红外光谱分析在聚脲基润滑脂产品开发中的应用

红外光谱分析在聚脲基润滑脂产品开发中的应用

李添魁 汪芝龙 谭晓琼 玉门油田分公司炼油化工研究所

摘 要 本文根据异氰酸酯的红外特征吸收，建立了异氰酸酯的快速定性检测方法，

并研究了红外光谱在聚脲基润滑脂产品开发中的应用。

主题词 红外光谱 润滑脂 应用

前言

红外光谱分析主要用于化合物官能团的定性和结构分析。该方法的主要特点是能直接分析气体、液体和固体样品，分析速度快，样品用量少（一般只需几毫克），且不破坏样品。红外光谱在润滑脂的原料分析、工艺研究、产物结构分析和未知样品的组成分析中有其特殊的地位。这不仅是因为红外光谱能提供丰富的结构信息，还可以跟踪润滑脂皂化过程中的化学反应，为选择适宜的皂化条件提供技术支持。高质量、高速的红外光谱数据库检索和其它应用软件及测试技术的发展进一步扩大了红外光谱在润滑脂研究中的应用。 1 聚脲润滑脂中残留异氰酸酯的检测 1.1分析异氰酸酯的意义

聚脲润滑脂是异氰酸酯和有机胺加成反应生成的聚脲化合物（脲基稠化剂）稠化基础油而成。由于聚脲润滑脂所用的脲基稠化剂与皂基稠化剂相比不含金属离子，避免了金属离子对润滑脂基础油的催化氧化作用，因此这种润滑脂具有良好的氧化安定性和热稳定性，并具有一系列优良的使用性能（如良好的泵送性、抗氧性、机械安定性、胶体安定性、抗水淋性等），特别适用于高温、高负荷、宽速度范围和与不良介质（如强酸碱和强辐射）接触的润滑场合，有利于延长轴承使用寿命，因而被广泛应用于电器、冶金、食品、造纸、汽车、飞机工业等领域，我厂于2009年开发出符合SH/T0789-2007标准要求的极压聚脲润滑脂产品。由于生产聚脲润滑脂所用的异氰酸酯（如TDI 、MDI 、HDI 等）有毒、易燃，对人体危害大，因此在生产中需合理控制异氰酸酯和有机胺的投料比例，使异氰酸酯完全参与反应，无残留，确保极压聚脲润滑脂产品无毒。 1.2样品制备

我厂生产的聚脲润滑脂可直接在红外盐片上涂一层薄膜，用于红外测定，MDI （二苯基甲烷-4，4′二异氰酸酯），熔点为37.2℃，有毒、易燃，，做好相应的安全防护措施后，可将少量(几毫克)MDI 样品直接放在红外盐片上，用电吹风加热熔化，将其涂成薄膜即可。 1.3异氰酸酯的红外特征吸收峰

中国石油玉门炼化

Tue Sep 15 13:49:32

2009-M

DI Tue Sep 15 14:03:58 2009402.20

414.43

426.67436.96

451.75461.09501.82538.41563.46617.41

690.49

754.04

801.89

856.40

916.04

1018.44

1107.931141.111181.08

1297.22

1376.521434.811524.53

1

576.961608.471713.58

1772.292264.66

2920.67

3026.333691.35

-40

-20 0 20 40 60

80

100

120 140

%T

500

1000

2000

3000

Wavenumbers (cm-1)

图1 MDI 的红外光谱图

MDI 的红外光谱中（见图1），有一个非常强的吸收峰，那就是-N=C=0基在2264cm -1

的反对称伸展振动吸收峰，共轭对这个峰的影响很小，是MDI 的特征吸收峰，可用于判断MDI

存在与否。MDI 中-N=C=0基的对称伸展振动吸收峰在1350cm -1

，由于强度弱，且与脂肪族基的吸收峰相重叠，无实用价值。

1.4聚脲润滑脂皂化反应产物分析

聚脲润滑脂的制备中，MDI 与胺的反应是强放热反应，反应速度很快，皂化反应结束后，取反应产物（聚脲基础脂）进行红外分析（见图2），由图2可知：反应产物在2264 cm -1

没有吸收，说明MDI 与胺的投料比例适宜，成品聚脲润滑脂中无MDI 残存。2009年玉门炼化总厂聚脲润滑脂产品的开发及生产都应用了红外分析技术来快速检测MDI 的残留，确保聚脲润滑脂产品无毒。

中国石油玉门炼化

Wed Sep 16 09:03:39 2009-脲基基础脂

Wed Sep 16 09:14:01 2009447.41

455.08

1376.57

1462.821572.74

1631.332853.51

2927.61-40

-20 0 20 40 60

80 100 120 140%T

500

1000

2000

3000

Wav enumbers (cm-1)

图3 聚脲基础脂的红外光谱图

2 聚脲润滑脂结构分析

为了了解聚脲润滑脂脲分子间的连接，可以利用红外光谱研究脲分子间的结合键。图3是聚脲润滑脂的红外光谱图。

中国石油玉门炼化

Wed Sep 16 09:23:00 2009-脲基脂 3

Wed Sep 16 09:30:06 2009415.31

419.23721.79

744.62

974.48

1

230.211243.921309.631376.53

1409.26

1461.501518.87

1579.621608.621631.442915.12

3288.00

3340.40-40

-20 0 20 40 60

80

100

120 140%T

500

1000

2000

3000

Wavenumbers (cm-1)

图3 聚脲润滑脂的红外光谱图

从聚脲润滑脂的红外光谱图可以看出，氮氢伸展振动的吸收在3288cm -1

处，比正常的氮氢伸展振动的吸收（3414cm -1）线低波数位移了126cm -1，脲分子间氢键化的氮氢伸展振动的吸收在3340cm -1，羰基的振动吸收在1631-1处，与其正常条件下的1710cm -1左右相比也有明显的移动，这表明聚脲润滑脂中的脲分子间有较强的氢键缔合。

红外光谱研究表明：聚脲润滑脂中氢键化的羰基（1630～1640cm -1）振动谱带在130～