新型高性能萘基功能化离子液体润滑材料的设计合成及润滑机制研究

Ionic liquids have been widely studied in recent years as environmentally friendly lubricating material with excellent performance. Although the thermal decomposition temperature of conventional ionic liquids is very high, they tends to be oxidized at high temperature for a long time, which result in reduced lubrication performance and even lubrication failure in permanent work. This heavily restricts their applications at some extreme conditions. Alkyl naphthalene exhibits superior thermal oxidation stability, excellent hydrolytic stability and good compatibility with a variety of base oils as a kind of synthetic base oil. Meanwhile, the rich electronic naphthalene ring in alkyl naphthalene can capture the oxidation group, thus interrupting the transfer of oxidation chain and preventing oxidation. This project attempts to synthesize naphthyl-functionalized ionic liquids by introduce naphthalene ring to ionic liquids. A good synergistic effect of friction reduction, antiwear and antioxidant of the new material may be attained by alkyl naphthalene and ionic liquid. Through made-to-measure high-performance naphthyl-functionalized ionic liquids by molecular design and explore relationship between the molecular structure and the tribological properties of the ionic liquids, we hope to interpretation the lubrication mechanism and influence mechanism of the new ionic liquids in microscopic by SAXS、cryo-TEM、XPS etc. The results will provide theoretical basis and technical guidance for the development of environmentally friendly lubricating materials under high temperature conditions.

离子液体作为性能优异的环境友好型润滑材料，近年来得到广泛研究。传统的离子液体虽具有很高的热分解温度，但长期处于高温时会发生氧化分解，易导致其润滑性能降低甚至持久工作时的润滑失效，严重制约其在极端条件下的应用。烷基萘作为一种合成基础油，具有优异的热氧化安定性、水解稳定性和添加剂溶解性等优点。烷基萘中富电子的萘环能够捕捉氧化性基团，从而中断氧化链的传递，阻止氧化的发生。本项目拟把萘环引入到离子液体中合成萘基功能化的离子液体，由于该物质结合了烷基萘和离子液体的结构，有望起到协同的减摩抗磨以及抗氧化等作用，从根源上解决离子液体润滑材料高温下氧化分解的难题。通过分子设计“量身定做”高性能萘基功能化的离子液体，探索分子结构与摩擦学性能之间的关系，结合SAXS、cryo-TEM、XPS等从微观上诠释新型离子液体的润滑机理和影响机制。研究结果将为发展高温工况下环境友好型润滑材料提供理论依据和技术指导。

具有低蒸汽压、不挥发性、不燃性、良好的热稳定性以及阴阳离子可调节性的离子液体作为润滑材料展现出优异的摩擦学性能，但是传统的离子液体长期处于高温时会发生氧化分解。烷基萘作为合成基础油具有优异的热氧化安定性、水解稳定性、添加剂溶解性和较低的挥发性等优点。烷基萘中富电子的萘环能够捕捉氧化性基团，从而中断氧化链的传递，阻止氧化的发生。本项目把萘环引入到离子液体上，设计合成了一系列萘基功能化的离子液体，由于该物质结合了离子液体和烷基萘的结构，起到了协同的减摩抗磨以及抗氧化等作用。用TGA和DSC表征了所合成的萘基功能化离子液体的热力学性能，结果显示所合成的离子液体具有很高的热分解温度，阴离子为双（三氟甲基磺酰）亚胺的萘基功能化离子液体的热分解温度可达400℃左右。研究了萘基功能化离子液体作为PAO10复合锂基润滑脂的添加剂在室温和100℃的摩擦学性能，结果表明：室温下萘环引入到传统离子液体上展现出优异的润滑效果，起到了协同的减摩抗磨作用。100℃下，萘环引入到离子液体上展现出更加优异的润滑效果，不仅起到了协同的减摩抗磨作用，而且提高了润滑的稳定性。通过XPS和TEM等对新型离子液体的润滑机理进行了分析，结果表明萘基功能化离子液体在摩擦过程中与摩擦副表面的Fe元素发生了复杂的摩擦化学反应，形成一系列的化学保护膜，在摩擦副表面上形成的物理吸附膜的协同作用下，使得萘基功能化离子液体添加剂展现出更加优异的摩擦学性能。此外成功制备了光、热双重响应的萘基功能化离子液体水凝胶，这种外源性的、远程的刺激响应功能在形态转变方面是完全可逆的，通过可见光照射和/或加热能够加速由溶胶到凝胶的逆向转变速率。这种敏感的光、热双重开关效应的水凝胶在摩擦学领域具有重要的应用价值。本项目的实施不仅为开发新型高性能润滑材料提供新思路，而且为新型润滑油添加剂的开发提供了重要的理论参考数据和实验设计依据。