本發(fā)明屬有機(jī)化工領(lǐng)域，涉及含咪唑啉基團(tuán)的脂肪酸衍生物及其合成工藝，該化合物所配制的水基潤(rùn)滑劑適用于切削工業(yè)中作水基切削液使用，在酸性環(huán)境下對(duì)yg8硬質(zhì)合金有緩蝕作用。

背景技術(shù)：

工業(yè)上廣泛使用潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑延長(zhǎng)了機(jī)器、機(jī)械的壽命，減少了能耗的損失。在某些狀況下，只有當(dāng)潤(rùn)滑劑存在時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)才能進(jìn)行。潤(rùn)滑劑有液體、半固體、固體和氣體四種，通常稱為潤(rùn)滑液、潤(rùn)滑脂、固體潤(rùn)滑劑和氣體潤(rùn)滑劑。最主要和最常用的潤(rùn)滑劑為液體潤(rùn)滑劑，即潤(rùn)滑油和水基潤(rùn)滑劑。

潤(rùn)滑油的主要成分是基礎(chǔ)油和添加劑，基礎(chǔ)油是潤(rùn)滑油的主要成分，決定著潤(rùn)滑油的基本性質(zhì)，添加劑則可彌補(bǔ)和改善基礎(chǔ)油性能方面的不足，賦予某些新的性能，是潤(rùn)滑油的重要組成部分。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑效果好，但微生物對(duì)其分解能力很差，基礎(chǔ)油(特別是礦物油)會(huì)聚積并對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，礦物油潤(rùn)滑劑對(duì)環(huán)境的污染已受到日益廣泛的關(guān)注。另一方面，不可再生資源有限，世界各國(guó)普遍關(guān)注石油枯竭、能源危機(jī)等重大問題，節(jié)省能源、資源和減少排出物已成為大眾的共識(shí)。

水基潤(rùn)滑劑由基礎(chǔ)液和添加劑組成，基礎(chǔ)液為水或者水溶性液體。水基潤(rùn)滑劑具有抗燃、比熱及導(dǎo)熱系數(shù)均大于油、清潔、價(jià)廉、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)今社會(huì)，水基潤(rùn)滑劑作為一種綠色潤(rùn)滑劑被不斷開發(fā)、研究并用于工業(yè)領(lǐng)域，在某些領(lǐng)域有取代礦物油潤(rùn)滑劑之勢(shì)。基于環(huán)保和節(jié)能的前提下，研究和開發(fā)水基潤(rùn)滑劑意義重大。水基潤(rùn)滑劑按其應(yīng)用范圍可分為水基切削液、磨削液、拉拔液、軋制液、液壓傳動(dòng)液等。

潤(rùn)滑油和水基潤(rùn)滑劑中，一般常用的添加劑有：粘度指數(shù)改進(jìn)劑，傾點(diǎn)下降劑，抗氧化劑，清凈分散劑，摩擦緩和劑，油性劑，極壓添加劑，抗泡沫劑，金屬鈍化劑，乳化劑，緩蝕劑，防銹劑，破乳化劑，抗氧抗腐劑等。

加注緩蝕劑來抑制或減輕金屬腐蝕是最為方便和有效的方法，所以研制性能優(yōu)良的緩蝕劑是一項(xiàng)重要的任務(wù)。

因?yàn)榭紤]到了咪唑啉緩蝕劑優(yōu)秀的緩蝕效果，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的很多科學(xué)家都在努力地進(jìn)行新型咪唑啉緩蝕劑的研發(fā)，并對(duì)咪唑啉型抑制劑的作用原理和結(jié)構(gòu)都有了很深的認(rèn)識(shí)?？蒲泄ぷ髡哐芯堪l(fā)現(xiàn)咪唑啉類化合物中的極性基團(tuán)可以與金屬材料的表面緊密吸附，而且其中的憎水基團(tuán)可以在金屬材料表面構(gòu)成有效的疏水保護(hù)膜來防止金屬被介質(zhì)中的腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，咪唑啉的吸附作用有化學(xué)和物理的雙重吸附的作用效果，因此吸附性能非常好，緩蝕能力非常強(qiáng)。

如今，咪唑啉型腐蝕抑制劑已經(jīng)在世界范圍內(nèi)普遍地使用于石油與天然氣的開發(fā)、生產(chǎn)與運(yùn)輸工程中。

cn201610963169.6公開了一種吸附成膜型咪唑啉緩蝕劑及其制備方法，該咪唑啉緩蝕劑的結(jié)構(gòu)式如下：

其中：r為具有1～20個(gè)c原子的直鏈或支鏈烴基、芳烴基、環(huán)烷基；優(yōu)選r為-ph,環(huán)烷基,-c12h26，-c18h38，9-十八烯基；n＝1，2；

x為n時(shí)，n為1～8之間的整數(shù)，x為o時(shí)，n為1。

該專利申請(qǐng)合成的咪唑啉緩蝕劑擁有多個(gè)以上吸附中心，在金屬表面通過螯合作用形成穩(wěn)定牢固的吸附層，較現(xiàn)有緩蝕劑在金屬表面形吸附更穩(wěn)定牢固，藥劑加量低，在高溫、高壓、h2s、co2、高流速苛刻腐蝕環(huán)境，可控碳鋼的腐蝕率＜0.075mm/a。

然而，該咪唑啉緩蝕劑應(yīng)用于油田開發(fā)領(lǐng)域；且制備該咪唑啉緩蝕劑時(shí)限長(zhǎng)，資源和能源消耗量大；制備過程復(fù)雜，所用藥物種類多，擴(kuò)大生產(chǎn)會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的影響。

cn201210325424.6公開了一種無鹽型水溶性咪唑啉緩蝕劑及其制備方法，該產(chǎn)品滿足了煉油行業(yè)針對(duì)水溶緩蝕劑的限鹽要求，在hcl—h2s—h2o腐蝕體系中，不論是中性體系還是酸性體系，均表現(xiàn)出優(yōu)異的緩蝕性能。其制備過程時(shí)間較長(zhǎng)，能源消耗較大，應(yīng)用于煉油行業(yè)hcl—h2s—h2o腐蝕體系。

cn201410774016.8公開了一種咪唑啉類緩蝕劑、合成方法及其應(yīng)用，所得緩蝕劑為松香-咪唑啉-乙脒碳酸氫鹽，適用于天然氣處理廠鍋爐的防腐工作，有效降低蒸汽鍋爐系統(tǒng)的腐蝕。其主劑為松香，助劑為二乙烯三胺和n，n一二甲基乙酰胺，另外，在合成咪唑啉類緩蝕劑的基礎(chǔ)上，引入帶有在co2/n2作用下具有“開一關(guān)”性能的脒基，一方面提高咪唑啉類緩蝕劑對(duì)co2的緩蝕性能，另一方面使得緩蝕劑能夠循環(huán)再次利用；然而該緩蝕劑的制備過程步驟多，操作量大，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。最后，該咪唑啉類緩蝕劑在使用中濃度范圍為200～400mg/l，適用于當(dāng)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于4％的腐蝕介質(zhì)中；該緩蝕劑以抑制陰極析氫還原反應(yīng)為主，也有陽極金屬溶解作用，屬于陰極抑制型為主的混合控制型緩蝕劑。

cn201610727322.5公開了一種改性咪唑啉緩蝕劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將脂肪酸跟多胺混合加入到反應(yīng)釜中攪拌均勻；(2)加熱條件下，持續(xù)攪拌進(jìn)行反應(yīng)一定時(shí)間；分水，并通氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)；(3)調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，分水，通氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，繼續(xù)反應(yīng)一段時(shí)間；(4)冷卻到一定溫度，添加一定量的改性化學(xué)品，低溫下攪拌反應(yīng)，即可得到改性咪唑啉緩蝕劑。發(fā)明的改性的緩蝕劑即可水溶又可以油溶，應(yīng)用范圍廣，緩蝕效果好。

在切削加工中，需要使用切削液來延長(zhǎng)硬質(zhì)合金刀具壽命、改善加工質(zhì)量和提高加工效率等。硬質(zhì)合金具有高耐磨性、高硬度、杰出的紅硬性和化學(xué)穩(wěn)定性等，硬質(zhì)合金的根基是碳化鈦、碳化鎢等(難熔金屬硬質(zhì)化合物)，其粘結(jié)相為鐵族元素鈷或鎳等，通過粉末冶金方法制作的合金材料。在切削加工中，切削刀頭是硬質(zhì)合金，低碳鋼是切削材料。硬質(zhì)合金刀具中，碳化鎢是硬質(zhì)相，粘結(jié)劑鈷的浸出會(huì)降低刀具的硬度和耐磨性，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致碳化鎢的脫落，進(jìn)而使刀具的抗彎強(qiáng)度下降，硬質(zhì)合金刀具的磨損和破損程度會(huì)加劇，使刀具的使用壽命大大縮短。刀具壽命的縮短，一方面帶來換刀次數(shù)的增加，同等的加工時(shí)間里，換刀次數(shù)增加必將導(dǎo)致?lián)Q刀的時(shí)間增多，也就是效率的降低；另一方面，刀具壽命縮短會(huì)增加磨刀的頻率，帶來生產(chǎn)制造成本的增加。因此，提高切削加工工業(yè)中硬質(zhì)合金的抗磨性能很有必要。

切削液包括水基切削液和油基切削液。油基切削液的主要成分是礦物油，潤(rùn)滑效果好，但冷卻效果不如水基切削液。

水基切削液由基礎(chǔ)液和添加劑組成，基礎(chǔ)液為水或者水溶性液體。由于水介質(zhì)的特殊性，水基切削液普遍存在極壓抗磨性和抗腐蝕性差的缺點(diǎn)；水的黏度極低，常溫下，很難形成有效的流體潤(rùn)滑膜。因此，水基潤(rùn)滑完全處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，切削液的抗磨減摩性能幾乎取決于添加劑在摩擦表面上形成(物理或化學(xué))吸附膜和生成化學(xué)反應(yīng)膜的能力。添加劑的性能在很大程度決定了水基切削液的性能，換而言之，研制水基切削液，實(shí)質(zhì)上是研制添加劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種支鏈為6-氨基己酸的咪唑啉衍生物及其合成工藝，該化合物具有良好的極壓抗磨性能和抗腐蝕性能，同時(shí)在水基基礎(chǔ)液中具有較好的溶解度，能用于配制水基潤(rùn)滑劑，適用于切削工業(yè)中作水基切削液使用，在酸性環(huán)境下對(duì)yg8硬質(zhì)合金具有優(yōu)良的防腐性能。

合成工藝如下：在通氮?dú)獾那闆r下，以6-氨基己酸與二乙烯三胺/三乙烯四胺/四乙烯五胺為原料進(jìn)行反應(yīng)，甲苯、苯、二甲苯或環(huán)己烷其中之一的非極性有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，二甲苯做攜水劑；在140-160℃下反應(yīng)，期間除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水，反應(yīng)4-6小時(shí)后；再在190-210℃下反應(yīng)，期間除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水，反應(yīng)2-3小時(shí)；最后，減壓蒸餾除去未反應(yīng)的原料，即得到棕色粘稠狀液體。

該反應(yīng)條件易于控制，產(chǎn)率高。

合成工藝步驟優(yōu)選為：

(1)以甲苯、苯、二甲苯或環(huán)己烷其中之一的非極性有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，通氮?dú)猓?-氨基己酸與二乙烯三胺/三乙烯四胺/四乙烯五胺以摩爾比為2:1.2進(jìn)行反應(yīng)，二甲苯做攜水劑；

(2)在140-160℃下反應(yīng)4小時(shí)，期間除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水；

(3)再在190-210℃下反應(yīng)2小時(shí)，期間除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水；

(4)減壓蒸餾除去未反應(yīng)的原料，即得到棕色粘稠狀液體。

本發(fā)明所涉及的脂肪酸咪唑啉的合成可以用以下化學(xué)反應(yīng)方程式來表示：

其中y為：二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺；n為1，2，3。

所合成的脂肪酸咪唑啉是一類非常有效的潤(rùn)滑油水基添加劑和緩蝕劑，具體合成的有：

本發(fā)明的有益效果有：(1)制備工藝簡(jiǎn)單，制備時(shí)限短，易于操作制備，節(jié)約能源和資源；

(2)具有良好的水溶性和良好的極壓抗磨性能，同時(shí)還具有抗腐蝕能力，可以單獨(dú)使用也可以添加到水、水-乙二醇、水-甘油、聚乙二醇、聚醚等水基基礎(chǔ)液中配制成水基潤(rùn)滑劑，作為添加劑的使用其添加量為0.5wt％～2.0wt％；

(3)和其他潤(rùn)滑添加劑復(fù)合使用，可以達(dá)到增效協(xié)同作用；

(4)適用配制水基潤(rùn)滑劑作為水基切削液使用；

(5)在酸性環(huán)境下對(duì)yg8硬質(zhì)合金具有優(yōu)良的防腐性能。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1產(chǎn)物配制的不同濃度試液在不同載荷下的磨斑直徑圖；

圖2是實(shí)施例2產(chǎn)物配制的不同濃度試液在不同載荷下的磨斑直徑圖；

圖3是實(shí)施例3產(chǎn)物配制的不同濃度試液在不同載荷下的磨斑直徑圖；

圖4是實(shí)施例1產(chǎn)物配制的不同濃度試液在不同載荷下的摩擦系數(shù)圖；

圖5是實(shí)施例2產(chǎn)物配制的不同濃度試液在不同載荷下的摩擦系數(shù)圖；

圖6是實(shí)施例3產(chǎn)物配制的不同濃度試液在不同載荷下的摩擦系數(shù)圖；

圖7為基礎(chǔ)液和三種實(shí)施例產(chǎn)物所配試液的防腐極化點(diǎn)狀圖；

圖8是基礎(chǔ)液和三種實(shí)施例產(chǎn)物所配試液的防腐極化曲線分圖；

圖9是基礎(chǔ)液和三種實(shí)施例產(chǎn)物所配試液的防腐極化點(diǎn)狀分圖；

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明，通過三個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明：

實(shí)施例1：在一個(gè)250ml四口瓶中加入26.23g6-氨基己酸，加入12.38g二乙烯三胺，加入50ml二甲苯作為溶劑和攜水劑。在140-160℃反應(yīng)4h，除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水，在190-210℃反應(yīng)2h，除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水，再減壓蒸餾1h除去未反應(yīng)的原料，即得到棕色粘稠狀液體二乙烯三胺咪唑啉。

實(shí)施例2：在一個(gè)250ml四口瓶中加入26.23g6-氨基己酸，加入25.07g三乙烯四胺(以質(zhì)量計(jì)純度為70％)，加入50ml二甲苯作為溶劑和攜水劑。在140-160℃反應(yīng)5h，除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水，在190-210℃反應(yīng)3h，除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水，再減壓蒸餾1h除去未反應(yīng)的原料，即得到棕色粘稠狀液體三乙烯四胺咪唑啉。

實(shí)施例3：在一個(gè)250ml四口瓶中加入26.23g6-氨基己酸，加入22.72g四乙烯五胺，加入50ml二甲苯作為溶劑和攜水劑。在140-160℃反應(yīng)6h，除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水，在190-210℃反應(yīng)2h，除去反應(yīng)中產(chǎn)生的水，再減壓蒸餾1h除去未反應(yīng)的原料，即得到棕色粘稠狀液體四乙烯五胺咪唑啉。

所有目標(biāo)化合物經(jīng)過spectrumone型紅外光譜儀確定合成化合物有咪唑環(huán)的生成，添加劑的c、h、n元素分析結(jié)果如表1所示。從表1元素分析結(jié)果可知，所有目標(biāo)化合物的c、h、n元素的測(cè)定值與按分子式測(cè)定的理論值基本相符，絕對(duì)誤差在允許范圍內(nèi)，可以確定所得化合物為目標(biāo)化合物。

表1各種實(shí)施例的元素分析結(jié)果

目標(biāo)化合物的性能評(píng)價(jià)：

因?yàn)樗陨眇ざ纫约懊芏缺容^低，然而冰點(diǎn)卻較高，為了增加添加劑的使用條件范圍，常常在水中加入丙三醇、乙二醇、聚乙二醇等多元醇類以達(dá)到降低其冰點(diǎn)和提高其黏度的目的?；A(chǔ)液：以去離子水和乙二醇(質(zhì)量比2：3)配置水基基礎(chǔ)液。實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3分別與水基基礎(chǔ)液配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0wt％、0.5wt％、1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％的試液。

使用mmw-1b型立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(濟(jì)南舜茂試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn))考察實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3制備的脂肪酸咪唑啉水基潤(rùn)滑液的最大無卡咬負(fù)荷(pb值)，試驗(yàn)時(shí)間為10s。極壓值鋼球?yàn)樯虾］S承廠生產(chǎn)的二級(jí)gcr15標(biāo)準(zhǔn)鋼球(aisi-52100)(c,0.95–1.05％；cr,1.30–1.65％；mn,0.20–0.40％；si,0.15–0.35％；p,<0.027％；s,<0.020％；ni,<0.30％；cu,<0.25％)，硬度為59-6lhrc，直徑為12.7mm。按照gb3142-82(同astmd2783)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行長(zhǎng)磨，試驗(yàn)條件為：轉(zhuǎn)速1450r/min，室溫，試驗(yàn)時(shí)間30min。長(zhǎng)磨鋼球?yàn)楸本┥霞押辖鹩邢薰旧a(chǎn)，yg8硬質(zhì)合金球(wc92％，co8％)，硬度90hra，直徑10mm。采用度數(shù)顯微鏡(精度0.01)測(cè)量三個(gè)下試球的磨斑直徑(wsd)，取其平均值作為磨斑直徑測(cè)定值。

最大無卡咬負(fù)荷(pb值)和392n下磨斑直徑(wsd)以及摩擦系數(shù)(μ)的結(jié)果列于表2。說明書附圖1、2、3分別是三個(gè)實(shí)施例配制的不同濃度試液在不同載荷下的磨斑直徑圖。附圖4、5、6分別是三個(gè)實(shí)施例配制的不同濃度試液在不同載荷下的摩擦系數(shù)圖。

表2結(jié)果顯示該類脂肪酸咪唑啉衍生物添加到水基潤(rùn)滑基礎(chǔ)液中具有優(yōu)良的極壓性能和抗磨性能。

表2基礎(chǔ)液和各種添加劑的最大無卡咬負(fù)荷(pb值)

三種實(shí)施例分別配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5wt％、1.0wt％、2.0wt％、3.0wt％的試樣溶液，在實(shí)驗(yàn)前使用工作電極在試樣溶液中分別浸泡5min、10min、15min、30min、60min，取出后在緩蝕液中進(jìn)行電化學(xué)系分析，緩蝕液為ph＝3鹽酸水溶液。使用普林斯頓par2273電化學(xué)工作站(美國(guó)阿美特克公司生產(chǎn))。采用三電極體系，工作電極為yg8硬質(zhì)合金，對(duì)電極為pt片，參比電極為飽和甘汞電極。yg8硬質(zhì)合金工作電極采用株洲鉆石切削工具股份有限公司生產(chǎn)yg8硬質(zhì)合金刀頭，型號(hào)為4160511，尺寸為16×16×3(mm)。使用前表面用脫脂棉及無水乙醇擦拭干凈，浸泡在石油醚(60-90℃)超聲清洗5min。底面為工作面，其余非工作面用銅導(dǎo)線連接后使用環(huán)氧包裹，有效工作面積為256mm²。實(shí)驗(yàn)條件：試驗(yàn)溫度室溫，規(guī)定掃描范圍為-400-400mv(相對(duì)于開路電位)，掃描速率為1mv/s。

腐蝕電位、極化阻抗、腐蝕速率等極化參數(shù)列于表3。圖7為基礎(chǔ)液和三種實(shí)施例產(chǎn)物所配試液的防腐極化點(diǎn)狀圖，圖8是基礎(chǔ)液和三種實(shí)施例產(chǎn)物所配試液的防腐極化曲線分圖，圖9是基礎(chǔ)液和三種實(shí)施例產(chǎn)物所配試液的防腐極化點(diǎn)狀分圖。

表3基礎(chǔ)油和各種添加劑的極化參數(shù)

表3說明該種水溶性脂肪酸咪唑啉衍生物在酸性環(huán)境下對(duì)yg8硬質(zhì)合金具有優(yōu)良的防腐性能。