摘要
本文以典型食品油脂—大豆油为研究对象，系统性地探索了安全、绿色的环氧化改性制备工艺，解决了大豆油自身氧化稳定性能缺陷，并寻找了三种安全、无毒无害的绿色添加剂，通过添加剂-环氧化复合改性的手段对大豆油分子结构进行改性，最终获得了一种绿色、环保、润滑性能优异的大豆油基润滑油，并揭示其润滑机理。本论文主要研究内容和结论如下： （1）脂肪酶催化环氧改性大豆油的工艺探究及性能影响研究。以单因素实验为基础，设计了脂肪酶种类、反应温度、反应时间及硬脂酸用量的四因素三水平正交试验，获得了合成环氧大豆油的最优工艺条件即：30g大豆油，催化剂为脂肪酶Novozym435（添加量为3wt%），0.006mol硬脂酸，90mL正己烷，50mL30%H2O2溶液，反应时间8h，反应温度40℃。在最优工艺条件下制备的环氧大豆油，环氧基团含量最高，不饱和C=C双键含量降低，饱和脂肪酸含量增加，不饱和度降低，其热氧化稳定性显著提升；环氧大豆油黏度指数较大豆油更大，黏温性能更优异，且呈牛顿流体；其减摩性能较大豆油提高了10.4%、抗磨性能提升了47.7%。 （2）添加剂对环氧大豆油的性能影响研究。在环氧大豆油的基础上，加入三种不同种类、结构的添加剂-脂溶性生物碱、硬脂酸及氨基酸类离子液体，分别考察添加剂结构对环氧大豆油的热氧化稳定性、流变学及摩擦学性能的影响，结果表明：脂溶性生物碱添加剂与环氧大豆油中脂肪酸及其开环产物形成的N-H键、饱和脂肪酸—硬脂酸大分子量的稳定结构及氨基酸离子液体中-NH2、含氮芳香杂环的引入均对环氧大豆油的热氧化稳定性能具有促进作用；三种添加剂均不会改变大豆油的流体特性，依旧呈牛顿流体特性，脂溶性生物碱片层状结构、饱和脂肪酸-硬脂酸及氨基酸离子液体中阴离子部分含氮芳香杂环支链结构的加入能使环氧大豆油的黏度增加，黏度指数变大，黏温性能得到显著提高。三种添加剂均能提升环氧大豆油的摩擦学性能，其中脂溶性生物碱添加剂提升效果最显著，其减摩抗磨性能提升幅度分别为7.6%、57.0%，这与其结构中形成的N-H键结构有关。油样摩擦学性能、热氧化稳定性能、流变学性能权重分配比为4∶3∶3，计算出综合值，发现脂溶性生物碱添加剂的综合值最大，其综合性能最优异。 （3）添加剂在环氧大豆油中的协同润滑机理研究。基于弹性流体动力学理论，对各种油样理论膜厚进行求解，三种添加剂油样在摩擦副间理论最小膜厚hmin大小为：MESO-1（3.41nm）＞MESO-3（2.31nm）＞MESO-2（1.01nm），表明三种添加剂中脂溶性生物碱的提升效果最显著，这与摩擦学实验结果一致。添加剂在环氧大豆油中的协同润滑机理：由膜厚比λ＜1，判定结束润滑状态下为边界润滑，表明在脂溶性生物碱润滑下，由于摩擦化学作用，摩擦副间已经形成了润滑膜。脂溶性生物碱会与Fe基体形成稳定的金属配合物，单一的脂溶性生物碱结构中存在片层状的氮杂环，通过N-H键连接到Fe基体上，增大了与摩擦副接触的表面积；开环后的脂肪酸甘油三酯通过N-H键连接到Fe基体上，相当于为脂肪酸甘油三酯提供了支撑结构，使脂肪酸甘油三酯的结构更稳定，在摩擦副表面分布更加紧密有序，更易于形成稳定紧密的化学吸附膜；脂溶性生物碱润滑体系呈碱性有利于提高润滑油的抗氧化性能，延长摩擦副间化学吸附膜的有效工作时间，从而提高了油样抵抗磨损的能力。
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