含硫、氮硼酸酯的合成及在菜籽油中的摩擦学性能研究

摘要

随着人类环保意识的增强和政府环保立法的规范，开发研制环境友好的润滑剂已成为国内外油品工作者的重要课题。菜籽油作为传统的环境友好型润滑剂，具有良好的润滑性、高度的生物降解性和较好的再生性等优点。通过加入合适的添加剂，菜籽油的抗磨、抗氧化、防腐蚀性能可以得到进一步改善。 本文通过合理的分子设计，合成了三个系列，9种含硫、氮元素的硼酸酯类添加剂，采用红外、元素分析等手段对化合物进行了结构表征，以菜籽油为基础油考察了其摩擦学性能，探讨了抗磨减摩作用机理。具体研究内容如下： （1）以二正丁胺、吗啡林为起始原料合成了三个系列，9种硼酸酯，分别是：二丁胺二硫代甲酸乙基硼酸正丁酯（SONB-1）；二丁胺二硫代甲酸乙基硼酸正辛酯（SONB-2）；二丁胺二硫代甲酸乙基硼酸异辛酯（SONB-3）；吗啡林基二硫代甲酸乙基硼酸正丁酯（MONB-1）；吗啡林基二硫代甲酸乙基硼酸正辛酯（MONB-2）；吗啡林基二硫代甲酸乙基硼酸异辛酯（MONB-3）；吗啡林基二硫代甲酸乙基硼酸十二醇酯（MONB-4）；羟乙基吗啡啉硼酸正丁酯（MOB-1）；羟乙基吗啡啉硼酸正辛酯（MOB-2）。通过红外，元素分析等方法对结构进行了表征。结果表明：所合成的化合物与分子设计结果一致。 （2）考察了添加剂的油溶解性、热稳定性、耐腐蚀性、粘度性质。并在此基础上，探讨了分子结构与性能之间的关系及对性能的影响。结果表明： MOB系列添加剂油溶性较差，SONB系列和MONB系列添加剂均具有良好的油溶解性；三类添加剂均具有较好的耐腐蚀性和热稳定性。 （3）采用MRS-10A型四球摩擦磨损试验机考察了9种硼酸酯的摩擦学性能。结果表明：这9种添加剂均具有良好的抗磨减摩性能，且随着烷基链的增长，添加剂的极压性能降低，减摩性能减弱。与MOB系列相比，含活性元素S的SONB和MONB系列添加剂的摩擦学性能更佳。其中含2.0％SONB-1和2.0％MONB-1试油的最大无卡咬负荷值最大（1069N），比基础油提高81.8％，含3.0％MONB-1试油的抗磨性能最好，磨斑直径比基础油的降低36.3％；含3.0％MONB-1试油的减摩性能最好，摩擦系数比基础油降低30.5％。 （4）采用扫描电子显微镜（SEM/EDS），X射线光电子能谱仪（XPS）对磨斑表面进行分析。结果表明：硼酸酯添加剂在摩擦表面形成了含Fe2（SO4）3和FeS2等化学反应膜和含硼的吸附膜。在摩擦过程中发生了化学反应，生成的化学反应膜和吸附膜，改善了菜籽油的摩擦学性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述与选题背景

1.1引言

1.2润滑油添加剂的研究现状

1.2.1硫系载荷添加剂

1.2.2磷系载荷添加剂

1.2.3氮系载荷添加剂

1.2.4氯系添加剂

1.2.5硼系载荷添加剂

1.2.6含金属元素的添加剂

1.3绿色润滑油

1.4有机硼酸酯添加剂

1.4.1有机硼酸酯种类

1.4.2硼酸酯添加剂国内外研究现状

1.4.3硼酸酯润滑油添加剂的摩擦机理

1.5选题依据及创新点

第二章含硫、氮硼酸酯的制备及结构表征

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1主要试剂

2.2.2主要仪器

2.2.3含硫、氮硼酸酯的合成路线

2.2.4含硫、氮硼酸酯的合成

2.3硼酸酯的结构表征

2.3.1 SONB系列硼酸酯的结构表征

2.3.2 MONB系列硼酸酯的结构表征

2.3.3 MOB系列硼酸酯的结构表征

2.4本章小结

第三章硼酸酯在菜籽油中的油溶性、热稳定性能及抗腐蚀性能研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1基础油及添加剂

3.2.2油溶性实验

3.2.3热稳定性能实验

3.2.4粘度测试

3.2.5铜片腐蚀性能测试

3.3结果与讨论

3.3.1油溶性实验结果

3.3.2热稳定性实验结果

3.3.3铜片腐蚀性实验结果

3.3.4粘度结果

3.4本章小结

第四章硼酸酯在菜籽油中的摩擦学性能研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1基础油及添加剂

4.2.2最大无卡咬负荷(PB)和抗磨减摩性能测试

4.2.3摩擦钢球表面分析

4.3结果与讨论

4.3.1 SONB系列硼酸酯的摩擦学性能

4.3.2 MONB系列硼酸酯的摩擦学性能

4.3.3 MOB系列硼酸酯的摩擦学性能

4.3.4添加剂抗磨减摩机理研究

4.4本章小结

第五章结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果