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二硫代氨基甲酸酯衍生物的合成及其在菜籽油中摩擦学性能研究

作　者: 黄伊辉
导　师: 李芬芳
学　校: 中南大学
专　业: 有机化学
关键词: 菜籽油绿色润滑油吗啡啉二硫代氨基甲酸酯衍生物添加剂摩擦学性能润滑机理
分类号: TE626.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

21世纪,节能与环保是主旋律,清洁能源和低碳绿色经济拥有重大的发展机遇。在润滑油领域,生物降解性高、环境友好、绿色润滑油的研制显得尤为任重道远。菜籽油具有良好的黏温性能、润滑性能、高度的生物降解性和可再生性,对人类的生存环境没有危害。因此,菜籽油是用作环境友好型润滑油研究的最重要植物油之一,得到众多青睐。然而,菜籽油的先天性缺陷,决定了需要加入合适的添加剂来改善其抗磨、极压及抗氧化性能。设计、开发适用于菜籽油为润滑油基础油的添加剂,并对其润滑机理进行研究有着重要的实用和理论意义。根据分子结构与其摩擦学性能之间的关系,通过合理的分子设计,分子结构中同时引入含氮杂环、二硫代氨基甲酸和强极性的羧酸酯或羟基或硼酸酯的化合物,有可能是适用于菜籽油而且摩擦学性能优异的润滑油添加剂。本文以吗啡啉、二正丁基胺、二硫化碳为起始原料,合成了三类、8种二硫代氨基甲酸酯衍生物。1)含羟基二硫代氨基甲酸酯衍生物：2-乙羟基-吗啡啉二硫代氨基甲酸酯(HMCT),2-乙羟基-二正丁胺基二硫代氨基甲酸酯(HDCT)。2)含酯基吗啡啉二硫代氨基甲酸酯衍生物：吗啡啉基二硫代氨基甲酸基乙酸正丁酯(MCTB),吗啡啉基二硫代氨基甲酸基乙酸正戊酯(MCTP),吗啡啉基二硫代氨基甲酸基乙酸正己酯(MCTH),吗啡啉基二硫代氨基甲酸基乙酸异辛酯(MCTO-i)。3)双二硫代氨基甲酸酯衍生物：双二正丁胺基二硫代氨基甲酸酯(DDCT),双二正丁胺基二硫代氨基甲酸基乙基硼酸正己酯(DDCTB)。采用红外光谱对所合成的化合物进行了结构表征,结果显示,与分子设计结果一致。然后,以市售精炼菜籽油为基础油,考察了其在菜籽油中的溶解性、热稳定性、耐腐蚀性。结果表明：在实验浓度范围内,所合成的添加剂均具有良好的油溶解性、热稳定性和较好的抗腐蚀性能,具备作为菜籽油添加剂的基本条件。采用四球摩擦磨损试验机考察了其在菜籽油中的摩擦学性能。结果表明,用作菜籽油添加剂均能明显提高菜籽油的极压承载能力,能很好地改善菜籽油的摩擦学性能。最后,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行分析,结果表明：含添加剂试油润滑体系试验过的钢球磨斑表面比基础油的磨斑平整、光滑。其中,含HMCT和HDCT的菜籽油润滑过的摩擦副含有腐蚀孔穴；添加剂分子中所含有的吗啡啉杂环、二硫代氨基甲酸和羧酸酯或羟基基团,共同作用,增加了添加剂分子与金属表面的结合点,在机械力的作用和边界润滑条件下发生化学分解,与钢球表面发生摩擦化学反应,生成了一层含有FeS、Fe2O3、FeSO4和含氮有机物或者硼酸酯的复杂润滑膜,改善了菜籽油的摩擦学性能。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章文献综述  9-27
  1.1 引言  9-10
  1.2 润滑状态种类  10-13
  1.3 环境友好型润滑油  13-20
    1.3.1 环境友好型润滑油的发展  14-17
    1.3.2 天然植物油的基本特性  17-18
    1.3.3 植物油润滑油研究  18-20
  1.4 绿色润滑油添加剂  20-24
    1.4.1 添加剂的种类  20-22
    1.4.2 绿色添加剂的要求  22
    1.4.3 二硫代氨基甲酸衍生物添加剂研究现状  22-24
  1.5 选题背景及意义  24-27
第二章二硫代氨基甲酸酯衍生物的合成及结构表征  27-37
  2.1 前言  27
  2.2 实验部分  27-31
    2.2.1 主要试剂和仪器  27-29
    2.2.2 含羟基二硫代氨基甲酸酯衍生物的合成  29
    2.2.3 含酯基吗啡啉二硫代氨基甲酸酯衍生物的合成  29-30
    2.2.4 双二硫代氨基甲酸酯衍生物的合成  30-31
  2.3 二硫代氨基甲酸酯衍生物的结构表征  31-36
    2.3.1 含羟基二硫代氨基甲酸衍生物结构表征  31-32
    2.3.2 含酯基吗啡啉二硫代氨基甲酸酯衍生物结构表征  32-34
    2.3.3 双二硫代氨基甲酸酯衍生物结构表征  34-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章二硫代氨基甲酸酯衍生物在菜籽油中的油溶性、热稳定性及抗腐蚀性  37-46
  3.1 前言  37
  3.2 实验部分  37-39
    3.2.1 基础油及添加剂  37
    3.2.2 二硫代氨基甲酸酯衍生物的油溶性能实验  37-38
    3.2.3 二硫代氨基甲酸酯衍生物的热稳定性能实验  38
    3.2.4 二硫代氨基甲酸酯衍生物的铜片腐蚀性能实验  38-39
  3.3 二硫代氨基甲酸酯衍生物的油溶性  39-40
  3.4 二硫代氨基甲酸酯衍生物的热稳定性  40-44
  3.5 硫代氨基甲酸酯衍生物的铜片腐蚀性  44-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章二硫代氨基甲酸酯衍生物在菜籽油中的摩擦学性能研究  46-66
  4.1 前言  46
  4.2 实验部分  46-48
    4.2.1 基础油及添加剂  46
    4.2.2 最大无卡咬负荷P_B值和抗磨减摩性能测试  46-48
    4.2.3 钢球磨斑表面及机理分析  48
  4.3 含羟基二硫代氨基甲酸酯衍生物的摩擦学性能  48-55
    4.3.1 含羟基二硫代氨基甲酸酯衍生物的最大无卡咬负荷P_B值  48-49
    4.3.2 含羟基二硫代氨基甲酸酯衍生物的抗磨性能  49-51
    4.3.3 含羟基二硫代氨基甲酸酯衍生物的减摩性能  51-52
    4.3.4 钢球磨斑形貌及机理分析  52-55
    4.3.5 结论  55
  4.4 含酯基吗啡啉二硫代氨基甲酸酯衍生物的摩擦学性能  55-60
    4.4.1 含酯基吗啡啉二硫代氨基甲酸酯衍生物的最大无卡咬负荷P_B值  55-56
    4.4.2 含酯基吗啡啉二硫代氨基甲酸酯衍生物的抗磨性能  56-57
    4.4.3 含酯基吗啡啉二硫代氨基甲酸酯衍生物的减摩性能  57-58
    4.4.4 钢球磨斑形貌及机理分析  58-60
    4.4.5 结论  60
  4.5 双二硫代氨基甲酸酯衍生物的摩擦学性能  60-65
    4.5.1 双二硫代氨基甲酸酯衍生物的最大无卡咬负荷P_B值  60-61
    4.5.2 双二硫代氨基甲酸酯衍生物的抗磨性能  61-62
    4.5.3 双二硫代氨基甲酸酯衍生物的减摩性能  62-63
    4.5.4 钢球磨斑形貌及机理分析  63-65
    4.5.5 结论  65
  4.6 本章小结  65-66
第五章结论  66-67
参考文献  67-75
致谢  75-76
攻读硕士学位期间主要研究成果  76

二硫代氨基甲酸酯衍生物的合成及其在菜籽油中摩擦学性能研究

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