新型绿色离子液体润滑剂的设计制备及性能研究

Green lubricant (environmentally friendly lubricant) is one of the most important areas in lubricating materials. Ionic liquids exhibit low vapor pressure, excellent thermal stability and tribological performance and become research hotspot in the field of high performance lubricants. Due to the non-renewable characteristic of raw material and low biodegradability, conventional ionic liquid can’t be applied in modern industry. In this work, a series of choline-based amino acid ionic liquids and choline chloride/sugar ionic liquids will be synthesized from natural products choline, choline chloride, amino acids, glucose and fructose via a simple and green method. The as-prepared ionic liquids are environmentally friendly with low toxicity and high biodegradability. The relationship between molecular structures and physical properties of and corrosion performance of the developed green lubricant will be studied in order to provide the basic data about the work condition of bio-based green lubricants. In addition, the tribological property of the above bio-based green ionic liquids will also be investigated and the tribological mechanism of the bio-based green ionic liquids will be proposed. This project will provide guidance for rational design and application of green lubricant.

环境友好绿色润滑剂是当前润滑材料的重要研究方向之一。离子液体由于具有低挥发性，优异热稳定性以及摩擦学性能成为目前高性能润滑材料的研究热点。常规的离子液体由于合成原料非可再生以及较低的生物降解性等不能作为绿色润滑剂应用于现代工业。本项目拟采用天然产物胆碱、氯化胆碱、氨基酸、葡萄糖和果糖为原料，利用简单绿色的方法制备低毒和易生物降解的胆碱-氨基酸和氯化胆碱-糖类离子液体润滑剂。通过研究胆碱-氨基酸离子液体的结构与理化性能之间的内在规律，氯化胆碱和糖的组成与其理化性能的关系；对金属材料的腐蚀和锈蚀作用等确定离子液体的使用环境，为其作为生物基绿色润滑剂提供基础数据；并对这两类生物基绿色离子液体的摩擦学性能进行研究，揭示该类润滑剂减摩抗磨的机理。通过本项目的研究为新型绿色离子液体润滑剂的设计与应用提供理论指导。

针对传统离子液体润滑剂具有一定毒性，生物降解性差，使用过程中泄露到环境中会对土壤和水等造成污染，破坏生态环境等问题，本项目设计制备了一系列新型的胆碱-氨基酸绿色离子液体润滑剂和氯化胆碱-果糖低共熔溶剂，开展了新型绿色离子液体的设计制备、理化性能、摩擦学性能和摩擦学机理的研究。主要内容包括两个方面：首先设计制备了一系列胆碱-氨基酸离子液体，研究发现离子液体中氨基酸阴离子结构对胆碱-氨基酸离子液体的理化性能如运动粘度、玻璃化温度和热分解温度有重要影响，同时该类离子液体对于铜片没有腐蚀性。胆碱-氨基酸离子液体具有较好的减摩抗磨性能，其中[Ch][Gly]的摩擦系数最低为0.085，较[C6mim][NTf2]降低了20%。胆碱-氨基酸离子液体具有优异的减摩抗磨性能主要归因于其在摩擦副表面能够通过物理吸附的作用形成物理吸附膜。其次，利用氯化胆碱和果糖制备了氯化胆碱-果糖低共熔溶剂，该低共熔溶剂对铜片几乎没有腐蚀性，作为润滑剂较PAO10具有更为优异的减摩抗磨性能，主要是因为低共熔溶剂中的氯能与摩擦副表面发生摩擦化学反应生成边界润滑膜。本项目研究筛选的具有优异减摩抗磨性能的离子液体，将为高性能新型生物基绿色离子液体润滑剂的设计开发提供理论与技术支撑。