新型巯基含氮杂环硼酸酯的摩擦学构效关系及其水解稳定性的研究

所有润滑油都必须添加具有抗磨性能的添加剂，随着环保和油品高档化要求的提高，油品朝着低硫磷、低灰分方向发展，ZDDP的使用量受到了限制，润滑油中硫磷和金属含量受到一定的限制，而硼酸酯及含氮杂环衍生物是一类新型的高效无磷无灰润滑油添加剂。多年的实践经验发现硼酸酯的水解稳定性差成为制约其发展的一个重要因素。本课题拟选择不同的含氮杂环的硼酸酯为基础，从其结构的稳定性出发，特别借助Guass量子化学程序来对其空间结构进行计算和优化，从而找出影响其水解稳定性的因素，同时选择模型化合物对其摩擦学机理和水解稳定性机理进行较深入的研究。将含氮杂环和硼酸酯有机结合在一起，利用它们之间的活性元素的复配，使新型含氮杂环硼酸酯作为润滑油添加剂的摩擦学性能和水解稳定性能得到很大的改善，从而为实际生产硼酸酯添加剂的摩擦学性能和水解稳定性问题的解决提供一定的理论基础，并丰富杂环化学和硼酸酯化学在摩擦功能材料中的内容。

本项目以含氮杂环(苯并三氮唑，2-巯基苯并噻唑)先与氯乙醇反应再与乙醇胺以及硼酸分子合成了新型的含氮杂环硼酸酯衍生物，研究了其在菜籽油中的摩擦学性能，并且通过改良的敞口法测量了其水解稳定性，通过计算化学理论分析了分子空间构效与水解稳定性的联系，同时运用现代表面分析方法对其摩擦学机理进行了探讨。所得主要结论如下：.1.含氮化合物通过配位键能够有效的增加硼酸酯衍生物的水解稳定性，并且含内配位键的硼酸酯衍生物的水解稳定性优于含氮杂环和硼酸酯的外配。硼酸三乙醇胺酯在菜籽油中具有一定的极压、抗磨减摩性能。.2.研究了苯并三氮唑硼酸酯在菜籽油中的摩擦学性能，发现其具有优良的极压抗磨减摩性能，在部分载荷下能够减摩50%左右，具有良好的水解稳定性，是在相同条件下硼酸三乙酯的1220倍，计算化学理论分析其空间构效与水解稳定性的关系，发现当衍生物中含有未共用电子对的氮原子的时候，能够与硼原子形成内配位键，从而增加了分子的空间位阻，阻止水的进攻，达到增加水解稳定性的目的。通过SEM、XPS分析其摩擦学机理，发现添加剂中含有B，N等活性元素能够有效的增加润滑油的摩擦学性能。.3.将苯并三氮唑乙醇硼酸酯与TCP复配，此复合添加剂在菜籽油中在极压抗磨减摩性能方面都具有良好的协同性能。再通过SEM、EDS对其磨损钢球表面进行元素含量分析，发现添加剂中的B，N，P等活性元素能够有效地增加润滑油的摩擦学性能。.4.研究了巯基苯并噻唑硼酸酯在菜籽油中的摩擦学性能，发现其具有优良的极压抗磨减摩性能，其中，在含有0.7wt%的添加剂的时候，极压值是基础油的190%以上，并且具有良好的水解稳定性，在相同条件下，是硼酸三乙酯的1310倍，通过计算化学理论分析其空间构效与水解稳定性的关系，发现当衍生物中含有未共用电子对的氮原子的时候，能够与硼原子形成内配位键，从而增加了分子的空间位阻，阻止水的进攻，达到增加水解稳定性的目的。通过SEM、XPS分析其摩擦学机理，发现添加剂中的B，N，S等活性元素能够有效地增加润滑油的摩擦学性能。.5. 将2-巯基苯并噻唑乙醇硼酸酯与TCP复配，此复合添加剂在菜籽油中极压抗磨减摩性能方面都具有良好的协同性能。再通过SEM对其磨损钢球表面进行元素含量分析，发现添加剂中的B，N，S，P等活性元素能够有效的地增加润润滑油的摩擦学性能。