传统抗氧化剂的新应用途径：基于离子液体技术的多功能添加剂，以实现优异的润滑性能和抗氧化性

《Journal of Molecular Liquids》：A new outlet for traditional antioxidants: multifunctional additives based on ionic liquid strategy toward excellent lubrication and oxidation resistance

离子液体作为多功能添加剂在基础油中的应用表现出优异的抗氧化性（提升40%）、热稳定性及摩擦-磨损性能（磨损降低80%），其界面自组装行为源于静电作用与范德华力平衡，为高性能润滑剂开发提供理论支持。

　　随着工业设备和车辆的不断发展，润滑剂的性能要求也在不断提高，这促使了对抗氧化剂和极压抗磨添加剂的研究与应用日益受到关注。抗氧化剂可以有效延缓润滑油的氧化过程，延长其使用寿命；而极压抗磨添加剂则能在高负载条件下保护机械部件免受磨损。在实际应用过程中，润滑油配方中包含多种成分，这些成分之间可能存在相互作用，因此需要设计具有多功能特性的添加剂以平衡其性能。特别是在航空航天和重型机械等高端领域，高性能、多功能且可降解的润滑材料已成为迫切需求。因此，针对润滑和抗氧化性能的添加剂进行战略设计，对于实际工作条件下的服务环境具有重要意义。

通过分子设计，引入功能基团到有机分子中是实现多功能添加剂的主要手段。各种抗氧化剂，如酯类油、酯-酚类、胺类、酸类等，展现出独特的界面行为和相互作用。这些抗氧化剂能够消除接触界面刚刚产生的自由基，或促进过氧化物的分解，从而阻止链式反应。在作用机制上，抗氧化剂可分为抗粘添加剂（自由基清除剂）、抗氧化保护剂（过氧化物分解剂）以及清净分散剂等主要类别。尽管这些单一抗氧化剂在一定程度上具备抗氧化能力，但它们也存在一些局限性，如可能腐蚀金属，改变基础油的酸碱度，从而影响润滑油在高温环境下的综合性能。此外，不同类型的抗氧化剂在同一种油品中的抗氧化机制和效果也存在差异，因此充分利用各种抗氧化剂的协同效应，以获得最佳的抗氧化功能，是至关重要的。

离子液体（ILs）作为一种在常温下呈液态的熔融盐，具有优异的性能可调性和多功能性。这主要归功于其分子结构的设计性以及定向分子设计的特性。为了应对复杂多变的服务环境，各种添加剂被应用于提升润滑油的综合性能。例如，王等人基于没食子酸的结构设计并合成了咪唑??基离子液体，这些离子液体在生物柴油中表现出优异的抗氧化稳定性、耐腐蚀性和润滑性能，同时还能有效抑制胶质形成。其高性能可在较低浓度（0.5‰）下实现，使离子液体成为多功能材料的有前景选择。此外，蔡等人报道了两种基于离子液体的功能性清净剂，通过分子设计，这些清净剂展现出独特的去污能力和抗摩擦、抗磨性能，其中[N8,8,8,16][SDBS]的去污性能比商用清净剂T109高出218.1%。还有研究通过结合离子液体和木质素，设计出一种具有润滑、抗腐蚀和抗氧化性能的多功能复合润滑剂，其中木质素中的酚羟基能够与氧自由基反应，形成共振稳定的半醌自由基，从而中断链式反应，提供良好的抗氧化性能。

在本研究中，经典抗氧化分子3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸被引入到离子液体的分子设计中，基于离子液体的高热/化学稳定性，合成了具有不同烷基链长度的新离子液体。这些设计的质子型离子液体表现出独特的物理和化学性质以及界面行为。不仅对不同链长度的离子液体性能进行了比较，还对单一组分的物理化学性质、抗氧化性能和摩擦学性能进行了分析，旨在说明离子液体在综合性能上的稳定性以及其对恶劣实际工作条件的适应性。此外，通过界面表征技术对合成的离子液体的抗氧化性能和润滑机制进行了研究。本研究为新型多功能离子液体抗氧化和润滑添加剂的设计与开发提供了一些理论指导。

在实验材料方面，3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸（98%，CAS: 20170–32-5，C??H??O，来自Macklin）、正丁胺（≥99.5%，CAS: 109–73-9，C?H??N，来自Aladdin）、正辛胺（98%，CAS: 111–86-4，C?H??N，来自Aladdin）、十二烷胺（98%，CAS: 142–22-1，C??H??N，来自Aladdin）等均作为实验原料使用。基础油PAO6则从兰州化学物理研究所购买。所有化学试剂均为分析纯，可以直接用于离子液体的合成，无需进一步提纯。

在离子液体的合成过程中，采用了特定的反应步骤，以确保产物的纯度和性能。通过优化反应条件，如温度、时间以及催化剂的使用，可以有效提高离子液体的产率和稳定性。此外，实验还关注了不同烷基链长度对离子液体性能的影响，通过对比不同链长的离子液体在基础油中的表现，进一步探讨其在实际应用中的适应性。这些合成的离子液体不仅具有良好的抗氧化性能，还能有效降低摩擦和磨损，显示出其作为多功能添加剂的潜力。

在结构确认方面，通过1H和13C核磁共振谱（NMR）对合成的质子型离子液体的分子结构进行了进一步验证。这些数据能够准确地反映离子液体的化学组成和结构特征。例如，对于FA-N4，其1H NMR（400 MHz，CDCl?）的化学位移为：7.01（s, 2H），2.83（m, 4H），2.48（m, 2H），1.65（m, 2H），1.46（s, 18H），1.38（m, 2H），0.93（m, 3H）。13C NMR（101 MHz，CDCl?）的化学位移为：151.84, 135.75, 132.35, 124.65, 39.17, 34.28, 32.72, 30.30, 19.86, 13.67。这些数据不仅验证了离子液体的合成过程，还提供了其在基础油中的行为特征。对于FA-N8，其1H NMR（400 MHz，CDCl?）的化学位移为：7.01（s, 2H），3.72（m, 1H），2.81（m, 4H），2.47（m, 2H），1.65（m, 2H），1.42（s, 18H），1.24（m, 2H）等。这些数据进一步支持了离子液体在实际应用中的性能表现。

通过这些实验数据和分析，可以发现不同链长的离子液体在基础油中的行为存在差异。例如，较长的烷基链可能有助于提高其在高温环境下的稳定性，而较短的链则可能更有利于降低摩擦和磨损。这些发现为离子液体在实际应用中的优化设计提供了重要的参考依据。此外，实验还探讨了不同链长对离子液体性能的影响，特别是在抗氧化和润滑方面的协同效应。通过进一步的实验和分析，可以确定最佳的链长设计，以实现离子液体在实际应用中的最佳性能。

在实验过程中，除了对离子液体的合成和结构确认进行详细研究外，还对其在基础油中的性能进行了全面评估。通过一系列实验，如摩擦测试、抗氧化测试等，可以准确地测量离子液体在实际应用中的表现。这些实验不仅验证了离子液体的合成过程，还为离子液体在实际应用中的性能提供了重要数据。此外，实验还关注了离子液体在不同工作条件下的适应性，如高温、高压等，以确定其在实际应用中的适用范围。

在实验结论中，可以发现传统抗氧化分子不应局限于单一性能。通过离子化策略，不仅可以增强其稳定性和润滑性，还能使其具备多功能性，成为具有应用潜力的功能添加剂。具体而言，通过将传统抗氧化分子引入到离子液体的分子结构中，设计并合成了三种具有不同阳离子链长的离子液体，这些离子液体被应用于基础油PAO6的润滑和抗氧化添加剂中。实验结果表明，这些离子液体在基础油中的表现优异，不仅有效降低了摩擦和磨损，还显著提高了抗氧化性能。

在研究过程中，作者声明该手稿为原创作品，且未在任何其他地方发表或提交。通过明确的作者贡献声明，可以清楚地了解每位作者在研究中的具体角色和贡献。例如，王玉玲负责撰写初稿、资源获取、实验调查、数据整理和形式分析；周康负责资源获取、实验调查、形式分析和数据整理；于海负责资源获取、实验调查和形式分析；金志亮负责资源获取、实验调查和形式分析；范风琪负责资源获取、实验调查和形式分析；王丽平负责资源获取和形式分析；文平负责撰写初稿、审阅与编辑、监督、实验调查、资金获取和形式分析。这些贡献声明有助于明确研究的分工和合作，提高研究的透明度和可信度。

此外，研究还提到了一些未引用的参考文献，如[62]，这可能是因为某些研究尚未被广泛接受或尚未被发表。在研究过程中，作者声明不存在与研究相关的竞争利益，这表明研究的客观性和公正性。研究得到了多项基金的支持，包括国家自然科学基金（No. 52175156）、陕西省创新能力建设支持计划（No. 2025RS-CXTD-041）、陕西省教育厅基金（No. 24JP004）、陕西省自然科学基础研究计划（No. 2025JC-YBMS-576）以及宝鸡文理学院校级重点项目（No. ZK16056）。这些基金的支持为研究提供了必要的资源和条件，有助于实现研究目标。

综上所述，本研究通过引入传统抗氧化分子到离子液体的分子设计中，成功合成了具有不同烷基链长度的新离子液体。这些离子液体不仅在基础油PAO6中表现出优异的抗氧化性能，还能有效降低摩擦和磨损，显示出其作为多功能添加剂的潜力。研究结果表明，离子液体在实际应用中的性能稳定且适应性强，为高性能、多功能和可降解润滑材料的开发提供了重要的理论依据。此外，研究还强调了不同添加剂之间的相互作用，以及如何通过协同效应实现最佳性能，为未来相关研究提供了方向。通过这些研究，可以进一步推动离子液体在润滑材料领域的应用，为工业设备和车辆的高性能润滑提供支持。