朱苗，王鑒，唐海燕，孫苒荻，徐紅彬，張懿（東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，石油與天然氣化工省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 68；中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所，濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 0090；中國(guó)科學(xué)院，綠色過(guò)程與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 0090）

?

研究開(kāi)發(fā)

一種含氮硫雜環(huán)硼酸酯的制備及摩擦學(xué)性能

朱苗1,2,3，王鑒1，唐海燕2,3，孫苒荻2,3，徐紅彬2,3，張懿2,3
（1東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，石油與天然氣化工省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所，濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；3中國(guó)科學(xué)院，綠色過(guò)程與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190）

摘要：以2-[2-苯并噻唑基]為原料合成了2-[2-苯并噻唑基]硫代乙醇（BTE），再以該BTE合成了一種含氮硫雜環(huán)硼酸酯（SNHB）添加劑，并采用FTIR、元素分析對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征?？疾炝薆TE、SNHB的油溶性、熱穩(wěn)定性以及SHNB的水解穩(wěn)定性。采用四球摩擦磨損試驗(yàn)研究了BTE及SNHB在菜籽油中的減摩、抗磨以及極壓性能。采用SEM、EDS觀察和分析了鋼球磨斑表面形貌及元素。研究結(jié)果表明，合成的產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物BTE和SNHB；在相同的試驗(yàn)條件下，SNHB和BTE在菜籽油中完全溶解，具有較好的油溶性；SNHB和BTE的分解溫度范圍分別是從270.50～396.01℃、253.04～326.83℃，兩者均具有良好的熱穩(wěn)定性，且SNHB的熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于BTE；SNHB的水解時(shí)間超過(guò)7天，而市售的硼酸三異丙酯僅為10 min，SNHB有較好的水解穩(wěn)定性；在不同載荷、添加比例等條件下SNHB的摩擦學(xué)性能明顯優(yōu)于BTE。

關(guān)鍵詞：硼酸酯；添加劑；合成；摩擦學(xué)性能

有機(jī)硼酸酯是一類(lèi)無(wú)污染、無(wú)公害、具有良好摩擦學(xué)性能的綠色潤(rùn)滑油添加劑[1]。但是由于硼原子的缺電子性，普通的硼酸酯極其容易被水進(jìn)攻[2-6]，水解成硼酸，限制了硼酸酯添加劑的應(yīng)用。因此提高有機(jī)硼酸酯的水解穩(wěn)定性對(duì)新型有機(jī)硼酸酯潤(rùn)滑油添加劑的開(kāi)發(fā)尤為重要。向硼酸酯分子中引入含孤對(duì)電子的氮原子，分子內(nèi)形成B→N配位鍵，可明顯改善硼酸酯的水解穩(wěn)定性，含氮硼酸酯的開(kāi)發(fā)已成為硼酸酯水解穩(wěn)定性的解決之道[7-9]。研究表明，含氮雜環(huán)化合物[10-12]是一類(lèi)潛在的多功能型潤(rùn)滑油添加劑，而且空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所占面積大，能夠形成穩(wěn)定的雜環(huán)，增加空間位阻。從分子設(shè)計(jì)角度出發(fā)，可將硼酸酯及含氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)引入到一種分子結(jié)構(gòu)中，使其兼?zhèn)淞己玫哪Σ翆W(xué)性能和較高的水解穩(wěn)定性，從而拓寬硼酸酯在潤(rùn)滑添加劑中的應(yīng)用前景。

在本研究中，采用含N雜環(huán)的2-巰基苯并噻唑?yàn)樵虾铣闪艘环N含羥基的中間體2-[2-苯并噻唑基]硫代乙醇（BTE），并以該中間體為原料制備了一種含氮硫雜環(huán)的新型硼酸酯（SNHB）。采用FTIR和元素分析對(duì)BTE及SNHB的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。用TGA/DSC同步熱分析儀考察了BTE及SNHB的熱穩(wěn)定性。通過(guò)敞口觀察法研究了SNHB的水解穩(wěn)定性。采用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)比研究了BTE和SNHB在菜籽油中的減摩、抗磨及極壓性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

2-氯乙醇，分析純，西亞試劑有限公司；石油醚，分析純，沸程 90～120℃，北京化學(xué)試劑廠；2-巰基苯并噻唑，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水乙醚，分析純，北京化學(xué)試劑廠；無(wú)水MgSO4，分析純，西隴化工廠；菜籽油（RO），杭州力特油劑有限公司；硼酸，優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲苯，分析純，北京化學(xué)試劑廠；異丙醇，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硼酸三異丙酯，化學(xué)純，上海凱賽化工有限公司。

DF-101S型集熱式恒溫磁力攪拌器，河南省予華儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化一起廠；SHB-S循環(huán)水式多用真空泵，北京世紀(jì)予華儀器有限公司；MRS-10A型四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠；JSM-7001F型掃描電子顯微鏡（SEM），日本電子；Inca X-Max顯微能譜分析儀（EDS），牛津；Spectrum GX型傅里葉變換紅外光譜儀（KBr壓片法），美國(guó)Pekin-Elmer；Vario ELcube型元素分析儀，德國(guó)Elementar。

1.2 合成方法

1.2.1 2-[2-苯并噻唑基]硫代乙醇（BTE）的合成[13]

稱(chēng)取2-巰基苯并噻唑（100 mmol）、NaOH水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%），混合加入三口燒瓶中，在65℃下回流至完全溶解，滴加與2-巰基苯并噻唑等摩爾的2-氯乙醇，回流3h后，反應(yīng)終止。反應(yīng)物用熱水洗滌3次，然后用無(wú)水乙醚萃取，分離出有機(jī)層，用無(wú)水MgSO4干燥，過(guò)濾，減壓蒸餾除乙醚，得到黃色固體，即目標(biāo)產(chǎn)物BTE，反應(yīng)路線如圖1所示。

1.2.2 含氮硫雜環(huán)硼酸酯（SNHB）的合成

稱(chēng)取21.1g（0.1mol）BTE、6.81g（0.1mol）H3BO3、12.1g（0.2mol）異丙醇和一定量的的甲苯置于250mL三口燒瓶中。在125℃下加熱回流，同時(shí)用油水分離器分離生成的水，直到不再有水生成，停止反應(yīng)，減壓蒸餾，得到黃色黏性的液體，即目標(biāo)產(chǎn)物SNHB，反應(yīng)路線如圖2所示。

圖1 添加劑BTE的合成路線

圖2 添加劑SNHB的合成路線

1.3 產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征

1.3.1 FTIR分析

采用 Spectrum GX型傅里葉變換紅外光譜儀（KBr壓片法）進(jìn)行紅外吸收光譜測(cè)定。

1.3.2 元素分析

采用Vario ELcube型元素分析儀對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行元素分析。

1.4 添加劑的熱穩(wěn)定性試驗(yàn)

采用Mettler-Toledo的TGA/DSC同步熱分析儀對(duì)BTE和SNHB在氮?dú)鈿夥眨魉贋?0cm3/min，升溫速率10℃/min）中的熱分解狀況進(jìn)行考察，評(píng)價(jià)其熱穩(wěn)定性。

1.5 添加劑的油溶性試驗(yàn)

分別將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%、1.0%、1.5%、2.0% 的BTE和SNHB加入到菜籽油中，測(cè)試兩者的油溶性。添加BTE和SNHB的油品在60℃下充分?jǐn)嚢枞芙?，置于干燥的試管中，保?2h后，自然冷卻至室溫，密封靜置30天，觀察兩種添加劑的溶解情況。

1.6 添加劑SNHB的水解穩(wěn)定性

使用市售的硼酸三異丙酯和合成的添加劑SNHB的水解性進(jìn)行對(duì)比研究。采用敞口法[14]，具體步驟如下：取干燥的25mL的玻璃燒杯，分別加入10mL，各含1.0%的硼酸三異丙酯和SNHB的油樣，在60℃中充分?jǐn)嚢枞芙猓匀焕鋮s至室溫并敞口放置，觀察油樣變渾濁或不透明的時(shí)間，當(dāng)出現(xiàn)渾濁或不透明時(shí)就表示樣品已水解，以此時(shí)間來(lái)判斷水解速率。

1.7 摩擦磨損試驗(yàn)

分別將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%、1.0%、1.5%、2.0% 的BTE和SNHB加入到菜籽油中，在60℃中充分?jǐn)嚢枞芙?，保?12h后，自然冷卻至室溫。采用MRS-10A型四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，評(píng)價(jià)菜籽油及含添加劑的菜籽油的長(zhǎng)時(shí)抗磨損性能。所用鋼球?yàn)樯虾ｄ撉驈S生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)II級(jí)GCrl5鋼球，鋼球直徑12.7mm，硬度 59～61HRC，大氣氣氛。分別將添加劑BTE和SNHB按質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、1.0%、1.5%、2.0%加入到菜籽油中，備好待測(cè)潤(rùn)滑油樣品。測(cè)試條件：轉(zhuǎn)速1200r/min，載荷392N，時(shí)間60min，室溫。按照GB/T 3142—82方法測(cè)定油樣的的最大無(wú)卡咬負(fù)荷（PB），以此來(lái)評(píng)價(jià)油樣的極壓承載性能。采用讀數(shù)顯微鏡（精確到0.01mm）測(cè)量3個(gè)測(cè)試球的磨斑直徑（WSD），取平均值作為磨斑直徑。

2 結(jié)果和討論

2.1 產(chǎn)物的表征結(jié)果分析

圖3 添加劑BTE和SNHB的紅外光譜圖

表1 BTE和SNHB的元素分析

圖3和表1分別給出了BTE、SNHB的紅外光譜和元素分析結(jié)果。由圖3分析可知，添加劑SNHB 在 3060cm–1歸屬于 C—H鍵的吸收峰，BTE在3381cm–1歸屬于 O—H鍵的伸縮振動(dòng)峰；在2934cm–1和2977cm–1歸屬于—CH2的振動(dòng)吸收峰；在1563～1665cm–1處的一組較強(qiáng)吸收峰，是苯環(huán)骨架碳碳鍵振動(dòng)引起的吸收峰；1334cm–1處為 B—O鍵的吸收峰；982cm–1處為C—S鍵的振動(dòng)吸收峰。由表1結(jié)果可知，BTE和SNHB各元素的測(cè)量值與理論值基本一致。

2.2 熱穩(wěn)定性分析

圖4為BTE和SNHB的熱穩(wěn)定性分析結(jié)果。從SNHB和BTE的TG曲線可以看出：BTE的分解溫度范圍是253.04～326.83℃，SNHB的分解溫度范圍是270.50～396.01℃，因此SNHB的熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于BTE。

圖4 添加劑BTE和SNHB的TG譜圖

2.3 添加劑BTE和SNHB的油溶性

BTE和SNHB在菜籽油中的溶解性實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2中。從表2可以看出，靜置30天后，添加BTE和SNHB的油品，仍澄清透明不分層，證明合成的添加劑具有良好的油溶性。

表2 油溶性的測(cè)試結(jié)果

2.4 SNHB的水解穩(wěn)定性

表3為硼酸三異丙酯和SNHB的水解穩(wěn)定性的測(cè)量結(jié)果。由表3結(jié)果可以看出，硼酸三異丙酯極易水解，約10min就出現(xiàn)了渾濁，而合成的添加劑SNHB水解穩(wěn)定性大于 7天。這是因?yàn)椋砑觿㏒NHB中分子內(nèi)接有一個(gè)含氮雜環(huán)，可提供孤對(duì)電子，與硼形成配位鍵，且雜環(huán)結(jié)構(gòu)增加了分子內(nèi)空間位阻，阻止了水的進(jìn)攻，增加水解穩(wěn)定性。

2.5 BTE和SNHB在菜籽油中的極壓性能

按照GB/T 3142—82在室溫下研究了將BTE和SNHB加入到菜籽油中后，最大無(wú)卡咬負(fù)荷（PB）隨添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)，結(jié)果如圖5所示。由圖 5可以看出，作為基礎(chǔ)油的菜籽油 PB值為1049N，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的BTE和SNHB后PB值均有了一定程度的提高，分別提高至 1117N 和1401N，說(shuō)明兩種添加劑對(duì)菜籽油的均有較好的抗承載能力。隨著添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加，添加有SNHB油樣的PB值有明顯的提高，在1.5%時(shí)提高至 1490N，2.0%時(shí)達(dá)到了 1578N，是菜籽油PB值的1.5倍；含有BTE油樣的PB值相對(duì)來(lái)說(shuō)增加緩慢，在2%時(shí)達(dá)到1323N。上述結(jié)果表明兩種添加劑均是較好的適用于菜籽油的極壓添加劑，而且SNHB的極壓性能要優(yōu)于BTE，可顯著提高菜籽油的抗承載能力。這可能是因?yàn)镾NHB和BTE的分子中都含有硫元素，能夠在摩擦過(guò)程中形成穩(wěn)定的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜；且 SNHB分子中含有元素B，易與金屬表面自由電子結(jié)合吸附在金屬表面使油膜厚度增加。

表3 水解穩(wěn)定性的測(cè)試結(jié)果

圖5 BTE和SNHB油樣的PB隨添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化曲線

2.6 BTE和SNHB在菜籽油中的減摩性

參考SH/T 0189—92，在載荷392N、時(shí)間60 min、轉(zhuǎn)速1200 r/min，室溫條件下，在四球磨擦試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定了RO（菜籽油）、RO+1.5% BTE（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、RO+1.5% SNHB樣品的摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線，結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出，氧化菜籽油 RO的摩擦系數(shù)波動(dòng)幅度最大，且在前10min內(nèi)摩擦系數(shù)最高，為0.0851，而添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的BTE和SNHB后的摩擦系數(shù)隨著時(shí)間的增加摩擦系數(shù)在逐漸下降，說(shuō)明兩種添加劑對(duì)該體系起到了良好的減摩作用；而且10min后，兩種添加劑的摩擦系數(shù)都比較平穩(wěn)，同時(shí)含SNHB的油樣摩擦系數(shù)明顯低于 RO和含BTE的油品，說(shuō)明SNHB的減摩性?xún)?yōu)于BTE。

圖6 氧化菜籽油RO、RO+1.5% BTE、SNHB的摩擦系數(shù)曲線

2.7 BTE和SNHB在菜籽油中的抗磨性

2.7.1 菜籽油中不同SNHB和BTE的添加量對(duì)鋼球磨斑直徑的影響

圖 7為在載荷 392N、時(shí)間 60min、轉(zhuǎn)速為1200r/min，室溫條件下，添加SNHB和BTE油樣的磨斑直徑隨添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)。從圖 7可看出，空白菜籽油的磨斑直徑為0.570mm，添加SNHB和BTE后均能改善菜籽油的抗磨性能。隨著菜籽油中BTE添加量的不斷增加，磨斑直徑先減小后增加，當(dāng)添加量為 1.5%時(shí)，磨斑直徑最小為0.410mm。造成這種現(xiàn)象的原因是油品中隨添加劑添加量的增加，鋼球表面吸附的分子達(dá)到飽和狀態(tài)，使其排列更加緊密，保護(hù)膜增厚，抗磨能力增加。但當(dāng)添加劑量增加至2.0%時(shí)，磨斑直徑卻不再減小而是增加，這是因?yàn)殡S添加劑量的增加，油品中的硫含量也隨之增加，在邊界潤(rùn)滑條件下與羥基發(fā)生脫氫作用，致使腐蝕和氫致磨損，使磨斑直徑增大[15]；添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)SNHB后的菜籽油，表現(xiàn)出較優(yōu)的抗磨性能，磨斑直徑一直都是小于BTE油樣的，且在添加量為 1.5%之后，磨斑直徑最小為0.400mm，隨著添加量的繼續(xù)增加，在添加2.0%時(shí)有小幅度的增加。通過(guò)四球抗磨試驗(yàn)對(duì)比兩種添加劑的結(jié)果，證明了SNHB在菜籽油中能起到明顯的抗磨效果，且優(yōu)于BTE。

2.7.2 RO+1.5% BTE、RO +1.5% SNHB在不同載荷下對(duì)鋼球磨斑的變化

圖8給出了菜籽油RO、RO+1.5% BTE和RO+1.5% SNHB的油樣在60min、轉(zhuǎn)速1200r/min、室溫條件下，四球試驗(yàn)鋼球的磨斑直徑隨載荷的變化曲線。由圖8可以看出，3種潤(rùn)滑劑體系下鋼球的磨斑直徑均隨載荷的增加而增大；空白菜籽油的磨斑直徑隨載荷增加的幅度較大，從0.327mm增加到 0.621mm；RO+1.5% BTE油樣的磨斑直徑在294N以下的載荷內(nèi)，從0.334 mm增加至0.377mm，之后磨斑直徑緩慢增加，表現(xiàn)較良好的抗磨性；而RO+1.5% SNHB油樣的磨斑直徑在294N時(shí)比添加BTE油樣的直徑略大，但隨著載荷的不斷增大，與添加BTE油樣的磨斑直徑相比，其增加幅度更為緩慢，且從360N以后，磨斑直徑均小于BTE油樣的磨斑直徑。對(duì)比兩種添加劑的磨斑直徑隨載荷的變化趨勢(shì)可知，SNHB在高載荷下的磨斑直徑比BTE要小，能應(yīng)用于更大的載荷范圍內(nèi)。

圖7 磨斑直徑隨添加劑BTE和SNHB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線

圖8 RO+1.5% BTE和RO+1.5% SNHB的鋼球磨斑直徑（WSD）隨載荷的變化

2.8 鋼球磨斑表面形貌及元素分析

圖9為RO、RO+1.5% BTE、RO+1.5% SNHB的油樣在60min、轉(zhuǎn)速1200r/min、室溫條件下四球試驗(yàn)機(jī)后，下試球置于石油醚中超聲清洗15min后的掃描電鏡照片和EDS結(jié)果譜圖。從圖9可以看出，經(jīng)RO潤(rùn)滑摩擦過(guò)的鋼球表面粗糙，有明顯的犁溝，這表明在摩擦過(guò)程中，發(fā)生了比較嚴(yán)重的擦傷。而添加BTE和SNHB后的磨斑面積相對(duì)較小，鋼球表面犁溝與RO的相比，比較淺，其中RO+1.5% BTE的犁溝較RO+1.5% SNHB的要深一些。RO+1.5% SNHB的磨痕表面基本沒(méi)有明顯的犁溝及剝落存在，說(shuō)明該添加劑的加入顯著降低了體系的磨損，對(duì)比兩種添加劑，SNHB的抗磨損性要優(yōu)于BTE。分析原因可能是在摩擦過(guò)程中，含有添加劑的油樣發(fā)生了摩擦化學(xué)反應(yīng)，會(huì)形成邊界潤(rùn)滑薄膜，在摩擦力的作用下，吸附在鋼球表面的添加劑會(huì)參與形成摩擦化學(xué)反應(yīng)膜，由于添加劑中的B、N、S、O元素，起到減小鋼球表面擦傷的作用；同時(shí)根據(jù)前述的試驗(yàn)結(jié)果都表明了SHNB的抗磨損效果優(yōu)于BTE，可能是SHNB的分子結(jié)構(gòu)中有雜環(huán)結(jié)構(gòu)和硼元素，兩種可形成協(xié)同作用，作用力更穩(wěn)定，在摩擦過(guò)程中，更好的起到保護(hù)作用。從 EDS譜圖的a3、b3、c3看出，含有兩種添加劑的磨擦表面都有S元素的出現(xiàn)，分析原因可能是在摩擦過(guò)程中，含有添加劑的油樣發(fā)生了摩擦化學(xué)反應(yīng)，會(huì)形成邊界潤(rùn)滑薄膜，在摩擦力的作用下，吸附在鋼球表面的添加劑會(huì)參與形成摩擦化學(xué)反應(yīng)膜，從而減小了鋼球表面的擦傷，提高了菜籽油的極壓、抗磨、減摩性能[16]。

圖9 RO、RO+1.5% BTE、RO+1.5% SNHB樣品的鋼球磨斑SEM照片和表面EDS譜圖

3 結(jié) 論

（1）以含氮雜環(huán)的2-巰基苯并噻唑?yàn)樵虾铣闪艘环N含羥基的中間體 2-[2-苯并噻唑基]硫代乙醇（BTE），并以該中間體（BTE）為原料制備了一種含氮硫雜環(huán)的新型硼酸酯（SNHB），采用 FTIR和元素分析表征了結(jié)構(gòu)，確定其為目標(biāo)產(chǎn)物BTE和SNHB。

（2）在相同的試驗(yàn)條件下，合成的添加劑BTE 和SNHB在菜籽油中完全溶解，具有較好的油溶性；SNHB和 BTE的分解溫度范圍分別是從270.50～396.01℃、253.04～326.83℃，兩者均具有較好的熱穩(wěn)定性，且SNHB的熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于BTE；水解對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SNHB的水解時(shí)間超過(guò)7天，而市售的硼酸三異丙酯僅為10min，表明SNHB有較好的水解穩(wěn)定性。

（3）通過(guò)四球摩擦磨損試驗(yàn)對(duì)比，SNHB的減摩、抗磨和極壓性能要優(yōu)于BTE的摩擦學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)

[1] SHAH F U，GLAVATSKIH S，ANTZUTKIN O N.Boron in tribology：from borates to ionic liquids[J].Tribology Letters，2013，51（3）：281-301.

[2] WANG Y G，LI J S，REN T H.Tribological study of a novel borate ester containing dialkylthiophosphate group as multifunctional additive[J].Industrial Lubrication and Tribology，2009，61（1）：33-39.

[3] WANG Y G，LI J S，REN T H.Using a novel disulphide compound containing boron as a potential substitute for sulphurized olefins in lubricants[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part J-Journal of Engineering Tribology，2007，221（J5）：553-559.

[4] LI J S，XU X H，WANG Y G，et al.Tribological studies on a novel borate ester containing benzothiazol-2-yl and disulfide groups as multifunctional additive[J].Tribology International，2010，43（5-6）：1048-1053.

[5] WANG Y G，LI J S，REN T H.Tribological study of a novel borate ester containing S，P with high hydrolytic stability as a multifunctional lubricating additive[J].Tribology Transactions，2008，51（2）：160-165.

[6] WANG Y G，LI J S，REN T H.A potential approach to replace sulfurized olefins with borate ester containing xanthate group in lubricating oil[J].Chinese Science Bulletin，2008，53（7）：992-997.

[7] 張立，李九盛，伏喜勝，等.一種高水解穩(wěn)定性含氮硼酸酯的摩擦學(xué)性能研究[J].潤(rùn)滑油與燃料，2011，21（5）：24-26.

[8] JIA Z F，XIA Y Q，PANG X J，et al.Tribological behaviors of[1] different diamond-like carbon coatings on nitride mild steel lubricated with benzotriazole-containing borate esters[J].Tribology Letters，2011，41：247-256.

[9] 胡小蘭，梁國(guó)正.硼酸酯水解穩(wěn)定性研究與應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào)，2002，16（1）：58-60.

[10] LIANG P，REN T H，LI J S，et al.Tribological behaviour of two ash-less and phosphorous-free anti-wear additives and their synergetic effect with zinc dialkyldithiophosphates in mineral oil[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part J-Journal of Engineering Tribology， 2010，224（J1）：65-72.

[11] YAO J B.Recent development of antiwear，extreme pressure（EP）additives for lubricant[J].Lubricating Oil，2006，21（3）：29-37.

[12] 路培中，張付特，葉文玉.新型S-N型1，3，4-噻二唑-2-硫酮衍生物在菜籽油中的摩擦學(xué)性能[J].化工進(jìn)展，2008，27（2）：294-297.

[13] 尤建偉，李芬芳，黃伊輝.硼苯并噻唑酯類(lèi)化合物在菜籽油中的摩擦學(xué)性能研究[J].石油煉制與化工，2009，40（11）：53.

[14] 沈光球，鄭直，萬(wàn)勇，等.有機(jī)硼酸酯添加劑的水解穩(wěn)定性及摩擦特性[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999，39（10）：97-100.

[15] 黃伊輝，李芬芳，尤建偉，等.含羥基二硫代氨基甲酸衍生物在菜籽油中的摩擦學(xué)性能[J].石油煉制與化工，2010，41（3）：60-63.

[16] LI Z P，LI X F，ZANG Y W，et al.Tribological study of a highly hydrolytically stable phenylboronic acid ester containing benzothiazolyl in mineral oil[J].Applied Surface Science，2014，308：94-95.

第一作者：朱苗（1989—）女，碩士研究生。聯(lián)系人：王鑒，博士，教授，主要從事輕烴加工利用方面的研究。E-mail mrwj163@163.com。唐海燕，博士, 主要從事金屬有機(jī)物與精細(xì)化工產(chǎn)品合成。E-mail hytang@ipe.ac.cn。

中圖分類(lèi)號(hào)：U 473.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6613（2016）07-2179-07

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.07.035

收稿日期：2015-11-18；修改稿日期：2016-01-05。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21406233）。

Synthesis and tribological properties of a sulfur nitrogen-containing heterocyclic borate ester

ZHU Miao1,2,3，WANG Jian1，TANG Haiyan2,3，SUN Randi2,3，XU Hongbin2,3，ZHANG Yi2,3
（1School of Chemistry and Chemical Engineering，Northeastern Petroleum University，Daqing 163318，Heilongjiang，China；2National Engineering Laboratory for Hydrometallurgical Cleaner Production Technology，Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China；3Key Laboratory of Green Process and Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China）

Abstract：2-(2-benzothiazolylthio) ethanol (BTE) was synthesized using 2-mercapto benzothiazole as raw material and then a sulfur nitrogen-containing heterocyclic borate ester (SNHB) lubricant additive was synthesized using BTE as raw material.The structures of BTE and SNHB were characterized by FTIR and elemental analysis.The solubility of BTE and SNHB in rapeseed oil were tested and the thermal stabilities of them were studied by thermal analysis.The hydrolytic stabilities of SNHB were also determined.The friction reducing，anti-wear and load-carrying capacities of BTE and SNHB were investigated by four-ball test.The surface morphology and the elemental composition of the tribofilms were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS)，respectively.The results revealed that the synthesized products were the targetcompounds of BTE and SNHB，and they completely dissolved in the rapeseed oil and thus had good oil soluble properties.The decomposition temperature of SNHB and BTE ranged from 270.50℃ to 396.01℃，and from 253.04℃ to 326.83℃，respectively.Both SNHB and BTE had good thermal stability，and SNHB was better.SNHB was not hydrolyzed over 7 days，while triisopropyl borate (a commercially available borate product) was hydrolyzed completely within 10 min，so SNHB had better hydrolytic stability under the same experimental conditions.SNHB exhibited superior tribological performances to BTE under different test loads and additive concentrations.

Key words：borate ester；additive；synthesis；tribological properties