有机羧酸衍生物防锈性能的研究*

2015-03-28宋扬扬杨振华

化学工程师 2015年11期

宋扬扬，杨振华，任蕊，吴珉，刘军

（1.陕西省石油化工研究设计院，陕西西安710054；2.延长石油（集团）有限责任公司蟠龙采油厂，陕西延安716000）

国家经济的腾飞，机械工业的发展起到了及其重要的作用。随着现代机加工行业的快速发展，切削工艺及切削材料的不断创新对切削液的性能提出了更高的要求[1，2]。同时，自然环境保护意识的增强和能源危机的日益严重，传统的切削液其各项性能已无法满足现代切削加工技术的发展。高效、无毒的合成型切削液将得到很大的发展[3，4]。

水溶性润滑防锈添加剂的性能直接影响了切削液的品质。有机羧酸及其衍生物中含有极性的羧基及酰胺基团，易吸附在金属表面，起到一定的润滑和防锈效果，因此，得到了广泛的应用[5-7]。本文对各类型羧酸的醇胺盐，羧酸酰胺进行合成，考察它们的防锈性能，为研究高效多功能水溶性防锈润滑添加剂提供指导。

1 实验部分

1.1 试剂及原料

有机羧酸（见表1）、二乙醇胺、三乙醇胺、甲苯均为市售化学纯；一级灰口铸铁标准腐蚀试片（35mm×20 mm）；

表1 实验用有机羧酸Tab.1 The organic acid

1.2 羧酸酰胺的制备

将一元羧酸与二乙醇胺物质的量比按照1∶1加入到足量甲苯溶液中，回流8～10h，冷却，减压蒸出甲苯，得到粘稠状液体羧酸酰胺。

反应方程式为：

对于二元羧酸，按照物质的量比1∶2 加入足量甲苯中，回流时间10h，处理方法同上。

1.3 羧酸醇胺盐的制备

将一元羧酸与三乙醇胺物质的量比按照1∶1加入到圆底烧瓶中，65℃加热搅拌1～3h，待反应液变得澄清，反应结束。反应方程式为：

二（三）元羧酸，按照物质的量比1∶2（3）分别进行反应。

1.4 单一添加剂防锈性能测试

按照GB6144-2010 中规定的方法，进行添加剂防锈性能的测试。锈蚀测试方法主要有单片防锈试验法、叠片防锈试验法和铁屑防锈试验法3 种。本课题中选用单片防锈试验方法。参考GB6144-2010方法，试验温度35±1℃，相对湿度≥95%。试片为柱形一级灰口铸铁（35mm×20mm）。将试片磨光，再用脱脂棉蘸丙酮擦洗并吹干。磨光面滴入相应液滴，置于恒温恒湿箱中，开始计时，到液滴边缘出现明显锈点时为止，所经时间作为该试样的防锈时间。

2 结果与讨论

2.1 有机羧酸酰胺的防锈性能测试

由于羧酸酰胺在水中的溶解度小，我们将制得的产品和三乙醇胺按照1∶2 混合，将其加入到蒸馏水中，配制0.5%的水溶液，考察其防锈性能。其外观、pH 值、防锈时间见表2。

表2 羧酸酰胺水溶液外观、pH 值、防锈时间Tab.2 The appearance，pH，antirust time of Carboxylic acid amides

由表2 可知，单独酰胺的防锈性能差，和烃基链的长短、种类基本无任何联系，分析原因有两点：（1）酰胺类化合物在水中的溶解度小，无法在金属表面形成保护薄膜；（2）酰胺类化合物中酰胺键的极性小，N 和O 的孤电子对占用金属空轨道能力弱，不易形成保护薄膜。酰胺可溶于油性溶剂，可作为油性防锈添加剂使用。

2.2 有机羧酸醇胺盐的防锈性能测试

将表1 中有机羧酸分别按照1.3 中的实验方法制得相对应的有机羧酸醇胺盐，加入到蒸馏水中，配制0.5%的水溶液，考察其防锈性能。其外观、pH值、防锈时间见表3。

表3 有机羧酸醇胺盐水溶液外观、pH 值、防锈时间Tab.3 The appearance，pH，antirust time of acid ethanol amine salt

由表3 可知，无论是一元羧酸还是二元羧酸，随着碳链的增长，防锈性能也有一定程度的增加。但同样碳链的二元羧酸的防锈性能整体优于一元羧酸，主要是因为极性基团羧基越多，吸附金属能力越强，更易形成保护薄膜。一元羧酸中，磺化蓖麻油酸的防锈性能最好，是因为在该分子中，有两个极性基团-SO3H，具有极强的亲水性，分子间吸附能力强，容易形成稳定的保护薄膜。多元羧酸的醇胺盐具有极强的防锈性能，单分子中有3 个-COOH，N 原子的孤对电子的作用等使其易形成强的保护薄膜。