作為潤滑劑使用的環三磷腈離子液體及其製備方法
2023-08-13 08:55:16 5
作為潤滑劑使用的環三磷腈離子液體及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種作為潤滑劑使用的環三磷腈離子液體及其製備方法。這種離子液體由環三磷腈的二甘醇單甲醚、三甘醇單甲醚或者四甘醇單甲醚衍生物與四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、三氟甲烷磺酸鋰或二（三氟甲烷磺醯）亞胺鋰混合後得到。該離子液體具有良好的化學穩定性、熱穩定性及減摩抗磨性能。本發明中所提供的離子液體製備過程簡單、成本低、性能優異，適於工業化應用。
【專利說明】作為潤滑劑使用的環三磷腈離子液體及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種作為潤滑劑使用的環三磷腈離子液體及其製備方法，該離子液體潤滑劑具有優異的減摩抗磨性能。
【背景技術】 [0002]近年來離子液體作為一種高效綠色溶劑和環境友好催化劑，在有機合成、催化、電化學等領域受到廣泛關注(Welton, T.; ffasserscheid, P.German: ffiley-VCH, 2002,23.)，其具有的不易燃易爆、熔點低、揮發性極低和熱穩定性高等特點，與理想潤滑劑所期望的性能極為吻合，是一類極具發展前途的新型潤滑劑(Ye, C.; Liu, ff.; Chen, Y.; Yu,L.Chem.Commun.2001, 21, 2244-2245.)。同時，離子液體所特有的「可設計性」特點，使得我們可以將一個或多個功能基團引入到離子液體的陽離子或陰離子上，即將離子液體功能化，新官能團的引入將使得離子液體展現出不同的物理化學特性，而這些特性可能直接影響離子液體作為潤滑劑的摩擦學性能。針對功能化離子液體的合成、製備及摩擦學研究，對於設計開發新型高性能潤滑劑具有重要的理論和應用價值。文獻已報導的作為潤滑劑的離子液體一般是季胺、季磷、吡啶、咪唑類為陽離子的離子液體，這些離子液體都需要通過烷基化、離子交換、分離、純化等步驟製得，其複雜的合成步驟、昂貴的成本及對基底的腐蝕性等問題限制了它們在摩擦學領域的應用。因此，設計和製備高性能、低成本的離子液體潤滑劑仍然是該領域的研究熱點之一。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種作為潤滑劑使用的環三磷腈離子液體及其製備方法。
[0004]本發明合成了一種作為潤滑劑使用的環三磷腈離子液體，該離子液體的分子式為[Li (P3N3(ORx)6)]B ;其中[Li (P3N3(ORx)6)]+代表陽離子，x為2、3或4 ;B_代表陰離子四氟硼酸根(簡稱BF4_)、六氟磷酸根(簡稱PF6_)、三氟甲烷磺酸根(簡稱CF3SO3O或二(三氟甲基磺醯)亞胺根(簡稱 N(CF3SO2) 2 或 TFSD ;所述的 P3N3 (ORx) 6 代表 P3N3 (OR2)6, P3N3 (OR3) 6 或P3N3 (OR4) 6，結構式為
本發明所提供的離子液體常溫下為淺黃色粘稠狀透明液，初始熱分解溫度在230 °C左右，當溫度達到近500 °C時才能完全分解。
[0005]一種環三磷腈離子液體的製備方法，其特徵在於通過以下步驟來製備:
合成醇鈉:將鈉加入到二甘醇單甲醚、三甘醇單甲醚或者四甘醇單甲醚的反應器中，氬氣保護下加熱到115_125°C攪拌直至鈉反應完全，得到相應的醇鈉溶液；
合成P3N3(ORx)6:以四氫呋喃為溶劑，將六氯三聚磷腈加入到醇鈉溶液中，室溫下攪拌反應10-12小時，產物溶於氯仿後用水洗滌，乾燥後得到環三磷腈的二甘醇單甲醚、三甘醇單甲醚或者四甘醇單甲醚衍生物(簡稱P3N3 (ORx) 6)；
製備環三磷腈離子液體:將鋰鹽與以上步驟製備得到的P3N3 (ORx) 6混合攪拌，直至鋰鹽全部溶解得到環三磷腈離子液體。[0006]合成醇鈉的過程中，二甘醇單甲醚、三甘醇單甲醚或者四甘醇單甲醚與鈉的摩爾比為 1:0.8-1.2。
[0007]在合成P3N3(ORx)6的過程中，六氯三聚磷腈與醇鈉的摩爾比為1:5-7。
[0008]在合成環三磷腈離子液體的過程中，與P3N3(ORx)6混合的鋰鹽為四氟硼酸鋰(LiBF4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、三氟甲烷磺酸鋰(LiCF3SO3)或二(三氟甲基磺醯)亞胺鋰(LiTFSI)0
[0009]在合成環三磷腈離子液體的過程中，P3N3(ORx)6與鋰鹽的摩爾比為1:5-7。
[0010]低聚物醚類化合物(glymes)是較強的路易斯鹼，可以與鹼金屬離子Li+復配形成弱酸性陽離子[Li (glyme)]+, [Li (glyme)]+又可以進一步與弱鹼性的離子如TFSF配合形成[Li (glyme) ] TFSI 離子液體(Tamura, T.; Yoshida, K.; Hachida, T.Chem.Lett.2010, 39, 753-755.)。本發明就是利用此原理，將鋰鹽與功能化的聚醚混合攪拌後形成均一的離子液體潤滑劑。這些離子液體不但具有較高的化學穩定性、熱穩定性以及摩擦學性能，並且與普通離子液相比在最後一步的製備過程中不需要離子交換、分離、純化等步驟，因此成本大幅降低。
[0011]採用德國optimol油脂公司生產的SRV-1V微振動摩擦磨損試驗機評價了所發明離子液體的摩擦磨損性能，並用普通離子液體1-甲基-3-已基咪唑二 (三氟甲基磺醯胺)(L-F102)作對比。選用載荷500 N，溫度200 °C，頻率20 Hz，振幅I mm，實驗時間30 min，實驗上試球為Si3N4球，下試樣為W18Cr4V工具鋼。此實驗結果表明，普通的離子液體的摩擦係數不穩定，抗磨性差，而環三磷腈離子液體具有非常低且平穩的摩擦係數和非常優異的抗磨性能。
[0012]表1:對比離子液體L-F102以及所合成的離子液體在500 N，200 °C條件下的平均
摩擦係數和磨損體積___
【權利要求】
1.一種作為潤滑劑使用的環三磷腈離子液體，該離子液體的分子式為[Li(P3N3(ORx)6)JB ；其中[Li(P3N3(ORx)6)]+ 代表陽離子，x 為 2、3 或 4 ;B_ 代表陰離子四氟硼酸根、六氟磷酸根、三氟甲烷磺酸根或二(三氟甲基磺醯)亞胺根；所述的 P3N3(ORx)6 代表 P3N3(OR2)6、P3N3(OR3)6 或 P3N3(OR4)6,結構式為
2.一種如權利要求1所述作為潤滑劑使用的環三磷腈離子液體的製備方法，其特徵在於通過以下步驟來製備: 合成醇鈉:將鈉加入到二甘醇單甲醚、三甘醇單甲醚或者四甘醇單甲醚的反應器中，氬氣保護下加熱到115_125°C攪拌直至鈉反應完全，得到相應的醇鈉溶液； 合成P3N3(ORx)6:以四氫呋喃為溶劑，將六氯三聚磷腈加入到醇鈉溶液中，室溫下攪拌反應10-12小時，產物溶於氯仿後用水洗滌，乾燥後得到環三磷腈的二甘醇單甲醚、三甘醇單甲醚或者四甘醇單甲醚衍生物； 製備環三磷腈離子液體:將鋰鹽與以上步驟製備得到的P3N3 (ORx) 6混合攪拌，直至鋰鹽全部溶解得到環三磷腈離子液體。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於合成醇鈉的過程中，二甘醇單甲醚、三甘醇單甲醚或者四甘醇單甲醚與鈉的摩爾比為1:0.8-1.2。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於合成P3N3(ORx) 6的過程中，六氯三聚磷腈與醇鈉的摩爾比為1:5-7。
5.如權利要求2所述的方法，其特徵在於合成環三磷腈離子液體的過程中，與P3N3(ORx)6混合的鋰鹽為四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、三氟甲烷磺酸鋰(LiCF3SO3) 二(三氟甲基磺醯)亞胺鋰。
6.如權利要求2所述的方法，其特徵在於合成環三磷腈離子液體的過程中，P3N3(ORx)6與鋰鹽的摩爾比為1:5-7。
【文檔編號】C07F9/6593GK103571567SQ201210265836
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月30日 優先權日:2012年7月30日
【發明者】凡明錦, 宋增紅, 周峰, 劉維民, 梁永民 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所