宋揚揚,楊振華,任 蕊,吳 珉,劉 軍
(1.陜西省石油化工研究設(shè)計院,陜西 西安710054;2.延長石油(集團)有限責(zé)任公司 蟠龍采油廠,陜西 延安716000)
國家經(jīng)濟的騰飛,機械工業(yè)的發(fā)展起到了及其重要的作用。隨著現(xiàn)代機加工行業(yè)的快速發(fā)展,切削工藝及切削材料的不斷創(chuàng)新對切削液的性能提出了更高的要求[1,2]。同時,自然環(huán)境保護意識的增強和能源危機的日益嚴重,傳統(tǒng)的切削液其各項性能已無法滿足現(xiàn)代切削加工技術(shù)的發(fā)展。高效、無毒的合成型切削液將得到很大的發(fā)展[3,4]。
水溶性潤滑防銹添加劑的性能直接影響了切削液的品質(zhì)。有機羧酸及其衍生物中含有極性的羧基及酰胺基團,易吸附在金屬表面,起到一定的潤滑和防銹效果,因此,得到了廣泛的應(yīng)用[5-7]。本文對各類型羧酸的醇胺鹽,羧酸酰胺進行合成,考察它們的防銹性能,為研究高效多功能水溶性防銹潤滑添加劑提供指導(dǎo)。
有機羧酸(見表1)、二乙醇胺、三乙醇胺、甲苯均為市售化學(xué)純;一級灰口鑄鐵標準腐蝕試片(35mm×20 mm);
表1 實驗用有機羧酸Tab.1 The organic acid
將一元羧酸與二乙醇胺物質(zhì)的量比按照1∶1加入到足量甲苯溶液中,回流8~10h,冷卻,減壓蒸出甲苯,得到粘稠狀液體羧酸酰胺。
反應(yīng)方程式為:
對于二元羧酸,按照物質(zhì)的量比1∶2 加入足量甲苯中,回流時間10h,處理方法同上。
將一元羧酸與三乙醇胺物質(zhì)的量比按照1∶1加入到圓底燒瓶中,65℃加熱攪拌1~3h,待反應(yīng)液變得澄清,反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)方程式為:
二(三)元羧酸,按照物質(zhì)的量比1∶2(3)分別進行反應(yīng)。
按照GB6144-2010 中規(guī)定的方法,進行添加劑防銹性能的測試。銹蝕測試方法主要有單片防銹試驗法、疊片防銹試驗法和鐵屑防銹試驗法3 種。本課題中選用單片防銹試驗方法。參考GB6144-2010方法,試驗溫度35±1℃,相對濕度≥95%。試片為柱形一級灰口鑄鐵(35mm×20mm)。將試片磨光,再用脫脂棉蘸丙酮擦洗并吹干。磨光面滴入相應(yīng)液滴,置于恒溫恒濕箱中,開始計時,到液滴邊緣出現(xiàn)明顯銹點時為止,所經(jīng)時間作為該試樣的防銹時間。
由于羧酸酰胺在水中的溶解度小,我們將制得的產(chǎn)品和三乙醇胺按照1∶2 混合,將其加入到蒸餾水中,配制0.5%的水溶液,考察其防銹性能。其外觀、pH 值、防銹時間見表2。
表2 羧酸酰胺水溶液外觀、pH 值、防銹時間Tab.2 The appearance,pH,antirust time of Carboxylic acid amides
由表2 可知,單獨酰胺的防銹性能差,和烴基鏈的長短、種類基本無任何聯(lián)系,分析原因有兩點:(1)酰胺類化合物在水中的溶解度小,無法在金屬表面形成保護薄膜;(2)酰胺類化合物中酰胺鍵的極性小,N 和O 的孤電子對占用金屬空軌道能力弱,不易形成保護薄膜。酰胺可溶于油性溶劑,可作為油性防銹添加劑使用。
將表1 中有機羧酸分別按照1.3 中的實驗方法制得相對應(yīng)的有機羧酸醇胺鹽,加入到蒸餾水中,配制0.5%的水溶液,考察其防銹性能。其外觀、pH值、防銹時間見表3。
表3 有機羧酸醇胺鹽水溶液外觀、pH 值、防銹時間Tab.3 The appearance,pH,antirust time of acid ethanol amine salt
由表3 可知,無論是一元羧酸還是二元羧酸,隨著碳鏈的增長,防銹性能也有一定程度的增加。但同樣碳鏈的二元羧酸的防銹性能整體優(yōu)于一元羧酸,主要是因為極性基團羧基越多,吸附金屬能力越強,更易形成保護薄膜。一元羧酸中,磺化蓖麻油酸的防銹性能最好,是因為在該分子中,有兩個極性基團-SO3H,具有極強的親水性,分子間吸附能力強,容易形成穩(wěn)定的保護薄膜。多元羧酸的醇胺鹽具有極強的防銹性能,單分子中有3 個-COOH,N 原子的孤對電子的作用等使其易形成強的保護薄膜。
通過對不同類別有機羧酸的醇胺鹽和酰胺化合物防銹性能的測試實驗,我們發(fā)現(xiàn)由于酰胺類化合物的溶解度低,酰胺鍵極性差,使得其防銹性能要整體落后于醇胺鹽。在有機羧酸醇胺鹽中,具有較強極性官能團的存在,大大提高了其防銹性能,為以后新的水基防銹劑開發(fā)提供一定的理論指導(dǎo)。
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