苯并三氮唑基）丙基（二正丁基氨基）二硫代乙酸酯的合成、表征及性能研究.doc

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1、本 科 毕 业 论 文毕业论文题目：3-（苯并三氮唑基）丙基（二正丁基氨基）二硫代乙酸酯的合成、表征及性能研究学生姓名：学 号：学 院：化学工程与能源技术学院专业班级：指导教师姓名及职称：起止时间：2018年11月2019年5月摘 要含氮杂环化合物及其衍生物的润滑油添加剂具有无毒或低毒，优异的极压抗磨性能，可满足机械设备和环境的特殊要求，具有广阔的发展前景。本文设计合成了一种环友好的含氮杂环酰胺类润滑油添加剂3-（苯并三氮唑基）丙基（二正丁基氨基）二硫代乙酸酯（记为添加剂A），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A

2、在植物油（VO）中的油溶性、抗腐蚀性；通过热重分析仪，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。实验结果表明：该添加剂具有良好的油溶性、热稳定性和抗腐蚀性，含1.0%（质量分数）添加剂A的油样的最大无卡咬负荷（PB）值和烧结负荷（PD）值分别比LP提高了106%和59%，其油样的钢球磨斑直径（WSD）比LP降低了38%，有效提高了基础油的极压、抗磨和减摩性能。关键词：润滑油添加剂；摩擦学性能；合成；表征IAbstractThe lubricating oil additive containing nitrogen hetero

3、cyclic compound and its derivative has non-toxic or low toxicity, excellent extreme pressure anti-wear performance, can meet the special requirements of mechanical equipment and environment, and has broad development prospects. In this paper, an environmentally friendly Nitrogen-containing heterocyc

4、lic lubricating oil additive, 3 - (benzotriazolyl) propyl (di-n-butylamino) dithioacetate (denoted as additive A), was designed and synthesized. Their molecular structures were characterized by 1H NMR and MALDI-TOF-MS. The oil solubility and corrosion resistance of additives in vegetable oil (VO) we

5、re studied by qualitative analysis. The thermal stability of the molecule was studied by thermogravimetric analyzer. The tribological properties were analyzed and discussed by measuring the maximum non-sticking bite load, sintering load, wear spot diameter and friction coefficient. The experimental

6、results showed that the additive has excellent oil solubility, thermal stability and corrosion resistance. The maximum non-seizure load (PB) and sintering load (PD) of the oil sample with 1.0% additive A were 106% and 59% higher than LP respectively, and the wear scar diameter (WSD) was 38% lower th

7、an LP, which effectively improves the extreme pressure, antiwear and friction reduction properties of the base oil.Keyword: Lubricant additives; Tribological properties; Synthesis; CharacterizationIII目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1课题研究背景11.1.1润滑油的作用11.1.2润滑油市场发展趋势.11.2润滑油添加剂研究意义21.2.1润滑油添加剂的作用21.2.2润滑油添

8、加剂的分类4-521.2.3我国润滑油添加剂的现状和发展趋势41.3含氮杂环类润滑油添加剂41.3.1含氮杂环类润滑油添加剂的概况41.2.2含氮杂环类润滑油添加剂的研究41.3选题依据和研究内容5第二章 实验部分72.1 实验主要试剂和仪器.72.1.1实验主要仪器72.1.2实验主要试剂82.2添加剂A的合成92.2.1添加剂A的合成路线92.2.2 烷基荒氨酸钠盐的合成92.2.3 3-(1-苯并三氮唑基)-1-丙醇的合成92.2.4 3-(1-苯并三氮唑基)丙基-2-氯乙酸酯的合成92.2.5 目标化合物A的的合成102.3添加剂A的结构表征102.4添加剂A的油溶性试验102.5添加

9、剂A的热稳定性试验102.6添加剂A的抗腐蚀性试验102.7添加剂A的摩擦学性能试验及磨损表面分析10第三章 结果与讨论123.1添加剂A的表征与结构解析123.1.1添加剂A的表征结果123.1.2 添加剂A的结构分析123.2添加剂A的油溶性133.3添加剂A的热稳定性143.4添加剂A的抗腐蚀性143.5添加剂A的极压性能153.6添加剂A的抗磨性能153.6.1添加浓度对抗磨性的影响153.6.2载荷对抗磨性的影响163.7添加剂A的减摩性能173.8钢球磨损的表面形貌和元素分析18结论20参考文献21致谢23第一章 绪论第一章 绪论1.1课题研究背景1.1.1润滑油的作用对于任意企业

10、而言，其若想获得相对稳定的蓬勃发展，必须依赖于多样化机械设备的作用。为切实保障企业的生产过程，可以保持井然有序的基本特性，并表现出尤为显著的产品质量，应当使得企业所含有的全部机械设备，均维持在稳定运行的优良状态。从本质上而言，各种类型的机械设备，均涵盖数个零部件。故而当其实际运行时，数个零部件彼此之间必然会发生一系列摩擦现象，从而导致能量溢出，并可能会对相关零部件产生损伤。基于相关统计结果得知，在全球现有的能源消耗中，至少存在三分之一以上的能源消耗，均源自于摩擦发热，甚至在某些情况下，这项比例达到二分之一。此外，大约占据80%比例的零件故障，实则均源自于磨损产生1。在此情况下，必须有效提高机械

11、设备的润滑力度，尽可能延长多样化机器设备所表现出的使用寿命，有效减少后期的维护费用，才能为企业赢得更为可观的经济利润。1.1.2润滑油市场发展趋势.润滑油工业是国家工业发展重要一环，很多工业产品如汽车、船舶、大型设备、军工产品等都离不开润滑油的使用。中国工业发展研究报告（2018年）对润滑油行业发展作出预测：当处于1978-2017年间，中国GDP数值平均逐年递增9.5%，在此之中，工业GDP数值平均逐年递增11%。直至2018年，这项增速逐步趋于稳定，一般位于6%-8%的区间内。2019年，由于中国工业领域逐步获得相对稳定的蓬勃发展，故而工业增速尤为显著，究其根本，在于中国近年来的汽车产业，

12、愈发获得相对稳定的迅猛发展，家家户户均购进汽车予以代步，故而在未来一段时期，润滑油在国内的需求量必将与日俱增。发展潜力很足。预计到2022年，中国润滑油市场总需求将超过 1.0107t 2。在此背景下，多样化用户愈加针对润滑油质量，提出相对严苛的实际要求。润滑油发展将会往以下几方面发展：（1）润滑油性能差异化将更加明显，品种会越来越被细分。近年来，由于多样化科学技术的迅猛发展，各种类型的生产工艺愈加完善，生产工艺更加专业和机器设备更加精密，只有特种的润滑油才能满足特种工业生产或者特定机器设备维护的要求。（2）当前时期，中国境内现有的产业结构正处于持续调整当中，传统行业如钢铁、煤炭、电力设备等行

13、业对工业润滑油需求量增速会逐步放缓。然而，由于汽车领域的发展之势如火如荼，故而用户于车用润滑油的实际需求将会与日俱增，市场也将一片繁荣。（3）人们愈加关注于多样化工业污染的排放问题，致力于尽可能降低现有的能源消耗。在此背景下，若推行环保性极佳的润滑油，必将能够获得良好的成效。（4）一些使用量少，但作用显著的润滑油会越来越受用户欢迎。1.2润滑油添加剂研究意义1.2.1润滑油添加剂的作用对于润滑油而言，尤为关键的部分即为基础油，其可使得润滑油含有尤为良好的物理性能以及相应的化学性能。但随着工业发展，仅依靠提高基础油质量水平已经很难满足生产要求，所以加入润滑油添加剂显得尤为必要。经过几十年技术积累

14、和完善，各种类型的润滑油添加剂，已经逐步获得相对广泛的实际应用。仅需添加适当的润滑油添加剂，即可完善现有基础油的劣势，从而有效提高其所蕴含的性能。或者赋予润滑油新的功能。就现代工业来说，润滑油当中至关重要的部分，即为润滑油添加剂。一般而言，其在润滑油当中的含量不会超过10%，内燃机油其添加剂成分占比在20%左右，高碱值的船用气缸油其添加剂能占30% 以上3。1.2.2润滑油添加剂的分类4-5若基于作用而言，当针对现有的润滑油添加剂进行细致分类，能将其分为下述常规类别。其中涵盖抗氧抗腐剂以及相应的清净分散剂等。抗氧抗腐剂。所有的石油产品都会发生氧化，使油品组分的发生变化以及性能下降。在机器设备高

15、速高温运转的过程中，金属材料会发生化学反应致使润滑油变质，在某些情况下，将会形成相应的酸性产物，从而腐蚀重要的金属零部件。正因存在此类污染物，故而可能会发生一系列氧化反应，从而对金属产生一定的催化作用。抗氧化剂是一种添加剂，少量地加入石油产品中可以提高油品的抗氧化性，有利于油品的长期储存，有效提高其自身的使用寿命。其旨在借助于极性分子的作用，有效提高润滑油所含有的抗腐蚀性，尽可能降低氧化作用，并基于相关零件的表面，覆盖保护膜，以此来起到良好的隔绝作用。极压抗磨剂。当处于高温高压的环境中，存在于添加剂当中的硫元素以及磷元素等，将会和某特定的金属之间，发生强烈的氧化反应，从而产生含有显著低剪切应力

16、的相应化合物，形成一层极压固体润滑膜，以此来切实降低某设备在实际运行过程中，所存在的零部件彼此磨损现象，防止摩擦面发生烧结和擦伤，并有效降低油耗和噪音分贝。抗泡剂。一般情况下，润滑油在实际应用时，往往会受到来源于震荡等多样化因素的实际影响，故而形成数量性的泡沫，导致能量传递或者供油受影响。在此情况下，抗泡剂将能有效预防泡沫的形成，使其以极快的速度漫出油面，有效节约气泡的存在时间。清净分散剂。通常情况下，清净分散剂旨在将积碳以及大粒径颗粒等各种类型的不溶物，借助一定的方法，使其均匀悬浮在基础油之上，而避免在机器零部件表面堆积，影响极机器设备的正常运转。防锈剂。防锈剂可以快速高效地渗入铁锈、油污、

17、腐蚀物内部，达到将其清除的目的。同时可在金属零件和基础油的界面上形成并稳定排列紧密的润滑膜，隔绝水分、有机酸等。降凝剂。降凝剂不仅可以有效减少基础油所表现出的凝固点，另一方面在于作用于蜡质的结晶过程，使蜡质形成小的晶体，即使在低温环境中基础油也可保持流动状态。增粘剂。在大多数情况下，增粘剂分子均涵盖酚羟基、羧基以及醚键等，借助于此类物质，将能持续优化润滑油所表现出的粘温性，从而获得最佳黏性。1.2.3我国润滑油添加剂的现状和发展趋势中国经由持续的自主研发，并积极借鉴全球已经研发出的高端前沿的添加剂工艺。现今已经研发出极压抗磨剂以及清净分散剂等性能优良的产品。与此同时，产品规模也处于持续扩张当中

18、。现如今，中国在润滑油方面，已经存在高达12大类的添加剂品种，其中还涉及到113余品种，已经能够切实满足中国在润滑油方面所提出的实际要求。但在润滑油添加剂高端产品领域，我国还是处于起步阶段，国内大部分市场份额被国外大公司所占领。现如今，全球范围内愈发关注于环境保护的重要性，某些蕴含过量硫元素以及有害金属元素的一批添加剂，已经逐步停止生产。润滑油添加剂向着无毒无硫无磷、低灰份、绿色环保、和具有出色的极压抗磨性和生物可降解性的方向发展，唯有如此，才能切实保障润滑油添加剂所含有的良好环保性以及经济性。1.3含氮杂环类润滑油添加剂1.3.1含氮杂环类润滑油添加剂的概况氮原子可提高化合物的共轭 电子轨道

19、的电子云密度，使共轭体系与金属表面原子络合成键，并且能够当做给电子体进行使用，从而实现弧对电子以及相应金属原子彼此之间的空轨道络合6。值得一提的是，若能基于含氮杂环母核所含有的侧基，融于多样化性能的官能团，将能据此制备出含有各类功能的相应含氮杂环化合物添加剂7。基于相关研究可知，此类添加剂表现出尤其显著的热稳定性，还能抗氧防腐，切实满足各种类型机械设备所提出的一系列实际要求, 因而具有广阔的发展前景。1.2.2含氮杂环类润滑油添加剂的研究晏金灿等8经研究发现，若在某矿物基础油产品当中，融于一定数量的含氮硼酸酯，则将能表现出尤其显著的极压抗磨性能。在ZDDP的复配使用的过程中，表现出色摩擦学性能

20、。研究发现，烷基咪唑啉硼酸酯与油酸复合后可明显提高耐负荷和极压性能，并且随着油酸咪唑啉硼酸酯的添加量增多，水溶液耐负荷性能越强。李久盛等Error! Reference source not found.将苯并三氮唑与十六酰氯反应，成功合成出某特定的苯并三氮唑衍生物，详见图1-1 f。需要注意的是，当借助于四球摩擦试验机的作用，将能体现出菜籽油当中所含有的摩擦性能，与此同时，借助于X射线光电子能谱的作用，将能针对磨斑上存在的相关化学成分，进行相对深入的综合分析。结果表明，若在添加剂当中融于一定的菜籽油，将可表现出卓越的抗氧化性能。由XPS分析可知，若基于金属产生某特定的反应膜，这种膜会隔离界面

21、，以此来有效增强抗磨性能以及相应的减摩性能。Huang等10实验研究表明，若在润滑油当中融于一定的含氮杂环类添加剂，将可表现出尤其显著的抗磨减磨性能，并且此项性能将会由于胺分子当中所蕴含的氨基数量的提高，而随之提高。韦淡平等11研究发现大多数纯含氮杂环类润滑油添加剂具有良好的抗磨性能，并且在杂环上有羟基或者含氧取代基时的抗磨性能会更好。在摩擦过程中，纯含氮杂环类润滑油添加剂与金属反应生成了高电阻的含氧聚合膜，后者在金属表面反应形成具有抗磨性能的金属皂中国学者黄伟九12，曾经成功合成出性能优良的2-硫代苯并噻唑-3-甲酯。研究发现，与ZDDP相比，此类物质表现出尤其优良的极压抗磨基本性能。其作用

22、机理为：当其和金属发生摩擦时，会产生蕴含Fe S2以及FeS等化合物的保护膜等。从现有的研究结果表明，如果在润滑油当中，添加适量的含氮杂环类添加剂，将会表现出尤为良好的抗磨减压基本性能，但在含氮杂环润滑油添加剂规模化生产方面还未成熟，目前仍处于实验制备阶段，在原料选取，合成路线等方面还需进一步优化。1.4选题依据和研究内容设备运行必将不可避免的出现摩擦现象，由此将会造成不必要的能量消耗，以及各种类型的机械磨损。但仅仅依靠改善润滑油的炼制方法已经很难满足工业生产的发展需求，所以加入润滑油添加剂尤为必要。但是，在中国现今销售的润滑油添加剂中，普遍涉及到P以及各种重金属元素。故而后期需要注重于环保性

23、。已有研究表明，含氮丰富的苯并三氮唑具极压抗磨性、抗腐蚀性、较高的热稳定性能等，此外其还含有充足的氮元素，可促进微生物的繁殖，使其具有良好的可微生物降解性13-14。另外，荒氨酸官能团结构中不但含有氮元素，而且还引入了改善润滑油极压性能的硫元素，所以含有该结构的化合物具有良好的摩擦学性能和抗腐蚀等多种功能15；长链烷基与杂环化合物易于结合生成致密反应膜，能够持续优化分子所含有的减摩抗磨性能。综上所述，本文设想以苯并三氮唑为结构母体，引入酯基和荒氨酸基，将能持续优化添加剂所含有的摩擦性能；引入长链烷基，进一步增加其油溶性和抗磨性能，合成出一种环境友好的含荒氨酸基苯并三氮唑衍生物作为润滑油添加剂。

24、借助于四球摩擦磨损试验机的作用，将能针对植物油当中所涉及的添加剂A，而表现出的摩擦性能，进行相对深入的细致观察。21第二章 实验部分第二章 实验部分2.1 实验主要试剂和仪器.2.1.1实验主要仪器表2-1 实验中所用试剂规格及来源试剂名称规格来源二正丁胺AR上海麦克林生化科技有限公司氯乙酰氯AR上海麦克林生化科技有限公司苯并三氮唑AR上海麦克林生化科技有限公司3-氯-1-丙醇AR上海麦克林生化科技有限公司四丁基溴化铵AR上海麦克林生化科技有限公司二硫化碳AR上海麦克林生化科技有限公司三乙胺AR天津市富宇精细化工有限公司氯仿AR天津市富宇精细化工有限公司四氢呋喃AR天津市富宇精细化工有限公司乙

25、酸乙酯AR天津市富宇精细化工有限公司无水乙醇AR天津市富宇精细化工有限公司无水硫酸镁AR天津市富宇精细化工有限公司氢氧化钠AR天津市富宇精细化工有限公司硅胶层析（200300）-青岛海洋化工有限公司植物油-广州仕久化工有限公司2.1.2实验主要试剂表2-2 实验仪器及设备仪器名称仪器型号生产厂家飞行时间质谱仪Bruker ultraflex-型瑞士Bruker公司核磁共振波谱仪Bruker ARX400型瑞士Bruker公司四球摩擦磨损试验机MS-10A型厦门天机自动化有限公司扫描电子显微镜JSM-6360LV型日本电子株式会社热重分析仪TG 209型德国耐驰仪器制造有限公司电子精密天平XB3

26、20M型上海精科天美仪器有限公司电热鼓风干燥箱GZX-9076 MBE型上海博讯实业有限公司医疗设备厂集热式恒温加热磁力搅拌器DF-101B型巩义市科瑞仪器有限公司旋转蒸发仪RE-52AA型上海亚荣生化仪器厂低温冷却液循环泵DLSB-5/40型巩义市予华仪器有限责任公司循环水式多用真空泵SHB-IV双A型郑州长城科工贸有限公司暗箱式紫外分析仪ZF-20D型巩义市科瑞仪器有限公司2.2添加剂A的合成2.2.1添加剂A的合成路线图2-1 添加剂A的合成路线2.2.2 烷基荒氨酸钠盐的合成依次在250 mL三口瓶中加入0.05 mol（6.45 g）二正丁胺，0.06 mol（2.40 g）氢氧化钠

27、和50 mL四氢呋喃（THF），冰浴下条件用恒压滴液漏斗滴加0.05 mol（3.80 g）二硫化碳，搅拌反应2.5 h。反应结束后，即刻过滤，并经由旋转蒸发，来获得烷基荒氨酸钠盐。2.2.3 3-(1-苯并三氮唑基)-1-丙醇的合成250 mL三口瓶中依次加入0.05 mol（5.95 g）苯并三氮唑，60 mL无水乙醇，升温搅拌反应0.5 h后；用恒压滴液漏斗滴加0.05 mol（4.70 g）3-氯-1-丙醇，回流反应10 h。反应液经过滤旋除去溶剂后得到粗产品。用硅胶层析柱（硅胶粉目数为200300，下同）分离提纯得到3-(1-苯并三氮唑基)-1-丙醇。2.2.4 3-(1-苯并三氮唑

28、基)丙基-2-氯乙酸酯的合成250 mL三口瓶中依次加入0.05 mol（9.55 g）3-(1-苯并三氮唑基)-1-丙醇，0.06 mol（6.06 g）三乙胺，60 mL氯仿，冰浴下用恒压滴液漏斗滴加0.06 mol（6.72 g）氯乙酰氯，搅拌反应3.0 h。反应液通过洗涤以及干燥等一系列基本操作，将可获得粗产品。用硅胶层析柱分离提纯得到3-(1-苯并三氮唑基)丙基-2-氯乙酸酯。2.2.5 目标化合物A的的合成250 mL三口瓶中依次加入上述荒氨酸钠盐、少量四丁基溴化铵（TATB）、50 mL THF，室温下用恒压滴液漏斗滴加3-(1-苯并三氮唑基)丙基-2-氯乙酸酯，先搅拌反应0.5

29、 h后，后回流搅拌反应5.0 h。反应液经洗涤、干燥、旋除溶剂后得到黄色油状化合物。用硅胶层析柱（硅胶粉目数为200300）分离提纯得到目标化合物A。2.3添加剂A的结构表征利用Bruker ultraflex-型飞行时间质谱仪来测定添加剂A的MALDI-TOF-MS；利用Bruker ARX400型核磁共振波谱仪来测定添加剂A的1H NMR，以CDCl3作为溶剂，TMS作为内标。2.4添加剂A的油溶性试验分别加入不同量的添加剂A，观察期其在植物油中的油溶性。依次将添加剂A设定为三组质量分数，即，使其依次添加至某含有植物油的特定烧杯当，随后，加热至60，充分搅拌直至其溶解，晾至室温并持续放置7

30、2 h，最后对其进行观察。2.5添加剂A的热稳定性试验本文旨在借助于TG 209型热重分析仪的作用，与此同时，选择相应的热重分析法，以此来针对添加剂A，进行科学合理的热稳定性测试，并将升温速度设定成20/min。2.6添加剂A的抗腐蚀性试验首先，将试验所用的铜片裁剪成标准尺寸并用砂纸打磨后，置于含有1.0%添加剂A的植物油的试管中。随后，将试管放于100的烘箱当中静置3 h。直至完成实验，再借助于石油醚溶剂的作用，将铜片进行细致清理。最后，观察铜片的颜色，以此来判断腐蚀程度。2.7添加剂A的摩擦学性能试验及磨损表面分析极压性能可以通过最大无卡咬负荷PB值（代表油膜强度）和烧结负荷PD值（代表极

31、限工作能力）的大小来衡量。依次将添加剂A以及相应的ZDDP，均融于含有一定植物油的烧杯当中，使其依次成为1.0%试验油样。此后，基于GB 3142-82标准，评价油样的极压性。值得一提的是，试验采用GCr15轴承钢球，直径表现为12.7 mm，满足标准级，其所涉及的基本元素，详见表2-3。除此之外，磨斑直径若很小，则添加剂所表现的抗磨性能也将越好。先将添加剂A和市售的ZDDP加入到含植物油的不同烧杯中，依次配置的相关试验油样，评价其抗磨性。在392 N载荷下进行长磨试验，其中，本文将试验条件设定为：当完成试验时，再将三者的磨斑直径进行平均；并将试验重复两次，测量误差需5%；在此之后，应当借助于

32、石油醚溶剂的作用，将下钢球进行细致清洗，并借助于JSM-6360LV型扫描电子显微镜的作用进行深入查看，以此来进行科学合理的细致分析。同理，以浓度为定量，载荷为变量，测量多样化载荷，相对于添加剂A所蕴含的抗磨性，而产生的实际影响。将添加剂A以1.00%的添加量加入植物油中，制成试验油样；另设一空白组，即植物油中不添加其他任何的添加剂。室温下进行长磨试验并记录数据。表2-3 试验用钢球元素组成表元素组成CCrMnSiNiPCuS质量分数/%0.951.051.301.650.200.400.150.350.300.0270.250.020致谢第三章 结果与讨论3.1添加剂A的表征与结构解析3.1

33、.1添加剂A的表征结果添加剂A：产量18.99g，收率90.0%的黄色液体， 7.877.81 (m, 2H), 7.397.33 (m, 2H), 4.85 (s, 2H), 4.23 (t, J = 5.4 Hz, 2H), 4.09 (s, 2H), 3.943.86 (m, 2H), 3.713.61 (m, 2H), 2.532.42 (m, 2H), 1.781.60 (m, 4H), 1.431.25 (m, 4H), 1.000.85 (m, 6H). 423.180, found: 423.139。3.1.2 添加剂A的结构分析图3-1为添加剂A的1H NMR结果。由图2-3

34、分析可知，=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；=4.85、3.67、4.23分别为5、6、7号位置氢的化学位移；=4.09为8号位置氢的化学位移；=3.89为9号位置氢的化学位移；=1.601.78为10号位置氢的化学位移；=1.251.43为11号位置氢的化学位移；=0.851.00为末端甲基位置氢的化学位移。图3-1 添加剂A的1H NMR图3-2为添加剂A的MALDI-TOF-MS结果。由图2-4可知，添加剂A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，将能得知添加剂A所表现出的分

35、子结构。图3-2 添加剂A的MALDI-TOF-MS图3.2添加剂A的油溶性详见表3-1，即为本文采用添加剂A所表现出的油溶性结果。由表3-1可知，当其添加量表现为3.0%的情况下，油样未变混浊（图3-3为添加剂A的添加量为3.0%时油样的外观图）；这意味着其表现出显著的油溶性，与预期结果一致。因此，长链烷基的引入可以改变添加剂分子的极性，将能持续优化其处于植物油环境下所表现出的溶解性。表3-1 添加剂A在植物油中的油溶性试验结果Additivesw(Additive)=1.0%w(Additive)=2.0%w(Additive)=3.0%1aClearClearClear图3-3 添加3%

36、化合物A的样品外观图3.3添加剂A的热稳定性详见图3-4，即为本文采用添加剂A所表现出的热分解温度曲线，由图2-6可知，其起始分解温度保持在210左右，最终分解温度分别约为435，这意味着烷基链，并未对其所含有的热稳定性，产生最为直接的影响。研究表明Error! Reference source not found.，通常情况下，ZDDP所表现出的起始热分解温度仅处于130-185的范围当中；相比之下，添加剂A表现出尤其显著的热稳定性，可适用于高温工况。图3-4 添加剂A的热失重曲线3.4添加剂A的抗腐蚀性详见表3-2，即为本文采用添加剂A所表现出的铜片腐蚀结果。由此得知，其可达到1a的腐蚀级

37、别，这意味着其表现出尤其显著的抗腐蚀性；其原因可能是由于苯并三氮唑是优良的抗铜片腐蚀化合物，与此同时，由于存在酯基等极性基团，两者协同增效使油样表现出了良好的抗腐蚀性Error! Reference source not found.表3-2 添加剂A的铜片腐蚀试验结果SampleSheet copper corrosionVO+1%A1a3.5添加剂A的极压性能图3-5为油样的PB、PD结果。由图3-5可知，植物油的PB和PD值分别为470 N和784 N，所合成的添加剂均提高了基础油的PB和PD值。这可能是在摩擦过程中，碳氧键、碳硫键断裂，使活性元素与金属发生反应，产生密闭性极佳的反应膜，

38、有效增强植物油所蕴含的极压性能17。由此可推测出添加剂分子中苯并三氮唑、酯基、荒氨酸基团的引入极大地提高了添加剂的极压性能。含添加剂A的油样的PB值均为804 N，约为植物油的1.7倍，PD值为980 N，约为植物油的1.25倍，这意味着添加剂A所含有的极压性能尤为突出。此外，其表现出的PB和PD值基本一致，原因是其所含官能团相同，仅结构不同，这意味着烷基链并未直接影响到添加剂A所表现出的极压性能。 图3-5 植物油和含ZDDP、含添加剂A的油样的PB和PD值3.6添加剂A的抗磨性能3.6.1添加浓度对抗磨性的影响图3-6为磨斑直径随植物油中添加剂质量分数变化曲线。基于图3-6将能得知，当处于

39、植物油的作用下，磨斑直径表现为1.405 mm。并且由于前者的持续滴入，后者先略微降低，后基本不变。磨斑直径达到最小值时的添加量为1.0%。首先，或许因为添加剂当中蕴含的酯基，径直吸附于钢球之上，形成润滑膜，有效减少磨斑直径，并引发添加剂分子的突增，达到动态平衡18。其中，含1.0% 1c油样的抗磨性最好，其中磨斑直径相较于植物油，持续减少50.8%，而比含1.0% ZDDP油样降低了11.5%，即抗磨性能比基础油提高了50.8%，比ZDDP提高了11.5%。除此之外，添加剂所表现的抗磨性，和烷基链长度呈现出正比例关系，且直链烷基优于支链的17。图3-6 钢球磨斑直径随植物油中添加剂质量分数的

40、变化3.6.2载荷对抗磨性的影响详见图3-7，即为处于392 N载荷环境中，磨斑直径呈现出的变动曲线。由图3-7可知，两者呈现出正比例关系，当载荷大于392 N时，植物油失去抗磨作用。载荷进一步增加时，磨斑直径的增速基本稳定，这意味着添加剂A表现出尤为显著的抗磨性。图3-7 钢球磨斑直径随附加载荷的变化曲线3.7添加剂A的减摩性能图3-8为平均摩擦系数变化曲线。详见图3-8，可知若将植物油融于下述两类物质，将能切实降低既定的摩擦系数，并且添加剂A效果更佳。与抗磨机理相似，在金属表面既有吸附层，又有反应层。吸附层的形成由于分子的极性，烃基溶于油中，极性基锚固在金属表面，定向排列在金属表面；而反应

41、层主要是添加剂分子与金属表面反应，形成反应膜。另外，减摩性能受分子结构和链长度影响，具体为直链分子减摩性能大于支链，长链大于短链Error! Reference source not found.。图3-8 摩擦系数随植物油中添加剂质量分数的变化3.8钢球磨损的表面形貌和元素分析图3-9为下钢球磨斑表面形貌的SEM图谱。详见图3-9，将能得知，如果并没有融于添加剂，则处于植物油作用下，钢球所表现出的磨斑直径将尤其显著，严重磨损。然而，若融于两类添加剂，则所表现出的磨斑直径将有效降低。这意味着，当处于植物油作用下，添加剂可切实降低磨损现象。图3-9 钢球磨斑表面形貌SEM图(a) (b) VO;

42、 (c) (d) VO +ZDDP; (e) (f) VO+1a详见表3-3，将能得知，如果处于植物油的作用下，则钢球之上存在的绝大多数元素均为Fe元素，并伴随着部分C以及S元素。而当处于添加剂的作用下，则还存在N元素，与此同时，O、S元素含量有效提高，这意味着，添加剂在摩擦时存在C-O以及C-S的分子键断裂，从而发生一系列化学反应，生成密闭性极佳的保护膜，可切实降低磨损现象Error! Reference source not found.。表3-3 磨斑表面元素分析结果Samplew/%CNOSCrFeVO6.500.001.290.121.4490.65VO+1a5.082.262.43

43、0.910.9288.4结论本章将具有优良润滑性能的苯并三氮唑、酯基、含硫基团、长链烷基等设计组合；合成3类表现出多样化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（1a1c）。与此同时，针对其所含有的的润滑性能，进行相对深入的细致研究，结果如下：（1） 当处于植物油条件下，添加剂A表现出尤为显著的溶解度；与此同时，铜片腐蚀表现为1a等级，性能良好；热分解温度高于201，可以满足一般和高温工况。（2）添加剂A表现出尤其显著的摩擦学性能。其中，添加剂A的性能最好，PD值甚至达到植物油同参数的1.25倍；磨斑直径相较于植物油，有效减少高达50.8%，即抗磨性能比植物油提高了50.8%。（3）

44、经由SEM结果将能得知，添加剂A将能有效降低钢球磨斑直径。钢球表面磨痕规整，擦伤较轻。究其根本，在于添加剂在摩擦时和金属产生反应，生成了隔离膜，切实增强植物油所含有的摩擦性能。参考文献1 张子林.浅析机械设备润滑的重要性J.内蒙古石油化工,2012,38(03):63-66.2 吴曲波. 中国润滑油市场发展现状及未来趋势J. 石油商技, 2017, 35(06): 4-7.3 丁娅,陈炳耀,杨善杰. 润滑油添加剂发展综述J. 山东工业技术, 2019(04): 10+7.4 斯涵,屈雄,陈亮锦. 润滑油常用添加剂种类及作用分析J. 当代化工研究, 2017(10): 3-4.5 敖广. 润滑油

45、常用添加剂种类及作用J. 设备管理与维修, 2015(11): 30-336 饶文琦. 含氮杂环润滑油添加剂的合成及其摩擦学研究D. 上海交通大学, 2003.7 任天辉,薛群基. 含氮杂环化合物及其衍生物用作多功能润滑油添加剂的研究发展现状J. 摩擦学学报, 1994(04): 370-381.8 晏金灿,白雪峰,任天辉,曾祥琼,E.van der Heide. 含氮硼酸酯类极压抗磨剂的摩擦学性能J. 石油商技, 2012, 30(05): 109-111.9 李久盛, 任天辉, 张雁燕, 等. 苯并三氮唑及其衍生物在菜籽油中的摩擦学性能研究J. 摩擦学学报, 2001, 21(3):187

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