系列新型有機硼酸酯添加劑的摩擦學性能及機理研究.pdf

1、工業(yè)用潤滑油的發(fā)展趨勢是提高其熱氧化穩(wěn)定性，延長換油期，節(jié)能降耗，同時滿足日益嚴格的環(huán)保要求。針對這些要求，對工業(yè)用油添加劑的研究也相應出現(xiàn)了新的發(fā)展方向，有機硼酸酯型極壓抗磨添加劑的開發(fā)應用就是其中一個重要方面。本文根據(jù)不同的目的，把S、P、N等活性元素引入到有機硼酸酯中，設計并制備了八種新型有機硼酸酯添加劑，使用四球機考察了它們在不同基礎油中的摩擦學性能；同時對一些添加劑的抗腐蝕性能、抗氧化性能、熱穩(wěn)定性等也進行了考察，結果發(fā)現(xiàn)其是

2、一類多功能添加劑；試驗中還采用SEM、EDS、三維非接觸表面干涉光度儀、XPS等表面分析工具及大氣壓化學電離質譜等對各體系的摩擦作用機理也進行了研究。主要的研究內容和結論如下： 1、對現(xiàn)有兩個常見添加劑的分子結構進行了改進，即把兩個常用的摩擦活性官能團——硫代磷酸酯基團及荒氨酸基團引入到硼酸酯結構中，制得BDDP及BDTC添加劑，分別考察了二者在雙酯及菜籽油中的摩擦學性能： BDDP在雙酯中的承載能力要稍好于ZDDP，抗

3、磨性能稍差，但減摩性能要遠好于ZDDP，熱穩(wěn)定性好于ZDDP，且在雙酯中有一定的抗氧化作用，但抗氧化性能不如ZDDP。BDTC能明顯提高菜籽油的承載能力，MoDTC卻幾乎沒有多少極壓性能；BDTC在低濃度時抗磨效果并不明顯，隨著加入量增加，顯示了很好的抗磨效果，且在高負荷下其抗磨性能優(yōu)于MoDTC；其減摩能力與MoDTC相當，但熱穩(wěn)定性要遠遠好于MoDTC，且在菜籽油中具有很強的抗氧化能力。 2、通過對硼酸酯結構中引入活性硫元素

4、，設計、制備兩種新型硼硫系載荷添加劑DSB及BXT，并將二者與硫化烯烴的摩擦學性能進行了對比研究： 研究表明，DSB在多元醇酯中的抗卡咬性能優(yōu)于T321，但其抗燒結性能不如T321；高濃度高載荷的情況下DSB的抗磨能力更好；DSB在多元醇酯中的減摩性能優(yōu)于T321；DSB試油的腐蝕等級較低，且展現(xiàn)了極優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和有一定的抗氧化作用。與硫化烯烴相比，BXT沒有明顯的氣味，對銅片腐蝕程度小，且具有較高的熱穩(wěn)定性。承載能力與硫化烯

5、烴幾乎相當，并且在較低的濃度下展現(xiàn)出更好的減摩和抗磨性能。 3、通過在硼酸酯結構中引入雜環(huán)基團進行ZDDP替代物的研究： 研究表明，BTSB在菜籽油中展現(xiàn)出優(yōu)異的承載性能，且優(yōu)于ZDDP；其在低載荷下有更好的抗磨性能，且有極優(yōu)異的減摩效果；BTSB能有效控制銅腐蝕，但熱穩(wěn)定性和抗氧化性不如ZDDP。BTBM在菜籽油中有很高的PB值，但其抗燒結性能卻較差；BTBM在菜籽油中的抗磨性能較差，但擁有極好的減摩性能；BTBM作為

6、腐蝕抑制劑，可以明顯抑制活性元素對銅片的腐蝕作用。 4、基于電子共軛理論，設計并制備出具有高水解穩(wěn)定性的有機苯硼酸酯添加劑PBDDP及PBDTC，分別考察了二者在雙酯及菜籽油中的摩擦學性能及水解穩(wěn)定性： PBDDP在雙酯中有較好的承載性能，且抗磨性能與ZDDP相當；具有極好的減摩性能，且好過普通含硫磷硼酸酯BDDP；PBDDP的熱穩(wěn)定性好于ZDDP，且抗氧化性也遠好過ZDDP；PBDDP有優(yōu)異的水解穩(wěn)定性，且大大好過普通

7、含硫磷硼酸酯BDDP。在菜籽油中PBDTC有較好的承載性能，且高載荷下抗磨性能優(yōu)于MoDTC；PBDTC在菜籽油中同樣表現(xiàn)出了極好的減摩性能，且優(yōu)于BDTC，表明苯硼酸酯結構的引入可使減摩性能得以進一步提升；PBDTC的熱穩(wěn)定性大大高于MoDTC，但比普通含硫磷硼酸酯BDTC稍差；PBDDP在菜籽油中同樣展現(xiàn)了極好的抗氧化作用，其抗氧化性能也超過了ZDDP，同時具有較高的水解穩(wěn)定性。 5、考察了外加胺對硼酸酯水解穩(wěn)定性及摩擦學性

8、能的影響： 研究表明，不含活性元素的硼酸酯的承載能力有限；但當硼酸酯與有機胺形成外配位鍵后，卻出現(xiàn)了明顯的對抗作用；BN胺鹽復合劑的加入可以明顯提高液體石蠟的PB值，叔胺所形成的BN胺鹽復合劑的抗卡咬性能最好，仲胺次之，而短碳鏈伯胺的抗卡咬性能也好過長碳鏈伯胺。低載荷下不含活性元素的硼酸酯具有一定的抗磨能力；兩種B與N的結合方式均可起到協(xié)同抗磨作用，且同一種類的有機胺在兩種結合方式下所起的抗磨能力大致相當，而所使用的伯胺的烷基鏈

9、越長，其對改善硼酸酯的抗磨作用也就越大。有機胺的烷基碳鏈越長，復合劑在液體石蠟中的減摩性能越好，而由碳鏈最短的正丁胺所形成的復合劑甚至還出現(xiàn)了增摩現(xiàn)象。此外，由伯胺形成的復合劑其減摩性能最好，且遠好于由仲胺及叔胺所形成的復合劑。 在兩種加胺方式下，硼酸酯的水解穩(wěn)定性均得到明顯提高；在大部分情況下，BN外配位復合劑的水解穩(wěn)定性優(yōu)于BN胺鹽復合劑。在兩種結合方式下，胺的烷基鏈越長其水解穩(wěn)定性越好。 6、苯硼酸酯衍生物的抗氧化

10、性能及其與酚類抗氧劑的協(xié)同作用： 普通的苯硼酸酯(PBB)在菜籽油中有一定的抗氧化作用，但效果并不顯著；含硫磷苯硼酸酯(PBDDP)的抗氧化性能特別好，且優(yōu)于T501；PBB及PBDDP與T501均有很好的抗氧協(xié)同作用，但PBDDP與酚類抗氧劑的協(xié)同作用更突出；T501有很強的自由基捕獲能力，進而起到抗氧化作用，但苯硼酸酯衍生物沒有明顯自由基捕獲能力，說明后者不屬于“捕獲自由基”抗氧化機理；在氧化初期，苯硼酸酯的加入可以大大減少

11、酚類抗氧劑的消耗量，這是其能與酚類抗氧劑起協(xié)同抗氧作用的主要原因。 7、通過對上述幾種含活性元素硼酸酯的摩擦作用機理研究后發(fā)現(xiàn)：有機硼酸酯在摩擦過程中會發(fā)生分解，在金屬表面形成由B2O3或部分硼酸酯組成的含硼吸附層，且吸附能力很強。這種吸附層可避免摩擦副間直接接觸，從而減少摩擦與磨損。當添加劑中還同時含有活性元素如N、S、P時，金屬表面可與其發(fā)生摩擦化學反應，可形成FeSO4、FeS、FePO4等無機反應膜或有機含氮金屬絡合物，