硼酸酯在水基切削液中的應(yīng)用

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1、硼酸酯在水基切削液中的應(yīng)用1引言近年來(lái)，隨著切削加工方式的不斷改進(jìn)，與之配套的切削液也不斷更新?lián)Q代，綜合性能不斷改善。由于工業(yè)中“低能耗，低成本，低公害"的要求，水基金屬切削液有了長(zhǎng)足的發(fā)展。硼酸酯作為一種重要的多功能環(huán)保型添加劑常常作為潤(rùn)滑劑、表面活性劑、防銹劑和殺菌劑等被廣泛應(yīng)用于水基金屬切削液中。2硼酸酯的性質(zhì)硼酸分子式為H3BO3，是一種無(wú)機(jī)酸，由于其結(jié)構(gòu)單元是平面三角形，每個(gè)硼原子以SP2雜化與氧原子結(jié)合，硼仍是缺電子，因此易與有機(jī)化合物中的羥基發(fā)生反應(yīng)(脫水后形成硼酸酯)，可形成硼酸單酯

2、、雙酯、三酯及四取代螺環(huán)結(jié)構(gòu)。硼酸酯的制備工藝簡(jiǎn)單，原料易得，生產(chǎn)中基本無(wú)三廢產(chǎn)生。具有良好的潤(rùn)滑、防銹、殺菌等性能，而且對(duì)人體無(wú)毒害作用，是一種理想的綠色環(huán)保型添加劑。3硼酸酯在水基切削液中的應(yīng)用3．1極壓潤(rùn)滑劑目前水基切削液中仍在使用的極壓潤(rùn)滑劑主要是含硫、磷、氯的化合物，如硫化烯烴、硫化動(dòng)植物油、硫脲、磷酸酯、氯化石蠟等。此類添加劑在高溫下與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成化學(xué)反應(yīng)膜，在切削中起極壓潤(rùn)滑作用。但是，對(duì)環(huán)境有污染，對(duì)操作者有害。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，現(xiàn)在已限制使用此類添加劑，國(guó)內(nèi)外正在

3、著手研究其替代物。有機(jī)硼酸酯是新型的極壓潤(rùn)滑添加劑，它的作用機(jī)理是其摩擦表面形成了物理(或化學(xué))吸附膜，及由于硼酸酯水解作用或與添加劑發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生諸如H3BO3、B203等構(gòu)成的非犧牲性沉積；幾種膜的共同作用有效提高了水基切削液的摩擦學(xué)性能。有機(jī)硼酸酯油膜強(qiáng)度高，摩擦系數(shù)低，具有良好的減摩抗磨性能，而且和密封材料有良好的相容性，對(duì)人體無(wú)毒害作用，是一種理想的綠色環(huán)保型添加劑，近年來(lái)受到越來(lái)越廣泛的重視。采用硼酸與有機(jī)醇胺(CH2CH20)nNH2(n=1，2，3)合成的硼酸酯，含有硼、氮兩種

4、極壓活性元素，在邊界潤(rùn)滑過(guò)程中，摩擦金屬表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成邊界潤(rùn)滑膜起潤(rùn)滑作用。其極壓抗磨性、反應(yīng)活性、防銹性均提高，且水解安定性好。將硼酸分別與烷醇酰胺等反應(yīng)合成了不同的硼酸酯類潤(rùn)滑油添加劑，并將這些硼酸酯按總質(zhì)量的2％加入基礎(chǔ)油中。結(jié)果表明，加入摩爾比為1：1：1的N一經(jīng)乙基乙結(jié)果表明摩爾比為1：1：1的N一羥乙基乙酰胺、N，N一二羥乙基硬脂酰胺和硼酸反應(yīng)的產(chǎn)物后磨痕直徑最小，為0．33mm。將蓖麻油依次與高錳酸鉀、硼酸、三乙醇胺等反應(yīng)，在蓖麻油中引入了硼、氮合成了新型潤(rùn)滑油添加劑，并通過(guò)四

5、球機(jī)考察了它在萊籽油和水中的抗磨、極壓性能。結(jié)果表明，蓖麻油分子的載體作用、硼的缺電子、氮的反應(yīng)活性以及三者的協(xié)同作用在摩擦金屬表面形成了一層高強(qiáng)度的吸附膜和／或摩擦化學(xué)反應(yīng)膜，使得該添加劑具有明顯的減摩、抗磨和極壓性能。為了進(jìn)一步提高硼酸酯的潤(rùn)滑性能，人們還在硼酸酯中引入其他元素，或與其他物質(zhì)復(fù)配，使其成為多功能添加劑。用脂肪酸、13一羥乙基乙二胺、硼酸合成了脂肪酸咪唑啉硼酸單酯和三酯。結(jié)果表明，這些化合物在水中具有良好的承載能力和抗磨性能，并對(duì)這些化合物的抗磨機(jī)理進(jìn)行了初步的探討。用硼酸、月桂酸

6、和五氧化二磷反應(yīng)合成了含磷硼酸酯潤(rùn)滑油添加劑，研究發(fā)現(xiàn)含磷硼酸酯添加到基礎(chǔ)油中能顯著提高其抗磨性能。研究了硼酸酯與硫化物的協(xié)同抗磨效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)含硫硼酸酯能進(jìn)一步提高硼酸酯的減摩抗磨性能，先加入硫化物的硼酸酯的減摩抗磨效果優(yōu)于后加入硫化物的硼酸酷，并探討了它們的減摩抗磨作用機(jī)理。硼酸與三乙醇胺合成硼酸酯，癸二酸與三乙醇胺合成羧酸鹽，并將兩者2：1復(fù)配形成的潤(rùn)滑防銹劑，防銹和潤(rùn)滑效果均很好，且具有良好的生物降解性能。含硫極壓劑由于其極壓潤(rùn)滑性能良好而受到廣泛應(yīng)用。3．2表面活性劑以硼酸為母體形成B—O鍵的

7、硼酸酯類的化合物，是一種特種表面活性劑。這類表面活性劑一般為非離子型，但在堿性介質(zhì)中重排為陰離子型，因此它具有兩性表面活性劑的一些性質(zhì)。含硼表面活性劑的沸點(diǎn)一般都較高，不揮發(fā)，具有優(yōu)良的抗菌性、低毒性、阻燃性和表面活性，但能水解，高溫下極穩(wěn)定。由于它們具有B—O鍵，因而與高分子的相溶性很好，這類化合物適合作潤(rùn)滑油穩(wěn)定劑、防蝕劑，及各種物質(zhì)的乳化劑和分散劑。在含硼表面活性劑中可以引入具有其它功能的基團(tuán)。引入磷，可以使其既具有含硼表面活性劑的優(yōu)點(diǎn)，又同時(shí)具有含磷表面活性劑的特性，具有抗靜電性、阻燃性和優(yōu)

8、良的表面活性。若同時(shí)再引入氯元素，則此類表面活性劑便會(huì)具有很好的綜合性能，是一類多功能的表面活性劑。20世紀(jì)70年代，[日本東邦化學(xué)工業(yè)公司]用硼酸與丙三醇作用，生成丙三醇硼酸酯。然后引入環(huán)氧乙烷，起聚合反應(yīng)，生成丙三醇聚氧乙烯醚。最后同脂肪酸作用，制得EmulbonT型產(chǎn)品，廣泛用于水溶性切削液、農(nóng)藥及其他方面。隨后又引入P、Br元素使其有更好的表面活性和阻燃等功能特性[12,13]。Ciba—Geigy公司[14]利用十八胺同縮水甘油雙(2，3一基丙基十八胺)，然