環(huán)境友好水基防銹潤滑添加劑的合成及性能研究

宋揚(yáng)揚(yáng)，楊振華，任 蕊，吳 珉，劉 軍

（1.陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054；2.延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司蟠龍采油廠，陜西 延安 716000）

環(huán)境友好水基防銹潤滑添加劑的合成及性能研究

宋揚(yáng)揚(yáng)1，楊振華2，任 蕊1，吳 珉1，劉 軍1

（1.陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054；2.延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司蟠龍采油廠，陜西 延安 716000）

摘 要：辛酸酰氯和天門冬氨酸在堿性溶液中反應(yīng)制備N-辛酰天門冬氨酸，再與三乙醇胺反應(yīng)得到N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽。采用單片防銹測試法和四球磨損試驗(yàn)機(jī)分別測試了不同濃度下的防銹性和抗磨性，結(jié)果表明，當(dāng)N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽添加量為2.0%時(shí)，其水溶液具備良好的防銹性能，當(dāng)添加量為0.2%時(shí)，具備良好的抗磨性。

關(guān)鍵詞：水基防銹劑；水基潤滑劑；N-辛酰天門冬氨酸

中國版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃-“中國制造-2025”文件的出臺(tái)讓機(jī)械制造業(yè)迎來新的10年發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，切削液的負(fù)面影響開始受到關(guān)注。有研究表明［1-3］，切削液廢液的排放對(duì)環(huán)境和人體有較大的傷害。水基切削液憑借其優(yōu)異的冷卻清洗性、低污染、低成本等特性，逐漸替代了油性切削液，在機(jī)械加工中得到廣泛應(yīng)用。隨著切削工藝、切削材料的不斷發(fā)展創(chuàng)新，目前的水基添加劑已難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求［4-7］。現(xiàn)代水基添加劑的發(fā)展趨勢將是綠色化、高效化、多功能化，這就要求我們的添加劑既要具備高效的防銹潤滑性，還要環(huán)境友好，符合“可持續(xù)發(fā)展”的要求。

N-?；被犷惢衔锸且环N以有機(jī)脂肪酸和氨基酸反應(yīng)得到的酰胺類化合物，此類化合物中的酰胺鍵易于生物降解，降解產(chǎn)物無毒，對(duì)環(huán)境友好，并因其優(yōu)異的化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、石油開采、日用化學(xué)品等領(lǐng)域［8-10］，在防銹潤滑方面報(bào)道較少。本文選擇天門冬氨酸與辛酰氯反應(yīng)制備得到N-辛酰天門冬氨酸，再和三乙醇胺反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽，并進(jìn)一步考察其防銹性能和摩擦學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

正辛酸，三乙醇胺，二氯亞砜，天門冬氨酸，所述試劑均為市售化學(xué)純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 防銹性能測試

按照GB 6144-2010中規(guī)定的方法，進(jìn)行添加劑防銹性能的測試。銹蝕測試方法主要有單片防銹試驗(yàn)法、疊片防銹試驗(yàn)法和鐵屑防銹試驗(yàn)法3種。本課題選用單片防銹試驗(yàn)方法。參考GB 6144-2010方法，試驗(yàn)溫度（35±1）℃，相對(duì)濕度≥95%。試片為柱形一級(jí)灰口鑄鐵（35mm×20mm）。將試片磨光，再用脫脂棉蘸丙酮擦洗并吹干。磨光面滴入相應(yīng)液滴，置于恒溫恒濕箱中，開始計(jì)時(shí)，到液滴邊緣出現(xiàn)明顯銹點(diǎn)時(shí)為止，所經(jīng)時(shí)間作為該試樣的防銹時(shí)間。

1.2.2 摩擦學(xué)性能測試

采用MS-10J型四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測試摩擦磨損性能。四球試驗(yàn)所用的鋼球?yàn)橹睆?2.7mm的CGr鋼球，試驗(yàn)之前用石油醚清洗2次。評(píng)測條件為：轉(zhuǎn)速1200r·min-1，室溫，載荷392N，測試時(shí)間30min。

1.3 添加劑的合成

1.3.1 N-辛酰天門冬氨酸的制備

將正辛酸與二氯亞砜按照摩爾比1∶1.2混合，加熱回流4h，減壓蒸去過量的二氯亞砜，得到油狀物辛酰氯，無需處理，直接將天門冬氨酸的堿性溶液加入到反應(yīng)瓶，室溫反應(yīng)，控制反應(yīng)液pH為10，反應(yīng)3h。冷卻，稀硫酸調(diào)至酸性，分液，油層洗滌2～3次，得到目標(biāo)物質(zhì)N-辛酰天門冬氨酸。反應(yīng)合成路線圖如下所示：

1.3.2 N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽的制備

將目標(biāo)化合物N-辛酰天門冬氨酸與三乙醇胺按照摩爾比1∶6混合，80℃反應(yīng)1h，反應(yīng)液變得澄清，則為N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽。合成路線圖如下：

2 結(jié)果與討論

將N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽與純凈水分別配置為0.1%、0.2%、0.4%、0.8%、2.0%、3.0%、5.0%的水溶液進(jìn)行性能測試。

2.1 防銹性能測試

表1是不同濃度下的防銹性能。由表1可知，隨著添加劑含量增加，水溶液的防銹性能增加。當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0% 時(shí)，一級(jí)灰口鑄鐵在潮濕箱中48 h不生銹，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6144-2010。說明當(dāng)N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽添加量為2.0%時(shí)，其水溶液具備良好的防銹性能。

表1 不同濃度下的防銹性能Table1 Variation of anti-rust time of different concentrations

2.2 摩擦磨損性能測試

表2的數(shù)據(jù)為載荷392N，30min的摩擦系數(shù)和鋼球表面磨斑直徑（WSD值）隨不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的辛酰基天門冬氨酸三乙醇胺鹽水溶液變化的關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)自來水在392N、30min的WSD值為2.01mm，摩擦系數(shù)為1.00。由表2可知，隨著添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，抗磨性能增加，潤滑性能優(yōu)異。當(dāng)添加劑含量為0.1%時(shí)摩擦系數(shù)降低89%，磨斑直徑降低82%，表現(xiàn)出很好的抗磨和減摩特性。所以N-辛?；扉T冬氨酸三乙醇胺鹽作為水基潤滑添加劑可有效地改善樣品的摩擦磨損性能。

表2 不同濃度下的摩擦磨損性能Table1 Variation of anti-rust time of different concentrations

3 結(jié)論

本文合成的N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽水基添加劑具有較好的防銹和潤滑性能。當(dāng)N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽添加量為2.0%時(shí)，其水溶液具備良好的防銹性能，當(dāng)添加量為0.1%時(shí)，具備良好的抗磨性。該類化合物中含有的極性基團(tuán)，可使其吸附在金屬表面，形成特有的保護(hù)薄膜。同樣該類化合物可生物降解，降解產(chǎn)物對(duì)環(huán)境基本無害。因此，我們認(rèn)為該類物質(zhì)可以作為水基防銹潤滑添加劑使用。

參考文獻(xiàn)：

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［4]蔣海珍，陶德華，王彬.水溶性有機(jī)羧酸醇銨鹽防銹劑的分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究［J］.潤滑與密封，2005（2）：72-74.

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中圖分類號(hào)：TG 174.42

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9905（2016）01-0006-03

作者簡介：宋揚(yáng)揚(yáng)（1985-），男，漢族，山西晉城人，陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院助理工程師，碩士，從事精細(xì)化學(xué)品的研究與開發(fā)。電話：029-85542645，13609263784

收稿日期：2015-11-29

Synthesis and Properties of Environmentally Friendly Water-based Rust Lubricant

SONG Yang-yang1， YANG Zhen-hua2， REN Rui1， WU Minmin1， LIU Jun1
（1.Shaanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry， Xi'an 710054， China； 2.Shaanxi Yanchang Petroleum （Group） Co. Ltd.， Yan'an 716000， China）

Abstract：N-octanoyl aspartic acid was prepared by reaction of aspartate and octanoyl chloride. Then N-octanoyl aspartic acid reacted with triethanolamine to get N-octanoyl aspartic acid triethanolamine salt. The rust resistance and abrasion resistance of different concentrations were tested by cast iron and the four-ball machine. The solution with 2.0% N-octanoyl aspartic acid triethanolamine salt showed the best corrosion protection，and with 0.2% showed the best lubrication.

Key words：water-based rust inhibitor； water-based lubricant； N-octanoyl aspartic acid