含氮、硫杂环酯类衍生物润滑油添加剂的合成与性能研究
发布时间：2020-06-10 05:53
【摘要】：摩擦磨损会使机械设备的可靠性、耐久性和能量利用率大大降低,加入含有极压/抗磨类添加剂的润滑油可以减缓这种现象。由于环境的原因,氯系、磷系和金属系等传统润滑油抗磨/极压剂的使用正在减少。在给定同样的性能和成本下,许多未来的润滑油添加剂更倾向于环保高效无灰抗磨剂。随着润滑油需求量的增加,新的可能市场包括生物降解型润滑油、高级交通工具润滑油和太空技术润滑油。而且,传统市场譬如发动机油、船舶、航空、齿轮与金属加工液,以及其他工业润滑油等领域的技术在不断更新,目前市售润滑油添加剂很难满足要求。因此,研发优质高档的润滑油添加剂具有重要意义。本文合成了12种新型含氮、硫杂环酯类衍生物润滑油添加剂。通过核磁共振氢谱(~1H NMR)和飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)表征了分子结构;通过定性分析,研究了添加剂在植物油(VO)中的油溶性、抗腐蚀性;用热重分析仪,研究了分子的热稳定性;通过测定其最大无卡咬负荷、烧结负荷、磨斑直径和摩擦系数等数据,分析并讨论了摩擦学性能。主要研究内容如下:(1)设计合成了3种不同结构的苯并三氮唑荒氨酸基乙酸丙酯衍生物润滑油添加剂(1a~1c)。结果表明:1a~1c的铜片腐蚀级别都为1a;且表现出优异的油溶性和热稳定性,热分解温度均在200℃以上;添加1.0%(质量分数,下同)1c油样的最大无卡咬负荷(P_B)值是植物油VO的1.7倍;烧结负荷(P_D)值是VO的1.3倍;磨斑直径比VO降低了50.7%;摩擦系数比VO减小了59.1%。(2)设计合成了3种不同结构的2-巯基苯并噻唑荒氨酸基乙酸丙酯衍生物润滑油添加剂(2a~2c)。结果表明:2a~2c的铜片腐蚀级别都为1a;且表现出优异的油溶性和热稳定性,热分解温度均在205℃以上;添加1.0%2c油样的最大无卡咬负荷(P_B)值是VO的1.8倍;烧结负荷P_D值是VO的1.6倍;磨斑直径比VO降低了45.9%;摩擦系数比VO减小了50.8%。(3)设计合成了3种不同结构2-巯基嘧啶荒氨酸基乙酸丙酯衍生物润滑油添加剂(3a~3c)。结果表明:3a~3c的铜片腐蚀级别都为1a;且表现出优异的油溶性油溶性和热稳定性,热分解温度均在190℃以上;添加1.0%3c油样的最大无卡咬负荷P_B值比VO提高了83.3%;烧结负荷P_D值比VO提高了25.0%;磨斑直径比VO降低了45.1%;摩擦系数比VO减小了41.8%。(4)设计合成了3种不同结构的2-巯基苯并恶唑荒氨酸基乙酸丙酯衍生物润滑油添加剂(4a~4c)。结果表明:4a~4c的铜片腐蚀级别都为1a;且表现出优异的油溶性油溶性和热稳定性,热分解温度均在200℃以上;添加1.0%4c油样的最大无卡咬负荷P_B值比VO提高了83.3%;烧结负荷P_D值比VO提高了25.0%;磨斑直径比VO降低了43.1%;摩擦系数比VO减小了36.1%。(5)合成的4个系列12种化合物均具有良好的热稳定性、抗腐蚀性和较好的油溶性;4个系列添加剂都表现出了优异的极压性能,其中,分子结构中含有2-巯基苯并噻唑的2c的P_B远高于植物油和ZDDP,为最佳极压剂;分子结构中含有苯并三氮唑的1c的抗磨和减摩效果均高于植物油和ZDDP,为最佳抗磨剂减摩剂。
【图文】：
4.12 (s, 2H), 3.93 (d, J=7.0 Hz, 2H), 3.65 (d, J=7.1 Hz, 2H), 2.51 2.44 (m), 2.06 (d, J=35.2 Hz, 2H), 1.31 (d, J=28.4 Hz, 16H), 0.88 (d, J=5.9 Hz, 12H).LDI-TOF-MS, m/z: calcd for C28H46N4O2S2[M+1]+: 535.310, found: 535.263。添加剂 1c：产量 23.49g，收率 88.0%的黄色油状液体，1H NMR (400 MHz, CDCδ 8.07 (d, J=8.4 Hz, 1H), 7.64 (d, J=8.3 Hz, 1H), 7.51 (t, J=7.6 Hz, 1H), 7.38, J=8.0, 7.2 Hz, 1H), 4.79 (t, J=6.9 Hz, 2H), 4.22 (t, J=5.8 Hz, 2H), 4.15 (d, J=3 Hz, 2H), 3.95 3.89 (m, 2H), 3.72 3.65 (m, 2H), 2.46 2.39 (m, 2H), 1.73 (dd, .8, 7.4 Hz, 4H), 1.30 (d, J=21.4 Hz, 20H), 0.90 0.85 (m, 6H). MALDI-TOF-MS/z: calcd for C28H46N4O2S2[M+1]+: 535.31, found: 535.263。.2 添加剂 1a~1c 的结构分析以化合物 1a 为例对其结构进行解析：
图 2-4 添加剂 1a 的 MALDI-TOF-MSFig.2-4 MALDI-TOF-MS of additive 1a图 2-3 和图 2-4 分别是 1a 的1H NMR 以及 MALDI-TOF-MS 图谱。由图 2-3 分析可知，δ=7.85、7.35、7.37、7.83 分别为苯环上 1、2、3、4 号位置氢的化学位移；δ=4.85、3.67、4.23 分别为 5、6、7 号位置氢的化学位移；δ=4.09 为 8 号位置氢的化学位移；δ=3.89为 9 号位置氢的化学位移；δ=1.60~1.78 为 10 号位置氢的化学位移；δ=1.25~1.43 为 11号位置氢的化学位移；δ=0.85~1.00 为末端甲基位置氢的化学位移。由图 2-4 可知，1a的分子离子峰 m/z 为 423.139，与理论计算的分子量[M+1]+=423.180 一致。根据以上图谱分析，添加剂 1a 的分子结构可以确定。类似方法可以确证添加剂 1b~1c 的分子结构（图谱见附录）。2.5 添加剂 1a~1c 的性能研究2.5.1 添加剂 1a~1c 的油溶性油溶性是润滑油添加剂重要性能之一，非油溶性添加剂必须加入分散剂复配，从而促使润滑油添加剂的功能的发挥。若设计的润滑油添加剂具有良好的油溶性，则可极大节约生产时间，控制成本。因此，具有良好油溶性的润滑油添加剂是本研究的目的之一。本文中通过引入长链烷基
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE624.82
本文编号：2705871
【图文】：
4.12 (s, 2H), 3.93 (d, J=7.0 Hz, 2H), 3.65 (d, J=7.1 Hz, 2H), 2.51 2.44 (m), 2.06 (d, J=35.2 Hz, 2H), 1.31 (d, J=28.4 Hz, 16H), 0.88 (d, J=5.9 Hz, 12H).LDI-TOF-MS, m/z: calcd for C28H46N4O2S2[M+1]+: 535.310, found: 535.263。添加剂 1c：产量 23.49g，收率 88.0%的黄色油状液体，1H NMR (400 MHz, CDCδ 8.07 (d, J=8.4 Hz, 1H), 7.64 (d, J=8.3 Hz, 1H), 7.51 (t, J=7.6 Hz, 1H), 7.38, J=8.0, 7.2 Hz, 1H), 4.79 (t, J=6.9 Hz, 2H), 4.22 (t, J=5.8 Hz, 2H), 4.15 (d, J=3 Hz, 2H), 3.95 3.89 (m, 2H), 3.72 3.65 (m, 2H), 2.46 2.39 (m, 2H), 1.73 (dd, .8, 7.4 Hz, 4H), 1.30 (d, J=21.4 Hz, 20H), 0.90 0.85 (m, 6H). MALDI-TOF-MS/z: calcd for C28H46N4O2S2[M+1]+: 535.31, found: 535.263。.2 添加剂 1a~1c 的结构分析以化合物 1a 为例对其结构进行解析：
图 2-4 添加剂 1a 的 MALDI-TOF-MSFig.2-4 MALDI-TOF-MS of additive 1a图 2-3 和图 2-4 分别是 1a 的1H NMR 以及 MALDI-TOF-MS 图谱。由图 2-3 分析可知，δ=7.85、7.35、7.37、7.83 分别为苯环上 1、2、3、4 号位置氢的化学位移；δ=4.85、3.67、4.23 分别为 5、6、7 号位置氢的化学位移；δ=4.09 为 8 号位置氢的化学位移；δ=3.89为 9 号位置氢的化学位移；δ=1.60~1.78 为 10 号位置氢的化学位移；δ=1.25~1.43 为 11号位置氢的化学位移；δ=0.85~1.00 为末端甲基位置氢的化学位移。由图 2-4 可知，1a的分子离子峰 m/z 为 423.139，与理论计算的分子量[M+1]+=423.180 一致。根据以上图谱分析，添加剂 1a 的分子结构可以确定。类似方法可以确证添加剂 1b~1c 的分子结构（图谱见附录）。2.5 添加剂 1a~1c 的性能研究2.5.1 添加剂 1a~1c 的油溶性油溶性是润滑油添加剂重要性能之一，非油溶性添加剂必须加入分散剂复配，从而促使润滑油添加剂的功能的发挥。若设计的润滑油添加剂具有良好的油溶性，则可极大节约生产时间，控制成本。因此，具有良好油溶性的润滑油添加剂是本研究的目的之一。本文中通过引入长链烷基
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE624.82
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，本文编号：2705871
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