CN101418007B - 一种含硫、硼、氮的化合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种含硫、硼、氮的化合物，其具有以下结构：
Figure 200710176335.9_AB_0
其中：R1为C4-C20，R2为H或C1-C2的烷基，R3为C4-C16。本发明还提供了上述化合物的制备方法。该化合物具有良好的油溶性、抗腐蚀性、抗氧性和极压抗磨性，可以广泛应用于齿轮油和液压油中。

Description

一种含硫、硼、氮的化合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种含硫、硼、氮的化合物及其制备方法，还涉及其作为润滑油添加剂的应用方法。 
背景技术
有机硫化物是常用的极压抗磨添加剂。有机硫化物作为润滑油、脂的极压抗磨添加剂由来已久，因为有机硫化物在相对运动的摩擦副表面能形成物理吸附膜、硫醇铁的抗磨膜和硫化铁的极压膜，从而防止摩擦金属表面的损伤。由于不同键合形式的硫元素的化学反应活性不同，导致了其摩擦学特性的不同。含硫醚、黄原酸酯和氨荒酸酯官能团的有机衍生物作为润滑油极压抗磨添加剂已得到广泛应用。随着现代机械设备性能的不断改进，以及对环境问题的重视，人们对润滑油添加剂提出了越来越苛刻的要求。其中针对集多种功能(如清净分散、抗氧化、抗腐蚀、抗磨损和耐负荷等)于一身的多功能添加剂的研究日益成为热点。因此在含硫剂中引入其他的元素以提高添加剂的综合性能成为制备润滑油添加剂的一个方向。例如，US6204228该技术是采用1～30碳数的胺和氨基磺酸反应生成含硫添加剂。研究表明，P元素在低速高扭矩条件下极压性能表现最好，但在高速冲击下表现差；而抗磨剂中引入胺可以降低酸值，从而抑制了铜腐蚀；引入硼元素则可以提高添加剂的抗磨性能，含硼添加剂的减磨效果是非常显著的，该类添加剂的发展很快。 
发明内容
本发明提供了一种含硫、硼、氮的化合物。 
本发明还提供了上述化合物的制备方法。 
本发明还提供了上述化合物作为极压抗磨剂的应用，该剂具有良好的油溶性、抗腐蚀性、抗氧性和极压抗磨性，可以广泛应用于齿轮油和液压油中。
本发明提供的含硫、硼、氮的化合物具有以下结构： 
Figure DEST_PATH_GSB00000460075900011
其中：R1为C4-C20，优选C8-C16的烷基；R2为H或C1-C2的烷基，优选甲基；R3为C4-C16，优选C4-C10的烷基。 
本发明提供的化合物的制备方法包括以下步骤： 
1)在碱性催化剂的存在下，使C4-C20脂肪胺与二硫化碳和环氧化物混合后在25-60℃进行反应，得到中间产物。 
2)在有机溶剂的存在下，将中间产物、C4-C16脂肪醇和硼酸在100-130℃进行反应，并收集产物。 
具体地说，本发明提供的化合物可以按照以下方法制备： 
1)在带有电动搅拌和冷凝脱水器的反应装置中，将碱性催化剂与C4-C20，优选C8-C16脂肪胺、二硫化碳和环氧化物混合，充分搅拌，在25-60℃进行反应。为了保证反应平稳，可先向脂肪胺和碱性催化剂中滴加二硫化碳，再向其中加入环氧化物。反应至体系不再剧烈升温为止，可停止反应，反应时间一般为1-4h。分离催化剂，得到中间产物。脂肪胺与二硫化碳和环氧化物的投料基本上是等摩尔，但环氧化物可以适当过量。 
该步反应方程式如下： 
Figure DEST_PATH_GSB00000460075900012
2)将中间产物与C4-C16，优选C4-C10脂肪醇、硼酸和有机溶剂混合并充分搅拌，升温至100-130℃，反应至生成的水量明显减少，一般时间为1-5h。蒸馏除去溶剂，即得到产物。中间产物的摩尔用量分 别是脂肪醇和硼酸2倍，但脂肪醇可以适当过量。 
该步反应方程式如下： 
Figure DEST_PATH_GSB00000460075900021
所说的碱性催化剂可为无机碱或有机碱性，无机碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾等；有机碱优选含氮有机碱，可以是三乙胺、三乙醇胺或吡啶等。优选三乙胺。催化剂的用量为二硫化碳摩尔数的50-200％，优选80-150％。 
所说的有机溶剂的沸点为100-130℃，可以是正构烷烃、石油醚、苯、甲苯等。 
所说的环氧化物选自环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷中的一种或其混合物。 
本发明提供的化合物该剂具有良好的油溶性、抗腐蚀性、抗氧性及极压抗磨性，可以作为润滑油添加剂，特别是极压抗磨剂和抗氧剂使用，可用于液压油和齿轮油中。 
具体实施方式
实施例1 
首先将带有电动搅拌、冷凝脱水器、温度计的三口瓶装好，向1.0mol十二胺和1.2mol三乙胺的混合物中滴加1.0mol二硫化碳，充分搅拌混合均匀，再向其中加入1.2mol环氧丙烷，然后升温至40℃反应1h，常压蒸馏除去三乙胺，得到中间样品Y1。 
将2molY1、异辛醇1mol、硼酸1mol和正庚烷150ml，放入装有电动搅拌、冷凝脱水器、温度计的三口瓶中，升温至105℃，反应3h。蒸馏除去溶剂，即得到样品1。 
中间样品Y1和样品1的理化分析数据如表1所示。 
表1实例1中样品的理化数据 
样品名称  硫含量(m/m)％  氮含量(m/m)％  硼含量(m/m)％
Y1  18.4  4.3  /
样品1  12.3  3.9  1.02
实施例2 
首先将带有电动搅拌、冷凝脱水器、温度计的三口瓶装好，向1.0mol叔碳伯胺(C12～C14，牌号81-R、厂家Rohmhaas公司)和0.8molNaOH中滴加1.0mol二硫化碳，充分搅拌混合均匀，再向其中加入1.2mol环氧丙烷，然后升温至50℃反应2h，过滤除去NaOH，得到中间样品Y2。 
将0.5mol Y2、异辛醇0.25mol、硼酸0.25mol和正庚烷150ml，放入装有电动搅拌、冷凝脱水器、温度计的三口瓶中，升温至108℃，反应2h。蒸馏除去溶剂，即得到样品2。 
中间样品Y2和样品2的理化分析数据如表2所示。 
表2实例2中样品的理化数据 
样品名称  硫含量(m/m)％  氮含量(m/m)％  硼含量(m/m)％
Y2  16.5  4.8  /
样品2  12.6  4.1  1.17
实施例3 
将0.5mol Y2、正丁醇0.25mol、硼酸0.25mol和正庚烷150ml，放入装有电动搅拌、冷凝脱水器、温度计的三口瓶中，升温至110℃，反应1h。蒸馏除去溶剂，即得到样品3。 
样品3的理化分析数据如下：硫含量：14.7％，氮含量：4.3，硼含量：1.21％。 
实施例4 
将样品1、2、3分别以1.0％剂量加入85w/90基础油中单剂评定数据如表3所示。 
从表3中可以看出样品具有良好的极压抗磨剂，不仅在常温低速磨损条件和高温高速磨损条件下，样品都具有较小的磨斑。与市售产品相比，其抗磨极压性能与T304、T307相当。 
表3单剂在基础油中的评定结果 
Figure S2007101763359D00051
实施例5 
将样品1、2、3以0.5％剂量并且复配其他功能添加剂T105、T746、T501分别调制于HM32液压油中评定热稳定性及水解安定性，结果如下： 
表4产品在液压油中的应用结果 
Figure S2007101763359D00052
从表中的结果看出样品具有良好的热稳定性及水解安定性，适合于应用于液压油中。 
实例6 
采用润滑油氧化安定性测试法SH/T0193-92，测试样品2、3的旋转氧弹结果，以考察样品和抗氧剂的协同作用。试验温度为150℃，基础油为500SN。 
表5样品的旋转氧弹结果 
Figure S2007101763359D00061
从表中结果看出，样品2、3不仅和抗氧剂有着很好的协同作用，而且本身也具有优良的提高润滑油抗氧化性能的能力。 

Claims (14)

1.一种含硫、硼、氮的化合物，具有以下结构：
Figure RE-FSB00000460075800011
其中：R1为C4-C20的烷基，R2为H或C1-C2的烷基，R3为C4-C16的烷基。
2.按照权利要求1所述的化合物，其特征在于，R1为C8-C16的烷基，R2为甲基，R3为C4-C10的烷基。
3.权利要求1所述化合物的制备方法，包括以下步骤：
1)在碱性催化剂的存在下，使C4-C20脂肪胺与二硫化碳和环氧化物混合后在25-60℃进行反应，得到中间产物；
2)在有机溶剂的存在下，将中间产物、C4-C16脂肪醇和硼酸在100-130℃进行反应，并收集产物。
4.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所说的碱性催化剂是选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾的无机碱。
5.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所说的碱性催化剂为含氮有机碱。
6.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所说的碱性催化剂是选自三乙胺、三乙醇胺和吡啶的含氮有机碱。
7.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于，催化剂的用量为二硫化碳摩尔数的50-200％。
8.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于，催化剂的用量为二硫化碳摩尔数的80-150％。
9.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所说的环氧化物选自环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷中的一种或其混合物。
10.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所说的有机溶剂的沸点为100-130℃。 
11.权利要求1所述化合物的应用，是作为润滑油添加剂。 
12.权利要求1所述化合物的应用，是作为极压抗磨剂或抗氧剂。 
13.一种液压油组合物，其特征在于含有权利要求1所述的化合物。 
14.一种齿轮油组合物，其特征在于含有权利要求1所述的化合物。 
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