黄原酸及含氮杂环衍生物润滑油添加剂的合成与性能研究

论文摘要

摩擦磨损会使机械设备的可靠性、耐久性和能量利用率受到很大影响,因此极压抗磨润滑油添加剂在现代工业中显得越来越重要。随着人们环保意识的日益增强,控制排放,降低金属、磷、氯的使用成为普遍关注的问题,因此,润滑油添加剂向着低灰分、多功能、减少环境污染等方向发展。许多研究表明,含氮杂环化合物及其衍生物都具有较好的抗氧化、抗腐蚀、抗磨减摩性能及良好的热稳定性能中的一种或多种,并且对环境污染少,是一类人们熟知的可以在内燃机润滑油中替代ZDDP的良好多功能添加剂。本文设计合成了一系列30个新型无灰硫-氮型润滑油添加剂,其中26个未见文献报道,并且探讨了其合成优化条件。采用核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、红外光谱、紫外光谱、质谱和元素分析对其进行了表征,确证了其结构。考察了它们在各种常用溶剂中的溶解性能,并采用热重分析对它们的热稳定性能进行了评价。它们当中有21种添加剂的起始分解温度达到了290℃以上,其第2分解温度均超过了330℃,说明它们的热稳定性能都很好,可以满足一般工业的要求。在四球摩擦磨损试验机上初步考察了其极压性能和抗磨性能。结果表明,这些添加剂都能极大地提高液体石蜡的承载能力,并且大部分承载能力都与ZDDP接近或超过ZDDP。它们都表现出很好的抗磨性能,其中噻二唑类衍生物添加剂的性能尤其突出,这主要是因为在摩擦过程中噻二唑环起了主要抗磨作用。我们研究还发现,烷基链长对承载能力和抗磨性能都有影响,链长在4～10之间时承载能力较大,长链和支链烷烃的抗磨性能比较好。分析表明,含氮、硫杂原子的杂环衍生物在摩擦过程中发生了分解或部分分解,和与金属表面的化学反应,形成了富碳和硫的表面膜,从而起到润滑作用,但摩擦过程是一种极为复杂的化学物理过程,关于其机理方面有待作更为深入的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 润滑油及添加剂市场现状
• 1.2 极压抗磨剂概况
• 1.2.1 含氯极压抗磨剂
• 1.2.2 含硫极压抗磨剂
• 1.2.3 含磷极压抗磨剂
• 1.2.4 有机金属盐类极压抗磨剂
• 1.2.5 含硼极压抗磨剂
• 1.2.6 稀土化合物极压抗磨剂
• 1.2.7 钼系极压抗磨剂
• 1.2.8 纳米粒子极压抗磨剂
• 1.3 含氮杂环类润滑油添加剂的研究概况
• 1.3.1 噻二唑及其衍生物
• 1.3.2 苯并噻唑衍生物
• 1.3.3 苯并三氮唑衍生物
• 1.3.4 三嗪衍生物
• 1.3.5 其它一些杂环化合物
• 1.4 本论文的研究思路及研究内容
• 1.4.1 含哌嗪衍生物的合成及其摩擦学性能研究
• 1.4.2 含苯并噻唑类衍生物的合成及其摩擦学性能研究
• 1.4.3 含噻二唑类衍生物的合成及其摩擦学性能研究
• 1.4.4 含烷基黄原酸衍生物的合成及其摩擦学性能研究
• 第2章 添加剂的合成与表征
• 2.1 试剂和仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.2 添加剂的合成
• 2.2.1 1,4-双（二硫代甲酸乙酸酯）哌嗪的合成
• 2.2.2 S-（（苯并噻唑-2-基）甲基）烷基黄原酸的合成
• 2.2.3 2,5-二（烷氧基乙酰基硫醚）-1,3,4-噻二唑的合成
• 2.2.4 烷基黄原酸乙酸酯的合成
• 2.3 添加剂的表征结果
• 2.4 合成化合物的结构解析
• 2.5 合成路线的选择
• 2.5.1 添加剂2a～2k的合成路线
• 2.5.2 添加剂 2l～2q 的合成路线
• 2.5.3 添加剂 2r～2d’的合成路线
• 2.6 反应条件的优化
• 2.6.1 氯乙酸酯的合成
• 2.6.2 催化剂对酯化反应的影响
• 2.6.3 润滑油添加剂的合成
• 第3章 添加剂的理化性质
• 3.1 添加剂的溶解性能
• 3.1.1 添加剂的溶解性实验
• 3.1.2 添加剂的油溶性能
• 3.2 添加剂的热稳定性分析
• 第4章 添加剂的摩擦学性能
• 4.1 摩擦磨损测试条件
• 4.2 摩擦磨损性能评价
• 4.2.1 添加剂的承载能力
• 4.2.2 添加剂的抗磨性能评价
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究成果