硼酸盐类极压抗磨剂结构分析

牛治刚

（兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060）

润滑油脂添加剂是各种高级润滑油之精髓，能赋予基础油脂特殊性能[1]，新型高效多功能无毒添加剂的开发一直是工业化国家摩擦学研究的重点之一[2]，胶体硼酸盐就是其中的一种。美国Chevron公司在70年代初研制了胶体硼酸钾添加剂OLOA-9750，90年代初又推出了改进后的胶体硼酸钾添加剂[3]。这类添加剂已经广泛应用于节能工业齿轮油中，特别是用其调配出超GL-5性能的车辆齿轮油[4-6]。目前，胶体硼酸盐在润滑脂中也表现出特殊的极压抗磨性能，与传统的含活性元素的硫、磷挤压抗磨剂相比，胶体硼酸盐不破坏润滑脂的胶体结构，不存在腐蚀作用，同时与其它添加剂复合使用能够起到增效作用。因此，了解胶体硼酸盐的结构和性能之间的关系以及控制胶体硼酸盐极压抗磨剂产品质量势在必行。

本工作采用溶剂萃取和柱层析等分析方法， 配合使用红外光谱、核磁共振氢谱和电子轰击源质谱等分析手段，对润滑脂中的常用胶体硼酸盐极压抗磨剂的组成和结构进行了较为详尽的分析和研究， 确定了其结构组成，对研究新型高档润滑脂添加剂提供了重要信息。

1 实验部分

1.1 试剂和材料

石油醚、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、无水乙醇、甲醇等均为分析纯。硅胶：280～154μm，青岛海洋化工厂。薄层用硅胶：HF254，青岛海洋化工厂。

1.2 仪器、设备

日本Hitachi公司TM-1000SEM 型扫描电子显微镜（SEM/EDS）；日本SUGA Test Instruments Co.公司CT-3型湿润试验机；岛津Anatar-360 型傅里叶变换红外光谱仪，溴化钾压片，波谱范围400～4000cm-1；美国Perkin-Elmer 2400-Ⅱ元素分析仪。

2 结果与讨论

2.1 添加剂的元素含量分析

首先，对三个样品及从其中分离的无机硼酸盐进行了元素分析，三个样品元素含量存在差别性，说明它们可能为三种不同类型的胶体硼酸盐极压抗磨剂。其中样品1分离出的无机硼酸盐的元素含量与三硼酸钾盐的理论元素含量基本一致，说明其可能是三硼酸钾，样品2分离出的无机盐与四硼酸钾的理论元素含量相近，但有一定的区别，这可能是由于四硼酸钾中结晶水导致的，样品3分离出的硼酸盐测出的元素含量在两者之间，可能是两种结构的盐的混合物。同时，样品1、样品2和样品3还含有除钾、硼、氧等元素，可能是在制备过程中引入的分散剂、乳化剂等带入的。

2.2 组分的分离与提纯

通过溶剂萃取、乳化等方法对其进行分离，有机相的分离必须通过柱层析的方法。对分离出的基础油进行了色谱及族组成分析，分离出的有机化合物进行了红外、气质、凝胶色谱和核磁等分析，对分离出的固体无机盐进行红外、元素含量、核磁硼谱等分析。通过以上的分析基本确定了三个样品的组成与结构。

2.3 红外光谱的初步定性分析

对原样分离后的固体无机盐和液体有机样品进行红外分析。可以看出，三个样品的红外特征吸收峰不尽相同，表明三个样品的结构存在区别。其中样品1和2分别在3381cm-1和3419cm-1处有明显地O-H特征吸收峰，这是胶体硼酸盐中无机盐中结晶水的特征吸收。样品1和3中1704cm-1和1711cm-1处的吸收峰为羰基的特征吸收峰，可能是无灰分散剂的官能团引入的。C=C双键的特征吸收峰可能是在制备过程中引入的乳化剂所致。

2.4 气质、质谱分析

对分离出的有机物进行气质、质谱分析。样品1中蒸馏没有得到较轻的有机物，样品2和样品3蒸馏得到少量的较轻有机物，样品2和样品3中较轻的有机物分别为油酸和乙醇胺类的表面活性剂。

3 结语

通过对三个样品的分析，基本上确定了样品中每个组分的结构，其中样品1为分散剂直接分散的三硼酸钾盐，样品2为油酸表面修饰的四硼酸钾盐，样品3为乙醇胺类表面修饰剂和分散剂共同作用的四硼酸钾盐和三硼酸钾盐的混合物。

胶体硼酸盐是一种优良的硼酸盐型极压抗磨剂，专用于润滑脂，具有无毒，无味，耐高温，适宜制备环境友好型多效能润滑脂。在润滑脂中与其它极压添加剂复合使用剂量少，可降低成本、提高产品性能，是一种科技含量高的极压抗磨剂，值得推广应用。通过对胶体硼酸盐产品结构的分析，可以加快我们对目标产品的合成及其作用机理进行深入了解，为润滑脂的发展提供更好的服务。