體，并考察其作為高 溫潤滑劑時(shí)的摩擦學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種含有離子液體的動物脂肪高溫潤滑劑。
[0006] -種含有離子液體的動物脂肪高溫潤滑劑，其特征在于該高溫潤滑劑通過以下方 法制備得到： 在不斷攪拌的情況下，將雙三氟甲磺酰亞胺鋰(LiTFSI)加入到動物脂肪中，40-80 °C 加熱攪拌直到溶解即得含有離子液體的動物脂肪高溫潤滑劑。
[0007] 所述雙三氟甲磺酰亞胺鋰的質(zhì)量為動物脂肪總質(zhì)量的5-40%。
[0008] 所述動物脂肪中甘油三酸酯(TAGs)與LiTFSI的摩爾比為1: 0.25-1: n，其中η代 表動物脂肪中羰基的摩爾量。
[0009]所述動物脂肪為豬脂肪(PL)、雞脂肪(CF)、牛脂肪(BF)或羊脂肪(MF)。
[0010] 上述高溫潤滑劑在高溫250°c對鋼/鋼摩擦副具有優(yōu)異的減摩抗磨應(yīng)用。
[0011] 所述動物脂肪中甘油三酸酯是較強(qiáng)的路易斯堿，可以與弱酸性的金屬離子Li+復(fù) 配形成弱酸性陽離子[Li(TAGs)] +，[Li(TAGs)]+又可以進(jìn)一步與弱堿性的TFSr配合形成離 子液體[Li(TAGs)]TFSI。本發(fā)明就是利用此原理，將雙三氟甲磺酰亞胺鋰加入到動物脂肪 中，加熱攪拌至溶解后便形成了含有離子液體的潤滑劑。該潤滑劑不但具有較高的化學(xué)穩(wěn) 定性和熱穩(wěn)定性，并且與普通離子液體相比，不需要烷基化、離子交換、分離、純化等制備步 驟，因此成本大幅度降低。
[0012] 該潤滑劑為淺黃色半透明液體，我們首先采用核磁譜圖對其結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了分 析，證實(shí)離子液體[Li(TAGs)]TFSI的生成。其次，我們對其物理性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明：無 論是在40°C還是100°C的條件下，隨著離子液體的原位生成，潤滑劑的運(yùn)動粘度均有很大程 度的增加；另外加入的LiTFSI對油品的腐蝕性能沒有影響(表1)。此外，我們通過高壓差示 掃描量熱分析技術(shù)(PDSC)對其起始氧化溫度進(jìn)行了測試，結(jié)果表明：與PL相比，生成原位離 子液體后的潤滑劑其起始氧化溫度也有明顯提高（圖2 )。
[0013] 表1

【附圖說明】
[0014]圖1為實(shí)施例1生成的離子液體的結(jié)構(gòu)表征:氫譜和碳譜。
[0015] 圖2為PL和LiTFSI添加量分別為5%，10%，15%(LiTFSI占 PL的質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)組成的復(fù) 合體系PL-LiTFSi的rose曲線。
[0016] 圖3為質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，5%，10%，15%〇^?31占？1^的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的1^?31加入到 PL中，在SRV-IV微振動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上在250°C，頻率25Hz，振幅1mm，載荷100N的工況下 長磨30min時(shí)的摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。
[0017] 圖4為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%(LiTFSI占 PL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的LiTFSI加入到PL中，及PFPE在 SRV-IV微振動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上于250°C，頻率25Hz，載荷100N，振幅Imm的工況下長磨 30min時(shí)摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。
[0018] 圖5為質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，5%，10%，15%〇^?31占？1^的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的1^?31加入到 PL中，在SRV-IV微振動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上在250°C，頻率25Hz，振幅1mm，載荷100N的工況下 長磨30min后磨斑的磨損體積。
[0019] 圖6為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%(LiTFSI占 PL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的LiTFSI加入到PL中，及PFPE在 SRV-IV微振動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上于200-350°C，頻率25Hz，載荷100N，振幅Imm的工況下摩 擦系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了更好地理解本發(fā)明，通過以下實(shí)施例進(jìn)行說明： 實(shí)施例1 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%，10%，15%的LiTFSI加入到PL中，50°C加熱攪拌至油品澄清，得到 含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的[Li(TGAs)]TFSI的離子液體潤滑劑。
[0021] 實(shí)施例2 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%，10%，15%(LiTFSI占 PL的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的LiTFSI加入到PL中，80°C加 熱攪拌至油品澄清，得到含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為的離子液體潤滑劑。
[0022]結(jié)構(gòu)分析 通過IN0VA-400M核磁共振光譜儀測定PL以及加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的LiTFSI后的1H-NMR 及13C-NMR譜。結(jié)果表明與羰基碳相連的亞甲基(-CH2-)的質(zhì)子化學(xué)位移均向低磁場移動，另 外羰基碳中的C原子的化學(xué)位移也明顯移向低磁場，這些結(jié)果表明LiTFSI中的Li +與羰基碳 中0原子上的孤對電子形成了配位鍵，導(dǎo)致羰基C原子更缺電子，因而使得與其相鄰的H質(zhì)子 和C原子本身的化學(xué)位移向低磁場移動。核磁氫譜和碳譜化學(xué)位移的變化證實(shí)了潤滑劑中 原位離子液體的生成。
[0023] 物理性能評價(jià) 如表1所示，隨著離子液體的原位生成，潤滑劑的運(yùn)動粘度均有很大程度的增加；另外 加入的LiTFSI油品沒有腐蝕影響。
[0024]氧化穩(wěn)定性評價(jià) 氧化穩(wěn)定性是通過NETZSCH DSC 204 HP測定樣品的起始氧化溫度。將實(shí)施例1制備的 含有離子液體的潤滑劑5mg放入樣品池中，測試溫度從20-500°C，溫度增加速率是10°C/ min，氧氣流量40ml/min高純氮的氣體壓力是3.5MPa，結(jié)果如圖2所示。加入LiTFSI后的PL的 起始氧化溫度（IOT)均明顯提高。表明該原位生成的離子液體潤滑劑具有非常優(yōu)異的氧化 穩(wěn)定性能。
[0025]實(shí)施例1制備的含有離子液體的潤滑劑的摩擦學(xué)性能評價(jià)： 1.采用德國Optimol油脂公司生產(chǎn)的SRV-IV微動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測試質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別 為0%，5%，10%，15%〇^?31占？1^的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的1^?31加入到?1^中生成的離子液體潤滑劑， 在250°C，頻率25Hz，振幅1mm，載荷100N的工況下長磨30min時(shí)的摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化，試 驗(yàn)所用鋼球?yàn)镕=IOmm的GCrl5軸承鋼，下試樣為F24X7.9mm的GCrl5鋼塊，結(jié)果見圖3。由圖 可以看出，在250°C高溫下，這種潤滑劑作為潤滑鋼-鋼摩擦副，摩擦系數(shù)大幅度降低，減摩 效果極為明顯，其減摩抗磨效果優(yōu)于PFPE(圖4)。
[0026] 2.采用MicroXAM 3D非接觸的表面測試儀測試質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，5%，10%，15% (LiTFSI占 PL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的LiTFSI加入到PL中生成的離子液體潤滑劑在250°C，頻率25Hz， 振幅Imm，載荷100N的工況下長磨30min后磨斑的磨損體積，結(jié)果見圖5。由圖可看出原位生 成的離子液體潤滑劑的磨損體積均明顯減小，表明它們在高溫下具有很好的抗磨性能。
[0027] 3.采用德國Optimol油脂公司生產(chǎn)的SRV-IV微動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測試PL及質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為10%(LiTFSI占 PL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的LiTFSI加入到PL中原位生成離子液體潤滑劑，在 200-350°C，頻率25Hz，振幅1mm，載荷IOON的工況下摩擦系數(shù)隨溫度的變化，試驗(yàn)所用鋼球 為F=IOmm的GCrl5軸承鋼，下試樣為F24X7.9mm的GCrl5鋼塊，結(jié)果見圖6。由圖可以看出，當(dāng) 溫度從200°C增加至350°C時(shí)，原位生成的離子液體的摩擦系數(shù)均有降低，表明最佳濃度的離 子液體潤滑劑能承受的最高溫度約為350°C。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含有離子液體的動物脂肪高溫潤滑劑，其特征在于該高溫潤滑劑通過以下方法 制備得到： 在不斷攪拌的情況下，將雙三氟甲磺酰亞胺鋰加入到動物脂肪中，40-80 °C加熱攪拌直 到溶解即得含有離子液體的動物脂肪高溫潤滑劑。2. 如權(quán)利要求1所述的高溫潤滑劑，其特征在于所述雙三氟甲磺酰亞胺鋰的質(zhì)量為動 物脂肪總質(zhì)量的5-40%。3. 如權(quán)利要求1所述的高溫潤滑劑，其特征在于所述動物脂肪中甘油三酸酯與LiTFSI 的摩爾比為1: 0.25-1: n，其中η代表動物脂肪中羰基的摩爾量。4. 如權(quán)利要求1、2或3所述的高溫潤滑劑，其特征在于所述動物脂肪為豬脂肪、雞脂肪、 牛脂肪或羊脂肪。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含有離子液體的動物脂肪高溫潤滑劑，該高溫潤滑劑通過以下方法制備得到：在不斷攪拌的情況下，將雙三氟甲磺酰亞胺鋰（LiTFSI）加入到動物脂肪中，40-80oC加熱攪拌直到溶解即得含有離子液體的動物脂肪高溫潤滑劑。本發(fā)明所述高溫潤滑劑不但具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，并且與普通離子液體相比，不需要烷基化、離子交換、分離、純化等制備步驟，因此成本大幅度降低。
【IPC分類】C10N30/06, C10M159/12
【公開號】CN105542909
【申請?zhí)枴緾N201510915803
【發(fā)明人】王曉波, 朱麗麗
【申請人】中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月11日