《武汉工程大学学报》 2012年3期
15-17
出版日期：2012-03-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
以菜籽油为基础油的绿色润滑剂制备
0引言 随着理论和技术的不断完善和发展，以及人们对环境友好的绿色化工产品的需求愈来愈强，绿色润滑剂的应用到了广泛的重视.植物油无毒并具有良好的可生物降解性，可望成为环境友好润滑剂的主流.国外对“绿色”润滑剂的研究较早，制定了相应的法规条例，我国在“绿色”润滑剂的研究方面起步较晚［1-3］.为此，本研究选择菜籽油为原料，通过环氧化反应、酯交换反应［4-8］对菜籽油进行改性，并以此作为一种绿色润滑剂基础油，同时考察其氧化稳定性、低温流动性、极压耐磨性、生物降解等性能［9-15］.1实验部分1.1润滑剂的合成
1.1.1试剂及主要仪器实验试剂：菜籽油，益海嘉里粮油有限公司生产；冰醋酸（分析纯），武汉亚泰化工试剂有限公司生产；732#阳离子交换树脂（分析纯），内蒙古包头市第三化工厂生产；双氧水30%、甲醇、氢氧化钠、浓硫酸、氯化钠，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产.实验仪器：电子天平，最小刻度为0.000 1 g；三口烧瓶 250 mL；磁力搅拌器 JB50-D型最大转速为1 300 r/min；冷凝管；30~100 ℃恒温水浴锅；恒温油浴；乌氏粘度计，内径0.5~0.6 mm的粘度计常数0.006 519 mm2/s2，内径0.7~0.8 mm的粘度计常数0.030 45 mm2/s2；250 mL碘量瓶；50 mL碱式滴定管；分液漏斗；SHZ-D型循环水式真空泵，极限真空0.1 MPa；红外光谱分析仪；四球摩擦试验机.
1.1.2润滑剂的制备在250 mL三口烧瓶中加入100 g菜籽油，再加入30 g乙酸和5 g阳离子交换树脂催化剂，瓶口的另一端插入装有62.5 g双氧水的滴液斗.将烧瓶固定在装有搅拌器、回流冷凝管的水浴锅中，升温搅拌，同时缓慢滴加双氧水，控制滴定速度，使之在2 h左右滴完，滴加完毕后保温65 ℃反应8 h，过滤、洗涤、减压蒸馏得到环氧化菜籽油；然后将0.5 g氢氧化钾和19.2 g甲醇充分互溶后，转移至已经预热的50 g环氧油中，开启搅拌，恒温60 ℃，甲醇回流反应一个小时，取出静止，分层，上层为甲酯层，下层为粗甘油层.取上层甲酯用稀硫酸中和至中性，水洗后常压蒸馏回收甲醇，干燥后即得到环氧脂肪酸甲酯.1.2润滑剂的性能测试方法润滑剂的性能测试方法如表1所示表1润滑剂的性能测试方法
Table 1Lubricant performance test method
性能测试方法氧化性能Hanus溶液法流动性能乌氏粘度计法（GB 265-88）极压耐磨性能四球机实验法（GB 3142-82）生物降解性能微生物培养基法2结果与讨论2.1红外光谱分析环氧脂肪酸甲酯的红外光谱图中2 925 cm-1处为亚甲基CH2的不对称伸缩振动吸收峰；1 375 cm-1，2 868 cm-1处为甲基CH3的对称伸缩振动吸收峰；1 165 cm-1处吸收峰表明了脂肪酸甲酯基团的存在.而826 cm-1、881 cm-1为顺式酯环醚特征峰，1 248 cm-1为反式酯环醚特征峰，证明其中酯环醚即环氧基团的存在.结合上面的分析可知，对菜籽油进行环氧化反应和酯交换反应可以引入环氧基团和甲酯基团.881 cm-1，722 cm-1处为C—H弯曲振动吸收峰，表明菜籽油的双键只是部分被环氧化，见图1.
图1环氧脂肪酸甲酯的红外图谱
Fig.1Epoxy fatty acid methyl ester of infrared mapping2.2碘值和运动粘度
第3期王宁，等：以菜籽油为基础油的绿色润滑剂制备
武汉工程大学学报第34卷
用Hanus溶液法测定所得油品碘值：用IBr与油品加成，反应完全后加入KI释放未反应IBr中碘，最后用Na2S2O3滴定释放的碘， 得到所制油品碘值.碘值是100克油脂吸收碘的克数，表明脂肪中双键的数目，是表征油品抗氧化性能的重要指标.从碘值测定结果来看，菜籽油的碘值较大，环氧油和环氧脂肪酸甲酯的碘值均小于5，相比较菜籽油其抗氧化性能明显提高， 原因在于环氧化反应使油品中CC转化成环氧键，双键数目大大减少，见表2. 运动粘度测试中，环氧油的运动粘度最大，原因是双键被环氧化，降低了其不饱和度，使得其低温流动性变差；酯交换反应中由于生成了分子量较小的环氧脂肪酸甲酯使得其流动性得以改善.
表2油品的碘值和运动粘度
Table 2Iodine value of oil viscosity and movement
测试油碘值/
g(100 g油品中)运动粘度/
（mm2/s）菜籽油111.937.4环氧油2.9137.2环氧脂肪酸甲酯3.69.62.3摩擦性能 一般认为抗磨机理是油品与金属在摩擦中发生物理化学的反应，生成了极压膜覆盖在金属表面，从而不致损伤金属.最大无卡咬负荷反映了油品的极压耐磨性能.从最大无卡咬负荷（PB）上来看，摩擦性能优劣依次是环氧菜籽油、菜籽油、环氧脂肪酸甲酯.环氧油最好，原因是它的粘度最大，与金属接触时形成的极压膜强度也最大，钢球发生卡咬时需要的工作压力越大，这也导致其低温流动性最差.因此，环氧油适合在较高温度且高负荷下工作，而环氧脂肪酸甲酯则相反，粘度低导致其极压膜强度减小，因此环氧脂肪酸甲酯适合在较低温度较低负荷下工作，见表3.表3油品的最大无卡咬负荷值
Table 3The biggest oil without card bite load value
油品最大无卡咬负荷PB值/N菜籽油647环氧菜籽油784环氧脂肪酸甲酯3332.4降解性能绿色润滑剂要求油品有较好的可降解性能.从图2的照片中可知，空白只接种微生物或只加入油品，无微生物生长迹象； 而同时加入微生物和
图2降解实验对比图
Fig.2Degradation experiment contrast figure油品可观察到有微生物生长，说明微生物吸收了环氧脂肪酸甲酯作为其生长物质，由此可证明环氧脂肪酸甲酯具有较强生物降解性.3结语a.菜籽油经环氧化法、酯交换法合成的环氧脂肪酸甲酯的碘值由111.9降低到3.6，抗氧化性得到明显提高；运动粘度由37.4 mm2/s降低到9.6 mm2/s，表明其低温流动性好.b.环氧脂肪酸甲酯的PB值为333 N，适合在较低温度较低负荷下工作.c.生物降解性实验表明，本产品具有一定的生物降解性能，是环境友好的绿色润滑剂.