油酸二乙醇酰胺硼酸酯的制备及在全合成切削液中的应用

刘 军，宋扬扬

（陕西省石油化工研究设计院，陕西西安710054）

油酸二乙醇酰胺硼酸酯的制备及在全合成切削液中的应用

刘 军，宋扬扬

（陕西省石油化工研究设计院，陕西西安710054）

本文以油酸、二乙醇胺反应，甲苯为带水剂制备油酸二乙醇酰胺，通过在不同反应温度下测定反应物胺值，得出适宜的反应温度为150℃。将制备的油酸二乙醇酰胺与硼酸、正丁醇在180℃下反应制备油酸二乙醇酰胺硼酸酯。将其做为主要防锈剂应用于全合成切削液中，以叠片防锈试验为考察依据，通过正交试验优化切削液主要成分配比，产品符合GB/T6144-2010。

油酸二乙醇酰胺硼酸酯；全合成切削液；叠片防锈试验

切削液一般是指材料在切削加工过程中，为及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度，延长刀具使用寿命，提高工件加工精度而使用的工作液。其通常应具备润滑、冷却、清洗、防锈等作用[1]。切削液按组成可分为油基切削液和水基切削液，其中水基切削液又分为乳化液、半合成切削液、全合成切削液。

全合成切削液一般由防锈剂、极压添加剂、杀菌剂等添加剂组成。化学需氧量为一般乳化液的十分之一，具有性质稳定，加工可视性好、使用周期长等优点[2]。

油酸二乙醇酰胺硼酸酯分子中同时含有酰胺基、硼氧杂环和长碳链烃基，其极性基团可以吸附于金属表面，而疏水端可形成保护膜，防止金属生锈，具有优异的防锈性能[3]。同时由于有机硼酸酯水解或在摩擦过程中在金属表面生成了含B2O3、H3BO3、有机氮等复合膜，提高了切削液的承载能力和抗磨减摩性能[4]，因此，具有广阔的应用前景。

本研究以油酸、二乙醇胺、硼酸、甲苯、正丁醇等原料合成了油酸二乙醇酰胺硼酸酯，利用FT-IR对产物结构做出了表征。将制得的油酸二乙醇酰胺硼酸酯应用于切削液中，并设计该切削液的优化配方，依据GB/T6144-2010（合成切削液）对该切削液的各项指标进行测试，使其达到或优于国家标准，满足使用要求。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

油酸、二乙醇胺、硼酸、甲苯、正丁醇、苯并三氮唑均为为分析纯。

GRX-9140A恒温干燥箱；F2HA控温电加热套；RE-5203旋转蒸发仪；Avatar370红外吸收光谱仪。

1.2 油酸二乙醇酰胺的制备

在装有电动搅拌器、分水器、温度计的三口烧瓶中先加入84.7g的油酸（0.3mol），将油酸加热至70℃，再加入10.5g的二乙醇胺（0.1mol），以80mL甲苯回流分水，在一定温度下反应4h后不再有水生成。后投入21g二乙醇胺（0.2mol），保温反应4h。所得产物用旋转蒸发仪蒸出甲苯后得黄色粘稠液体油酸二乙醇酰胺。

反应方程式如下：

1.3 油酸二乙醇酰胺硼酸酯的制备

在带有分水器、温度计、磁力搅拌的三口烧瓶中加入上步制得产物油酸二乙醇酰胺88.6g（0.24mol），硼酸12.4g（0.2mol），80mL正丁醇，升温至180℃，反应6h后不再有水生成结束反应，。旋转蒸发出正丁醇，得目标产物油酸二乙醇酰胺硼酸酯。经两部反应油酸二乙醇酰胺硼酸酯收率达89%。反应方程式如下：

2 结果与讨论

2.1 反应温度的影响

因油酸与二乙醇胺反应生成油酸二乙醇酰胺的同时会有其他副反应的发生，为抑制副反应，一般先用过量油酸与二乙醇胺进行反应，生成酰胺单酯、酰胺双酯，然后投入剩余二乙醇胺，将酰胺单酯、酰胺双酯分解为油酸二乙醇酰胺。

当反应进行到不再分出水分时，可通过测定反应物的胺值，判断反应终点[5]。测定方法如下：

在250mL锥形瓶内准确称取一定量的反应物，精确至0.001g，加入100mL无水乙醇，待样品完全溶解后，在待滴定溶液中加入0.1%溴酚蓝-乙醇指示剂3～4D，用0.1mol·L-1盐酸-乙醇溶液进行滴定。至溶液刚出现黄色为终点，并保持30s溶液颜色不发生变化为滴定终点。

记下HCl消耗的毫升数，所测样品胺值计算公式如下：

式中V：中和树脂溶液所需HCl-EtOH溶液溶液的体积数，mL；c：HCl-EtOH溶液溶液的浓度，mol·L-1；m：试样的质量，g。

在不同反应温度下，测得产物的胺值如见表1。

表1 不同反应温度下产物的胺值Tab.1 The amine value of reactants at different temperature

由表1数据可知，油酸二乙醇酰胺反应温度在150℃比较合适，能保证氨基分解比较彻底，但当温度超过一定范围后，胺值又会增加，这说明随着温度的升高，副产物氨基酯的含量在增加。

2.2 油酸二乙醇酰胺硼酸酯的FT-IR谱图表征

利用傅里叶变换红外光谱表征油酸二乙醇酰胺硼酸酯。

图1 油酸二乙醇酰胺硼酸酯的FT-IR谱图Fig.1 FT-IR pattern of oleic diethanolamide borate

由图1可以看出，在2923，2853cm-1处为饱和C-H伸缩振动吸收峰；1618cm-1为C=O伸缩振动吸收峰；1419，1364cm-1为饱和C-H弯曲振动吸收峰；1311cm-1为B-O吸收峰，1051cm-1为C-N伸缩振动吸收峰。

2.3 全合成水基切削液配方设计

防锈性是全合成水基切削液最需解决的首要问题，在上述合成的油酸二乙醇酰胺硼酸酯基础上，选取其它辅助防锈剂，包括二聚酸三乙醇啊、油酸三乙醇胺、苯并三氮唑，通过正交试验设计最佳配方，见表2。

表2 正交实验因素水平Tab.2 Factor and level of orthogonal experiment

试验包括4个因素3个水平，选用L9（34）正交表安排试验，依据GB6144-2010测试水基切削液的叠片防锈性能，准备若干一级灰口铸铁试片，经砂纸打磨，石油醚、乙醇清洗，脱脂棉擦拭后待用，将制备好的试片平放在干燥器隔板上（不可堵孔），光面向上，用滴管吸取试液，涂布在试片上，将另一试片光面重叠其上，合上干燥器盖，置于已恒温到35℃的干燥箱内，连续试验到4h后打开试片，用脱脂棉蘸取无水乙醇擦拭试液，立即观察，距试片边缘1mm内两叠面无锈蚀或无明显迭印为合格，每次试验准备10对试片，4h后每间隔1h打开一对观察是否生锈，记录最长防锈时间，实验结果见表3。

表3 正交实验结果Tab.3 Orthogonal experiment results

由实验结果可知，对切削液叠片防锈性影响最大的因素依次为：A＞B＞D＞C，最佳防锈剂组成为：A3=14%，B3=6%，C3=5%，D2=4%。在此基础组成条件下，添加少量杀菌剂、消泡剂、螯合剂等制备成全合成水基切削液。依据GB/T 6144-2010（合成切削液）对该切削液的综合性能进行评定，经检测各项指标均符合要求。见表4。

表4 全合成切削液检测结果Tab.4 Results of synthetic cutting fluid

3 结论

（1）以油酸、二乙醇胺为原料，甲苯为带水剂，通过两步法合成油酸二乙醇酰胺，总料比n油酸∶n二乙醇胺=1∶1，油酸先与三分之一量的二乙醇胺在150℃下反应4h，再投入剩余二乙醇胺反应4h，所得产物蒸出甲苯后为油酸二乙醇酰胺。

（2）将硼酸与过量的油酸二乙醇酰胺反应，正丁醇为带水剂，在180℃反应6h后不再有水生成，蒸出正丁醇后得目标产物油酸二乙醇酰胺硼酸酯。采用FT-IR对产物进行了表征。

（3）将油酸二乙醇酰胺硼酸酯（A）做为主要防锈剂应用于全合成切削液中，选取其它辅助防锈剂，包括二聚酸三乙醇胺（B）、油酸三乙醇胺（C）、苯并三氮唑（D），以叠片防锈试验为考察依据，通过正交试验优化切削液主要成分配比，最佳防锈剂组成为：A=14%，B=6%，C=5%，D=4%。

（4）在正交试验优化防锈剂配比下，添加少量杀菌剂、消泡剂、螯合剂等制备成全合成水基切削液。依据GB/T6144-2010（合成切削液）对该切削液的综合性能进行评定，经检测各项指标均符合要求。

［1］姬学亮，王芳，姬红.复配型高水溶性金属切削液的研制［J］.江苏化工,2008,36（4）:21-23.［2］赵小艳,何清玉.合成水基切削液的研制［J］.合成润滑材料，2010，37（1）:6-8.

［3］杨启如,张学凤，杨红刚，等.油酸二乙醇胺酰胺硼酸酯对钢铁缓释性能的影响［J］.材料保护,2002,35（2）:21-22.

［4］李玮,马涛,王森，等.硼酸酯在水基切削液中的应用［J］.工具技术,2010,44（5）:93-95.

［5］张佳,杨红刚,陈琛，等.环境友好型含氮硼酸酯的防锈性能研究［J］.武汉理工大学学报,2011,33（12）:73-76.

Preparation of oleic diethanolamide borate and its application in synthetic cutting fluid

LIU Jun，SONG Yang-yang
（Shaanxi Provincial Research and Design Institute of Petroleum and Chemical Industry,Xi'an 710054，China）

Oleic diethanolamide was prepared by using oleic acid reacted with diethanolamine in the presence of methylbenzene as water carrying agent,by testing the amine value of reactants at different temperature,appropriate reaction temperature is 150℃。Oleic diethanolamide borate was prepared by using oleic diethanolamide reacted with boric acid and n-butyl alcohol at 180℃,which as the main anti-rust agent applied in synthetic cutting fluid.With laminated antirust test for examining the basis,main composition ratio of cutting fluid are optimized by the orthogonal test,products meet the GB/T 6144-2010.

oleic diethanolamide borate；synthetic cutting fluid；laminated antirust test

O613.8

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20151254

2015-08-14

刘军（1982-），男，陕西西安人，工程师，2004年毕业于西北大学化学工程与工艺专业，从事精细化工产品的科研开发工作。