Page 81 - 《摩擦学学报》2021年第5期

670 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

polarity and strong adsorption capacity. When the concentration of the [Ch] 2 [Hdc] was relatively high, the friction-
reducing performance of the aqueous solution was inversely related to its viscosity, and the anti-wear performance was
positively related to its viscosity. It was because that the lubricant viscosity was higher, the internal friction of the
lubricant was larger. As a result, it showed a higher friction coefficient, i.e. poor friction reducing performance. The
results of corrosion experiments showed that the corrosion of water was reduced obviously by [Ch] 2 [Hdc]. The results of
toxicity tests showed that the toxicities of [Ch] 2 [Hdc] to green algae and sea shrimp were much less than traditional ionic
liquid L-B104.
Key words: heterocyclic dicarboxylic acid; ionic liquid; lubricant; additives; tribological properties; toxicity

机械运动部件之间的摩擦和磨损是造成机械设 接近室温下呈现液态的由阴阳离子所组成的盐，也称
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备能量损失和部件失效的重要原因，使用润滑剂可以 为低温熔融盐 . ILs因具有液态温区宽、溶解性强、蒸
大幅度降低摩擦和减少磨损，从而达到节约能源和节 汽压低、稳定性好、可循环使用等优点，而被广泛应用
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省材料的目的 . 机械传动系统中的各种摩擦副大部 于合成、催化、分离和材料等领域，被认为是“新一代
分是以金属构件组成，并以润滑剂作为工作介质，实 绿色溶剂” [11-14] . 2001年，刘维民研究小组首次在全球
现正常运转. 在这些润滑剂中，应用最为广泛的是以 范围内报道了ILs可以作为一种性能优异的润滑剂被
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矿物油作为基础油的润滑剂 . 随着社会的发展，人类 使用 . 自此，ILs作为润滑材料的研究引起了国内外
环保意识的不断增强，人们对于环境问题的关注度也 许多学者的关注. 已有的研究报道反映，ILs在摩擦学
越来越高，以矿物油为基础油的润滑剂因其生物降解 领域主要作为纯润滑剂、油基润滑剂添加剂、润滑脂
性差、生态毒性高而易对环境造成危害，使其使用范 添加剂和润滑薄膜使用，其在水基润滑领域并未广泛
围受到了诸多限制. 为了降低或减少各种摩擦副因运 应用 [16-20] . 因此，研发具有低(无)毒性、高环境相容性
动而产生的摩擦、磨损、振动、冲击、噪声、无功能耗、 以及在水中性质稳定、低(无)腐蚀性的离子液体水基
可靠性差和寿命较短等问题，同时尽量避免润滑剂对 润滑添加剂，并阐明其分子结构与物理化学性质、摩
环境的危害，寻找高性能、绿色无污染的润滑剂及润 擦学性能之间的关系具有十分重要的理论指导意义
滑添加剂已成为摩擦学研究领域刻不容缓的任务 [3-5] . 和实际应用价值.
水具有无污染、成本低、来源广和难燃等特性，是 本文作者以不同结构的杂环二酸为阴离子原料，
最具有发展潜力的润滑介质. 如何利用水基润滑剂替 胆碱为阳离子原料，在水中原位制备了一系列胆碱杂
代油基润滑剂作为机械运动系统润滑介质的研究课 环二酸离子液体水基润滑添加剂([Ch] [Hdc])，并研究
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题引起人们极大的关注 . 然而，水与油相比，黏度太 了它们的摩擦学性能、腐蚀性、水生生物毒性与分子
低，工作过程中难以在摩擦副表面形成良好的润滑保 结构之间的构效关系.

护膜，因此水基润滑剂的润滑性能一般不及润滑油基
1 试验部分
润滑剂 [7-8] . 为了提高水基润滑剂的工作效率，通常需
要加入各类添加剂以改善其使用性能，如增黏剂、防 1.1 材料
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腐剂、挤压抗磨添加剂等 . 传统水基润滑添加剂绝大 胆碱(C H NO ，49%水溶液)由百灵威科技有限
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部分是基于油基润滑添加剂改性而得到的，它们在水 公司提供，2, 5-呋喃二甲酸(C H O ，质量分数97%)、
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中溶解度低、合成步骤复杂、成本高，并且在使用过程 2, 5-噻吩二甲酸(C H O S，质量分数98%)、2, 6-吡啶
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中常常会伴有腐蚀现象的发生，因而导致水基润滑添 二甲酸(C H NO ，98%)、3, 4-吡啶二甲酸(C H NO ，
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加剂在使用过程中受到了很大的限制. 此外，当前国 质量分数98%、3, 5-吡啶二甲酸(C H NO ，质量分数98%)、
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内外的科研人员对水基润滑添加剂的研究重点仍然 2, 3-吡啶二甲酸(C H NO ，质量分数99%)、2, 3-吡嗪
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集中于改善性能方面，对于水基润滑剂的分子结构- 二甲酸(C H N O ，质量分数98%）由萨恩化学技术(上
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性能关系的研究仍鲜有报道. 在资源、环境和发展协 海)有限公司提供，碳酸氢钠(NaHCO ，质量分数99%)
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同进步的时代背景下，设计制备绿色环保、多功能的 由天津市致远化学试剂有限公提供，1-丁基-3-甲基咪
水基润滑添加剂，并阐明其分子结构-性能关系成为 唑四氟硼酸盐(L-B104，质量分数99%)由兰州化学物
水基润滑领域的研究重点. 理研究所邓友全研究小组提供，海虾由美国先进科技
离子液体(Ionic Liquids，简称ILs)是指在室温或 公司提供，绿藻由中国科学院水生生物研究所提供.