作為潤滑劑使用的環(huán)三磷腈離子液體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種作為潤滑劑使用的環(huán)三磷腈離子液體及其制備方法。這種離子液體由環(huán)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（三氟甲烷磺酰）亞胺鋰混合后得到。該離子液體具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及減摩抗磨性能。本發(fā)明中所提供的離子液體制備過程簡單、成本低、性能優(yōu)異，適于工業(yè)化應(yīng)用。
【專利說明】作為潤滑劑使用的環(huán)三磷腈離子液體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種作為潤滑劑使用的環(huán)三磷腈離子液體及其制備方法，該離子液體潤滑劑具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。
【背景技術(shù)】 [0002]近年來離子液體作為一種高效綠色溶劑和環(huán)境友好催化劑，在有機合成、催化、電化學(xué)等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注(Welton, T.; ffasserscheid, P.German: ffiley-VCH, 2002,23.)，其具有的不易燃易爆、熔點低、揮發(fā)性極低和熱穩(wěn)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(fā)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(shè)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(xiàn)出不同的物理化學(xué)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(xué)性能。針對功能化離子液體的合成、制備及摩擦學(xué)研究，對于設(shè)計開發(fā)新型高性能潤滑劑具有重要的理論和應(yīng)用價值。文獻已報道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、純化等步驟制得，其復(fù)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(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，設(shè)計和制備高性能、低成本的離子液體潤滑劑仍然是該領(lǐng)域的研究熱點之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種作為潤滑劑使用的環(huán)三磷腈離子液體及其制備方法。
[0004]本發(fā)明合成了一種作為潤滑劑使用的環(huán)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(三氟甲基磺酰)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(jié)構(gòu)式為
本發(fā)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(dāng)溫度達到近500 °C時才能完全分解。
[0005]一種環(huán)三磷腈離子液體的制備方法，其特征在于通過以下步驟來制備:
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(yīng)器中，氬氣保護下加熱到115_125°C攪拌直至鈉反應(yīng)完全，得到相應(yīng)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(yīng)10-12小時，產(chǎn)物溶于氯仿后用水洗滌，干燥后得到環(huán)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)；
制備環(huán)三磷腈離子液體:將鋰鹽與以上步驟制備得到的P3N3 (ORx) 6混合攪拌，直至鋰鹽全部溶解得到環(huán)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(huán)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(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)0
[0009]在合成環(huán)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)是較強的路易斯堿，可以與堿金屬離子Li+復(fù)配形成弱酸性陽離子[Li (glyme)]+, [Li (glyme)]+又可以進一步與弱堿性的離子如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(fā)明就是利用此原理，將鋰鹽與功能化的聚醚混合攪拌后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(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及摩擦學(xué)性能，并且與普通離子液相比在最后一步的制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]采用德國optimol油脂公司生產(chǎn)的SRV-1V微振動摩擦磨損試驗機評價了所發(fā)明離子液體的摩擦磨損性能，并用普通離子液體1-甲基-3-已基咪唑二 (三氟甲基磺酰胺)(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(jié)果表明，普通的離子液體的摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，抗磨性差，而環(huán)三磷腈離子液體具有非常低且平穩(wěn)的摩擦系數(shù)和非常優(yōu)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
摩擦系數(shù)和磨損體積___
【權(quán)利要求】
1.一種作為潤滑劑使用的環(huán)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(三氟甲基磺酰)亞胺根；所述的 P3N3(ORx)6 代表 P3N3(OR2)6、P3N3(OR3)6 或 P3N3(OR4)6,結(jié)構(gòu)式為
2.一種如權(quán)利要求1所述作為潤滑劑使用的環(huán)三磷腈離子液體的制備方法，其特征在于通過以下步驟來制備: 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(yīng)器中，氬氣保護下加熱到115_125°C攪拌直至鈉反應(yīng)完全，得到相應(yīng)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(yīng)10-12小時，產(chǎn)物溶于氯仿后用水洗滌，干燥后得到環(huán)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； 制備環(huán)三磷腈離子液體:將鋰鹽與以上步驟制備得到的P3N3 (ORx) 6混合攪拌，直至鋰鹽全部溶解得到環(huán)三磷腈離子液體。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于合成醇鈉的過程中，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(quán)利要求2所述的方法，其特征在于合成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(quán)利要求2所述的方法，其特征在于合成環(huán)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(三氟甲基磺酰)亞胺鋰。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于合成環(huán)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(yōu)先權(quán)日:2012年7月30日
【發(fā)明者】凡明錦, 宋增紅, 周峰, 劉維民, 梁永民 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所