化学工程师 Chemical Engineer 2015年第12期 工 程 _JI币 园 地 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71 0054) 摘要: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 ̄C。将制备的油酸二乙醇酰胺与硼酸、正丁醇在180 ̄C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。 关键词:油酸二乙醇酰胺硼酸酯;全合成切削液;叠片防锈试验 中图分类号:O613.8 文献标识码:A LIU Jun,SONG Yang—yang (Shaanxi Provincial Research and Design Institute of Petroleum and Chemical Indust ̄,Xi an 710054,China) Abstract: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,appro— pilate reaction temperature is 150 ̄C。Oleic diethanolamide borate was prepared by using oleic diethanolamide re— Preparation of oleic diethanolamide borate and its application in synthetic cutting fluid acted with boric acid and n-butyl alcohol at 180 ̄C,which as the main anti—rust agent applied in synthetic cutting luifd.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. Key words:oleic diethanolamide borate;synthetic cutting fluid;laminated antirust test 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…。 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。 解或在摩擦过程中在金属表面生成了含B:O,、 H,BO 、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[41,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/T 6144—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。 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l21。 油酸二乙醇酰胺硼酸酯分子中同时含有酰胺 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。 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 。同时由于有机硼酸酯水 收稿日期:2015—08—14 GRX一9140A恒温干燥箱;F2HA控温电加热 套;RE一5203旋转蒸发仪;Avatar370红外吸收光谱 仪。 作者简介:刘军(1982一),男,陕西西安人,工程师,2004年毕业于 两北大学化学工程与工艺专业,从事精细化工产品的科 研开发丁作。 1.2油酸二乙醇酰胺的制备 2015年第12期 刘军等: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 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(O.3mo1),将油酸加热至 7O 再加入1O.5g的二乙醇胺(0.imo1),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(O.2mo1),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: //c c 咖R 3RCOOH+HN(CH2CH2O _+ \\cH2cH2oocR +2HN(CH2CH2OH)2一 /CH 2CH :OH 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 中加人上步制得产物油酸二乙醇酰胺88.6g (0.24mo1),硼酸12.4g(0.2mo1),80mL正丁醇,升温 至180 ̄C,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: 》 …H — ONXC N/CH2CH20R/\Bon+2H2。 CH2cH2。 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.O01g,加人100rnL无水乙醇,待样品完全 溶解后,在待滴定溶液中加人0.1%溴酚蓝一乙醇指 示剂3-4D,用0.1mol・IJ- 盐酸一乙醇溶液进行滴 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HC1消耗的毫升数,所测样品胺值计算公 式如下: =—C×V×56.1 — m 式中 :中和树脂溶液所需HC1一EtOH溶液溶液的 体积数,mL;c:HC1一EtOH溶液溶液的浓度,tool・L ; 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 盘物的胺值 Tab.1 The amine value of reactants at different temperature 投料量儋 反应温度 胺值 油酸二乙醇胺 / /mg‘g- l30 58 l50 38 170 44 由表1数据可知,油酸二乙醇酰胺反应温度在 150 ̄C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,胺值又会噌加,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。 褂 瓮 导导磊 墨羞喜爱暑善吾 3500 3000 2500 2000 l500 l000 波数/cm一 图1 油酸二乙醇酰胺硼酸酯的Fr—IR谱图 Fig.1 FT-IR pattern of oleic diethanolamide borate 由图1可以看出,在2923,2853em 处为饱和 c—H伸缩振动吸收峰;1618em。。为C=O伸缩振动吸 收峰;1419,1364cm 为饱和C..H弯曲振动吸收峰; 131lcm一1为B一0吸收峰,1051em 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Z 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 刘 军等: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 一 2 4 6 。。2 2 2, 2015年第l2期 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 表4全合成切削液检测结果 Tab.4 Results of synthetic cutting fluid 项目 浓缩物 指标 2 实测结果 。2 2外观 贮存安定性 5%稀释液 透明度 均匀无分层无沉淀 红棕色透明液体 2 无分层无相变 2 无分层相变及胶状 透明或半透明 2 ,。2 2,试验包括4个因素3个水平,选用k(3 )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lmm内两叠面无锈蚀或无明显迭印为合格,每次 试验准备1O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 A B C D 叠片防锈时间/l1 明2 5 5 朔 船他 8 2 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%,B =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。 pH值8.0—10.0 消泡性/mL・10min1不大于 2 表面张力/mN・m 不大于 4O 腐蚀试验55±2 ̄C/h 一级灰口铸铁,A级不小于 24 6 7 8 9 m 紫铜,B级不小于8 防锈性试验35±2%/h 单片,24h 合格 叠片,4h 合格 最大无卡咬负荷PB值/N不小于 200 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/2油酸: /2二zJ醇胺=1:1,油酸先与三分之一量的二乙醇胺在 150 ̄C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 用兀’一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/rI、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。 参考文献 [1]姬学亮,王芳,姬红.复配型高水溶性金属切削液的研制[J J.江 苏化工,2008,36(4):21—23. (下转第50页) ¨格格 胡小兵等:1,3,5一三溴苯的合成及表征 2015年第12期 核磁共振信号不明显,表明所测样品具有较高的纯 度。综合氢谱及碳谱分析可知,所测样品为1,3,5一 三溴苯,实验所得样品的纯度较高。 3结论 本文通过两步反应制备了l,3,5一三溴苯。第一 14 13 12 l1 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0—1—2 化学位移/×10 (b)”C—NMR c n 步以苯胺、溴素为主要原料,HAc为溶剂,通过取代 反应生成2,4,6一三溴苯胺。第二步在水浴回流冷凝 下,加入无水乙醇及苯溶解2,4,6一三溴苯胺,然后 加入亚硝酸钠,浓硫酸,经过重氮化反应,得到 ∞Ch、0 卜 、。 p-.卜t"- ∞ Rr、—vBr ∞ 加 m 0 l,3,5一三溴苯。经过核磁共振氢谱和碳谱对所制样 品进行了分析表征,结果表明所得产品为目标产物 1,3,5一三溴苯且具有较高的纯度。 参考文献 COC1 Br l I 化学位移/×10 220 200181}l60140lZUl1)0 U 60 40 ZU U [1] 张浩.藤黄酚的新工艺合成[D].湖南大学化学工程,2012. tsutoshi Jikei,Zheng Hu,Masa—aki Kakimoto,and Yoshio Imai. [2] Mi图2 1,3,5一三溴苯的核磁共振谱 Fig.2 NMR spectra of 1,3,5一Tribromobenzene Synthesis of Hyperbranched P0lv(phenylene sulifde)via a Poly (sulfonium cation)Precursor[J].Macromolecules,1996,29(3), 1062—1064. 由图2a可知,在化学位移8 7.61 x 10 处和 6 7.25×10 处都出现了两个核磁共振峰,其中 8 7.25×10 处为溶剂氘代氯仿的共振峰,所以所 【3] Min Wang,DaDji Gan,and Karen L.Wooley.Linear and Hyper- brnched Polay(silyl ester)s:Synthesis via Cross—Dehydrocou— piing—Based Polymerization,Hydrolytic Degradation Properties,and 测样品只在6 7.6l×10 处有一个核磁共振峰,这 与l,3,5一三溴苯的分子上只有一种氢原子相符合。 图2b中,在8 76.97×10 处的三重峰为溶剂峰,分 别在6 132.99和8 123.34×10 处出现了两个核 磁共振峰,表明所测样品有2种碳原子,这与1,3,5一 Morphological Analysis by Atomic Force Microsco py[J].Macro- molecules,2001,34(10),3215—3223. 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