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1、芳基取代竣酸离子液体的合成及结构表征离子液体是指在室温下或接近室温的条件下，由阴阳离子组成的液体盐，也被称为“低温 融合盐”。由于离子液体阴、阳离子的可调控性,通过改变阴阳离子的组合方式,或在阴阳离子上引入 功能基团,就可设计出性能各异的离子液体润滑剂以上研究报道也说明竣酸离子液体的结构对其物理化学性质及摩擦学性能有较大影响。然 而，迄今为止人们对离子液体润滑剂的结构与其物理化学性质和摩擦学性能之间的关系的 研究并不多。本文从布洛芬（异丁苯丙酸）的核心结构出发，选择异丁苯丙酸钠和与其结构 类似的三种芳香酸作为阴离子源，选择不同烷基取代链的季镂盐（碱）和咪嗖氯盐为阳离子 源,合成了七种芳基取代竣
2、酸离子液体,系统研究了这些离子液体的结构与摩擦学性能、物 理化学性质之间的构效关系。1实验1. 1材料和制备4-甲基苯乙酸（4-Me-PA, J&K, 98%）、4-叔丁基苯乙酸（4-所采用芳基取代竣酸离子液体均按照文献报道方法合成1.2水解稳定性测定使用核磁共振波谱仪（Agilent 400 MHz;利用水解试验测定了所合成离子液体的水解稳定性,具体操作如下：分别称取等质量的离子 液体和去离子水于反应管中，常温搅拌,每隔一定时间，用P H计测定溶液的p H值,测定48 h,根据p H值大小随时间的变化关系，评价离子液体的水解稳定性。利用腐蚀试验测定了 所合成离子液体的腐蚀性,具体操作如下:将
3、打磨好的铜片（12. 5 mmuf0b412. 5 mmuf0b43. 0mm）浸没在装有离子液体和对照样的试样瓶内，于100的鼓风干燥箱中放置24 h,实验结束后,将样品冷却至室温，用乙醇和丙酮清洗铜片表面,观察铜片表面的颜色变化， 分析不同结构的离子液体对铜片的腐蚀情况。1.3球一盘试验条件采用Optimol油脂公司（德国）生产的SRV-5微振动摩擦磨损试验机和BRUKER-NPFLEX 3D 表面轮廓仪对离子液体的摩擦磨损性能进行评价。微振动摩擦磨损试验机采用的接触方式 为球-盘点接触,试验条件为:振幅1 mm,频率25 Hz,载荷100 N,测试时间30 min,测试温度25,相对湿度
4、45%50虬 试验用上试球为uf06610 mm的AISI 52100钢球,硬度为 700800HV;下试盘为uf06624 mmuf0b47. 9 mm的AISI 52100钢盘、铜盘和铝盘，硬度分别 为750850HV、100150HV、15CT180HV。将上下试样固定好后，在上下试样接触点之间滴加 2滴离子液体润滑剂,进行微振动摩擦磨损测试。待试验结束后，下试样的磨损体积由 BRUKER-NPFLEX 3D表面轮廓仪测得。1.4试样磨斑形貌观察采用FEI Quanta FEG250扫描电子显微镜(美国FEI公司)观察下试样钢、铜、铝盘的磨斑 形貌。采用Thermo Fisher Sci
5、entific X射线光电子能谱仪(XPS)分析下试样钢、铜、铝 盘磨斑表面特征元素的化学状态,激发源为K-Alpha2结果与讨论2. 1物理性质2. 1.1作为竣酸离子液体的季铁盐对酯化工艺的热稳定性的影响图2为芳基取代竣酸离子液体润滑剂的热失重曲线。从图2可以看此季钱盐芳基取代竣 酸离子液体的热稳定性明显低于咪咏芳基取代竣酸离子液体。其中，阳离子结构相同而阴 离子结构不同的季镂盐离子液体4-Me-PA N2. 1. 2芳基取代薮酸离子液体的黏度所合成的芳基取代竣酸离子液体润滑剂的运动黏度和黏度指数如表1所示。从表1可以看 出，芳基取代竣酸离子液体的运动黏度均大于对照样PA010和L-B10
6、4,黏度指数均小于对照 样 PA010 和 L-B104o 其中，Ibu N2. 1.3结果图1测定芳基取代竣酸离子液体和对照样L-B104与等质量去离子水的混合溶液搅拌48 h期间 的P H值，从而表征其水解稳定性，结果如图3所示。试验中发现，七种芳基取代竣酸离子 液体溶液的p H值不随时间的延长而改变，即此类离子液体不易水解，阴阳离子结构对其水 解稳定性没有明显的影响。而对照样L-B104与去离子水混和搅拌30 min内，p H值已由 5. 01降至4. 09,说明L-B104很容易水解。离子液体的水解不仅会使其润滑性能降低或失 效,而且水解产生的氟化氢会对金属基底造成严重的腐蚀2. 1.
7、4浸泡对铜片表面状态的影响观察腐蚀试验中铜片的颜色变化,从而判断润滑剂的腐蚀性,结果如图4所示。试验中,浸 泡在对照样L-B104中的铜片颜色变黑,受到较为严重的腐蚀;浸泡在PA010中的铜片颜色 略微变黄,表明受到了轻微腐蚀;而浸泡在芳基取代竣酸离子液体中的铜片,在试验前后表 面颜色几乎没有改变,其表面与新打磨的铜片表面状态基本一致。由此可知，芳基取代竣酸 离子液体对铜片无明显腐蚀，因而不具有腐蚀性,其阴阳离子的结构对腐蚀性也没有明显影 响。2.2磨损性能2. 2. 1摩擦学性能试验图5和图6显示的是对照样PA010、L-B104与芳基取代竣酸离子液体作为润滑剂在钢/钢 摩擦副上的摩擦学性能
8、,试验参数为:载荷100 N,温度25,振幅1 mm,频率25 Hz,时间30 mino图5给出了阳离子结构相同（N众所周知，离子液体由于自身极性,在摩擦过程中会通过物理吸附作用在金属摩擦表面形成 物理吸附膜,从而起到良好的润滑作用2. 2. 2基取代薮酸离子液体润滑的性能图8和图9给出了芳基取代痰酸离子液体和对照样在钢/铜摩擦副上的摩擦系数及磨损体 积，试验参数为:载荷100 N,温度25,振幅1 mm,频率25 Hz,时间30 min。实验发现芳基 取代竣酸离子液体润滑剂在铜块上的磨损体积均略大于PA010和L-B104,除Ibu N从图8a和图9a可以看此季镂盐芳基取代竣酸离子液体与咪唾
9、芳基取代竣酸离子液体作 为在钢/铜摩擦副上的润滑剂,摩擦系数曲线的区别较大。季铁盐类离子液体的摩擦系数曲 线都较平稳,而咪唾类离子液体的摩擦系数曲线则呈现出较大的下降趋势。阳离子结构相 同、阴离子结构不同的季镂盐离子液体中，4-Me-PAN从图8b和图9b可以看出，阳离子结构相同、阴离子结构不同的芳基取代竣酸离子液体作 为润滑剂，在钢/铜摩擦副上的磨损体积有明显差异。其中，41e-PAN2. 2.3 4-me-pa n图11和图12显示的是对照样和芳基取代竣酸离子液体在钢/铝摩擦副上的摩擦系数和磨 损体积,试验参数为:载荷100 N,温度25,振幅1 mm,频率25 Hz,时间30 min。实
10、验发现 芳基取代竣酸离子液体的摩擦系数均小于对照样PA010和L-B104,摩擦系数曲线的趋势也 很平稳,磨损体积均远小于L-B104在钢/铝摩擦副上的磨损体积。从图11和图12可知,在阳离子结构相同、阴离子结构不同的季俊盐离子液体中，4-Me- PA N从磨斑的电镜照片可以看此芳基取代竣酸离子液体润滑下铝盘的磨斑大小均小于L-B104 润滑下铝盘的磨斑大小。其中，磨损体积最小的PB N由于铝材质的硬度较小,在摩擦过程中会产生较多铝屑，对润滑膜造成影响和破坏,含有咪 噗阳离子的离子液体相比于其他五种阳离子为季钱根的离子液体，其形成的润滑膜的支撑 作用较弱，减摩抗磨性能也较差。因此,在钢/铝摩擦
11、副上，以芳基取代竣酸离子液体作为润 滑剂,拥有季镂盐阳离子结构的离子液体起到了更优异的减摩效果,含有较长季镂盐烷基链 和咪哇环烷基链的布洛芬离子液体可以起到更好的抗磨作用。从以上的研究发现，Ibu N3作为润滑添加剂的高效碳乳工艺1）芳基取代痰酸离子液体具有较好的热稳定性和水解稳定性,并且对铜片无腐蚀性，阴阳离 子的结构对其水解稳定性和腐蚀性没有明显的影响。这类离子液体的黏温性能和热稳定性 受结构的影响较大，阴离子的空间体积越大,相应离子液体的黏度指数就越大；阳离子上的 取代烷基链越长,其热分解温度越高,运动黏度和黏度指数越大。2）芳基取代竣酸离子液体作为润滑剂，在钢/钢、钢/铜、钢/铝摩擦副上均具有优良的减摩 抗磨性能。其良好的润滑性能主要是因为在摩擦过程中，离子液体在摩擦副表面发生了物 理吸附和摩擦化学反应,生成了稳定的物理吸附保护膜和化学反应保护膜,从而起到了良好 的减摩抗磨作用。3）物理吸附膜的润滑性能还受到黏度的影响，当离子液体的黏度适中、黏度指数较大时（例 如IbuN