油酸二乙醇酰胺磷酸酯对润滑油生物降解及抗磨减摩性能的影响

梁 恺，陈波水，张 楠，方建华

（解放军后勤工程学院油料应用与管理工程系，重庆401311）

脂肪酸烷醇酰胺磷酸酯是一类应用广泛的表面活性剂，具有良好的酸碱稳定性、热稳定性和耐电离性和生物降解性。随着研究的不断深入，人们还发现此类表面活性剂具有优良的润湿、增溶、乳化、防锈、缓蚀、分散和抗污垢再沉积等作用［1－3］。在纺织印染工业中可作为抗静电剂和漂白剂，在高分子乳液、农药和化妆品中可作为乳化剂，此外在洗涤剂、金属润滑剂和废纸脱墨等方面也有广泛的应用［4］。

当前，发展环境友好润滑剂已成为全球性的共识，而良好的生物降解性是环境友好润滑剂的最重要标志之一［5］。矿物润滑油是当前应用最广泛的润滑剂之一，但矿物润滑油生物降解性差，在环境中滞留时间长，易造成环境污染［6］。因此，提高矿物润滑油的生物降解性能具有重要的现实意义。研究表明，在矿物润滑油中加入某些含氮、磷等元素的化合物可促进矿物润滑油生物降解［7－8］。为此，本课题以油酸、二乙醇胺和五氧化二磷为原料合成油酸二乙醇酰胺磷酸酯（简称OEAP），通过考察OEAP对矿物润滑油生物降解性、抗磨减摩性和抗腐蚀性的影响，研究OEAP作为环境友好润滑油添加剂的可行性。

1 实 验

1.1 OEAP的合成

1.1.1 主要试剂 油酸、五氧化二磷，均为分析纯，成都科龙化工试剂厂生产；二乙醇胺，分析纯，佳木斯化学试剂厂生产；氢氧化钾，分析纯，天津

大茂化学试剂厂生产；甲苯，分析纯，重庆川东化工（集团）有限公司生产。

1.1.2 油酸二乙醇酰胺的合成 在带有温度计、分水器、冷凝回流装置的500mL四颈烧瓶中加入34.0g油酸，升温至70℃，保温20min。取4.2g二乙醇酰胺和适量甲苯加入烧瓶中。通氮气保护，当气流稳定时，打开搅拌和加热装置，升温至150℃。通过观察分水器中生成水的量监测反应进行的程度，当不再有水生成时，向烧瓶中加入8.4g二乙醇酰胺和适量氢氧化钾，在150℃条件下反应至无水生成。将反应所得产物在70℃下旋转蒸发，除去溶剂，得到棕黄色油状液体，即为油酸二乙醇酰胺。反应方程式见式（1）和式（2），式中，R代表CH3（CH2）7CH＝CH（CH2）7—。

1.1.3 OEAP的合成 在带有温度计、冷凝回流装置的500mL四颈烧瓶中加入44.3g油酸二乙醇酰胺、适量甲苯。通氮气保护，当气流稳定时，打开搅拌和加热装置，控制温度在80℃。分2批向烧瓶中加入14.2g五氧化二磷，反应4h。然后在80℃下加入适量蒸馏水，将可能生成的聚磷酸酯水解，水解时间为2h。反应结束后，将产物在室温下自然冷却，再将产物在70℃下旋转蒸发，除去溶剂，得到淡棕红色软膏状OEAP。反应方程式见式（3），式中，R代表CH2（CH2）7CH＝CH（CH2）7—。

1.2 OEAP结构表征

采用美国PE spectrum 400红外光谱仪对OEAP的结构进行表征。

1.3 生物降解性能测定

采用自行建立的润滑油生物降解性快速测定方法评定OEAP的生物降解性能［9］。以生物降解指数BDI（相同条件下受试物降解生成的CO2与基准物油酸降解生成的CO2的比值）为降解指标，BDI值越大，生物降解性越好。

1.4 抗磨减摩性能测定

将OEAP按质量分数分别为0.5%，1.0%，1.5%加入HVI 350矿物油中，采用厦门试验机厂的MQ－800型四球试验机，按GB/T 3142—1992评价润滑油的最大无卡咬负荷（PB）及烧结负荷（PD）。采用济南宏试金试验仪器有限公司生产的MMW－1P型双显式立式摩擦磨损试验机进行长磨试验，在载荷392N下测定钢球的磨斑直径及摩擦因数的变化。试验条件为转速1 500r/min，所用钢球为重庆钢球厂生产的Φ12.7mm的二级GCrl5钢球，硬度59～6lHRC。

1.5 抗腐蚀性能测定

将OEAP按质量分数为1.0%加入HVI 350矿物油中，参照GB/T 5096—1985石油产品铜片腐蚀试验方法测定其抗腐蚀性能。

2 结果与讨论

2.1 OEAP的红外光谱

OEAP的红外光谱见图1。由图1可见：位于3 408cm－1处的峰为—OH的伸缩振动吸收峰；位于3 009.4cm－1处的峰为C═ C—H上碳氢振动吸收峰，以小肩峰形式存在；位于2 925、2 854.8cm－1处的峰为甲基、亚甲基的伸缩振动吸收峰，位于1 463.7、1 376.6cm－1处的峰为甲基、亚甲基的弯曲振动吸收峰；位于1 652cm－1处的峰为酰胺的羰基伸缩振动峰，位于1 078.7cm－1处的峰为酰胺的C—N伸缩振动吸收峰，说明产物含有酰胺键；位于1 312cm－1处的峰为P═ O的伸缩振动吸收峰，位于969.09cm－1处的峰为P—O—C的伸缩振动吸收峰，说明产物为磷酸酯；位于724.6cm－1处的峰为（CH2）n（n＞4）的碳链骨架振动，说明碳链为长链。

图1 OEAP的红外光谱

2.2 OEAP对润滑油生物降解性的影响

在HVI 350润滑油中分别添加质量分数为0.5%，1.0%，1.5%的OEAP后进行生物降解性能的测定，结果见表1。从表1可以看出，在HVI 350中加入OEAP后，随着OEAP添加量的增加，油品的生物降解性能显著提高，当OEAP质量分数为1.5%时，BDI由32.51%提高到64.31%。原因可能是OEAP含微生物生长所必须的氮、磷等营养元素，可促进微生物的生长；同时OEAP作为表面活性剂可以增大油－水界面面积，降低界面张力，加强石油烃向液相中的分散，从而便于细胞与较大油滴之间的直接接触，加速石油烃的降解［10］。

表1 生物降解实验结果

2.3 OEAP对润滑油抗磨减摩性的影响

在HVI 350润滑油中分别添加质量分数为0.5%，1.0%，1.5%的OEAP，测定油品的PB值和PD值，结果见图2和图3。由图2可见：在HVI 350润滑油中添加OEAP后，HVI 350的PB值明显增大；当OEAP的质量分数为1.0%时，油品的PB值最高，达到637N，继续增加OEAP的用量，油品的PB值反而降低。由图3可以看出：在HVI 350润滑油中添加OEAP后，HVI 350的PD值明显增大；当OEAP的质量分数为0.5%时，油品的PD值由784N提高到981N，继续增加OEAP的用量，油品的PD值变化不大。

图2 PB值随OEAP添加量的变化

图3 PD值随OEAP添加量的变化

在载荷为392N、长磨时间为30min、转速为1 500r/min的条件下，采用添加不同量OEAP的HVI 350矿物油作为润滑剂时，钢球磨斑直径和摩擦过程中摩擦因数的变化见图4和图5。由图4和图5可以看出，添加OEAP后，钢球磨斑直径和摩擦因数都有所减小，当OEAP质量分数为1.0%时，钢球磨斑直径和摩擦因数最小。

图4 钢球磨斑直径随OEAP添加量的变化

图5 摩擦因数随OEAP添加量的变化—HVI 350； —0.5%OEAP； —1.0%OEAP；—1.5%OEAP

以上试验结果表明，OEAP能够在一定程度上提高HVI 350润滑油的承载能力和抗烧结负荷，并具有较好的抗磨、减摩性能。这可能是因为OEAP分子中的活性基团在摩擦过程中吸附在钢球表面，在低载荷下起到减磨作用，在高载荷下与金属表面发生反应生成化学反应膜，从而起到抗磨、减摩的作用。

2.4 OEAP对润滑油抗腐蚀性的影响

参照GB/T 5096—1985石油产品铜片腐蚀试验方法，比较了HVI 350润滑油加入OEAP添加剂前后的腐蚀等级。结果表明，在HVI 350润滑油中加入质量分数为1.0%的OEAP后，HVI 350的腐蚀级别由1b提高到1a，表明OEAP在一定程度上可提高HVI 350润滑油的抗腐蚀性能。

3 结 论

以油酸、二乙醇胺和五氧化二磷为原料可制备OEAP。所合成的OEAP可促进HVI 350矿物油生物降解，在一定程度上提高HVI 350润滑油的承载能力和抗烧结负荷，并具有较好的抗磨、减摩和抗腐蚀性能，是一种多功能的环境友好润滑油添加剂。

［1］ 周富荣，王彬，张娇娥.月桂酸单乙醇酰胺磷酸酯盐的合成及性质［J］.精细石油化工进展，2000，1（11）：13－16

［2］ 徐宝财，杨光荣，赵珞.月桂酸烷醇酰胺磷酸酯的制备及性能［J］.北京轻工业学院学报，1996，14（2）：54－57

［3］ 冯光柱，谢文磊，王钟声.椰子油脂肪酸烷醇酰胺磷酸酯的合成及其性能研究［J］.郑州粮食学院学报，1999，20（2）：61－64

［4］ 陈远霞，周海，陈文纳，等.油酸二乙醇酰胺磷酸酯的合成及其防锈润滑性能研究［J］.化工技术与开发，2008，37（3）：10－13

［5］ Bartz W J.Environmentally acceptable tribological practices［CD］.//Proceedings of the 4thChina International Symposium on Tribology，2004

［6］ Haus F，Jean G，Junter G A.Primary biodegradabi1ity of mineral base oils in relation to their chemical and physical characteristics［J］.Chemosphere，2001，45（6）：983－990

［7］ 陈波水，方建华，董凌，等.磷、氮化合物促进润滑油生物降解的作用［J］.石油学报（石油加工），2007，28（4）：72－75

［8］ 李秀艳，魏德洲.氮磷营养盐对微生物降解作用的影响［J］.有色金属，2000，52（4）：237－239

［9］ 王昆，方建华，陈波水.润滑油生物降解性快速测定方法的研究［J］.石油学报（石油加工），2004，20（6）：74－78

［10］刘爱娟，夏文香.表面活性剂在生物修复海洋油污染中的应用及发展［J］.海洋湖沼通报，2007（3）：57－62