硼酸鹽類極壓抗磨劑結(jié)構(gòu)分析

牛治剛

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730060）

潤(rùn)滑油脂添加劑是各種高級(jí)潤(rùn)滑油之精髓，能賦予基礎(chǔ)油脂特殊性能[1]，新型高效多功能無(wú)毒添加劑的開(kāi)發(fā)一直是工業(yè)化國(guó)家摩擦學(xué)研究的重點(diǎn)之一[2]，膠體硼酸鹽就是其中的一種。美國(guó)Chevron公司在70年代初研制了膠體硼酸鉀添加劑OLOA-9750，90年代初又推出了改進(jìn)后的膠體硼酸鉀添加劑[3]。這類添加劑已經(jīng)廣泛應(yīng)用于節(jié)能工業(yè)齒輪油中，特別是用其調(diào)配出超GL-5性能的車輛齒輪油[4-6]。目前，膠體硼酸鹽在潤(rùn)滑脂中也表現(xiàn)出特殊的極壓抗磨性能，與傳統(tǒng)的含活性元素的硫、磷擠壓抗磨劑相比，膠體硼酸鹽不破壞潤(rùn)滑脂的膠體結(jié)構(gòu)，不存在腐蝕作用，同時(shí)與其它添加劑復(fù)合使用能夠起到增效作用。因此，了解膠體硼酸鹽的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系以及控制膠體硼酸鹽極壓抗磨劑產(chǎn)品質(zhì)量勢(shì)在必行。

本工作采用溶劑萃取和柱層析等分析方法， 配合使用紅外光譜、核磁共振氫譜和電子轟擊源質(zhì)譜等分析手段，對(duì)潤(rùn)滑脂中的常用膠體硼酸鹽極壓抗磨劑的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為詳盡的分析和研究， 確定了其結(jié)構(gòu)組成，對(duì)研究新型高檔潤(rùn)滑脂添加劑提供了重要信息。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和材料

石油醚、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、無(wú)水乙醇、甲醇等均為分析純。硅膠：280～154μm，青島海洋化工廠。薄層用硅膠：HF254，青島海洋化工廠。

1.2 儀器、設(shè)備

日本Hitachi公司TM-1000SEM 型掃描電子顯微鏡（SEM/EDS）；日本SUGA Test Instruments Co.公司CT-3型濕潤(rùn)試驗(yàn)機(jī)；島津Anatar-360 型傅里葉變換紅外光譜儀，溴化鉀壓片，波譜范圍400～4000cm-1；美國(guó)Perkin-Elmer 2400-Ⅱ元素分析儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 添加劑的元素含量分析

首先，對(duì)三個(gè)樣品及從其中分離的無(wú)機(jī)硼酸鹽進(jìn)行了元素分析，三個(gè)樣品元素含量存在差別性，說(shuō)明它們可能為三種不同類型的膠體硼酸鹽極壓抗磨劑。其中樣品1分離出的無(wú)機(jī)硼酸鹽的元素含量與三硼酸鉀鹽的理論元素含量基本一致，說(shuō)明其可能是三硼酸鉀，樣品2分離出的無(wú)機(jī)鹽與四硼酸鉀的理論元素含量相近，但有一定的區(qū)別，這可能是由于四硼酸鉀中結(jié)晶水導(dǎo)致的，樣品3分離出的硼酸鹽測(cè)出的元素含量在兩者之間，可能是兩種結(jié)構(gòu)的鹽的混合物。同時(shí)，樣品1、樣品2和樣品3還含有除鉀、硼、氧等元素，可能是在制備過(guò)程中引入的分散劑、乳化劑等帶入的。

2.2 組分的分離與提純

通過(guò)溶劑萃取、乳化等方法對(duì)其進(jìn)行分離，有機(jī)相的分離必須通過(guò)柱層析的方法。對(duì)分離出的基礎(chǔ)油進(jìn)行了色譜及族組成分析，分離出的有機(jī)化合物進(jìn)行了紅外、氣質(zhì)、凝膠色譜和核磁等分析，對(duì)分離出的固體無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行紅外、元素含量、核磁硼譜等分析。通過(guò)以上的分析基本確定了三個(gè)樣品的組成與結(jié)構(gòu)。

2.3 紅外光譜的初步定性分析

對(duì)原樣分離后的固體無(wú)機(jī)鹽和液體有機(jī)樣品進(jìn)行紅外分析。可以看出，三個(gè)樣品的紅外特征吸收峰不盡相同，表明三個(gè)樣品的結(jié)構(gòu)存在區(qū)別。其中樣品1和2分別在3381cm-1和3419cm-1處有明顯地O-H特征吸收峰，這是膠體硼酸鹽中無(wú)機(jī)鹽中結(jié)晶水的特征吸收。樣品1和3中1704cm-1和1711cm-1處的吸收峰為羰基的特征吸收峰，可能是無(wú)灰分散劑的官能團(tuán)引入的。C=C雙鍵的特征吸收峰可能是在制備過(guò)程中引入的乳化劑所致。

2.4 氣質(zhì)、質(zhì)譜分析

對(duì)分離出的有機(jī)物進(jìn)行氣質(zhì)、質(zhì)譜分析。樣品1中蒸餾沒(méi)有得到較輕的有機(jī)物，樣品2和樣品3蒸餾得到少量的較輕有機(jī)物，樣品2和樣品3中較輕的有機(jī)物分別為油酸和乙醇胺類的表面活性劑。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)三個(gè)樣品的分析，基本上確定了樣品中每個(gè)組分的結(jié)構(gòu)，其中樣品1為分散劑直接分散的三硼酸鉀鹽，樣品2為油酸表面修飾的四硼酸鉀鹽，樣品3為乙醇胺類表面修飾劑和分散劑共同作用的四硼酸鉀鹽和三硼酸鉀鹽的混合物。

膠體硼酸鹽是一種優(yōu)良的硼酸鹽型極壓抗磨劑，專用于潤(rùn)滑脂，具有無(wú)毒，無(wú)味，耐高溫，適宜制備環(huán)境友好型多效能潤(rùn)滑脂。在潤(rùn)滑脂中與其它極壓添加劑復(fù)合使用劑量少，可降低成本、提高產(chǎn)品性能，是一種科技含量高的極壓抗磨劑，值得推廣應(yīng)用。通過(guò)對(duì)膠體硼酸鹽產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析，可以加快我們對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的合成及其作用機(jī)理進(jìn)行深入了解，為潤(rùn)滑脂的發(fā)展提供更好的服務(wù)。