基于氨基醇修饰环氧化大豆油的生物润滑剂：提升摩擦学性能的可持续解决方案

为解决传统石油基润滑剂环境危害大、生物降解性差的问题，研究人员通过环氧化大豆油（ESBO）与N-烷基羟基胺的酰胺化/酯交换反应，开发了新型生物润滑剂。研究发现，N-甲基乙醇胺（N-MEA）修饰的ESBO在多种润滑状态下显著降低摩擦系数（COF），同时具备优异的氧化稳定性和粘度特性。该研究为环境友好型润滑剂的设计提供了结构-性能关系的新见解，推动了可持续工业润滑材料的发展。

　　

随着全球对环境保护的重视，传统石油基润滑剂的生态问题日益凸显。据统计，近半数润滑剂最终进入环境，但其难以降解的特性对生态系统造成长期危害。与此同时，机械设备的能效优化也亟需高性能润滑材料。尽管植物油因其优异的润滑性和可再生性被视为潜在替代品，但其热氧化稳定性差、低温流动性不佳等缺陷限制了直接应用。化学修饰虽能改善性能，但关于环氧化大豆油（ESBO）衍生物的摩擦学行为研究仍存在空白，特别是氨基醇作为摩擦改性剂的作用机制尚未明确。

为解决这些问题，来自未知机构的研究团队设计了一种基于ESBO和N-烷基羟基胺的新型生物润滑剂。通过系统研究不同链长氨基醇（N-MEA、N-EAE、N-BAE）修饰产物的理化与摩擦学特性，揭示了分子结构与润滑性能的关联。相关成果发表在《Fuel》上，为开发可调性能的环保润滑剂提供了重要依据。

研究采用酰胺化/酯交换反应合成生物润滑剂，通过FTIR和¹H NMR验证化学结构，利用热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）评估热稳定性，并采用旋转流变仪测定粘度特性。关键摩擦学测试通过块-环式摩擦计完成，结合Hamrock-Dowson方程计算膜厚，系统分析了不同润滑状态（边界润滑BL、混合润滑ML、弹流润滑EL和流体润滑HL）下的性能。

3.1 傅里叶变换红外光谱分析
FTIR谱图证实了ESBO酰胺化反应的成功，3300 cm^?1处的羟基特征峰和1617 cm^?1处酰胺键的出现表明环氧基团开环及酰胺键形成。

3.3 热分析
DSC显示修饰后的润滑剂呈现多晶型熔融行为，而TGA表明ESBO-N-MEA在高温下具有优于PAO 8的蒸发稳定性，起始分解温度达242.5°C。

3.4 理化性质
ESBO-N-MEA因高羟基值（278.4 mg KOH/g）表现出最高粘度（554.3 cSt，25°C），且所有样品均呈现牛顿流体特性。铜/钢腐蚀测试显示其腐蚀性可忽略（ASTM 1a级），总碱值（TBN）达12.14 mg KOH/g，具备优异的酸中和能力。

3.5 摩擦学测试
Stribeck曲线表明，ESBO-N-MEA在宽速度范围内（0.04-1.49 m/s）均实现最低摩擦系数（COF≈0.06），较PAO 8最高降低48%。理论计算显示其膜厚（3.25×10^?6 m，1.49 m/s）和λ参数（30.1）显著优于对照组，尤其在混合润滑（ML）状态下，短链N-MEA的位阻效应促进了分子在金属表面的有序吸附。

结论与意义
该研究证实，N-MEA修饰的ESBO通过协同效应——短链氨基的强吸附能力和羟基的氢键网络——实现了全润滑状态下的高效减摩。未纯化产物（ESBO-N-MEAwp）因残留甘油进一步提升了润滑性，且省去纯化步骤更利于工业化应用。这一发现不仅填补了生物基润滑剂结构-性能关系的知识空白，还为开发可替代ZDDP（二烷基二硫代磷酸锌）的无毒添加剂提供了新思路。未来可通过调控氨基链长和引入多功能团，进一步优化润滑剂的极端工况适应性，推动绿色制造技术的发展。