本發(fā)明涉及摩擦潤滑，尤其涉及一種天然三元低共熔溶劑潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在摩擦學(xué)領(lǐng)域，液體潤滑材料是解決摩擦學(xué)問題最常用的潤滑介質(zhì)之一，其具備自清潔、冷卻、阻燃及控制摩擦磨損等作用，從而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)的液體潤滑材料包括水、有機(jī)溶劑、離子液體等，這些液體潤滑材料表現(xiàn)出良好的潤滑性能，但也存在一定的問題，如水的低潤滑性、低粘度、高腐蝕性和較差的耐溫性能；有機(jī)溶劑的低電導(dǎo)率、高揮發(fā)性及易泄漏導(dǎo)致的環(huán)境污染等；離子液體存在一定的毒性、生物不相容性及制備成本高等，這些問題使它們在應(yīng)用過程中存在一定的隱患。同時，對于液體潤滑劑，最大的挑戰(zhàn)在于其承載能力弱，在一些苛刻環(huán)境下很難實(shí)現(xiàn)對機(jī)器接觸面的保護(hù)，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦磨損現(xiàn)象。因此，尋找一種綠色、經(jīng)濟(jì)及高性能的液體潤滑材料成為摩擦科學(xué)和工程領(lǐng)域內(nèi)最為關(guān)心的問題之一。

2、低共熔溶劑(des)是一種新型離子液體類似物。近年來，由于其具有成本低廉、制備簡單及綠色無污染的特點(diǎn)，低共熔溶劑逐漸成為離子液體和其他傳統(tǒng)液體潤滑材料的綠色替代品。低共熔溶劑是由氫鍵受體和氫鍵供體通過它們之間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)作用形成的一種室溫溶劑，其熔點(diǎn)的降低主要來源于氫鍵受體和氫鍵供體之間形成的復(fù)雜的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此外，采用一些初級代謝物(如氨基酸、有機(jī)酸、糖類或膽堿衍生物)作為氫鍵供體和氫鍵受體，可獲得綠色經(jīng)濟(jì)的天然低共熔溶劑(nades)。通過選擇合適的氫鍵供體和氫鍵受體，可制備出具備不同理化性能的低共熔溶劑，如粘度、密度、低揮發(fā)性、高熱穩(wěn)定性、無毒性、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)及生物相容性等。隨著對低共熔溶劑的進(jìn)一步認(rèn)識，人們發(fā)現(xiàn)通過在二元低共熔溶劑中加入一種有機(jī)或無機(jī)化合物，對低共熔溶劑的物理化學(xué)性能進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)控，可獲得性能優(yōu)異的三元低共熔溶劑(tdes)，所制備的三元低共熔溶劑具備更加優(yōu)異的理化性能，從而滿足其在不同領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。

3、基于其良好的流變學(xué)性能、粘度性能、熱穩(wěn)定性能及極性特性，低共熔溶劑作為一種新型液體潤滑材料時展現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。研究表明，低共熔溶劑的極性作用以及對基底材料良好的親和力和浸潤性，有利于低共熔溶劑在基底表面形成潤滑薄膜，從而表現(xiàn)出較低的摩擦系數(shù)和磨損率。然而，作為一種液體潤滑材料，傳統(tǒng)的低共熔溶劑(如氯化膽堿基低共熔溶劑)由于其承載能力差，所形成的潤滑膜容易破裂，因而在鋼基底表面很難實(shí)現(xiàn)超低磨損的性能。因此，新型天然低共熔溶劑潤滑材料的探索與制備及其在鋼表面實(shí)現(xiàn)低摩擦和超低磨損具有重要的研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種天然三元低共熔溶劑潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明將天然三元低共熔溶劑應(yīng)用在摩擦學(xué)領(lǐng)域，拓展了低共熔溶劑的應(yīng)用范圍，并且本發(fā)明提供的天然三元低共熔溶劑潤滑劑承載能力強(qiáng)，減摩抗磨性能好，可在鋼基底表面實(shí)現(xiàn)“近零”磨損行為，同時還具有優(yōu)異的耐腐蝕性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一種天然三元低共熔溶劑潤滑劑，包括以下摩爾分?jǐn)?shù)的組分：季銨鹽20～80％，乙醇胺10～60％，余量的山梨醇。

4、優(yōu)選的，所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑包括以下摩爾分?jǐn)?shù)的組分：季銨鹽20～60％，乙醇胺10～50％，余量的山梨醇。

5、優(yōu)選的，所述季銨鹽包括氯化膽堿、四乙基氯化銨和四丁基氯化銨中的一種或幾種。

6、優(yōu)選的，所述乙醇胺包括一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一種或幾種。

7、優(yōu)選的，所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑在室溫下的粘度系數(shù)為2～12pa·s。

8、本發(fā)明還提供了上述方案所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑的制備方法，包括以下步驟：

9、將季銨鹽、山梨醇和乙醇胺進(jìn)行加熱攪拌，得到所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑。

10、優(yōu)選的，所述加熱攪拌的溫度為70～90℃，時間為10～12h；所述加熱攪拌在水浴條件下進(jìn)行。

11、優(yōu)選的，所述加熱攪拌的轉(zhuǎn)速為500～700rpm。

12、優(yōu)選的，所述加熱攪拌后，還包括將所得產(chǎn)物進(jìn)行干燥-穩(wěn)定化處理；所述干燥-穩(wěn)定化處理的溫度為50～70℃，時間為20～30h。

13、本發(fā)明還提供了上述方案所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑或上述方案所述制備方法制備的天然三元低共熔溶劑潤滑劑在摩擦潤滑領(lǐng)域中的應(yīng)用。

14、本發(fā)明提供了一種天然三元低共熔溶劑潤滑劑(記為tdess潤滑劑)，包括以下摩爾分?jǐn)?shù)的組分：季銨鹽20～80％，乙醇胺10～60％，余量的山梨醇。本發(fā)明以季銨鹽為氫鍵受體，以富含羥基的糖類物質(zhì)山梨醇和具有活性元素及耐腐蝕性能的乙醇胺為氫鍵供體，氫鍵受體和氫鍵供體之間通過氫鍵網(wǎng)絡(luò)作用形成天然三元低共熔溶劑。本發(fā)明提供的天然三元低共熔溶劑具備綠色、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)及生物相容性等特點(diǎn)，同時具備良好的流變學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能及對金屬基底表面的浸潤性能和耐腐蝕性能，相比于傳統(tǒng)的聚乙二醇(peg400)潤滑油，其具有更加優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，在實(shí)現(xiàn)低摩擦系數(shù)的同時，可以在高載荷、不同試驗(yàn)條件下在鋼基底表面實(shí)現(xiàn)“近零”磨損行為。此外，優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能和流變學(xué)性能，使其在不同應(yīng)用環(huán)境下能夠保持良好的摩擦學(xué)性能，如高負(fù)載條件、中高溫度、高頻率及高相對濕度條件下，所制備天然三元低共熔溶劑潤滑劑均能夠保持較低的摩擦系數(shù)和超低的磨損體積。

15、本發(fā)明還提供了上述方案所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑的制備方法，本發(fā)明以自然中常見的季銨鹽、山梨醇及乙醇胺為原料，通過簡單的加熱攪拌來制備具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能的天然三元低共熔溶劑潤滑劑，在加熱攪拌過程中，氫鍵受體和氫鍵供體之間通過形成復(fù)雜的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而得到熔點(diǎn)低于各組分材料熔點(diǎn)的低共熔溶劑，即天然三元低共熔溶劑。本發(fā)明采用的原料綠色經(jīng)濟(jì)無污染，制備過程快速簡單、易于操作，并且制備過程最大限度的避免了對環(huán)境的污染，是一種綠色、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)的制備方法。

16、本發(fā)明還提供了上述方案所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑在摩擦潤滑領(lǐng)域中的應(yīng)用。實(shí)施例和測試?yán)Y(jié)果表明，將本發(fā)明提供的天然三元低共熔溶劑潤滑劑應(yīng)用在鋼/鋼摩擦副，在高負(fù)載條件下(100n)，平均摩擦系數(shù)為0.103～0.123，摩擦副表面無明顯的磨損痕跡，且在長時間(2h)摩擦試驗(yàn)過程中，所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑的平均摩擦系數(shù)為0.095～0.100，磨損率為0.78～1.62×10-12mm3·mm-1·n-1；同時，將本發(fā)明提供的天然三元低共熔溶劑潤滑劑應(yīng)用在鋼/鋼摩擦副，在不同溫度(25～80℃)、頻率(25～45hz)、相對濕度(50％和80％rh)的條件下，所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩性能；并且，通過銅箔腐蝕試驗(yàn)證明，本發(fā)明的提供的天然三元低共熔溶劑潤滑劑對銅箔的腐蝕程度為1a，說明其具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。綜合以上結(jié)果可得出結(jié)論，本發(fā)明提供的天然三元低共熔溶劑潤滑劑應(yīng)用于鋼表面時可實(shí)現(xiàn)低摩擦系數(shù)及“近零”磨損性能，且承載能力強(qiáng)，耐腐蝕性好，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種天然三元低共熔溶劑潤滑劑，其特征在于，包括以下摩爾分?jǐn)?shù)的組分：季銨鹽20～80％，乙醇胺10～60％，余量的山梨醇。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然三元低共熔溶劑潤滑劑，其特征在于，包括以下摩爾分?jǐn)?shù)的組分：季銨鹽20～60％，乙醇胺10～50％，余量的山梨醇。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然三元低共熔溶劑潤滑劑，其特征在于，所述季銨鹽包括氯化膽堿、四乙基氯化銨和四丁基氯化銨中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然三元低共熔溶劑潤滑劑，其特征在于，所述乙醇胺包括一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一種或幾種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然三元低共熔溶劑潤滑劑，其特征在于，所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑在室溫下的粘度系數(shù)為2～12pa·s。

6.權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述加熱攪拌的溫度為70～90℃，時間為10～12h；所述加熱攪拌在水浴條件下進(jìn)行。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述加熱攪拌的轉(zhuǎn)速為500～700rpm。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述加熱攪拌后，還包括將所得產(chǎn)物進(jìn)行干燥-穩(wěn)定化處理；所述干燥-穩(wěn)定化處理的溫度為50～70℃，時間為20～30h。

10.權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述天然三元低共熔溶劑潤滑劑或權(quán)利要求6～9任意一項(xiàng)所述制備方法制備的天然三元低共熔溶劑潤滑劑在摩擦潤滑領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及摩擦潤滑技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種天然三元低共熔溶劑潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的天然三元低共熔溶劑潤滑劑包括以下摩爾分?jǐn)?shù)的組分：季銨鹽20～80％，乙醇胺10～60％，余量的山梨醇。本發(fā)明以季銨鹽為氫鍵受體，以山梨醇及乙醇胺為氫鍵供體，同時控制氫鍵受體與氫鍵供體之間的比例，通過氫鍵受體和氫鍵供體形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，獲得天然三元低共熔溶劑潤滑劑。相對于傳統(tǒng)潤滑劑，本發(fā)明提供的天然三元低共熔溶劑潤滑劑能夠明顯的降低摩擦系數(shù)，同時其抗磨性能更為優(yōu)異，可在高載荷及復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下，在鋼表面實(shí)現(xiàn)“近零”磨損行為，表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。并且，本發(fā)明采用的原料綠色經(jīng)濟(jì)無污染，制備過程快速簡單、易于操作。

技術(shù)研發(fā)人員：李章朋,高秋龍,王金清,楊生榮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/6/5