硼酸酯在水基切削液中的应用

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1、硼酸酯在水基切削液中的应用1引言近年来，随着切削加工方式的不断改进，与之配套的切削液也不断更新换代，综合性能不断改善。由于工业中“低能耗，低成本，低公害"的要求，水基金属切削液有了长足的发展。硼酸酯作为一种重要的多功能环保型添加剂常常作为润滑剂、表面活性剂、防锈剂和杀菌剂等被广泛应用于水基金属切削液中。2硼酸酯的性质硼酸分子式为H3BO3，是一种无机酸，由于其结构单元是平面三角形，每个硼原子以SP2杂化与氧原子结合，硼仍是缺电子，因此易与有机化合物中的羟基发生反应(脱水后形成硼酸酯)，可形成硼酸单酯、双酯、三酯及四

2、取代螺环结构。硼酸酯的制备工艺简单，原料易得，生产中基本无三废产生。具有良好的润滑、防锈、杀菌等性能，而且对人体无毒害作用，是一种理想的绿色环保型添加剂。3硼酸酯在水基切削液中的应用3．1极压润滑剂目前水基切削液中仍在使用的极压润滑剂主要是含硫、磷、氯的化合物，如硫化烯烃、硫化动植物油、硫脲、磷酸酯、氯化石蜡等。此类添加剂在高温下与金属表面发生化学反应生成化学反应膜，在切削中起极压润滑作用。但是，对环境有污染，对操作者有害。随着人们环保意识的加强，现在已限制使用此类添加剂，国内外正在着手研究其替代物。有机硼酸酯是新

3、型的极压润滑添加剂，它的作用机理是其摩擦表面形成了物理(或化学)吸附膜，及由于硼酸酯水解作用或与添加剂发生摩擦化学反应产生诸如H3BO3、B203等构成的非牺牲性沉积；几种膜的共同作用有效提高了水基切削液的摩擦学性能。有机硼酸酯油膜强度高，摩擦系数低，具有良好的减摩抗磨性能，而且和密封材料有良好的相容性，对人体无毒害作用，是一种理想的绿色环保型添加剂，近年来受到越来越广泛的重视。采用硼酸与有机醇胺(CH2CH20)nNH2(n=1，2，3)合成的硼酸酯，含有硼、氮两种极压活性元素，在边界润滑过程中，摩擦金属表面上发

4、生化学反应生成边界润滑膜起润滑作用。其极压抗磨性、反应活性、防锈性均提高，且水解安定性好。将硼酸分别与烷醇酰胺等反应合成了不同的硼酸酯类润滑油添加剂，并将这些硼酸酯按总质量的2％加入基础油中。结果表明，加入摩尔比为1：1：1的N一经乙基乙结果表明摩尔比为1：1：1的N一羟乙基乙酰胺、N，N一二羟乙基硬脂酰胺和硼酸反应的产物后磨痕直径最小，为0．33mm。将蓖麻油依次与高锰酸钾、硼酸、三乙醇胺等反应，在蓖麻油中引入了硼、氮合成了新型润滑油添加剂，并通过四球机考察了它在莱籽油和水中的抗磨、极压性能。结果表明，蓖麻油分子

5、的载体作用、硼的缺电子、氮的反应活性以及三者的协同作用在摩擦金属表面形成了一层高强度的吸附膜和／或摩擦化学反应膜，使得该添加剂具有明显的减摩、抗磨和极压性能。为了进一步提高硼酸酯的润滑性能，人们还在硼酸酯中引入其他元素，或与其他物质复配，使其成为多功能添加剂。用脂肪酸、13一羟乙基乙二胺、硼酸合成了脂肪酸咪唑啉硼酸单酯和三酯。结果表明，这些化合物在水中具有良好的承载能力和抗磨性能，并对这些化合物的抗磨机理进行了初步的探讨。用硼酸、月桂酸和五氧化二磷反应合成了含磷硼酸酯润滑油添加剂，研究发现含磷硼酸酯添加到基础油中能

6、显著提高其抗磨性能。研究了硼酸酯与硫化物的协同抗磨效应，发现含硫硼酸酯能进一步提高硼酸酯的减摩抗磨性能，先加入硫化物的硼酸酯的减摩抗磨效果优于后加入硫化物的硼酸酷，并探讨了它们的减摩抗磨作用机理。硼酸与三乙醇胺合成硼酸酯，癸二酸与三乙醇胺合成羧酸盐，并将两者2：1复配形成的润滑防锈剂，防锈和润滑效果均很好，且具有良好的生物降解性能。含硫极压剂由于其极压润滑性能良好而受到广泛应用。3．2表面活性剂以硼酸为母体形成B—O键的硼酸酯类的化合物，是一种特种表面活性剂。这类表面活性剂一般为非离子型，但在碱性介质中重排为阴离子

7、型，因此它具有两性表面活性剂的一些性质。含硼表面活性剂的沸点一般都较高，不挥发，具有优良的抗菌性、低毒性、阻燃性和表面活性，但能水解，高温下极稳定。由于它们具有B—O键，因而与高分子的相溶性很好，这类化合物适合作润滑油稳定剂、防蚀剂，及各种物质的乳化剂和分散剂。在含硼表面活性剂中可以引入具有其它功能的基团。引入磷，可以使其既具有含硼表面活性剂的优点，又同时具有含磷表面活性剂的特性，具有抗静电性、阻燃性和优良的表面活性。若同时再引入氯元素，则此类表面活性剂便会具有很好的综合性能，是一类多功能的表面活性剂。20世纪70

8、年代，[日本东邦化学工业公司]用硼酸与丙三醇作用，生成丙三醇硼酸酯。然后引入环氧乙烷，起聚合反应，生成丙三醇聚氧乙烯醚。最后同脂肪酸作用，制得EmulbonT型产品，广泛用于水溶性切削液、农药及其他方面。随后又引入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]利用十八胺同缩水甘油双(2，3一基丙基十八胺)，然