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羟基和硫化植物油脂肪酸的摩擦学研究

胡志孟  
【摘要】:本文提出了两类润滑油添加剂,合成了无活性元素的羟基植物油脂肪酸和含活性元素硫的硫化植物油脂肪酸,其中羟基植物油脂肪酸是无污染的绿色润滑剂,对环境保护有重要意义。用红外光谱、元素分析、热重分析和毛细管熔点测定法对这两类添加剂进行了结构表征,研究了这两类添加剂在液体石蜡中的摩擦学特性,用X光电子能谱和反射红外光谱分析了它们的摩擦表面。基于上述结果,提出了这两类添加剂各自的润滑作用机理,从而指出用植物油作原料,可以合成得到绿色润滑剂,主要研究结果有: 1.氧元素在润滑机理中有着关键作用,无论在含活性元素的硫化植物油脂肪酸,还是在不含活性元素的纯碳、氢和氧的羟基植物油脂肪酸中,氧元素始终影响着添加剂的润滑性。 2.羟基植物油脂肪酸是一类潜在的抗磨极压剂。13,14-二羟基廿二酸的抗磨极压性与二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)相当,可取代ZDDP,由于它的合成过程没有污染,是一种绿色化学合成,且原材料取自清洁而丰富的植物油,故它是一种完全的绿色润滑剂。 3.羟基植物油脂肪酸的润滑作用机理是在摩擦表面分子间酯化反应生成了摩擦聚酯膜,由于这层膜的存在,减少了金属的摩擦和磨损。 4.基于生成酯的特征吸收峰V_(c-o-c)~(as)的波数位移,用红外光谱理论分析了羟基酸生成聚酯的立体构型和聚酯膜的强度。 1999年上海大学博士学位论文 用经典力学和量子力学模型分别导出轻基酸的抗磨性顺序规律 与*票。一。振动吸收峰位置的内在联系,合理解释了,器。_。从小 到大的顺序与经基酸的抗磨性从好到差的顺序的一致性,即 13,14一二轻基廿二酸l 3(l4)一经基廿二酸=9,10一二轻基十八酸 9,10,12一三轻基十八酸9(10)一经基十八酸.13,14一二经基廿二 酸形成了网状聚醋膜,9(10)一经基十八酸形成了线状聚醋膜, 13(14)一经基廿二酸形成的聚醋膜由于碳链长度补偿了其膜的 强度而使抗磨性与9,10一二经基十八酸相近.9,10,12一三经基十八 酸由于轻基的位阻作用使一OH易离去而生成不饱和经基酸(酮 醚,由于分子中不饱和键的存在,使其润滑性变差,故9,10,12- 三经基十八酸的抗磨性没有9,10一二经基十八酸的抗磨性好. 5.拓展了冷法硫化工艺的应用.用低温硫化工艺和复分解 反应制备得到了无臭硫化植物油脂肪酸. 6.经基植物油脂肪酸的抗磨性好于硫化植物油脂肪酸,但 硫化植物油脂肪酸的极压性好于经基植物油脂肪酸.二轻基廿 二酸的极压性与不含氧基团的硫化烯烃十分接近,以液体石蜡 为基础油,最大无卡咬负荷尸B值,前者为539N,后者为588N, 两者相差‘49N,可以看出,氧基团的作用是十分显著的,即无 活性元素的二经基廿二酸的极压性可以十分接近于含活性元素 的抗磨极压剂硫化烯烃. 7.硫化植物油脂肪酸的抗磨性规律:硫化十八酸硫化廿 二酸,即抗磨性长碳链的硫化植物油脂肪酸不如短碳链的硫化 植物油脂肪酸,极压性顺序恰好相反.但硫化植物油脂肪酸的 抗磨极压性均比不含氧基团的硫化烯烃要好,可见氧基团对含 活性元素的添加剂的抗磨极压性的作用是很大的. 8.硫化植物油脂肪酸的润滑作用机理是它在摩擦时,首先 羚基和硫化植物油脂肪酸的摩擦学研究 是活性元素硫S或生成的硫醇RSH吸附于金属表面,靠这层化 学吸附膜起抗磨作用,含S量越高的硫化植物油脂肪酸抗磨性 越好,故抗磨性顺序含S量高的硫化十八酸含硫量低的硫化廿 二酸;在极压区,靠添加剂分子链被打断,在金属表面形成硫 化铁和氧化铁的混合润滑膜起极压作用.这层混合润滑膜比单 一的FeS膜有效,经IR分析,由于硫化廿二酸的分子打断得比 较彻底,因而其极压性就好. 经基和硫基团在植物油脂肪酸中的作用,经基可参与摩擦 聚合物的形成,硫基团可参与牺牲性反应膜FeS的形成,氧基 团和硫基团有协同作用,由于氧使硫化植物油脂肪酸的抗磨极 压性大大好于不含氧的硫化烯烃.


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