1性等方法来提高植物油润滑性能的研究进展,指出国内开展相关研究工作的紧迫性。
植物油用作润滑剂已有很长的历史。十九世纪末,当人们发现矿物油具有更加优良的润滑性能后,绝大多数的润滑剂都以矿物油作为基础油。近年来,随着公众对环境问的日益重视,各个国家都开始把保护环境作为政府的重要责任。世界上每年大量的矿物油润滑剂流失到环境中,这些润滑剂对环境存在着巨大威胁。另外,石油资源的日益枯竭,都使得具有的良好的生物可降解性可再生等环境友好性能的植物油重新引起人们的注意。在过去的十年里,人们对植物油作为润滑剂可行性进行了深人研究,取得了定的进展,已有以植物油作为基础油的润滑油生产16.然而由于植物油的温易氧化变质,低温润滑性能不佳的等问仍未彻底解决,极大的限制了它的应用范围。本文通过近年来植物油作为环境友好润滑剂的研究状况,对今后植物油研究的发展方向提出自己的看法。
1植物油的化学和物理性质环境友好润滑剂是指对那些无毒可生物降解对环境无害的润滑剂,通常包括聚烯烃聚醇合成双酯多元醇酯和植物油。植物油作为环境友好润滑剂,具有价格低廉可再生等优点。植物油食用植物油般含超过98的甘油酯。组成甘油酯的脂肪酸绝大多数为包含8到22个碳的直链分子,主要有饱和酸棕榈酸,硬脂酸等,单不饱和酸油酸及多元不饱和酸亚油酸,亚麻酸等。不同种类不同地区的植物油具有不同的脂肪酸组成,常的植物油的主要成分1植物油物理和化学性质的差异依赖于其脂肪酸成分的不饱和度,饱和脂肪酸含量较高的的植物油在室温下为固体或半固体。不饱和脂肪酸含量高的植物油更容易氧化聚合。脂肪酸的不饱和度与其氧化速率密切相关,例如常菜籽油中的不饱和脂肪酸包括亚麻酸顺9,12,15烯十酸,083亚油酸顺9,12烯十酸,0182和油酸顺9烯十酸,0181.其氧气吸收速率比为8001001.由于大多植物油为甘油酯,它们容易发生水解而导致应用上的问。但少量酯类水解产生的游离脂肪酸在摩擦过程中可以起到面修饰的积极作用。
可用于润滑油的植物油有菜籽油葵花籽油大豆油蓖麻油低芥酸菜籽油,13,芥酸2等,其中蓖麻油应用更为广泛。蓖麻油含有很高含量特殊的脂肪酸蓖麻油酸2,它具有个双键和个轻基。羟基能与金属面的极性基团发生键合从而具有良好的润滑性能,单个双键使其具有较好的低温性能和氧化安定性。
2植物油的润滑性能研究植物油具有以下的物理和化学特性3.植物油具有很的分子量866894使得它的挥发度很低。
由于含有较多不饱和键,虽然能增强植物油的低温特性,但是也导致了氧化稳定性差。当亚油酸和亚麻酸的含量达50时,氧化非常严重,当饱和度太高时,低温流动性不佳。
2.1添加剂添加剂在润滑油中起到抗摩减磨抗氧化抗腐蚀等作用。作为环境友好润滑剂的添加剂,不但要具,以上的作用,还要考虑它对润滑剂性质的影响以及它自身的环境特性。例如,添加剂不能降低润滑油生物可降解性。根据德国制定的蓝色天使法规,添加剂必须满足以下条件无致癌物,无放射性无,无亚硝酸种配方中最多含不大于7的可生物降解的添加剂。目前研究较多的添加剂主要可分为两种2减摩抗磨极压添加剂这类添加剂包括活性硫化物有机磷酸盐和硼酸盐等。活性硫化物分子中活性硫的含量越高,极压性能愈好,但是含量过高容易腐蚀摩擦副9有机磷酸盐具有良好的极压抗磨性能。含硫含磷的添加剂的报道很多,包括常用的添加剂瓜,1.但是由于含有硫磷等极性元素的添加剂通常有毒性,不仅威胁了润滑油生产和使用者的身体健康,同时也污染了环境。硼酸盐润滑油添加剂不但具有很好加剂有很大的发展潜力。
最近,胡志孟等将羟基硫硼引入植物油分子的双键位置上,并将产物作为润滑油添加剂,大大提高了其抗磨极压性能167.曹月平等合成了硫化脂肪酸作为菜籽油的无灰抗磨添加剂1!。王鹤寿等考察了超细氟化石墨在植物油中的摩擦学特性,证明超细氟化石墨在植物油中具有优良的润滑性能79.近年来纳米粒子作为润滑油添加剂的应用也引起人们的关注222.
2.1.2抗氧化添加剂对植物油的氧化和抗氧化机理的研究很多,通常认为植物油的氧化机理与矿物油类似,都是自由基的链反应3.但与般矿物油所不同的是氧化位置不是发生在末端碳原子上,而是在更易被氧化的烯丙基的碳上。
常用的抗等化添加剂有酚型抗氧剂胺型抗氧剂杂环抗氧剂和金属有机化合物等。酚型抗氧剂以屏蔽酚为代,用的最多产品是2,6叔丁基对甲酚。近年来国内外研究的主要是通过改变屏蔽酚于高温下使用的润滑油特别是酯类油,其成本较高毒性大的缺点限制了它的应用。杂环抗氧剂是近年来研究较多的抗氧剂。这类化合物由于其分子结构的特殊性,使其不仅具有抗氧性能,而且还兼有抗磨极压抗腐蚀等多种性能。金属有机化合物作为润滑油抗氧剂的研究由来已久,例如200已在润滑油领域得到了广泛的应用。目前研究较多的是有机铜化合物。从40年代就开始了有机铜化合物作为润滑油高温抗氧剂的研究,至今较成熟的有机抗氧剂有羧酸类铜盐硫代磷酸铜盐硫代氨基甲酸铜盐及硫代经基硼酸铜盐等。有机铜盐抗氧剂的作用机理的研究是近几年才进行的,但至今仍无统的认识23.通常认为其机理是捕捉自由基。通过电子转移使游离基成为负离子,从而减缓自由基链反应,如下式。
但将有机金属化合物用于植物油的报道还不多。
2.2化学改性由于植物油的热氧化性能限制了其作为高温下润滑油基础油的应用,考虑到植物油中脂肪酸上的不饱和双键容易发生化学反应,人们采用各种方法对植物油进行改性。常的方法有选择氢化,加成,环氧化等。
在润滑领域对植物油的改性的重点在于提高其氧化安定性,因而对植物油的不饱和双键的加氢反应研究的比较多12425由于长链饱和脂肪酸的倾点较高,因此需选用适当的催化剂将含有多个不饱和双键的亚麻酸亚油酸等还原为仅含个双键的油酸,既能提高植物油的氧化安定性,又能保持定的低温性能,4.
加成1.
+催化剂在植物油分子中的不饱和双键上利用加成反应引入其他官能团来改善其性能,这些官能团包括烷烃羟基羰基等,526.
2.2.3环氧化对植物油进行环氧化改性,提高了油品自身的氧化安定性,当加人定量的抗氧化添加剂后,其氧化安定性能可增加7倍,另外植物油的润滑性能也得到了提高2〃8.
2.3生物改性除了以上的化学方法外,还可用生物技术培养高油酸含量的植物油方法来提高其抗氧化性能29.
高油酸含量的葵花籽油中油酸的含量已超过90,硬脂酸的含量仅为1.01.5.这种油具有较好的氧化安定性和低温性能,可直接用于某些润滑油的基础油。
3研究植物油润滑剂的发展前景我国丰富的植物油资源菜籽油产量居世界第位和日益严重的环境污染都使得开发植物油作为润滑油基础油的任务更为紧迫国内对环境友好润滑剂的研究还处于初期探索阶段,与实际应用还有很大差距。从近些年对植物油作为润滑油基础油的研究来看,开发新型效的多功能润滑油添加剂,其中含硼铜润滑油添加剂和纳米粒子添加剂具有良好的发展前景。对植物油进行化学改性以提其氧化安定性和低温性能也取得了明显的效果。预计两种方法的结合,能使植物油最终满足润滑油基础油的条件,全面代替矿物油。
作者:佚名 来源:中国润滑油网