新型硫，氮杂环有机硼酸酯的制备及其摩擦化学研究

发布时间：2020-05-13 05:48

【摘要】：随着环保要求日益的提高,对润滑油添加剂的的发展方向提出了新的发展方向,即向无灰无磷方向发展,其中含S,N杂环衍生物和硼酸酯衍生物用作极压抗磨添加剂成为目前研究的热点。本文通过结构设计,把含S、N活性元素的噻唑杂环引入到有机硼酸酯中,设计制备了十一种新型含噻唑杂环的有机硼酸酯添加剂,使用四球机考察了它们的摩擦学性能,并考察了部分添加剂和传统添加剂ZDDP复配后的协同效果;另外还采用SEM、AFM、XPS、XANES等表面分析方法对不同系列的添加剂的摩擦学机理也进行了研究。本文主要研究内容和结论如下:1.制备了两种硼酸甘油酯噻二唑类衍生物添加剂BBBD和BBOE,并用四球摩擦磨损试验机考察了它们在矿物油中的摩擦学性能。合成的两种硼酸甘油酯噻二唑类极压抗磨添加剂在油溶性和水解稳定性方面有了一定的改善,且在较低的浓度0.25 wt.%下,两种添加剂都已经体现出优异的抗磨性能和减摩性能;XANES分析结果表明,摩擦膜的主要组分硫化亚铁和硼酸盐,从摩擦磨损性能可知此组分为有效的边界润滑膜。2.合成了两种N-烷基二乙醇胺硼酸酯噻二唑衍生物添加剂N-十八烷基二巯基噻二唑硼酸酯(代号BPTT)以及N-辛烷基二巯基噻二唑硼酸酯(代号BPCD),并考察了这两种添加剂在锂基脂中的摩擦磨损性能。另外,还单独考察了BPTT和ZDDP复配在可生物降解基础液中的摩擦学性能,并通过XPS对摩擦膜的组成进行了分析,且用X射线吸收近边结构光谱对B和S元素的K边进行分析,探究了复配后的摩擦化学机理。摩擦学测试结果表明BPTT和BPCD在锂基脂中均有一定的抗磨减摩性能。BPTT在菜籽油中的抗磨性能和ZDDP相当,减摩性能明显优于ZDDP,且二者具有很好的协同增效作用。XANES和XPS分析结果表明,BPTT在菜籽油中的摩擦膜主要由B2O3,Fe SO4,Fe S以及Fe2O3组成,剪切强度较小,避免金属直接接触。3.利用电子分散理论设计了合成了三乙醇胺硼酸酯噻二唑衍生物抗磨剂,考察了其油溶性和水解稳定性,并对摩擦学性能进行了考察。另外还利用X射线吸收近边结构光谱对硫和硼的K边进行了分析测试,考察了其摩擦化学机理。由于分子结构中B的sp2空轨道通过双氧桥连模式和氧原子成键,并可能有分子内N→B配位,且支链中含有酯基,具有较高的电子云密度,所以有较好的油溶性和水解稳定性。BPTO和MPTO在油溶性和水解稳定方面都有明显改善,且具备优异的极压性能且BPTO和ZDDP在提高极压性能方面有一定的协同增效作用。BPTO和MPTO都有很好的减摩抗磨性能。硫元素的XANES分析结果表明BPTO和MPTO在摩擦过程中产生的摩擦反应膜的主要组分可能都是Fe S和Fe S2的混合物,摩擦膜失效时的摩擦膜组分里有明显的Fe SO4的信号峰,硼元素的XANES分析结果表明BPTO和MPTO的摩擦膜以B2O3为主。4.制备了两种硼酸甘油酯苯并噻唑类衍生物添加剂PDMS和PDMOE,并用四球摩擦磨损试验机考察了它们在矿物油中的摩擦学性能。合成的两种硼酸甘油酯苯并噻唑类极压抗磨添加剂在油溶性和水解稳定性方面有了一定程度的改善,且在较低的浓度0.25 wt.%下,两种添加剂都已经体现出优异的抗磨性能,PDMOE在不同浓度下的摩擦系数都比基础油低,而添加了PDMS的基础油的摩擦系数并没有明显降低。XANES分析结果表明,摩擦膜中主要以硫化亚铁和硼酸盐的形式存在。5.设计合成了以苯并噻唑为载体的乙醇胺有机硼酸酯化合物,除了对其水解稳定性进行了详尽的考察以外,还对其摩擦学性能进行了分析。且用X射线吸收近边结构光谱对摩擦副表面的边界润滑膜的组成进行了探究,探讨其摩擦化学机理。合成的三种添加剂BPOT、BDEE和BPBBD在基础油5CST中有很好的水解稳定性。其水解稳定好是因为添加剂分子中含有更多的强供电子基团,即含有大π键的芳环,另外,BPOT和BDEE中的B的sp2空轨道通过双氧桥方式和氧原子成键,而BPBBD则是由单氧桥和氮配位方式成键。在5CST中,BPOT、BDEE和BPBBD都显示了较好的极压抗磨性能。摩擦膜的XANES分析结果显示三种添加剂在摩擦副表面均生成硼的氧化物和盐,形成的边界润滑膜的硬度较高,剪切强度较低,因此阻止了钢球的直接接触。但是S的摩擦膜K边XANES结果显示Fe SO4和Fe S以一定的比例存在。
【图文】：

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另外，润滑剂因为其结构特性还有防锈、减振、密封、传递动力等作用而使设备延长寿命，，降低能耗。图1-1 古人运输雕像的记载图（润滑脂）Fig.1-1 Transporting an statue through grease lubrication图1-2 Stribeck 曲线Fig.1-2 The Stribeck curve

曲线,曲线

Stribeck曲线
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE624.82

【参考文献】