硼酸鹽類極壓抗磨劑結構分析

牛治剛

（蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730060）

潤滑油脂添加劑是各種高級潤滑油之精髓，能賦予基礎油脂特殊性能[1]，新型高效多功能無毒添加劑的開發一直是工業化國家摩擦學研究的重點之一[2]，膠體硼酸鹽就是其中的一種。美國Chevron公司在70年代初研制了膠體硼酸鉀添加劑OLOA-9750，90年代初又推出了改進后的膠體硼酸鉀添加劑[3]。這類添加劑已經廣泛應用于節能工業齒輪油中，特別是用其調配出超GL-5性能的車輛齒輪油[4-6]。目前，膠體硼酸鹽在潤滑脂中也表現出特殊的極壓抗磨性能，與傳統的含活性元素的硫、磷擠壓抗磨劑相比，膠體硼酸鹽不破壞潤滑脂的膠體結構，不存在腐蝕作用，同時與其它添加劑復合使用能夠起到增效作用。因此，了解膠體硼酸鹽的結構和性能之間的關系以及控制膠體硼酸鹽極壓抗磨劑產品質量勢在必行。

本工作采用溶劑萃取和柱層析等分析方法， 配合使用紅外光譜、核磁共振氫譜和電子轟擊源質譜等分析手段，對潤滑脂中的常用膠體硼酸鹽極壓抗磨劑的組成和結構進行了較為詳盡的分析和研究， 確定了其結構組成，對研究新型高檔潤滑脂添加劑提供了重要信息。

1 實驗部分

1.1 試劑和材料

石油醚、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、無水乙醇、甲醇等均為分析純。硅膠：280～154μm，青島海洋化工廠。薄層用硅膠：HF254，青島海洋化工廠。

1.2 儀器、設備

日本Hitachi公司TM-1000SEM 型掃描電子顯微鏡（SEM/EDS）；日本SUGA Test Instruments Co.公司CT-3型濕潤試驗機；島津Anatar-360 型傅里葉變換紅外光譜儀，溴化鉀壓片，波譜范圍400～4000cm-1；美國Perkin-Elmer 2400-Ⅱ元素分析儀。

2 結果與討論

2.1 添加劑的元素含量分析

首先，對三個樣品及從其中分離的無機硼酸鹽進行了元素分析，三個樣品元素含量存在差別性，說明它們可能為三種不同類型的膠體硼酸鹽極壓抗磨劑。其中樣品1分離出的無機硼酸鹽的元素含量與三硼酸鉀鹽的理論元素含量基本一致，說明其可能是三硼酸鉀，樣品2分離出的無機鹽與四硼酸鉀的理論元素含量相近，但有一定的區別，這可能是由于四硼酸鉀中結晶水導致的，樣品3分離出的硼酸鹽測出的元素含量在兩者之間，可能是兩種結構的鹽的混合物。同時，樣品1、樣品2和樣品3還含有除鉀、硼、氧等元素，可能是在制備過程中引入的分散劑、乳化劑等帶入的。

2.2 組分的分離與提純

通過溶劑萃取、乳化等方法對其進行分離，有機相的分離必須通過柱層析的方法。對分離出的基礎油進行了色譜及族組成分析，分離出的有機化合物進行了紅外、氣質、凝膠色譜和核磁等分析，對分離出的固體無機鹽進行紅外、元素含量、核磁硼譜等分析。通過以上的分析基本確定了三個樣品的組成與結構。

2.3 紅外光譜的初步定性分析

對原樣分離后的固體無機鹽和液體有機樣品進行紅外分析。可以看出，三個樣品的紅外特征吸收峰不盡相同，表明三個樣品的結構存在區別。其中樣品1和2分別在3381cm-1和3419cm-1處有明顯地O-H特征吸收峰，這是膠體硼酸鹽中無機鹽中結晶水的特征吸收。樣品1和3中1704cm-1和1711cm-1處的吸收峰為羰基的特征吸收峰，可能是無灰分散劑的官能團引入的。C=C雙鍵的特征吸收峰可能是在制備過程中引入的乳化劑所致。

2.4 氣質、質譜分析

對分離出的有機物進行氣質、質譜分析。樣品1中蒸餾沒有得到較輕的有機物，樣品2和樣品3蒸餾得到少量的較輕有機物，樣品2和樣品3中較輕的有機物分別為油酸和乙醇胺類的表面活性劑。

3 結語

通過對三個樣品的分析，基本上確定了樣品中每個組分的結構，其中樣品1為分散劑直接分散的三硼酸鉀鹽，樣品2為油酸表面修飾的四硼酸鉀鹽，樣品3為乙醇胺類表面修飾劑和分散劑共同作用的四硼酸鉀鹽和三硼酸鉀鹽的混合物。

膠體硼酸鹽是一種優良的硼酸鹽型極壓抗磨劑，專用于潤滑脂，具有無毒，無味，耐高溫，適宜制備環境友好型多效能潤滑脂。在潤滑脂中與其它極壓添加劑復合使用劑量少，可降低成本、提高產品性能，是一種科技含量高的極壓抗磨劑，值得推廣應用。通過對膠體硼酸鹽產品結構的分析，可以加快我們對目標產品的合成及其作用機理進行深入了解，為潤滑脂的發展提供更好的服務。