Page 84 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 马琳, 等: 胆碱杂环二酸离子液体水润滑添加剂的制备及结构-性能关系研究 673

96 h后，试验结束，根据离子液体对绿藻生长情况的影 表 2 含有不同浓度、不同结构[Ch] 2 [Hdc]的
水溶液的黏度
响筛选合适的浓度梯度进一步进行试验. 在试验中，
Table 2 The viscosities of aqueous solutions containing
同样测出所配浓度梯度溶液在0、24、48、72和96 h different concentrations and structures of [Ch] 2 [Hdc]
的OD 值，并进行比较，观察其对绿藻生长情况的影
650
2
Kinematic viscosity/(mm /s)
响，直到筛选出最终浓度. 根据最终浓度所对应的 Lubricant 0.2 mol/L 1.667 mol/L
OD 650 值计算出相应的半数有效浓度(EC50)以评价离 H 2 O 1.01 1.0
[Ch] 2 [2,5-Fdc] 1.20 13.2
子液体对绿藻的毒性大小.

[Ch] 2 [2,5-Tdc] 1.19 9.2
[Ch] 2 [2,3-Pydc] 1.20 12.1
3 结果与讨论
[Ch] 2 [2,6-Pydc] 1.21 9.8

[Ch] 2 [3,4-Pydc] 1.19 11.3
3.1 黏度
[Ch] 2 [3,5-Pydc] 1.19 8.6
黏度是评价润滑剂性能的重要参数之一，黏度适 [Ch] 2 [2,3-Pyadc] 1.16 10.1
[25]
中的润滑剂在使用过程中可以起到更好的润滑效果 .
表2列出了含有不同浓度[Ch] [Hdc]添加剂的水溶液 较大，导致溶液黏度增幅更大. 值得注意的是，具有相
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在25 ℃时的运动黏度. 从表2中数据可以看出，水中添 似结构的[Ch] [2,5-Fdc]和[Ch] [2,5-Tdc]比较，前者对
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加不同的[Ch] [Hdc]添加剂后其运动黏度明显增加， 水溶液黏度的影响远远大于后者. 这是由于呋喃环中
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且添加浓度越高，其运动黏度越大. 当添加剂的添加 的O原子与噻吩环中的S原子相比，对于整个芳香结构
浓度相对较低时(0.2 mol/L)，不同结构的添加剂对水 的给电子共轭效应更强，导致呋喃环上的羧基供电子
溶液黏度的影响差异不明显. 但当添加剂添加浓度相 能力更强. 因此，呋喃二甲酸阴离子与水分子之间形
对较高时，这种差异会变得较为显著. 例如：水中添加 成氢键的能力更强，最终使含有[Ch] [2,5-Fdc]溶液的
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1.667 mol/L的不同结构的[Ch] [Hdc]后，其黏度大小顺 黏度更大. 总而言之，水中添加[Ch] [Hdc]添加剂后，
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序 为 [Ch] [3,5-Pydc]<[Ch] [2,5-Tdc]<[Ch] [2,6-Pydc]< 运动黏度增加较为明显，因而也有利于其在摩擦副表
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[ C h ] [ 2 , 3 - P y a d c ] < [ C h ] [ 3 , 4 - P y d c ] < [ C h ] [ 2 , 3 - 面形成更稳定的物理吸附保护膜，由此我们推测含有
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Pydc]<[Ch] [2,5-Fdc]. 从此项数据可以看出，分子式 胆碱杂环二酸离子液体添加剂的水溶液可能具备较
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相同分子结构不同的吡啶二酸离子液体对水溶液黏 好的减摩抗磨性能.

度的影响是不同的. 水中添加结构对称性较高、极性 3.2 摩擦学性能
较 小 的 吡 啶 二 酸 离 子 液 体 (如 [Ch] [3,5-Pydc]、 在接下来的试验中，以[Ch] [3,4-Pydc]为模板添
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[Ch] [2,6-Pydc])，其黏度变化值相对较小；反之，添加 加剂，测试了含有不同浓度该离子液体添加剂的水溶
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结构对称性较低、极性较大的吡啶二酸离子液体(如 液在钢/钢摩擦副上的减摩抗磨性能，从而筛选出添加
[Ch] [2,3-Pydc]、[Ch] [3,4-Pydc])，其黏度变化值相对 剂的最佳添加浓度. 图2(a)给出了对照样去离子水和
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较大. 这是由于分子极性较大时，分子间相互作用力 含不同浓度[Ch] [3,4-Pydc]的水溶液的摩擦系数随时
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0.7 4
(a) H 2 O (b) H 2 O
0.05 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc] 0.05 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
0.6 0.1 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
0.1 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc] 3 0.2 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
Friction coefficient 0.4 0.8 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc] Wear volume/10 −3 mm 3 2 0.8 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
0.2 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
0.4 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
0.5
0.4 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
1.667 mol/L[Ch] 2 [3,4-Pydc]
0.3
0.2 1
0.1
0
0 400 800 1 200 1 600
Time/s

Fig. 2 The friction coefficients (a) and wear volumes (b) of water-based lubricants containing different concentrations
of [Ch] 2 [3,4-Pydc] on steel–steel friction pairs
图 2 含有不同浓度[Ch] 2 [3,4-Pydc]添加剂的水基润滑剂在钢/钢摩擦副上的摩擦系数(a)及下试样钢块的磨损体积(b)