离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油及其制备方法

摘要

本发明公开了离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油及其制备方法，以质量份数计，其组成为离子液体1份，植物油1-30份，表面活性剂1.5～68份；助表面活性剂用量为离子液体用量的0～12倍。制备时，先将表面活性剂与助表面活性剂混合均匀后，再将得到的混合物与植物油混合均匀，向含油混合物中滴加一定量的离子液体，得到透明均相的反相离子液体微乳液体系。该微乳液稳定性高，原料来源绿色环保，并且所得润滑油基础油具有优异的粘温特性、热稳定性以及纳米添加剂相容性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物润滑油，特别是涉及一种离子液体/植物油微乳液型 的生物润滑油基础油及其制备方法，具体是指以植物油为非极性相，以离子液 体为极性相，采用微乳化技术制备出一种新型生物润滑油基础油。

背景技术

高新技术的发展和环保法规的加强对润滑剂的性能和环境兼容性提出了 更高的要求。传统石油基润滑剂不仅面临资源匮乏的巨大威胁，同时也很难满 足环境兼容性要求，因此以资源丰富的天然植物油取代矿物油，开发高性能的 生物润滑油基础油对高新技术创新和可持续发展战略有着极其重要的作用。植 物油是由甘油与脂肪酸化合而成的三酸甘油酯，其结构中含有大量不饱和双键 使植物油具有良好的黏温特性，从而具有出众的润滑性能。然而热氧化稳定性 差、黏度高却是影响植物油直接用作润滑剂的不利因素。

离子液体作为一种具有诸多优异的物理化学性能的新型介质和材料，在新 型润滑剂领域受到越来越多的研究和关注。其熔点低、不挥发、液态温度范围 宽、热稳定性好、溶解能力强、性质可调等优点使其具备成为一种性能优良润 滑剂的基本条件。目前，已有相关研究表明，不同种类的咪唑型离子液体具有 优异的润滑性能。然而，离子液体与多种添加剂的相容性差的缺点限制了其在 润滑剂领域的发展。此外，很多离子液体和非极性溶剂的相溶性也极差，这也 限制了离子液体在其他领域更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是克服植物油热氧化稳定性差、黏度高等缺点，提出一种热 氧化稳定性好、粘温指数高和可生物降解的润滑油基础油及其制备方法。

微乳液是由水、油、表面活性剂和助表面活性剂等组分以适当的比例自发 形成的透明(或半透明)、低黏度和各向同性的热力学稳定体系。自1943年首 次报道微乳液以来，关于微乳液的研究和应用一直备受关注。本发明所制备的 生物润滑油基础油由植物油、离子液体、表面活性剂和助表面活性剂等成分组 成，通过合理调制得到均匀单一的反相离子液体微乳液体系。将离子液体与表 面活性剂、非极性溶剂相结合也可以形成热力学稳定的、透明的微乳液体系。 该发现在很大程度上拓宽了离子液体的应用范围，因而发展成为一个崭新的、 具有应用前景的研究领。以植物油为非极性相，以离子液体为极性相，采用微 乳化技术制备的生物润滑油基础油，能克服植物油热氧化稳定性差、黏度高、 易水解却等缺点，提升其黏温特性，从而具有出众的润滑性能和生物可降解性， 而且该体系满足绿色环保的要求。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油：以质量份数计，其组成包 括离子液体1份，植物油1-30份，表面活性剂1.5～68份；所述的离子液体为 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基 咪唑溴盐、1-丁基-吡啶四氟硼酸盐和1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液 体中的一种或多种；所述的植物油为大豆油、蓖麻油、麻疯树油、葵花籽油、 米糠油和棕榈油中的一种或多种；所述的表面活性剂为辛基苯基聚氧乙烯醚、 十六烷基三甲基溴化铵、双(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠、烷基糖苷和1-十六 烷基-3-甲基咪唑氯盐中的一种或多种；

当所述的表面活性剂为辛基苯基聚氧乙烯醚和/或1-十六烷基-3-甲基咪唑 氯盐时，所述的生物润滑油基础油还包括助表面活性剂0～12份；

当所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、双(2-乙基己基)琥珀酸酯 磺酸钠和烷基糖苷1-十六烷基-3-甲基咪唑氯盐中的一种或多种；或者是当所 述的表面活性剂为辛基苯基聚氧乙烯醚或1-十六烷基-3-甲基咪唑氯盐与十六 烷基三甲基溴化铵、双(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠和烷基糖苷1-十六烷基-3- 甲基咪唑氯盐中的一种或多种的混合物时，以质量份数计，所述的生物润滑油 基础油还还包括助表面活性剂1～12份；

该离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油为透明液体，在常温下与 纳米铜、纳米石墨以及硼酸钙纳米润滑油添加剂互溶。

所述的离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油的制备方法，包括如 下步骤：

1)将表面活性剂与助表面活性剂在20℃～100℃温度条件下混合均匀后， 得到澄清透明的混合物；

2)将得到的澄清透明的混合物与植物油在20℃～100℃温度条件下混合均 匀，制备成澄清透明的含油混合物；

3)在20℃～100℃温度和搅拌条件下，向含油混合物中滴加离子液体，混 合均匀，，得到透明均相的离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油。

为进一步实现本发明目的，步骤1)所述混合均匀是以300～1200转/分钟 的搅拌速度搅拌5～10分钟实现。步骤2)所述混合均匀也是以300～1200转/ 分钟的搅拌速度搅拌5～10分钟实现。步骤3)所述搅拌的转速为300～1200转 /分钟，时间为20～40分钟。

本发明相对现有技术具有以下优点和有益效果：

(1)本发明利用绿色环保型原料替代石油基原料制备生物润滑油基础油， 原料试剂资源丰富，且环境污染小。本发明不仅可以解决现阶段石油资源紧张 问题，同时满足环保要求。

(2)本发明所制备的新型离子液体微乳型生物润滑油基础油具有优异的 粘温特性和热稳定性，有效解决了植物油单独作为润滑剂使用时粘温特性和热 稳定性差的缺点。

(3)本发明所制备的新型离子液体微乳型生物润滑油基础油能够与多种 添加剂互溶，针对能够增强润滑效果的纳米添加剂，具有优异的互溶性。有效 解决了离子液体与添加剂不互溶的缺陷，也大大提高了润滑剂的润滑效果。

(4)本发明所制备的新型离子液体微乳型生物润滑油基础油，制备方法 简单，操作方便，易于控制，生产成本低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油的组分及其用量：以质量份 数计，离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐1份，大豆油30份，表面活性 剂辛基苯基聚氧乙烯醚68份，助表面活性剂异丙醇12份。

在20℃条件下，将表面活性剂与助表面活性剂混合均匀，搅拌速度300 转/分钟，搅拌5分钟，得到澄清透明的混合物。在300转/分钟的转速搅拌条 件下，将油相大豆油加入混合物中，搅拌5分钟，制备成澄清透明的含油混合 物。保持温度和搅拌速度不变，向含油混合物中滴加离子液体，搅拌20分钟， 得到透明均相的反相离子液体微乳液体系，即可用做生物润滑油基础油。本发 明的制备过程不发生化学反应，操作方便，实验设备简单且能耗低。用于制备 润滑油基础油的原料都具有较强的生物降解性，避免了环境污染危害。所得微 乳化的润滑油基础油能使纳米铜、纳米石墨、硼酸钙等纳米添加剂在体系中稳 定分散，显著提高了润滑油的减摩、抗磨性能。本润滑油基础油的性能参数见 表1。

实施例2

离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油的组分及其用量：离子液体 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐1份，蓖麻油1份，表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚 1.35份，表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵0.15份，助表面活性剂正丁醇6 份。

在100℃条件下，将表面活性剂与助表面活性剂混合均匀，搅拌速度750 转/分钟，搅拌8分钟，得到澄清透明的混合物。在750转/分钟搅拌条件下， 将油相蓖麻油加入混合物中，搅拌8分钟，制备成含油混合物。保持温度和搅 拌速度不变，向含油混合物中滴加离子液体，搅拌40分钟，得到透明均相的 反相离子液体微乳液体系，得到透明均相的反相离子液体微乳液体系，即可用 做生物润滑油基础油。本发明的制备过程不发生化学反应，操作方便，实验设 备简单且能耗低。用于制备润滑油基础油的原料都具有较强的生物降解性，避 免了环境污染危害。所得微乳化的润滑油基础油能使纳米铜、纳米石墨、硼酸 钙等纳米添加剂在体系中稳定分散，显著提高了润滑油的减摩、抗磨性能。本 润滑油基础油的性能参数见表1。

实施例3

离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油的组分及其用量：离子液体 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐1份，米糠油15份，表面活性剂辛基苯基聚氧 乙烯醚32.67份，表面活性剂1-十六烷基-3-甲基咪唑氯盐0.33份，助表面活 性剂正己醇1份。

在60℃条件下，将表面活性剂混合均匀，搅拌速度1200转/分钟，搅拌 10分钟，得到澄清透明的混合物。在1200转/分钟搅拌条件下，将油相加入 混合物中，搅拌10分钟，制备成含油混合物。保持温度和搅拌速度不变，向 含油中滴加离子液体，搅拌30分钟，得到透明均相的反相离子液体微乳液体 系，即可用做生物润滑油基础油。。本发明的制备过程不发生化学反应，操作 方便，实验设备简单且能耗低。用于制备润滑油基础油的原料都具有较强的生 物降解性，避免了环境污染危害。所得微乳化的润滑油基础油能使纳米铜、纳 米石墨、硼酸钙等纳米添加剂在体系中稳定分散，显著提高了润滑油的减摩、 抗磨性能。本润滑油基础油的性能参数见表1

实施例4

离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油的组分及其用量：以质量份 数计，离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐1份，棕榈油30份，表面活性 剂十六烷基三甲基溴化铵10份，表面活性剂1-十六烷基-3-甲基咪唑氯盐10 份，助表面活性剂正癸醇12份。

在20℃条件下，将表面活性剂与助表面活性剂混合均匀，搅拌速度300 转/分钟，搅拌5分钟，得到澄清透明的混合物。在300转/分钟的转速搅拌条 件下，将油相加入混合物中，搅拌5分钟，制备成澄清透明的含油混合物。保 持温度和搅拌速度不变，向含油混合物中滴加离子液体，搅拌20分钟，得到 透明均相的反相离子液体微乳液体系，即可用做生物润滑油基础油。本发明的 制备过程不发生化学反应，操作方便，实验设备简单且能耗低。用于制备润滑 油基础油的原料都具有较强的生物降解性，避免了环境污染危害。所得微乳化 的润滑油基础油能使纳米铜、纳米石墨、硼酸钙等纳米添加剂在体系中稳定分 散，显著提高了润滑油的减摩、抗磨性能。本润滑油基础油的性能参数见表1。

实施例5

离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油的组分及其用量：以质量份 数计，离子液体1-丁基-吡啶四氟硼酸盐1份，菜籽油30份，表面活性剂1- 十六烷基-3-甲基咪唑氯盐20份。

在100℃条件下，将表面活性剂与助表面活性剂混合均匀，搅拌速度750 转/分钟，搅拌8分钟，得到澄清透明的混合物。在750转/分钟搅拌条件下， 将油相加入混合物中，搅拌8分钟，制备成含油混合物。保持温度和搅拌速度 不变，向含油混合物中滴加离子液体，搅拌40分钟，得到透明均相的反相离 子液体微乳液体系，得到透明均相的反相离子液体微乳液体系，即可用做生物 润滑油基础油。本发明的制备过程不发生化学反应，操作方便，实验设备简单 且能耗低。用于制备润滑油基础油的原料都具有较强的生物降解性，避免了环 境污染危害。所得微乳化的润滑油基础油能使纳米铜、纳米石墨、硼酸钙等纳 米添加剂在体系中稳定分散，显著提高了润滑油的减摩、抗磨性能。本润滑油 基础油的性能参数见表1。

实施例6

离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油的组分及其用量：以质量份 数计，离子液体1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐1份，麻疯树油30份，表面 活性剂1-十六烷基-3-甲基咪唑氯盐32份，表面活性剂1-十六烷基-3-甲基咪唑 双(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠32份，助表面活性剂正戊醇12份。

在60℃条件下，将表面活性剂混合均匀，搅拌速度1200转/分钟，搅拌 10分钟，得到澄清透明的混合物。在1200转/分钟搅拌条件下，将油相加入 混合物中，搅拌10分钟，制备成含油混合物。保持温度和搅拌速度不变，向 含油中滴加离子液体，搅拌30分钟，得到透明均相的反相离子液体微乳液体 系，即可用做生物润滑油基础油。本发明的制备过程不发生化学反应，操作方 便，实验设备简单且能耗低。用于制备润滑油基础油的原料都具有较强的生物 降解性，避免了环境污染危害。所得微乳化的润滑油基础油能使纳米铜、纳米 石墨、硼酸钙等纳米添加剂在体系中稳定分散，显著提高了润滑油的减摩、抗 磨性能。本润滑油基础油的性能参数见表1。

实施例7

离子液体/植物油微乳液型生物润滑油基础油的组分及其用量：以质量份 数计，离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐1份，环氧大豆油30份，表面 活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚68份，表面活性剂烷基糖苷32份，助表面活性 剂正辛醇12份。

在20℃条件下，将表面活性剂与助表面活性剂混合均匀，搅拌速度300 转/分钟，搅拌5分钟，得到澄清透明的混合物。在300转/分钟的转速搅拌条 件下，将油相加入混合物中，搅拌5分钟，制备成澄清透明的含油混合物。保 持温度和搅拌速度不变，向含油混合物中滴加离子液体，搅拌20分钟，得到 透明均相的反相离子液体微乳液体系，即可用做生物润滑油基础油。本发明的 制备过程不发生化学反应，操作方便，实验设备简单且能耗低。用于制备润滑 油基础油的原料都具有较强的生物降解性，避免了环境污染危害。所得微乳化 的润滑油基础油能使纳米铜、纳米石墨、硼酸钙等纳米添加剂在体系中稳定分 散，显著提高了润滑油的减摩、抗磨性能。本润滑油基础油的性能参数见表1。

表1所得润滑油基础油的各项性能参数

由表1可知，本发明所得的润滑油基础油粘温指数均在80以上，高于单 独用作润滑油基础油的植物油粘温指数。氧化稳定性测试结果表明，所得基础 油的经氧化后，粘度变化率较低。

表1中各项性能参数的检测方法如下：

(1)微乳液外观：目测。

(2)微乳液乳化稳定性：离心法。将实施例1-3中配好的微乳液置于40℃ 的生化培养箱一周。各取出6ml置于离心管中，在3000转/分钟速度下离心 15min，观察样品是否分层。若无分层，说明样品为稳定的微乳液。

(3)粒径：马尔文激光粒度仪测试。

(4)粘度：旋转粘度计NDJ-5S测试。

(5)氧化稳定性：粘度变化率方法。取样品10g，放置于200℃恒温油 浴中，通入空气12h，空气流量为15L/h，测定试油氧化后的40℃粘度值，以 氧化前后的粘度变化率衡量润滑油的氧化稳定性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。