新型水溶性防锈抗磨多功能添加剂的研究

摘要

现代水基润滑剂研究的关键是无毒、环境友好、高效的多功能水溶性添加剂的研制。为了满足现代加工水平和绿色制造的要求，本工作主要从事抗磨和防锈的多功能水基添加剂的研究。 由于羧酸及衍生物的来源广泛，有的羧酸又有一定的抗磨或防锈性能，所以本文首先对不同结构和链长的有机羧酸及衍生物醇胺盐的防锈性能和抗磨、减摩性能进行系统考察研究。发现随着烷基碳链的增长、极性基团的增多(增强)水溶性羧酸醇胺盐的防锈性能变好，二元酸醇胺盐的防锈性能比相同链长一元酸好，而一元酸的醇胺盐比相同链长的二元酸醇胺盐有更好的抗磨和减摩性能。将性能优异的醇胺盐型抗磨和防锈剂复配，研制得到SDCF-l。SDCF-1可作为适用于一般水质的切削和磨削液，已获得性能优良的实用效果。 鉴于适用于特殊工况条件(抗高硬水)的水基润滑添加剂的缺乏，为了得到抗硬水的高效水溶性抗磨和防锈添加剂，通过对有机羧酸及衍生物醇胺盐的构效研究，进行新型水基添加剂分子设计，合成一系列N-酰基氨基酸衍生物(氨基酸有：脯氨酸，苯丙氨酸，谷氨酸，天门冬氨酸，肌氨酸，甲硫氨酸(蛋氨酸)，半胱氨酸)，并对N-酰基氨基酸醇胺盐的抗硬水能力、防锈性能和润滑性能进行考察。发现N-酰基氨基酸衍生物都有一定的防锈和润滑性能；而且N-辛酰谷氨酸，N-辛酰天门冬氨酸和N-月桂酰基肌氨酸等有优良的抗硬水能力(能抗2000ppm硬水)和热稳定性，并进行了络合机理的探讨。发现含有两个羧基的N-辛酰基的氨基酸衍生物如N-辛酰谷氨酸和N-辛酰天门冬氨酸三乙醇胺的防锈性能最好；N-油酰谷氨酸三乙醇胺盐表现出较好的摩擦学特性(15mmol/LN-油酰谷氨酸三乙醇胺盐的磨斑直径D10”519N为0.36mm，摩擦系数μ为0.090)。研究发现含硫的N-长碳链酰基氨基酸有很突出的抗磨、减摩性能和优良的承载能力。当N-月桂酰半光氨酸三乙醇胺为0.6％时，水溶液的PB值最高达980N，磨斑直径(D10”519N)是0.31mm，摩擦系数(μ)为0.039。在磨削应用试验中，加工工件呈现出优异的光洁度(45＃碳钢Ra=0.4um)。研究还发现：N-辛酰谷氨酸三乙醇胺盐和钙离子的络合比为2∶1。N-长碳链酰基氨基酸醇胺盐具有较好的抗菌性，性能稳定，不易腐败。所以N-酰基氨基酸衍生物是一类新型的性能优良的水基润滑、防锈多功能添加剂。由于分子中含有与蛋白质相似的酰胺键，易于生物降解和安全性好，所以N-酰基氨基酸衍生物是环境友好的水基添加剂。选用本章合成的多功能添加剂，研制了抗高硬水的液压支架液SDHP-1。 采用极化曲线和电化学阻抗技术以及Auger能谱对新型的多功能N-酰基氨基酸三乙醇胺添加剂的防锈机理进行了探讨。经极化曲线的研究发现，N-酰基氨基酸三乙醇胺是一种以抑制阴阳极，但以抑制阳极为主的阳极型缓蚀剂。N-酰基氨基酸三乙醇胺都具有较好的防锈性能是因为：N-酰基氨基酸很容易吸附在电极铁的表面形成吸附层，此吸附层阻碍铁失去电子形成Fe2+离子，同时也阻碍了水中的H+离子或溶解于水中的氧获得电子成为H2放出或形成OH-，使电极表面处于钝化状态，防止了金属的腐蚀。 经电化学阻抗研究发现，N-酰基氨基酸三乙醇胺水溶液的阻抗谱在高频段都有一个不规则的容抗弧。由于N-酰基氨基酸三乙醇胺在电极表面的吸附和在水中分子间的相互作用，使电极/溶液界面层的厚度增加，导致腐蚀电极的界面电容减小。膜电容值小，表明膜的质量好，金属离子化时受到的阻力大，阻止了金属的腐蚀。经研究发现：N-辛酰氨基酸醇胺盐的防锈能力最好，与湿热法的结果完全一致。 采用AES和XPS能谱分析了磨斑表面元素组成，探讨了N-酰基氨基酸三乙醇胺摩擦化学反应机理。N-酰基氨基酸衍生物在边界润滑条件下，其摩擦表面形成了主要由有机羧酸皂类、铁的氧化物等组成的边界膜，所以他们具有很好的抗磨和减摩效果。含硫的N一酰基氨基酸三乙醇胺由于在摩擦的表面形成了硫化亚铁保护膜，所以他们具有很好的承载能力。 本文还在以前攻丝扭矩测试方法的基础上，新建了一套切削扭矩测试实验方法。对水基液切削性能测定的准确度和误差得到了进一步的改善。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

第二章水溶性有机羧酸及其衍生物的防锈和润滑性能的研究

第三章多功能水溶性添加剂的设计合成和性能考察

第四章多功能N-酰基氨基酸三乙醇胺添加剂的作用机理探讨

第五章应用特性研究

第六章全文总结

攻读博士学位期间发表的论文及发明专利

致谢

附录