耐高溫導電新型潤滑劑(1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑氯化銨離子液體)的制備

王曉忠，黃振宇，吳 瓊，王 寧，楊璐璐，王 藝，王曉彤

(1.河北民族師范學院 化學與化工學院，河北 承德 067000；2.河北師范大學 化學與材料科學院，河北 石家莊 050024)

離子液體是指在室溫溫度范圍內呈液體狀態的離子體系，而或者說，離子液體是僅由離子所組成的液體。因為離子液體的“可設計性”和“修飾性”，所以功能化的離子液體備受人們關注；即在離子液體的陽離子或陰離子上引入一個或者兩個以上功能團，使其具有某種特殊功能或特性。前人研究離子液體的性能主要有：綠色溶劑、高效催化劑及其在化學反應、分離過程、電化學和其他領域中的應用，并指出離子液體在太陽能電池、雙電層電容器等應用化學(電池化學)方面的應用大有前途。因此，離子液體被稱作21世紀的“三大綠色溶劑”之一，但是離子液體在應用于工業化的過程中，一些顯著的問題逐漸顯現出來，例如離子液體在的制作成本較高、部分離子特體額粘度很大，所以一部分離子液體研究只作為探索。而離子液體的真正大規模應用應當追溯到1992年，美國科學家WIKES領導的課題組研究出了對水空氣都很穩定離子液體，這種離子液體以[BF6]-為陰離子以一系列咪唑集團為陽離子的新型離子液體，之后提出了綠色化學概念，自此以后，離子液體的研究在全世界范圍內掀起了熱潮

離子液體本身具有優良的導電性、良好的化學和熱力穩定性、粘度變化具有較寬的溫度適應范圍，及本身具有極低的蒸汽壓，不易揮發、不燃燒、無味因此致力于開發綠色的環境友好的耐高溫導電的新型潤滑劑成為可能。

本文研究的是耐高溫導電的新型潤滑劑制備方法主要運用文獻法、實驗合成優選法。主要以N-甲基咪唑，1-氯代丙酮，為主要原料，設計合成1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑離子液體。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與實驗藥品

實驗儀器見表1，實驗藥品見表2。

表1 實驗儀器

表1(續)

表2 實驗藥品

1.2 實驗原理

1.2.1 1-氯代丙酮的制備原理

MnO2+4HCl(濃)===MnCl2+Cl2+2H2O(反應需在加熱條件下進行)

1.2.2 1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑的制備原理

1.3 實驗部分

1.3.1 1-氯代丙酮的合成

在250 mL三頸燒瓶中加入依次加入10 g CaCO3和20 mL丙酮，充分震蕩后使其混合均勻(加熱溫度為60℃)，在燒瓶上方裝上冷凝管，冷凝管另一側接上尾氣吸收(Cl2)裝置,尾氣用5%的氫氧化鈉吸收，裝置中央連有裝有濃硫酸的集氣瓶(吸水，干燥作用)集氣瓶另一端連裝有二氧化錳圓底燒瓶，圓底燒瓶上端連裝有濃鹽酸的分液漏斗(制氯氣裝置，加熱溫度為八十度)。向三頸燒瓶中通入氯氣3 h后，收集成品，用30 mL乙醚過濾，使固體充分變為粉末，過濾取有機物，水浴蒸餾(蒸出乙醚和丙酮)，稱量產物質量為11.62 g(0.1256 mol)，產率為46.52%。

1.3.2 1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑氯化銨離子液體的合成

常規合成法：向100 mL圓底燒瓶中加入10 mL N-甲基咪唑(p=1.03 g/mL，n=0.1255 mol)和11.62 g 1-氯代丙酮(物質的量比為1∶1.001)，再向其中加入50 mL甲苯，加入磁子(橢形磁子)，將燒瓶置于帶有磁力攪拌器的恒溫油浴裝置中，調節轉速r=100 r/min，將水浴溫度調節至70℃，在燒瓶上方裝上一根空氣冷凝管,在裝置中通入氮氣2 min后，在空氣冷凝管另一端用充滿氮氣的氣球作為氮氣保護裝置，恒溫攪拌24 h，反應完成后冷卻至室溫，再用旋轉蒸發儀將其中的甲苯蒸出，待旋轉蒸發儀的燒瓶中不再有氣泡產生后，繼續旋蒸5 min，完成后，趁熱將燒瓶中的液體倒出，所得產物為黃褐色液體，通過分離提純該液體即得到產率為79%的1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑離子液體。

1.3.3 產物的IR光譜分析

圖1 1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑氯化銨離子液體的IR光譜

圖2 N-甲基咪唑的IR光譜分析

綜上圖所示，圖1和圖2是產品試樣和N-甲基咪唑的IR光譜圖，通過比對分析N-甲基咪唑的C-N單鍵伸縮波數為1230 cm-1且強吸收峰,在產物試樣中沒出現。而產物試樣的IR光譜的波數1170 cm-1且強吸收峰是離子液體中咪唑環平面CH的變形振動，但這個峰在反應物甲基咪唑IR光譜中沒有出現。這是因為產物試樣的分子中3號氮上連上了-CH2COCH3基，使咪唑環平面CH的產生變形振動其波數為1170 cm-1且強吸收峰[10]。從而證明-COCH3連在了N-甲基咪唑的3號氮上，合成了1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑氯化銨離子液體即制取的產品。

2 產品合成實驗小結

本文對1-氯代丙酮的制備進行了優化，提高了實驗的安全性和產率。對1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑離子液體的合成方法進行改進，提高了反應速率，縮短反應周期，有效地提高了產率，提高了原子的經濟性，符合新型化學實驗中綠色化學的實驗理念。

3 產品參數測定

3.1 動力黏度測定

表1 物質的運動粘度實驗數據

表1數據分析：在溫度423 K時，運動黏度為8 mm2/s，此參數具備耐高溫導電潤滑劑要求。

3.2 分解溫度、電導率、酸度測定

表2 物質的分解溫度、 電導率(285 K)、 酸度實驗數據

表2數據分析：從分解溫度是573 K，即是攝氏300℃，電導率在285 K和398 K時分別為1210 μS/cm和56.3℃ 7370 μS/cm 導電性能良好，為且酸度為中性。本產品此類參數表明本產品作為高溫導電潤滑劑是現在所有常用油品潤滑劑產品所不能達到的。

3.3 凝固點測定

調節冰水溫度于指定溫度，藥品在玻璃片上涂抹均勻使玻璃片于冰水接觸十分鐘，用溫度計測量玻璃溫度是否達到指定溫度，放于體式顯微鏡觀察。

由表3數據分析：所示凝固點在零度及十五度之間均不凝固，其凝固點小于等于零度。在低溫情況下仍為液態，沒有結晶固化現象。此參數符合耐高溫導電潤滑劑要求。

表3 物質的凝固點實驗數據

3.4 閃點測定

1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑離子液體揮發性非常小，通過實驗在溫度573 K分解溫度時仍不爆燃，所以閃點高于573 K。故在高溫情況下作為潤滑劑也不會發生燃燒爆炸。此參數符合耐高溫導電潤滑劑要求。

4 結論

通過優選實驗合成產率較高的1-甲基-3-乙酰亞甲基咪唑氯化銨離子液體，并對該產品的作為耐高溫導電的潤滑劑的主要參數運動粘度、導電率、酸度、濁點、閃點作了檢測，得出初步結論是此產品可以作為溫度較高及需要導電的特殊環境中作為潤滑劑。