碱金属硼酸盐的摩擦学性能及其与无灰抗氧剂的抗氧化协同作用机理研究

The antiwear and antioxidation effect are the necessary properity of all lubricant. Along with the development of the mechanical industry，there are increasing more demand for oxidation stability of lubricant. It can improve the oxidation stability of amine type antioxidant in lubricating oil by adding some alkali metal salt which have no antioxidant activity. Some different phenolic group and N-containing heterocyclic alcohol have been choosed to replace hydroxyl of inorganic borate which is poor in oil solubility, to synthesis alkali metal borate. And the chemical structure and space structure will be optimized by calculating chemistry, to find out the oil-solubility stability relationship between the hydroxyl substituents structure and alkali metal borate, and to study the tribological and antioxidation mechanism by selected the model compounds, and to study the synergy effect between different structure alkali metal borate and ashless antioxidants in the oxidation mechanism by using computational chemistry in fundamentally. It will improve the tribological property, oil-solubility stability and antioxidant property of novel alkali metal borate, which organically blends boron element with phenolic group and N-containing heterocyclic, and using their active elements, so it will have synergistic effect with ashless antioxgen in antioxidation performance, and it will provide certain theoretical basis for real production of such efficient multifunctional additive, and it will also rich the material content of heterocyclic chemical and organic boron chemistry in the lubrication function material.

润滑油的抗磨作用和抗氧化作用是所有润滑剂都必须具备的性质，随着机械工业的发展，迫使润滑油必须具有越来越高的氧化安定性。在目前使用的润滑油中加入本身不具有抗氧活性的碱金属盐，可以提高胺型抗氧化的氧化安定性。本课题拟选择不同的酚羟基和含氮杂环醇取代油溶性差的无机硼酸盐中的羟基制备碱金属硼酸盐,借助计算化学对其空间结构进行优化,找出羟基取代基的结构与碱金属硼酸盐油溶稳定性关系,同时选择模型化合物对其摩擦学机理和抗氧化机理进行深入研究,并且利用计算化学从根本上研究碱金属硼酸盐的结构与无灰抗氧剂在抗氧化协同作用机理。将硼元素和酚羟基以及含氮杂环有机结合,利用它们之间活性元素的复配,使新型碱金属硼酸盐的抗氧化性能、摩擦学性能和油溶稳定性得到很大的改善,并且又能与无灰抗氧剂起到协合抗氧化效应,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，并且丰富杂环化学和有机硼化学在润滑功能材料中的内容。

以工业级的烷基酚以及2-巯基苯并噻唑、苯并三氮唑、2-巯基苯并咪唑等含氮杂环化合物为合成初始原料， 设计合成了几个含碱金属的化合物，研究了在基础油中的摩擦学性能和热稳定性以及与无灰抗氧剂的协同作用，同时利用一些表面分析技术考察试验球表面，探讨油样的摩擦学性能和协同抗氧化机理。所得主要结论如下：.1. 设计了几种新型添加剂：（a）含羟基的2-巯基苯并噻唑，含酚羟基胺基的2-巯基苯并噻唑硼酸酯（盐）化合物；（b）含羟基的苯并三氮唑，含酚羟基胺基的苯并三氮唑硼酸酯（盐）化合物；(c) 含羟基的2-巯基苯并咪唑，含酚羟基胺基的2-巯基苯并咪唑硼酸酯（盐）化合物。.2. 运用四球摩擦磨损试验机器，将所合成的三类新型化合物于菜籽油油样里均匀分散，测定其不同条件下抗磨减摩性能，热稳定性能，发现三类新型化合物均有良好的摩擦学性能。.3. 运用了SEM、XPS等表面分析技术，考察了润滑作用后试验球的磨损复合膜中的C1s，N1s，K2p，O1s，B1s，Fe2p等的电子结合能以及润滑作用产生的试验球磨损形貌，分析了这三类新型添加剂的摩擦学机理。分析得出作用后的试验球反应膜中B元素生成硼氧化合物留存在试验球表面，K元素则是生成氧化物存在表面，N元素参与化学反应，以金属配合物的形式存在于试验球表面，在摩擦润滑作用下，化合物在试验球表面生成了包含了金属硼化物在内的一些摩擦作用产生的物质混合组成的复杂反应膜，这种混合的复杂反应膜有利于油样的摩擦学性能的改善。.4. 同时还研究了合成的添加剂化合物的热稳定性。结果表明，这三类硼酸盐化合物均有良好的热稳定性。.5. 运用PDSC仪器评价了化合物本身的抗氧化性能，分析与胺型无灰抗氧剂的协同作用。分析结果表明，合成的三类新型硼酸盐化合物抗氧化效能上呈现良好的协同作用。