新型桐油基硼-氮配位环状结构水性极压润滑添加剂的分子模拟设计、合成及协同增效机制

Vegetable oil-based waterborne extreme pressure lubrication additives can not only improve the friction reduction and anti-wear properties of lubricants, and have excellent properties, such as biodegradable, good environment compatibility, the process of preparation and utilization safely and so on. Aim at the poor environment compatibility and hydrolytic stability of traditional boron-based lubricant additives, this project is plan to design, synthesis and screening new tung oil-based boron-nitrogen coordination ring structure, waterborne, extreme pressure lubrication additive by tung oil (TOWEA). This project is plan to explore the molecular theory simulation, design and characterization of the TOWEA, discuss the inherent law of the structure-function relationship between microscopic molecular structure and macroscopic properties, focus on the effect of the introduction of boron-nitrogen coordinated cyclic structure on the hydrolytic stability of TOWEA, study the synergistic mechanism of boron and nitrogen elements in detail in this work. This project will provides high value-added utilization of green forestry biomass resource tung oil, and also provides important theoretical guidance and scientific support for the development of boron-based lubricating additives with high hydrolytic stability and high extreme pressure lubrication performance.

植物油基水性极压润滑添加剂不仅可以提高润滑剂的减摩抗磨性能，而且具有可生物降解、环境相容性好以及制备与实用工艺安全、无毒等优良特性。针对传统硼类润滑添加剂存在环境相容性和水解稳定性较差的问题，本项目以来源于林业可再生资源桐油为原料设计、合成并筛选获得新型桐油基硼-氮配位环状结构水性极压润滑添加剂 (TOWEA)。探究桐油基硼-氮配位环状结构水性极压润滑添加剂的分子理论模拟、设计和表征，探讨桐油基水性极压润滑添加剂的微观分子结构与其宏观性能构效关系的内在规律，重点研究分子结构中硼-氮配位环状结构的引入对桐油基水性极压润滑添加剂水解稳定性的影响，分析硼、氮元素的协同增效机制。本项目的实施一方面能够使绿色林业生物质资源桐油获得高附加值利用，另一方面为高水解稳定性、高极压润滑性能的硼类润滑添加剂的发展提供重要的理论指导和科技支撑。

本项目的范畴属于润滑添加剂研究领域。润滑添加剂是一种控制摩擦、减小能源损失、改善润滑性能的添加剂。本项目结合可再生生物质资源桐油的开发利用和水性功能化材料的研究热点，利用来源丰富的桐油的特殊结构特点，将亲水基团和B、N极压元素引入桐油分子结构中，制备桐油基极压水性润滑添加剂。鉴于硼元素缺电子的特点，导致含硼类润滑添加剂在水中极易水解，分解产生硼酸等小分子酸，导致添加剂润滑性能下降以及易腐蚀的问题，本研究将B和N元素以配位环状结构方式引入到桐油分子结构中，制得水解稳定性好、耐腐蚀的桐油基水性极压润滑添加剂，并设计合成不含硼-氮配位环状结构的桐油基水性极压润滑添加剂作为对比。分析不同反应物料配比、反应温度与时间、催化剂用量以及溶剂类型等因素对合成反应的影响，确定最佳合成反应条件。结合理论模拟手段全面探究对比两种桐油基水性极压润滑添加剂的分子模拟理论与设计、合成表征、摩擦学机制和水解稳定性的基础上，揭示硼-氮配位环状结构的引入对添加剂水解稳定性的作用机制，丰富生物基水性极压润滑添加剂的理论方法和技术模式，为发展高水解稳定性和具有可持续性的水性润滑添加剂提供理论指导。理论计算和实验研究结果表明，含B和N元素的配位环状结构的引入可以提高桐油基水性极压润滑添加剂的水解稳定性；降低水的摩擦系数和磨痕直径，最大无卡咬载荷值从93 N增加到726 N，抗腐蚀能力为1b级。本研究还以二胺为偶联剂，由香草醛与二胺偶联反应生成席夫碱中间体，直接与亚磷酸二乙酯进一步反应得到兼具氧化安定性和极压性能的双功能添加剂，将其加入到桐油中，探索抗氧化及润滑机理。本研究有利于推进天然植物油脂桐油的高值化利用向多元化、高性能方向发展，有利于我国天然植物油脂产业的良性循环和农林产业链的可持续发展。研究过程中发表及录用研究论文3篇，申请国家发明专利2项，正在协助培养硕士研究生1名。

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