油酸二乙醇酰胺硼酸酯的制備及在全合成切削液中的應(yīng)用

劉 軍，宋揚(yáng)揚(yáng)

（陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西西安710054）

油酸二乙醇酰胺硼酸酯的制備及在全合成切削液中的應(yīng)用

劉 軍，宋揚(yáng)揚(yáng)

（陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西西安710054）

本文以油酸、二乙醇胺反應(yīng)，甲苯為帶水劑制備油酸二乙醇酰胺，通過在不同反應(yīng)溫度下測定反應(yīng)物胺值，得出適宜的反應(yīng)溫度為150℃。將制備的油酸二乙醇酰胺與硼酸、正丁醇在180℃下反應(yīng)制備油酸二乙醇酰胺硼酸酯。將其做為主要防銹劑應(yīng)用于全合成切削液中，以疊片防銹試驗(yàn)為考察依據(jù)，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化切削液主要成分配比，產(chǎn)品符合GB/T6144-2010。

油酸二乙醇酰胺硼酸酯；全合成切削液；疊片防銹試驗(yàn)

切削液一般是指材料在切削加工過程中，為及時(shí)帶走切削區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的熱量以降低切削溫度，延長刀具使用壽命，提高工件加工精度而使用的工作液。其通常應(yīng)具備潤滑、冷卻、清洗、防銹等作用[1]。切削液按組成可分為油基切削液和水基切削液，其中水基切削液又分為乳化液、半合成切削液、全合成切削液。

全合成切削液一般由防銹劑、極壓添加劑、殺菌劑等添加劑組成?；瘜W(xué)需氧量為一般乳化液的十分之一，具有性質(zhì)穩(wěn)定，加工可視性好、使用周期長等優(yōu)點(diǎn)[2]。

油酸二乙醇酰胺硼酸酯分子中同時(shí)含有酰胺基、硼氧雜環(huán)和長碳鏈烴基，其極性基團(tuán)可以吸附于金屬表面，而疏水端可形成保護(hù)膜，防止金屬生銹，具有優(yōu)異的防銹性能[3]。同時(shí)由于有機(jī)硼酸酯水解或在摩擦過程中在金屬表面生成了含B2O3、H3BO3、有機(jī)氮等復(fù)合膜，提高了切削液的承載能力和抗磨減摩性能[4]，因此，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本研究以油酸、二乙醇胺、硼酸、甲苯、正丁醇等原料合成了油酸二乙醇酰胺硼酸酯，利用FT-IR對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)做出了表征。將制得的油酸二乙醇酰胺硼酸酯應(yīng)用于切削液中，并設(shè)計(jì)該切削液的優(yōu)化配方，依據(jù)GB/T6144-2010（合成切削液）對該切削液的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測試，使其達(dá)到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，滿足使用要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

油酸、二乙醇胺、硼酸、甲苯、正丁醇、苯并三氮唑均為為分析純。

GRX-9140A恒溫干燥箱；F2HA控溫電加熱套；RE-5203旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；Avatar370紅外吸收光譜儀。

1.2 油酸二乙醇酰胺的制備

在裝有電動攪拌器、分水器、溫度計(jì)的三口燒瓶中先加入84.7g的油酸（0.3mol），將油酸加熱至70℃，再加入10.5g的二乙醇胺（0.1mol），以80mL甲苯回流分水，在一定溫度下反應(yīng)4h后不再有水生成。后投入21g二乙醇胺（0.2mol），保溫反應(yīng)4h。所得產(chǎn)物用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸出甲苯后得黃色粘稠液體油酸二乙醇酰胺。

反應(yīng)方程式如下：

1.3 油酸二乙醇酰胺硼酸酯的制備

在帶有分水器、溫度計(jì)、磁力攪拌的三口燒瓶中加入上步制得產(chǎn)物油酸二乙醇酰胺88.6g（0.24mol），硼酸12.4g（0.2mol），80mL正丁醇，升溫至180℃，反應(yīng)6h后不再有水生成結(jié)束反應(yīng)，。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)出正丁醇，得目標(biāo)產(chǎn)物油酸二乙醇酰胺硼酸酯。經(jīng)兩部反應(yīng)油酸二乙醇酰胺硼酸酯收率達(dá)89%。反應(yīng)方程式如下：

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度的影響

因油酸與二乙醇胺反應(yīng)生成油酸二乙醇酰胺的同時(shí)會有其他副反應(yīng)的發(fā)生，為抑制副反應(yīng)，一般先用過量油酸與二乙醇胺進(jìn)行反應(yīng)，生成酰胺單酯、酰胺雙酯，然后投入剩余二乙醇胺，將酰胺單酯、酰胺雙酯分解為油酸二乙醇酰胺。

當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到不再分出水分時(shí)，可通過測定反應(yīng)物的胺值，判斷反應(yīng)終點(diǎn)[5]。測定方法如下：

在250mL錐形瓶內(nèi)準(zhǔn)確稱取一定量的反應(yīng)物，精確至0.001g，加入100mL無水乙醇，待樣品完全溶解后，在待滴定溶液中加入0.1%溴酚藍(lán)-乙醇指示劑3～4D，用0.1mol·L-1鹽酸-乙醇溶液進(jìn)行滴定。至溶液剛出現(xiàn)黃色為終點(diǎn)，并保持30s溶液顏色不發(fā)生變化為滴定終點(diǎn)。

記下HCl消耗的毫升數(shù)，所測樣品胺值計(jì)算公式如下：

式中V：中和樹脂溶液所需HCl-EtOH溶液溶液的體積數(shù)，mL；c：HCl-EtOH溶液溶液的濃度，mol·L-1；m：試樣的質(zhì)量，g。

在不同反應(yīng)溫度下，測得產(chǎn)物的胺值如見表1。

表1 不同反應(yīng)溫度下產(chǎn)物的胺值Tab.1 The amine value of reactants at different temperature

由表1數(shù)據(jù)可知，油酸二乙醇酰胺反應(yīng)溫度在150℃比較合適，能保證氨基分解比較徹底，但當(dāng)溫度超過一定范圍后，胺值又會增加，這說明隨著溫度的升高，副產(chǎn)物氨基酯的含量在增加。

2.2 油酸二乙醇酰胺硼酸酯的FT-IR譜圖表征

利用傅里葉變換紅外光譜表征油酸二乙醇酰胺硼酸酯。

圖1 油酸二乙醇酰胺硼酸酯的FT-IR譜圖Fig.1 FT-IR pattern of oleic diethanolamide borate

由圖1可以看出，在2923，2853cm-1處為飽和C-H伸縮振動吸收峰；1618cm-1為C=O伸縮振動吸收峰；1419，1364cm-1為飽和C-H彎曲振動吸收峰；1311cm-1為B-O吸收峰，1051cm-1為C-N伸縮振動吸收峰。

2.3 全合成水基切削液配方設(shè)計(jì)

防銹性是全合成水基切削液最需解決的首要問題，在上述合成的油酸二乙醇酰胺硼酸酯基礎(chǔ)上，選取其它輔助防銹劑，包括二聚酸三乙醇啊、油酸三乙醇胺、苯并三氮唑，通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)最佳配方，見表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平Tab.2 Factor and level of orthogonal experiment

試驗(yàn)包括4個因素3個水平，選用L9（34）正交表安排試驗(yàn)，依據(jù)GB6144-2010測試水基切削液的疊片防銹性能，準(zhǔn)備若干一級灰口鑄鐵試片，經(jīng)砂紙打磨，石油醚、乙醇清洗，脫脂棉擦拭后待用，將制備好的試片平放在干燥器隔板上（不可堵孔），光面向上，用滴管吸取試液，涂布在試片上，將另一試片光面重疊其上，合上干燥器蓋，置于已恒溫到35℃的干燥箱內(nèi)，連續(xù)試驗(yàn)到4h后打開試片，用脫脂棉蘸取無水乙醇擦拭試液，立即觀察，距試片邊緣1mm內(nèi)兩疊面無銹蝕或無明顯迭印為合格，每次試驗(yàn)準(zhǔn)備10對試片，4h后每間隔1h打開一對觀察是否生銹，記錄最長防銹時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Orthogonal experiment results

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，對切削液疊片防銹性影響最大的因素依次為：A＞B＞D＞C，最佳防銹劑組成為：A3=14%，B3=6%，C3=5%，D2=4%。在此基礎(chǔ)組成條件下，添加少量殺菌劑、消泡劑、螯合劑等制備成全合成水基切削液。依據(jù)GB/T 6144-2010（合成切削液）對該切削液的綜合性能進(jìn)行評定，經(jīng)檢測各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。見表4。

表4 全合成切削液檢測結(jié)果Tab.4 Results of synthetic cutting fluid

3 結(jié)論

（1）以油酸、二乙醇胺為原料，甲苯為帶水劑，通過兩步法合成油酸二乙醇酰胺，總料比n油酸∶n二乙醇胺=1∶1，油酸先與三分之一量的二乙醇胺在150℃下反應(yīng)4h，再投入剩余二乙醇胺反應(yīng)4h，所得產(chǎn)物蒸出甲苯后為油酸二乙醇酰胺。

（2）將硼酸與過量的油酸二乙醇酰胺反應(yīng)，正丁醇為帶水劑，在180℃反應(yīng)6h后不再有水生成，蒸出正丁醇后得目標(biāo)產(chǎn)物油酸二乙醇酰胺硼酸酯。采用FT-IR對產(chǎn)物進(jìn)行了表征。

（3）將油酸二乙醇酰胺硼酸酯（A）做為主要防銹劑應(yīng)用于全合成切削液中，選取其它輔助防銹劑，包括二聚酸三乙醇胺（B）、油酸三乙醇胺（C）、苯并三氮唑（D），以疊片防銹試驗(yàn)為考察依據(jù)，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化切削液主要成分配比，最佳防銹劑組成為：A=14%，B=6%，C=5%，D=4%。

（4）在正交試驗(yàn)優(yōu)化防銹劑配比下，添加少量殺菌劑、消泡劑、螯合劑等制備成全合成水基切削液。依據(jù)GB/T6144-2010（合成切削液）對該切削液的綜合性能進(jìn)行評定，經(jīng)檢測各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。

［1］姬學(xué)亮，王芳，姬紅.復(fù)配型高水溶性金屬切削液的研制［J］.江蘇化工,2008,36（4）:21-23.［2］趙小艷,何清玉.合成水基切削液的研制［J］.合成潤滑材料，2010，37（1）:6-8.

［3］楊啟如,張學(xué)鳳，楊紅剛，等.油酸二乙醇胺酰胺硼酸酯對鋼鐵緩釋性能的影響［J］.材料保護(hù),2002,35（2）:21-22.

［4］李瑋,馬濤,王森，等.硼酸酯在水基切削液中的應(yīng)用［J］.工具技術(shù),2010,44（5）:93-95.

［5］張佳,楊紅剛,陳琛，等.環(huán)境友好型含氮硼酸酯的防銹性能研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011,33（12）:73-76.

Preparation of oleic diethanolamide borate and its application in synthetic cutting fluid

LIU Jun，SONG Yang-yang
（Shaanxi Provincial Research and Design Institute of Petroleum and Chemical Industry,Xi'an 710054，China）

Oleic diethanolamide was prepared by using oleic acid reacted with diethanolamine in the presence of methylbenzene as water carrying agent,by testing the amine value of reactants at different temperature,appropriate reaction temperature is 150℃。Oleic diethanolamide borate was prepared by using oleic diethanolamide reacted with boric acid and n-butyl alcohol at 180℃,which as the main anti-rust agent applied in synthetic cutting fluid.With laminated antirust test for examining the basis,main composition ratio of cutting fluid are optimized by the orthogonal test,products meet the GB/T 6144-2010.

oleic diethanolamide borate；synthetic cutting fluid；laminated antirust test

O613.8

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20151254

2015-08-14

劉軍（1982-），男，陜西西安人，工程師，2004年畢業(yè)于西北大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，從事精細(xì)化工產(chǎn)品的科研開發(fā)工作。