[发明专利]一种无氟烷基羧酸离子液体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子液体，具体涉及一种可作为润滑剂的无氟烷基羧酸离 子液体及其制备方法。

背景技术

随着工业的飞速发展，传统的石油基润滑剂已很难满足现代机械在苛刻条 件，如低倾点、高粘度指数、高热氧化稳定性、耐燃、超高真空、耐射线等苛 刻条件下的润滑与防护。发展具有更好的耐高低温、耐高真空、化学安定性、 难燃性和抗辐射性的高性能合成润滑剂显得尤为重要，它对于发展空间技术、 信息技术、电子工业，尤其是涉及国家安全的高新技术领域有着极其重要的意 义。

离子液体作为一类新型绿色介质，近年来在电化学、有机合成与催化、分 离提取等领域受到了广泛关注。其不易燃易爆、蒸气压低、挥发性低、呈液态 的温区范围宽、和较高的热稳定性等特点与理想润滑剂所期望的性能极为吻合， 是一类极具发展前途的新型润滑剂。2001年，刘维民研究小组在国际上首次报 道了离子液体是一类性能优异的多用途润滑剂[Ye，C.；Liu，W.；Chen，Y.；Yu，L. Chem.Commun.2001，21，2244-2245]。自此，离子液体润滑材料引起了国内外 众多研究人员的重视。研究结果表明，离子液体无论是直接作为润滑剂，还是 作为润滑油添加剂都具有优异的减摩抗摩效果。目前，文献中所报道的离子液 体润滑剂绝大多数为含氟阴离子的离子液体，如：BF₄^-，PF₆^-，(CF₃SO₂)₂N^-等。这 些离子液体不但合成成本高，而且由于含有氟元素，在长期储存或摩擦过程中， 容易吸收空气中的潮气，通过水解产生氟化氢从而对金属基底材料产生腐蚀， 并对周围环境造成污染，因此很难将它们进行大队规模的工业化应用。设计和 制备高性能、低成本、绿色环保的无氟离子液体润滑剂仍然是该领域的研究热 点之一。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种无氟烷基羧酸离子液体，具有通式 (I)所示结构，

其中：R₁-R₄分别独立选自碳原子数为1-18的烷基，或者苄基；

R₅选自碳原子数为1-6的烷基，或者通式(II)所示的基团，

n选自2-12之间的任意整数。

优选地，本发明提供的无氟烷基羧酸离子液体，具有通式(III)所示结构 或通式(IV)所示结构：

其中：R₁-R₄中，至少有一个选自碳原子数为1-8的烷基或者苄基，其余选 自碳原子数为1-18的烷基。

更优选地，通式(III)和通式(IV)中，R₁-R₄中至少有一个选自甲基、 乙基、丙基、丁基、辛基或苄基中的一种，其余选自甲基、乙基、丙基、丁基、 辛基、癸基、十二烷基、十六烷基或十八烷基中的一种。

优选地，本发明提供的无氟烷基羧酸离子液体，所述通式(III)所示离子 液体选自四丁基铵辛酸盐或甲基三丁基铵辛酸盐；

所述通式(IV)所示离子液体选自四丁基铵辛二酸盐、甲基三丁基铵辛二 酸盐或甲基三丁基铵癸二酸盐。

本发明还提供了一种如通式(I)所述的无氟烷基羧酸离子液体的制备方 法，具体为，将一定摩尔比的通式(V)所示的烷基取代季铵盐和通式(VI) 所示的脂肪酸钠盐溶于乙腈水溶液中，在室温下反应12-48小时，反应结束后， 将乙腈蒸干，水层用溶剂萃取、水洗，再次蒸干溶剂即得目标产物，

通式(V)中，R₁-R₄分别独立选自碳原子数为1-18的烷基，或者苄基， X选自Cl或Br；通式(VI)中R₅选自甲基、乙基，丙基，异丙基、叔丁基， 戊基或己基，或者通式(II)所示的基团，

n选自2-12之间的任意整数。

优选地，上述制备方法中，所述乙腈水溶液由体积比为1∶1的乙腈和水混 合而成；所述萃取溶剂为乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿或甲苯。