水溶性杂环咪唑啉的摩擦学及防腐机理研究

The water-based lubricant must have higher tribology and corrosion inhibition performance along with the development of the mechanical industry. It can improve anticorrosion, antiwear and oxidation stability of imidazoline by adding N-containing heterocyclic compound which has good tribological and oxidation resistance in the current use of imidazoline corrosion inhibitor. Some different N-containing heterocyclic carboxylic acid and polyamine compounds have been choosed to synthesis water-soluble N-containing heterocyclic imidazoline. And the chemical structure and spatial structure will be optimized by computational chemistry, to find out the relationship between the structure and its water soluble stability of imidazoline, and to study whether there are existed synergy effect of tribological and anticorrosion performance between imidazoline and N-containing heterocyclic, what is the synergy mechanism? The anticorrosion and antioxidation mechanism were evaluated by the π electron density of different synthesized additives, it’s binding energy with metal surface, the size of the competitive adsorption force with metal surface of water or others polar molecules through using quantum chemical calculation method. It will improve the tribological property, water-solubility stability, anticorrosiion and antioxidant property of novel imidazoline derivative, which organically blends amino/hydroxyl group, imidazoline and N-containing heterocyclic, and using their active elements, so it will have synergistic effect in antiwear, anticorrosion and antioxidation performance, and it will provide certain theoretical basis for real production of such efficient multifunctional additive, and it will also rich the content of heterocyclic chemistry in water-based lubricant.

现代机械工业迫使水基润滑液必须具有更高的摩擦学和腐蚀抑制性能。在目前使用的腐蚀抑制剂咪唑啉中加入具有良好摩擦学和抗氧化性能的含氮杂环组分，可以提高咪唑啉的防腐、抗磨和氧化安定性。本课题拟选择几类不同的含氮杂环羧酸和多胺类化合物制备水溶性的含氮杂环咪唑啉，借助计算化学对其空间结构进行优化，找出咪唑啉的结构与其水溶稳定性关系，评价含氮杂环和咪唑啉环在摩擦学性能和防腐性能方面是否存在协同作用，并且其协同作用的机理是什么？利用计算化学计算制备的不同添加剂的π电子密度，其与金属表面的结合能大小、与水等极性分子在金属表面的竞争吸附力的大小，来评价其防腐抗氧化机理。将氨基/羟基和咪唑啉以及含氮杂环有机结合，利用它们之间活性元素的复配，使新型咪唑啉的防腐抗氧化、摩擦学和水溶性得到很大的改善，从而为实际生产此类高效的多功能添加剂提供一定的理论基础，并且丰富杂环化学在水基润滑中的内容。

现代机械工业迫使水基润滑液添加剂具有更好的摩擦学和腐蚀抑制性能。本课题选择运用各种有机合成原理和技术，利用几类不同的脂肪酸、含氮杂环羧酸和二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等进行反应制备了含不同氮原子个数、不同端基、不同烷基链长度、巯基的新型水溶性的咪唑啉化合物，确定了它们的化学结构；对其水溶稳定性进行了考查，结果表明制备的几大类咪唑啉添加剂具有良好的水溶性。考察比较了脂肪族、苯并三氮唑、巯基苯并噻唑等结构不同的添加剂在不同的水基润滑液（纯水、水-乙二醇、模拟海水等）中的摩擦学特性。结果表明，咪唑啉添加剂作为水基润滑剂的极压值是相应的基础液的极压值的四倍以上。合成的咪唑啉添加剂均具有良好的抗磨和减摩能力，脂肪酸咪唑啉的抗磨减摩性能和其支链有关，长直链的脂肪酸的抗磨减摩性能相对较好。含苯并三氮唑的咪唑啉对载荷的响应不一样，在高载荷和低载荷下，不同的支链的效果相反；巯基苯并噻唑乙酸咪唑啉在高盐水基基础液中的低载荷下，浓度为2.5%时，其抗磨效果最好，在高载荷下，浓度为2.0%时，其减摩性能最好。利用现代表面分析技术考察试验球表面，润滑添加剂液的摩擦学机理是添加剂与金属发生了摩擦化学反应，在边界形成了润滑膜，使得添加剂具有好的摩擦学性能。.制备的各种不同的咪唑啉对不同的金属的防腐效果表现不一样，对于YG8硬质合金在盐酸环境进行缓蚀来说，单一脂肪酸咪唑啉的缓蚀率大于单一苯并三氮唑咪唑啉，苯并三氮唑咪唑啉衍生物与极压抗磨剂T305复配后对于YG8硬质合金缓蚀性能有所上升，但仍以单一脂肪酸咪唑啉缓蚀性能最佳。对于Q235钢来说，苯并三氮唑咪唑啉衍生物的缓蚀性能要强于脂肪酸咪唑啉衍生物，与T305复配后缓蚀性能得到显著提升。可能和苯并三氮唑咪唑啉、巯基苯并噻唑咪唑啉衍生物本身带有大π键，可以和Q235中的Fe元素形成配位键，进而形成牢固的保护膜对金属表面进行保护。