可促進(jìn)潤(rùn)滑油生物降解的新型潤(rùn)滑添加劑研究
及材料表面工程研究-mf Pubs并ilf（了其摩擦學(xué)和促進(jìn)潤(rùn)滑油生物潤(rùn)滑劑是機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及材料制造加工過程中必需的工作介質(zhì)，隨著工業(yè)的高速發(fā)展，全世界潤(rùn)滑劑消費(fèi)量逐年攀升。在潤(rùn)滑劑的使用過程中，不可避免地會(huì)通過泄漏、溢出或不恰當(dāng)?shù)呐欧诺榷喾N途徑進(jìn)入環(huán)境，嚴(yán)重污染著土壤和水資源，破壞生態(tài)環(huán)境和生態(tài)平衡。傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑產(chǎn)品由于生物降解性能差，正面臨環(huán)境要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，現(xiàn)代潤(rùn)滑技術(shù)已從僅關(guān)注使用效能向使用效能與生態(tài)效能雙重性方面發(fā)展，開發(fā)新的可生物降解的潤(rùn)滑劑成為20世紀(jì)80年代以來潤(rùn)滑劑行業(yè)的一個(gè)重要研究課題。
國外已于20世紀(jì)80年代中期開展了綠色潤(rùn)滑劑的研究和開發(fā)工作，并已有多種綠色潤(rùn)滑劑商品出現(xiàn)，約占潤(rùn)滑劑消費(fèi)總量的10%；從發(fā)展的趨勢(shì)看，綠色潤(rùn)滑劑必將全面取代環(huán)境有害潤(rùn)滑劑11-2.我國作為潤(rùn)滑劑的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，對(duì)綠色潤(rùn)滑劑的研究*基金項(xiàng)目：重慶市自然科學(xué)基金計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（CSTC2008BA4037）。
學(xué)還處于初期探索階段，與實(shí)際應(yīng)用還有很大差距。為取得較好的性能價(jià)格比和環(huán)保效果，必須對(duì)綠色潤(rùn)滑劑進(jìn)行科學(xué)的分子設(shè)計(jì)，基于添加劑在潤(rùn)滑劑中不可替代的重要作用，通過合理的分子設(shè)計(jì)進(jìn)行新型、高效綠色多功能潤(rùn)滑添加劑的研究與開發(fā)迫在眉睫。
N酰基氨基酸是以脂肪酸和氨基酸為原料合成的一種陰離子氨基酸型表面活性劑，不僅具有優(yōu)良的表面活性，而且具有良好的生物相容性和生物降解性。
氨基酸參與蛋白質(zhì)合成及各種代謝過程，是維持正常生命活動(dòng)的重要物質(zhì)，是構(gòu)成生命物質(zhì)的最基本單位；脂肪酸也是生物體內(nèi)不可缺少的物質(zhì)。因此�；被峒捌浣到猱a(chǎn)物具有較好的生物安全性，對(duì)動(dòng)植物無害，是一類理想的綠色表面活性劑。近年來，綠色表面活性劑的開發(fā)和使用日益受到世界各國的重視，氨基酸類表面活性劑的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，但將其作為潤(rùn)滑添加劑的研究報(bào)道甚少。為此，筆者以絲氨酸和油酸為原料制，設(shè)計(jì)并合成了N袖�；z氨酸添加劑；通過摩擦學(xué)和生物降解的合成路線，先將油酸和二氯亞砜以1.0：1.5摩爾比混合于裝有回流冷凝器的干燥三口燒瓶中，加熱回流4h后蒸去過量的二氯亞砜，減壓蒸餾得油酰氯。再將油酰氯與絲氨酸在堿性溶液中反應(yīng)，反應(yīng)液的pH值控制在8~1Q反應(yīng)溫度在15~20°C，反應(yīng)時(shí)間為4~5k反應(yīng)結(jié)束后，靜置冷卻，反應(yīng)液用鹽酸溶液酸化至值為1~ 2油層用水和石油醚洗滌、干燥，得到棕黃色黏稠液體，即為產(chǎn)物N袖�；z氨酸，產(chǎn)率約為80%.采用英國PE-1725X傅立葉紅外光譜儀分析添加劑的圖添加劑油�；z氨酸的紅外光圖譜。他同程度。的峰如加入質(zhì)量分的N厭bookmark4 1.2添加劑摩擦學(xué)性能測(cè)試及表面分析采用濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠的MRS-10A型四球試驗(yàn)機(jī)，按GB 3142-82方法分別評(píng)價(jià)潤(rùn)滑劑的抗磨性能、承載能力（外）及燒結(jié)負(fù)荷（外）。試驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速）；長(zhǎng)磨載荷392N，時(shí)間30min所用鋼球?yàn)橹貞c鋼球廠生產(chǎn)的直徑為12.7mm的二級(jí)GCr15鋼球，硬度為HRC59~ 61.在長(zhǎng)磨試驗(yàn)條件下實(shí)時(shí)測(cè)定潤(rùn)滑劑的摩擦因數(shù)。
長(zhǎng)時(shí)抗磨損試驗(yàn)結(jié)束后，用丙酮和石油醚清洗試球，用KYKY-2800型掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)試球表面的磨痕形貌進(jìn)行分析。
1.3添加劑生物降解性能測(cè)試潤(rùn)滑劑生物降解性即潤(rùn)滑劑受生物作用分解化合物的能力。潤(rùn)滑劑在生物降解過程中常伴隨著與降解有關(guān)的現(xiàn)象，如物質(zhì)損失、生成水（H2O）和二氧化碳（CO2）、耗氧（O2）、能量釋放（產(chǎn)生熱量）和微生物量增加等。生物降解性試驗(yàn)方法就是通過測(cè)定生物降解過程中產(chǎn)生的各種現(xiàn)象并使之量化。來衡量生物降解性能。本文作者采用建立的生物降解性快速測(cè)定方法來測(cè)試添加劑的生物降解性能，該方法以生物降解指數(shù)BDI（相同條件下受試物降解生成的CO2量與油酸基準(zhǔn)物降解生成的CO2量比值百分?jǐn)?shù)）為降解指標(biāo)，其值越大，生物降解性越好；該方法與國際上通用的CEC方法具有很好的相關(guān)性2結(jié)果與討論2.1添加劑的IR表征可以看出：位于1700.1rn-1處的峰為羧基中的O 1一C*O伸縮振動(dòng)吸收峰，位于1550.9cm處的峰為N―H彎曲振動(dòng)與C一N伸縮振動(dòng)疊合吸收峰，位于722.5am-1處的峰為+CH2*.（n〉4）平面搖擺吸收峰，位于1644.9am-1處的峰為酰胺C==O的伸縮振動(dòng)吸收峰，位于2852.5am-的吸收峰為C一H的伸縮振動(dòng)吸收，位于3311.5 1處的峰為酰胺的N―H和O*H伸縮振動(dòng)吸收添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)潤(rùn)滑油的押和外的影響示出了磨斑直徑和摩擦因數(shù)隨添加劑含量的變化。實(shí)驗(yàn)表明：在HVI350礦物油中加入N-油�；z氨酸后，潤(rùn)滑油的磨斑直徑和摩擦因數(shù)明顯減小，表現(xiàn)出較好的抗磨減摩性能。N油�；z氨酸具有較好抗磨減摩性能的原因，可能是由于添加劑分子中的一COOH、一CONH緣故；在較高載荷條件下，添加劑可能與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成高強(qiáng)度的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜而起抗磨作用。
載荷對(duì)潤(rùn)滑油抗磨性能的影響2.2.3磨斑表面形貌示出了礦物基礎(chǔ)油及含質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%添加劑的潤(rùn)滑油在392N、30min長(zhǎng)磨后鋼球表面磨斑形貌�？梢钥闯觯涸谙嗤脑囼�(yàn)條件下，以含N-油�；z氨酸添加劑的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)鋼球表面較為光滑平整，磨痕深度較淺，而僅用基礎(chǔ)油潤(rùn)滑時(shí)鋼球表面磨痕較密，磨痕深度較大。這可能是由于低載時(shí)添加劑的極性基團(tuán)在鋼球表面形成多點(diǎn)吸附，而長(zhǎng)碳鏈?zhǔn)杷詿N基在金屬表面形成了減摩的保護(hù)膜，而在高載荷下添加劑則發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成高強(qiáng)度的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜起到保護(hù)作用，有效地提高了礦物基礎(chǔ)油的減摩抗磨性能。
數(shù)在1.0%~1.5%時(shí)，礦物基礎(chǔ)油的生物降解性能達(dá)到最高值，接近75%，爾后隨著添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，礦物油的生物降解程度反而有所降低。
生物降解指數(shù)隨添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化烴類的生物降解過程是被微生物通過末端氧化生成脂肪醇、脂肪酸，再通過0氧化形成�；o酶4直至最終被降解。而降解過程中，烴類化合物的憎水性是微生物進(jìn)行代謝、降解的主要障礙，因?yàn)闊N基質(zhì)必須通過外層親水細(xì)胞壁（膜）才能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)而被位于細(xì)胞質(zhì)膜中的烴降解酶所代謝。礦物油的微生物可利用性主要受到2個(gè)因素的限制：一是烴類從不可被微生物利用的非水相到可以被微生物利用的水相的傳質(zhì)速率；二是烴類“暴露”于微生物細(xì)胞膜的濃度。由于N-油酰基絲氨酸是一種陰離子表面活性劑，它可以通過乳化或增溶作用，促進(jìn)烴類的溶解或分散，增大其與降解菌細(xì)胞的接觸面積及可利用性，使礦物油生物降解的2個(gè)過程都得到強(qiáng)化，從而提高其生物可降解性。同時(shí)由于該添加劑含有與蛋白質(zhì)相似的酰胺鍵，易于被微生物降解利用，為微生物降解礦物油提供了養(yǎng)分，促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)，因而提高了難降解基礎(chǔ)油的生物降解性能。
3結(jié)論成功地合成了N油�；z氨酸添加劑，該添加劑能有效提高礦物基礎(chǔ)油的減摩抗磨性能，是一種潛在的中低載荷環(huán)境中使用的潤(rùn)滑油減摩抗磨添加劑。
N油�；z氨酸添加劑能使難降解的礦物油分散、增溶、乳化，進(jìn)而提高其生物可利用性；并易于被微生物降解利用，促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)，使難降解基礎(chǔ)油的生物降解性能得到顯著提高，其適宜使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%C.摘自中國潤(rùn)滑油信息網(wǎng)
