[发明专利]小分子功能化的表面活性剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了小分子功能化的表面活性剂，该表面活性剂为水溶性功能化的季铵离子液体，其阳离子为不同烷基链长季铵阳离子，阴离子为乙酰磺酸根、邻苯甲酰磺酰亚胺酸根、水杨酸根、甘氨酸根、D‑葡萄糖酸根、柠檬酸根、二羟基丁二酸根。本发明还公开了该表面活性剂的制备方法及其作为水溶润滑添加剂的应用。

技术领域

本发明涉及一种小分子功能化的表面活性剂及其制备方法和应用。该表面活性剂制备简单且具有良好的摩擦学性能，是一种优异的水润滑添加剂。

背景技术

目前矿物油基润滑产品以其优异的减摩抗磨性能被广泛地应用在工业领域，其大大减小了机械设备因摩擦造成的能源消耗，延长了其寿命。但在某些特殊领域如煤矿、金属加工等工况，石油基产品因其低闪点、易燃、导热系数小等缺点制约了其应用，且随着人类环保意识的不断增强，人们意识到矿物油基润滑剂造成的环境污染问题越来越严重，逐渐影响到我们的日常生活和身心健康，因此人们开始在润滑领域积极地寻找可替代品。水基润滑剂因具有优异的冷却、难燃、低污染、高导热系数和高比热容等优点，被视为一种新型的绿色润滑剂而不断发展并被广泛应用于抗燃液压液和金属加工液领域。然而，与油基润滑剂相比，现有的水基润滑剂存在润滑性和防锈性差的问题，这在很大程度上限制了水基润滑剂的发展，因此研究开发一种高效的水基润滑添加剂是提高水基润滑剂综合性能进而拓宽其使用范围的关键所在。

离子液体由于其独特的物理化学性能和良好的润滑性能使其作为润滑油、添加剂和润滑薄膜而被广泛研究(M. H. Yao, M. J. Fan, Y. M, Liang, F. Zhou, Y. Q. Xia,Wear 268 (2010) 67–71); X. Q. Liu, M. R. Cai, Z. Zhao, Y. M. Liang, F. Zhou,W. M. Liu, Tribol. Lett. 40 (2010) 215-224.)，故其也有发展成为一种高效水基润滑添加剂的潜能。目前报道的一些作为水润滑添加剂的离子液体仍然存在与水相溶性差、稳定性差、润滑性能不佳及对基底的腐蚀性等问题，它们都极大地限制了其在水基润滑添加剂领域的应用。因此开发高性能的水溶性润滑离子液体添加剂是当前该领域的研究热点之一。申请人所在的课题组在2017年合成了一种新型离子液体类似物N-（3-（二乙氧基磷酰基）丙基）-N，N-二甲基十八烷-1-溴化铵盐，其作为水溶性润滑添加剂有良好的减摩抗磨能力(Y Wang, Q Yu, Z Ma, G Huang, M Cai, F Zhou, W. M. Liu, Tribol. Inter.(2017)112: 86–93.)，但是因为其阴离子为Br^-，单独作为水基添加剂会腐蚀金属摩擦副，使用的过程中需添加防腐蚀添加剂。

发明内容

本发明的目的在于提供小分子功能化的表面活性剂及其制备方法和应用。

本发明通过分子设计，在表面活性剂的结构中引入无卤素绿色的阴离子，从而制备可作为绿色环保、无腐蚀水基润滑添加剂的表面活性剂，并通过改变表面活性剂阳离子取代烷基的链长来调节其在水中的溶解性能。通过分子设计，本发明制备了一系列功能化的季铵水溶性离子液体类似物-小分子表面活性剂，作为水溶性润滑添加剂，不仅具有较好的润滑和抗磨性能，还能有效的降低水对金属的腐蚀，有望作为一种水润滑添加剂被应用在水基润滑加工液或切削液行业。

小分子功能化的表面活性剂，其特征在于该表面活性剂为水溶性功能化的季铵离子液体，其阳离子为不同烷基链长季铵阳离子（记作A₁、A₂、A₃），阴离子为乙酰磺酸根（记作B₁）、邻苯甲酰磺酰亚胺酸根（记作B₂）、水杨酸根（记作B₃）、甘氨酸根（记作B₄）、D-葡萄糖酸根（记作B₅）、柠檬酸根（记作B₆）、二羟基丁二酸根（记作B₇）；所述阳离子和阴离子的结构式如下：

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