CN101468968A

CN101468968A - 新型低熔点咪唑啉鎓盐,其制备方法及其作为润滑剂的用途

Info

Publication number: CN101468968A
Application number: CNA2008101847293A
Authority: CN
Inventors: P·施瓦布; H-J·克勒; T·萨洛蒙; K·黑尔
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2009-07-01
Also published as: EP2078714A3; EP2078714A2; US20090170734A1; DE102007063149A1

Abstract

本发明涉及新型咪唑啉鎓盐，其制备方法，以及该咪唑啉鎓盐或该咪唑啉鎓盐与另外(润滑)物质的混合物作为润滑剂的用途。

Description

新型低熔点咪唑啉鎓盐，其制备方法及其作为润滑剂的用途

技术领域

本发明涉及新型低熔点咪唑啉鎓盐(imidazolinium salt)及其制备方法。该发明进一步涉及这些物质作为润滑剂中基础油或添加剂的用途。

背景技术

润滑剂用于润滑并且用来降低摩擦和磨损，并且同样用于力的传递、冷却、减振、密封作用和防腐。

在任何运动期间，都存在部件之间的相对运动以及由此而生的表面间摩擦。因此，为了使能量损失和磨损最小化，必须在运动部件之间运用润滑剂。为了获得润滑作用，通常使用矿物油、聚-α-烯烃、天然油(例如油菜籽油)、合成酯油以及低粘度聚乙二醇。

润滑油是最重要的工业润滑剂。它们用于降低导致噪音，尤其是材料磨损的摩擦。此外，使用润滑油也能够移除热量。润滑油在运动表面之间(例如在铰链中)形成润滑膜。

最初的合成润滑剂开发于19世纪三十年代和40年代。起初是对矿物油和各种添加剂进行测试，之后通过乙烯进行合成。这些合成润滑剂重要的一方面是粘度甚至是在极端的温度条件下的变化和依赖性。这些研究导致了人们在上述年代中制备了超过3500种的酯，同样包括二酯和多元醇酯。

现代四冲程发动机油通常是含有混合添加剂(additive package)的矿物或合成基础油。就矿物油而言，基础油是矿物油馏分。然后，该馏分也在其它的步骤中被过滤、净化并且精炼，以便获得具有特定粘度的非合金油。这种油不是纯的物质，而是一种馏分(fraction)，即，具有类似沸程的不同烃的混合物。很长时间，这些油是仅有的用于机动车辆的油；某些厂家至今仍然提供这些油作为压缩机油或机械油(非常老式的引擎(战前机械)需要这些油，这是因为它们的密封材料常常与现代添加剂不相容)。

直到19世纪四十年代及其后，高负荷引擎(尤其是摩托车比赛引擎)还同样用植物油(蓖麻油)来润滑。

即使在过去，就已经有了各种用于改进矿物油油质量的制剂；它们中的一些至今仍然可用。除了例如二硫化钼和胶体石墨(球形石墨)的固态添加剂以外，还有各种化学添加剂，其中有一些能够非常有效地实现它们的作用。在约19世纪40年代，具有这种添加剂的油出现在市场上，并且作为HD(重负荷)油销售。

内燃引擎对于发动机油具有高要求。发动机油不仅是一种润滑剂，而且其具有另外重要的引擎功能，具体地说：

力的传输(在紧链器和挺柱中以液压形式进行)

磨损防护(保护彼此相对运用的引擎部件)，

通过在金属表面形成保护层来防止腐蚀性燃烧产物对引擎部件的腐蚀，

密封(从曲轴箱中密封燃烧室，将穿过气门导管的吸气和排气通道密封至气门机件)，

冷却(特别是冷却活塞和曲轴)，

通过化学转化中和酸性燃烧产物，

通过用可溶于油的肥皂使燃烧残留(和发动机油的老化产物)脱离，从而保持引擎部件清洁，

物理润滑(隔离彼此相对运用的金属表面)，

分散固态浸出物质、灰尘、杂质煤、例如煤烟或灰的燃烧产物。

为了能实现这些功能，发动机油需要满足许多以化学、物理和工艺性能为特征的不同要求。简单地说，这些性能是：

粘度和流动特性，

表面活性特性，

中和能力，

此外，对发动机油还具有以下要求：

对密封材料的中和特性，

低发泡倾向，

长使用时间，长换油间隔，

低油耗量，

低燃料消耗，

燃料相容性，

环境适应性。

这些已知的润滑剂各自具有不同的缺点。天然油在冷却性能、UV稳定性、老化特性，以及热稳定性和耐水性方面具有相当大的缺陷。矿物油粘度指数低、蒸发损失高、低温适用性低并且耐热性一般。聚乙二醇显示出低热稳定性、高蒸发损失、低粘度以及低劣的密封相容性。酯油水解不稳定并且显示出低的剪切稳定性。在过滤步骤期间，特别是在低温时，所有上述润滑剂都被静态充电，这可能导致危险的放电。

在润滑剂的选择中，通常应当保证该物质具有极低的摩擦系数，足够的冷流能力(低至-60℃)，优良的热稳定性(达到400℃)，优良的涂抹和密封适应性，低毒性和生态毒性，高剪切稳定性，高粘度指数，低腐蚀性，优良的可加入性(additizability)以及非常优良的磨擦保护性。

发明内容

因此，本发明的一个目标在于提供一种用于润滑活动部件的润滑剂，该润滑剂提供改进的性能状况，以便于，尤其是在宽温度范围内，实现极低的摩擦损失(燃料效率)。

根据本发明，通过使用至少一种新型咪唑啉鎓盐，或者使用新咪唑啉鎓盐的混合物，或者通过向其它润滑剂中加入新咪唑啉鎓盐实现了上述目标。

因此，本发明提供了通式(I)的新型1-羟基烷基-咪唑啉鎓盐和1-烷氧基烷基咪唑啉鎓盐

其中

R₁是氢或任选支链化的、任选不饱和的烷基，该烷基任选含有氧原子或氮原子，并且具有1至20个碳原子，优选1至12个碳原子，

R₂是氢或任选支链化的、任选不饱和的烷基，该烷基任选含有氧原子或氮原子，并且具有1至20个碳原子，优选1至12个碳原子，更优选1至4个碳原子，

R₃是任选支链化的、任选不饱和的烷基，该烷基任选地被氧原子间断，并且具有1至20个碳原子，优选1至12个碳原子，

R₄各自独立地为氢或烷基，优选为丁基、丙基、乙基、甲基或氢，

R₅是二价饱和或不饱和的、直链、支链化的或环状烃基，该烃基任选被氧原子或氮原子或者羧基间断并且任选被取代，优选为亚乙基，并且

A是季氮基团上正电荷的抗衡离子，

以及对应于通式(II)和式(III)的1，3-二羟基烷基咪唑啉鎓和1-烷氧基烷基-3-羟基咪唑啉鎓盐

其中

R₁、R₃、R₄和R₅各自的定义与式(I)中相同，并且

R₆是二价饱和或不饱和的、直链、支链化的或环状烃基，该烃基任选被氧原子或氮原子或者羧基间断并且任选被取代，优选为亚乙基，并且

A 是季氮基团上正电荷的抗衡离子，

其中

R₁、R₃、R₄和R₅各自的定义与式(I)中相同，并且

R₇是二价饱和或不饱和的、直链、支链化的或环状烃基，该烃基任选被氧原子或氮原子或者羧基间断并且任选被取代，优选为亚丁基，亚丙基、亚乙基、亚甲基，更优选为亚丁基和亚乙基，

A是季氮基团上正电荷的抗衡离子，并且m和n的乘积对应于咪唑啉鎓阳离子的电荷；m和/或n优选为1或2。

这些新型咪唑啉鎓盐优选具有这样的阴离子作为阴离子[A]^n-：它们能满足作为润滑剂的使用需要，并且具有，例如，高热电阻，因而不会对盐的粘度性质有不利的影响，也不对盐的熔化性质有不利的影响，例如，这些阴离子选自卤离子、羧酸根、磷酸根、硫氰酸根、异硫氰酸根、二氰胺根、硫酸根、烷基硫酸根、磺酸根、烷基磺酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根或者双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺根，上述阴离子构成从大量可能阴离子中小范围的选择，因而并不是意图穷举或甚至是施加限制。

根据本发明优选使用的咪唑啉鎓盐由至少一种上述式(I)、(II)或(III)的阳离子组成，所述阳离子在每一种情况下都与至少一种阴离子[A]^n-组合。

式(I)、(II)和(III)的咪唑啉鎓盐的共同特征在于咪唑啉鎓骨架，其对有关作为润滑剂或润滑剂成分的最终用途的产品性能具有重要的影响。无论咪唑啉鎓骨架是否具有不同的取代，或者甚至以二聚体结构的形式，甚至低聚形式存在，这些似乎都不重要。对产品性能而言，重要的因素是，例如，化合物的熔点或熔程，在宽温度范围内它的粘度-温度特性，它们的低摩擦系数，它们相对于分解的热稳定性以及它们的平衡亲水性，该平衡亲水性表明与通常疏水的市场主流滑润剂相比，这些滑润剂更易处理。

例如，咪唑啉鎓盐的阴离子[A]^n-选自：

下式的卤离子、拟卤离子、无机酸阴离子以及卤代化合物：F^-、Cl^-、Br^-、I^-、BF₄ ^-、PF₆ ^-、BCl₄ ^-、CF₃SO₃ ^-、(CF₃SO₃)₂N^-、CF₃CO₂ ^-、CCl₃CO₂ ^-、CN^-、SCN^-、OCN^-、NO₂ ^-、NO₃ ^-、N(CN)^-；

下式的硫酸根、亚硫酸根以及磺酸根：SO₄ ^2-、HSO₄ ^-、SO₃ ^2＂、HSO₃ ^-、R^aOSO₃ ^-、R^aSO₃ ^-；

以下通式的磷酸根：PO₄ ^3-、HPO₄ ^2-、H₂PO^4-、R^aPO₄ ^2-、HR^aPO₄ ^-、R^aR^bPO₄ ^-；

以下通式的膦酸根和亚膦酸根：R^aHPO₃ ^-、R^aR^bPO₂ ^-、R^aR^bPO₃ ^-；

以下通式的亚磷酸根：PO₃ ^3-、HPO₃ ^2-、H₂PO₃ ^-、R^aPO₃ ^2-、R^aHPO₃ ^-、R^aR^bPO₃ ^-；

以下通式的亚膦酸根和次膦酸根(phosphinite)：R^aR^bPO₂ ^-、R^aHPO₂ ^-、R^aR^bPO^-、R^aHPO^-；

以下通式的羧酸根：R^aCOO^-；

以下通式的硼酸根：BO₃ ^3-、HBO₃ ^2-、H₂BO₃ ^-、R^aR^bBO₃ ^-、R^aHBO₃ ^-、R^aBO₃ ^2-、B(OR^a)(OR^b)(OR^c)(OR^d)^-、B(HSO₄)^-、B(R^aSO₄)^-；

以下通式的硼酸酯(boronate)：R^a-BO₂ ^2-、R^aR^bBO^-；

以下通式的碳酸根和碳酸酯：HCO₃ ^-、CO₃ ^2-、R^aCO₃ ^-；

以下通式的硅酸根和硅酸酯：SiO₄ ^4-、HSiO₄ ^3-、H₂SiO₄ ^2-、H₃SiO₄ ^-、R^aSiO₄ ^3-、R^aR^bSiO₄ ^2-、R^aR^bR^cSiO₄ ^-、HR^aSiO₄ ^2-、H₂R^aSiO₄ ^-、HR^aR^bSiO₄ ^-；

以下通式的烷基和芳基硅烷盐：R^aSiO₃ ^3-、R^aR^bSiO₂ ^2-、R^aR^bR^cSiO^-、R^aR^bR^cSiO₃ ^-、R^aR^bR^cSiO₂ ^-、R^aR^bSiO₃ ^2-；

以下通式的碳酰亚胺(carboximide)，双(磺酰)酰亚胺和磺酰酰亚胺(sulphonylimide)：

以下通式的甲基化物：

以下通式的醇盐和芳族醚：R^aO^-；

通式[M_rHal_t]^s-的卤素金属酸根，其中M是金属并且Hal是氟、氯、溴或碘，r和t各自为正整数并确定该复合物的化学计量，并且s为正整数并确定该复合物的电荷；例如AlCl₄ ^-、Al₂Cl₇ ^-、Al₃Cl₁₀ ^-、AlBr₄ ^-、FeCI₄ ^-、SbF₆ ^-、AsF₆ ^-、ZnCl₃ ^-、SnCl₃ ^-、CuCl₂ ^-，

下式的硫化物、氢硫化物、多硫化物、氢多硫化物以及硫醇根：S^2-、HS^-、[S_v]^2-、[HS_V]^-、[R^aS]^-，其中v是2至10的正整数；

复合金属离子，例如Fe(CN)₆ ^3-、Fe(CN)₆ ^4-、MnO₄ ^-、Fe(CO)₄ ^-。

在这些式中，R^a、R^b、R^c以及R^d各自独立地为

氢；

C₁-C₃₀-烷基以及它们被芳基-、杂芳基-、环烷基-、卤素-、羟基-、氨基-、羧基-、甲酰基-、-O-、-CO-、-CO-O-或-CO-N<-取代的衍生基团，例如甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、1-丁基、2-丁基、2-甲基-1-丙基(异丁基)、2-甲基-2-丙基(叔丁基)、1-戊基、2-戊基、3-戊基、2-甲基-1-丁基、3-甲基-1-丁基、2-甲基-2-丁基、3-甲基-2-丁基、2，2-二甲基-1-丙基、1-己基、2-己基、3-己基、2-甲基-1-戊基、3-甲基-1-戊基、4-甲基-1-戊基、2-甲基-2-戊基、3-甲基-2-戊基、4-甲基-2-戊基、2-甲基-3-戊基、3-甲基-3-戊基、2，2-二甲基-1-丁基、2，3-二甲基-1-丁基、3，3-二甲基-1-丁基、2-乙基-1-丁基、2，3-二甲基-2-丁基、3，3-二甲基-2-丁基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一基、十二基、十三基、十四基、十五基、十六基、十七基、十八基、十九基、二十基、二十一基、二十二基、二十三基、二十四基、二十五基、二十六基、二十七基、二十八基、二十九基、三十基、苯甲基(苄基)、二苯甲基、三苯甲基、2-苯乙基、3-苯丙基、环戊基甲基、2-环戊基乙基、3-环戊基丙基、环己基甲基、2-环己基乙基、3-环己基丙基、甲氧基、乙氧基、甲酰基、乙酰基或C_qF_2(q-a)+(1-b)H_2a+b，其中q<30，0≤a≤q并且b＝0或1(例如，CF₃、C₂F₅、CH₂CH₂-C_(q-2)F_2(q-2)+1、C₆F₁₃、C₈F₁₇、C₁₀F₂₁、C₁₂F₂₅)；

C₃-C₁₂-环烷基以及它们被芳基-、杂芳基-、环烷基-、卤素-、羟基-、氨基-、羧基-、甲酰基-、-O-、-CO-、或-CO-O-取代的衍生基团，例如环戊基、2-甲基-1-环戊基、3-甲基-1-环戊基、环己基、2-甲基-1-环己基、3-甲基-1-环己基、4-甲基-1-环己基或C_qF_2(q-a)-(1-b)H_2a-b，其中q≤30，0≤a≤q并且b＝0或1；

C₂-C₃₀-烯基以及它们被芳基-、杂芳基-、环烷基-、卤素-、羟基-、氨基-、羧基-、甲酰基-、-O-、-CO-、或-CO-O-取代的衍生基团，例如2-丙烯基、3-丁烯基、顺-2-丁烯基、反-2-丁烯基或C_qF_2(q-a)-(1-b)H_2a-b，其中q≤30，0≤a≤q并且b＝0或1；

C₃-C₁₂-环烯基以及它们被芳基-、杂芳基-、环烷基-、卤素-、羟基-、氨基-、羧基-、甲酰基-、-O-、-CO-、或-CO-O-取代的衍生基团，例如3-环戊烯基、2-环己烯基、3-环己烯基、2，5-环已二烯基或C_qF_{2(q-a)-3(1-b)}H_2a-3b，其中q≤30，0≤a≤q并且b＝0或1；

具有2至30个碳原子的芳基或杂芳基以及它们被烷基-、芳基-、杂芳基-、环烷基-、卤素-、羟基-、氨基-、羧基-、甲酰基-、-O-、-CO-或-CO-O-取代的衍生基团，例如苯基、2-甲基苯基(2-甲苯基)、3-甲基苯基(3-甲苯基)、4-甲基苯基、2-乙基苯基、3-乙基苯基、4-乙基苯基、2，3-二甲基苯基、2，4-二乙基苯基、2，5-二甲基苯基、2，6-二甲基苯基、3，4-二甲基苯基、3，5-二甲基苯基、4-苯基苯基、1-萘基、2-萘基、1-吡咯基、2-吡咯基、3-吡咯基、2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基或C₆F_(5-a)H_a，其中0≤a≤5；或者

两个基团是不饱和的、饱和的或芳族的环，该环任选被官能团、芳基、烷基、芳氧基、烷氧基、卤素、杂原子和/或杂环取代并且任选被一个或更多个氧原子和/或硫原子和/或一个或更多个取代或未取代的亚氨基间断。

非常特别优选的阴离子有，例如，氯离子；溴离子；碘离子；硫氰酸根；六氟磷酸根；三氟甲磺酸根；甲磺酸根；甲酸根；乙酸根；羟乙酸根；乳酸根；扁桃酸根；硝酸根；亚硝酸根；三氟乙酸根；硫酸根；硫酸氢根；甲基硫酸根；乙基硫酸根；1-丙基硫酸根；1-丁基硫酸根；1-己基硫酸根；1-辛基硫酸根；磷酸根；磷酸二氢根；磷酸一氢根；C₁-C₄-二烷基磷酸根；丙酸根；四氯铝酸根；Al₂Cl₇ ^-；氯锌酸根；氯高铁酸根；双(三氟甲磺酰)亚胺；双(五氟乙磺酰)酰亚胺；双(甲磺酰)酰亚胺；双(对甲苯磺酰)酰亚胺；三(三氟甲磺酰)甲基化物；双(五氟乙磺酰)甲基化物；对甲苯磺酸根；四羰基钴酸根；二亚甲基乙二醇单甲基醚硫酸根；油酸根；硬脂酸根；丙烯酸根；甲基丙烯酸根；马来酸根；氢柠檬酸根；乙烯基膦酸根；双(五氟乙基)亚膦酸根；硼酸根，例如双[水杨酸合(2-)]硼酸根、双(乙二酸合(2))硼酸根、双[1，2-benzoldiolato(2-)-O，O′]硼酸根、四氰基硼酸根、四氟硼酸根；二氰胺；三(七氟乙基)三氟磷酸根；三(五氟丙基)三氟磷酸根；例如焦儿茶酚磷酸酯(C₆H₄O₂)P(O)O^-的环状磷酸芳基酯以及氯钴酸根。

并非穷举，优选的阴离子选自卤素离子，双(全氟烷基磺酰基)酰胺或-酰亚胺，例如双(三氟甲磺酰)酰亚胺，烷基-和芳基甲苯磺酸根，全氟烷基甲苯磺酸根，硝酸根，硫酸根，硫酸氢根，烷基-和芳基硫酸根，聚酯硫酸根和-磺酸根，全氟烷基硫酸根，磺酸根，烷基-和芳基-磺酸根，全氟烷基-和芳基磺酸根，烷基-和芳基羧酸根，全氟烷基羧酸根，高氯酸根，四氯铝酸根，糖精酸根(saccharinate)。此外，二氰胺、硫氰酸根、异硫氰酸根、四苯基硼酸根、四(五氟苯基)硼酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、聚醚-磷酸根以及磷酸根也是优选的阴离子。

非常特别优选的阴离子有：

硫酸氢根、四氯铝酸根、硫氰酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、甲磺酸根、甲酸根、乙酸根、羟乙酸根、乳酸根、二甲基磷酸根、二乙基磷酸根、对甲苯磺酸根、四氟硼酸根以及六氟磷酸根、以及氯离子、溴离子。

可以通过在已知的离子交换器/离子交换树脂上通过离子交换来引入所需的阴离子。

根据本发明，在另一个优选的具体实施方案中，使用含有双(三氟甲磺酰)酰亚胺、全氟烷基甲苯磺酸根、烷基硫酸根和-磺酸根、全氟烷基磺酸根和-硫酸根、全氟烷基羧酸根、高氯酸根、二氰胺、硫氰酸根、异硫氰酸根、四苯基硼酸根、四(五氟苯基)硼酸根、四氟硼酸根、六氟-磷酸根的咪唑啉鎓盐或其混合物。

根据本发明，在另一个优选的具体实施方案中，使用没有卤离子的咪唑啉鎓盐或其混合物。

本发明进一步提供了一种用于制备本发明产品的方法。该方法的特征在于，使羧酸或羧酸衍生物例如羧酸酯与氨基乙基乙醇胺(aminoethylethanolamine)发生脱水反应，形成相应的酰胺胺类，然后在相对于第一步骤更高的温度下环化从而形成咪唑啉衍生物。然后，在进行或不进行进一步后处理的情况下，通过烷基化作用将该咪唑啉衍生物转化为本发明的咪唑啉鎓盐。对于该烷基化作用，可以使用本领域技术人员已知的任何烷基化剂，尤其是卤代烷、二烷基硫酸酯、烷基磺酸酯以及二烷基碳酸酯。通过与环氧乙烷/布朗斯台德酸反应使本发明式II的物质季铵化。可以使用离子交换(例如在离子交换树脂上)获得任何所需的阴离子作为抗衡离子。

在烷基化之前，咪唑啉衍生物的游离羟基上可被官能化。原则上可以使用任何不妨碍随后烷基化步骤的化学转化。可优选将羟基烷氧化、酯化或者酰胺化。

至少一种咪唑啉鎓盐提供了一种新型润滑剂的本发明的用途，其特征在于具有突出的性能状况，更具体地说，其具有非常低的摩擦系数。

同时，相对于粘度、密度、热稳定性、抗腐蚀性、氧化稳定性、材料相容性、磨擦保护性、低温适用性、VT特性(粘度-温度特性)、可混合性、水解稳定性、毒性以及生态毒性而言，这些物质的性质状况是可调整的。基于此，为了任何用途，可以提供在上述性能方面完全满足需要的定制的润滑剂。因而，用咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐的混合物作为润滑剂可以实现高能量效率(“燃料效率”)。此外，有可能使用在精细过滤步骤中，甚至在低温下都不会变为带静电的润滑剂，从而确保了安全作业。

由于某些咪唑啉鎓盐不可燃(由于它们的性质状况，可被选择为使其抗高温)并且抑制腐蚀，并且，在粘度、密度、氧化稳定性、材料相容性、磨擦保护性、低温适用性、V-T特性、可混合性以及水解稳定性方面可被精确地调节到特定的规格，所以可以有利地使用这些咪唑啉鎓盐作为润滑剂。此外，咪唑啉鎓盐不显示任何低于它们分解温度的蒸气压并且具有内在的导电性。

此外，特别优选选择生物可降解的且同时无毒的咪唑啉鎓盐。除了上述优点以外，对工业部门中的系列运用而言，这两个特定的额外性能是选择润滑剂的重要标准。

这些新化合物的示例性代表是用于实施例中的咪唑啉鎓盐(1)至(5)：

咪唑啉鎓盐(1)：1-羟乙基-2，3-二甲基咪唑啉鎓甲基硫酸盐，熔点<25℃，分解温度>200℃

咪唑啉鎓盐(2)：1-羟乙基-2，3-二乙基咪唑啉鎓乙基硫酸盐，熔点<25℃，分解温度>200℃

咪唑啉鎓盐(3)：1-羟乙基-2-辛基-3-甲基咪唑啉鎓甲磺酸盐，熔点<25℃，分解温度>250℃

咪唑啉鎓盐(4)：1-羟乙基-2，3-二甲基咪唑啉鎓二氰胺盐，熔点<25℃，分解温度>250℃

咪唑啉鎓盐(5)：1，3-二羟乙基-2-甲基咪唑啉鎓乙酸盐，熔点<25℃，分解温度>250℃

与现有的润滑剂相比，咪唑啉鎓盐在很宽的温度范围内具有非常低的摩擦系数，这导致在组分的润滑中具有高能量效率。此外，用作润滑剂的咪唑啉鎓盐可以在没有静态充电的情况下被精细地过滤，因而可以避免放电以及相关的不可控的风险。此外，咪唑啉鎓盐的粘度也可以被调节到所要求的状况。进一步地，咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐的混合物具有明显改进的可加入性，尤其是可加入极压添加剂，以进一步最佳化特定的减少摩擦和减少磨损性能。

根据所选摩擦用途的需求状况来选择咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物。

在本发明的优选具体实施方案中，被润滑的部件是内燃机。在该过程中，具体地说，具有如上所指出性质状况的咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物可以实现很大的改进和简化。

为了建立特定的性质状况，咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物可与另外的物质，尤其是与其它盐混合。优选的盐是有机盐；特别优选铵盐和咪唑鎓盐。

为了建立特定的性质状况，咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物可与另外的物质，尤其是与其它润滑剂混合。优选的润滑剂是矿物油、聚-α-烯烃、酯油以及天然油。

为了建立特定的性质状况，可以向咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物或者咪唑啉鎓盐和其它(润滑剂)物质的混合物中添加另外的物质。优选的添加剂是防腐剂、EP(极压)添加剂、粘度指数改进剂、抗氧剂以及清洁剂。

此外，可以通过将咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物加入到润滑剂中来建立特定的性质状况。

在于水性介质中运用的情形中，可以通过加入缓冲剂来稳定咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与另外(润滑剂)物质的混合物。

在本发明的进一步配置中，咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与另外(润滑剂)物质的混合物具有低于100℃、优选低于50℃并且更优选低于25℃的熔点。

本发明咪唑啉鎓盐本身已具有低于150℃，优选低于100℃并且更优选低于25℃的熔点。

更优选地，咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与另外(润滑剂)物质的混合物在-85℃至400℃，优选-70℃至300℃并且更优选-60℃至200℃的范围内具有流动性。

本发明一个进一步的优选具体实施方案设想使用倾点最高为-65℃的咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐和另外(润滑剂)物质的混合物。

咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与另外(润滑剂)物质的混合物用于混合物中，在这些混合物中，所述盐咪唑啉鎓或其混合物占全部混合物的0.1至99.98重量％，优选75至99.95重量％，更优选85至99.9重量％。

因此，总而言之，建议使用至少一种咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与作为润滑组分的另外(润滑剂)物质的混合物，因为这样可以获得处理方面相当大的简化和优点。例如，可以用水以简单的方式将漏在织物上或漏在引擎空隙中的润滑剂冲出且洗掉。

鉴于由于式(I)、(II)或(III)的咪唑啉鎓盐具有可调整的性质状况以及可混合性，因而它们耐高温、不可燃、抑制腐蚀、氧化稳定、抑制磨损、剪切稳定和可加入性(additizable)的事实，可将它们有利地用作润滑剂，特别是在内燃机中。此外，这些咪唑啉鎓盐不表现出任何低于分解温度的蒸气压，可生物降解且无毒。

与式(I)、(II)或(III)的咪唑啉鎓盐相比，普通现有技术的润滑剂，例如聚-α-烯烃(PAO)或矿物油(例如

Castrol Ltd.的商标)显示出更高的摩擦系数，更低的分解温度、高易燃性和高可燃性，以及低劣的环境适应性。

由于它们的性质状况，经选择的咪唑啉鎓盐适合用于其中物质短时间或长时间位于高热应力之下的用途。优选的咪唑啉鎓盐或咪唑啉鎓盐混合物具有显著的<200℃的热稳定性。该热稳定性可由本身已知的方式来确定。

然而，已经发现，热重量分析法是特别有用的，该方法中，使用ShimadzuTG-50并且在氮气氛下(氮流速：23ml/min)以10℃/min的加热速率来实现测量。

在这些条件下，基于所有情形中的初始重量，200℃下热稳定的咪唑啉鎓盐优选显示出>50％，更优选>30％，适当地>20％，甚至更优选>10％，并且尤其是>5％的重量下降。

以下，通过实施例描述了本发明咪唑啉鎓盐及其用途，但本发明并不仅限于这些示例性的具体实施方案。下文中确定的范围、通式或化合物种类，这些都应当不仅包括明确提到的适当范围或化合物组，而且还包括可以通过选择单个值(范围)或化合物而获得的全部子范围和化合物子组。当本说明书上下文中引用文献时，这些文献的内容都应当被全文引入本发明的公开内容之中。

具体实施方式

实施例：

在以下举出的实施例中，通过举例的方式描述了本发明，而本发明并不仅限于实施例中所具体说明的实施方案，其适用范围由说明书和权利要求确定。

除非另有说明，否则所有的百分比都基于重量。

在不分离中间体情况下咪唑啉鎓盐的一般制备方法(式I)

起初，在N₂下，向四颈玻璃烧瓶中装入1.75mol氨基乙基乙醇胺(AEEA)和0.01mol 30％甲醇钠。70℃下，在1.5h内加入1mol特定的羧酸酯，该过程伴中伴随有轻微放热，温度应当不超过90℃。在6至10h之内进行酰胺化。为了进行监测，在1740nm下记录红外光谱。必须确保足够的碱度(>2mgKOH/g)。在酰胺化完成时，用85％磷酸中和该碱度，然后通过用甲醇/乙醇蒸馏(柱)加热到175℃来进行环化。施加真空并且在3h之内调节到60mbar，在该过程中蒸馏出反应的水。通过1600nm和1650nm下的红外光谱进行监测。在环化完成时，在<20mbar的减压以及175℃下蒸馏出过量的AEEA。由OAN(总胺值)和TAN(叔胺值)来进行分析监测。随后，将混合物冷却到50℃并且缓慢滴加0.99mol烷基化剂。由胺值监测反应的进程。在1至24h后，反应完全。根据使用领域，剩余残余物可依照本发明直接使用，而不需要用本领域技术人员已知的方法进一步后处理或纯化。

在不分离中间体情况下咪唑啉鎓盐的一般制备方法(式II)

起初，在N₂下，向四颈玻璃烧瓶中装入1.75mol氨基乙基乙醇胺(AEEA)和0.01mol 30％甲醇钠。70℃下，在1.5h内加入1mol特定的羧酸酯，该过程中伴随有轻微放热，温度应当不超过90℃。在6至10h之内进行酰胺化。为了进行监测，在1740nm下记录红外光谱。必须确保足够的碱度(>2mgKOH/g)。在酰胺化完成时，用85％磷酸中和该碱度，然后通过用甲醇/乙醇蒸馏(柱)加热到175℃来进行环化。施加真空并且在3h之内调节到60mbar，在该过程中蒸馏出反应的水。通过1600nm和1650nm下的红外光谱进行监测。在环化完成时，在<20mbar的减压以及175℃下蒸馏出过量的AEEA。通过OAN和TAN进行分析监测。随后，伴随着剧烈的冷却，充分慢慢地加入1mol布朗斯台德酸，该过程中温度不超过50℃。根据胺值来确定反应的终点。随后，抽空反应釜并且用氮气充满，从而建立0.5bar的压力。在于4小时之内计量加入1mol环氧乙烷之后，该反应在65℃下继续进行2小时，然后减压馏出挥发性副产物。根据使用领域，剩余残余物可依照本发明直接使用，而不需要用本领域技术人员已知的方法进一步后处理或纯化。

在不分离中间体情况下咪唑啉鎓盐的一般制备方法(式III)

起初，在N₂下，向四颈玻璃烧瓶中装入1.75mol氨基乙基乙醇胺(AEEA)和0.01mol 30％甲醇钠。70℃下，在1.5h内加入1mol特定的羧酸酯，该过程中伴随有轻微放热，温度应当不超过90℃。在6至10h之内进行酰胺化。为了进行监测，在1740nm下记录红外光谱。必须确保足够的碱度(>2mgKOH/g)。在酰胺化完成时，用85％磷酸中和该碱度，然后通过用甲醇/乙醇蒸馏(柱)加热到175℃来进行环化。施加真空并且在3h之内调节到60mbar，在该过程中蒸馏出反应的水。通过1600nm和1650nm下的红外光谱进行监测。在环化完成时，在<20mbar的减压以及175℃下馏出过量的AEEA。通过OAN和TAN进行分析监测。随后，将混合物冷却到50℃并且缓慢滴加0.495mol双官能烷基化剂。由胺值监测反应的进程。在1至24h后，反应完全。根据使用领域，剩余残余物可依照本发明直接使用，而不需要用本领域技术人员已知的方法进一步后处理或纯化。

使用实施例：

用可从PCS Instruments Ltd.(London)获得的迷你牵引机(MTM2)进行性能测试。该测试用于确定在不同温度、压力和转速下的摩擦系数，并且将这些产物与通常出售的产品(矿物油、聚-α-烯烃)相比较。

测试根据以上合成法合成的咪唑啉鎓盐(1)至(5)它们作为润滑剂的适用性。以下化合物作为咪唑啉鎓盐(1)至(5)接受了测试：

咪唑啉鎓盐(5)：1，3-二羟基乙基-2-甲基咪唑啉鎓乙酸盐，熔点<25℃，分解温度>250℃

表1：

力75N，速度1000mm/s

表2：

力75N，速度100mm/s

表3：

力75N，速度10mm/s

表4：

力40N，速度1000mm/s

表5：

力40N，速度100mm/s

表6：

力40N，速度10mm/s

结果表明，在与现有技术的润滑剂相同的测试条件下，本发明的咪唑啉鎓盐具有明显更低的摩擦系数。这使得摩擦损失降低并且能量平衡(“燃料效率”)得到改善。

Claims

1、通式(I)、(II)或(III)的咪唑啉鎓盐，其中式(I)对应于1-羟烷基咪唑啉鎓盐以及1-烷氧基烷基咪唑啉鎓盐

其中

R₁是氢或任选支链化的、任选不饱和的烷基，该烷基任选含有氧原子或氮原子并且具有1至20个碳原子，

R₂是氢或任选支链化的、任选不饱和的烷基，该烷基任选含有氧原子或氮原子并且具有1至20个碳原子，

R₃是任选支链化的、任选不饱和的烷基，该烷基任选地被氧原子间断并且具有1至20个碳原子，

R₅是二价饱和或不饱和的、直链、支链化的或环状的烃基，该烃基任选被氧原子或氮原子或者羧基间断并且任选被取代，优选为亚乙基，并且

A是季氮基团上正电荷的抗衡离子，

并且1，3-二羟基烷基咪唑啉鎓和1-烷氧基烷基-3-羟基咪唑啉鎓盐对应于通式(II)和通式(III)

其中

R₁、R₃、R₄和R₅各自的定义与式(I)中相同，并且

R₆是二价饱和或不饱和的、直链、支链化的或环状的烃基，该烃基任选被氧原子或氮原子或者羧基间断并且任选被取代，优选为亚乙基，并且

A是季氮基团上正电荷的抗衡离子，

其中

R₁、R₃、R₄和R₅各自的定义与式(I)中相同，并且

R₇是二价饱和或不饱和的、直链、支链化的或环状的烃基，该烃基任选被氧原子或氮原子或者羧基间断并且任选被取代，优选为亚丁基，亚丙基、亚乙基、亚甲基，更优选为亚丁基和亚乙基，

A是季氮基团上正电荷的抗衡离子，并且m和n的乘积对应于咪唑啉鎓阳离子的电荷。

2、根据权利要求1所述的咪唑啉鎓盐，其特征在于R₃是具有1至20个碳原子的任选支链化的烷基，R₁是氢，R₄是氢，并且R₂是具有1至20个碳原子的任选支链化的烷基。

3、根据权利要求1所述的咪唑啉鎓盐，其特征在于R₃是具有1至12个碳原子的任选支链化的烷基，R₁是氢，R₄是氢，并且R₂是具有1至12个碳原子的烷基。

4、根据权利要求1至3所述的咪唑啉鎓盐，其特征在于所述抗衡离子[A]^n-不是卤离子。

5、根据权利要求1至4所述的咪唑啉鎓盐，其特征在于熔点低于150℃。

6、根据权利要求1至5中任意一项所述的咪唑啉鎓盐的制备方法，其特征在于，使羧酸或羧酸衍生物与氨基乙基乙醇胺反应脱水，从而产生相应的酰胺胺类，然后在相对于第一过程步骤升高的温度下环化，从而产生咪唑啉衍生物，然后通过烷基化转化为本发明的咪唑啉鎓盐。

7、根据权利要求6所述的咪唑啉鎓盐的制备方法，其特征在于不分离中间体。

8、根据权利要求6所述的咪唑啉鎓盐的制备方法，其特征在于在进行所述烷基化之前将所述咪唑啉衍生物的游离羟基进行化学官能化。

9、根据权利要求8所述的咪唑啉鎓盐的制备方法，其特征在于所述化学官能化是烷氧基化或酯化或酰胺化。

10、根据权利要求8所述的咪唑啉鎓盐的制备方法，其特征在于，对于所述烷基化，使用烷基化剂，尤其是卤代烷、二烷基硫酸酯、烷基磺酸酯以及二烷基碳酸酯。

11、根据权利要求8所述的咪唑啉鎓盐的制备方法，其特征在于通过与环氧乙烷/布朗斯台德酸反应来使本发明的物质季胺化。

12、根据权利要求8所述的咪唑啉鎓盐的制备方法，其特征在于通过离子交换来获得阴离子[A]^n-。

13、根据权利要求1至6中任意一项的至少一种咪唑啉鎓盐或者咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与另外(润滑)物质的混合物的用途，其用作润滑剂。

14、根据权利要求13所述的根据权利要求1至6中任意一项的至少一种咪唑啉鎓盐或者咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与另外(润滑)物质的混合物作为润滑剂的用途，其特征在于该润滑剂用于内燃机中。

15、根据权利要求13所述的根据权利要求1至6中任意一项的至少一种咪唑啉鎓盐或者咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与另外(润滑)物质的混合物作为润滑剂的用途，其特征在于该润滑剂用于传动装置中。

16、根据权利要求13所述的根据权利要求1至6中任意一项的至少一种咪唑啉鎓盐或者咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与另外(润滑)物质的混合物作为润滑剂的用途，其特征在于该润滑剂用作液压油。

17、根据权利要求14至16中任意一项所述的用途，其特征在于所述咪唑啉鎓盐或所述咪唑啉鎓盐混合物或咪唑啉鎓盐与另外(润滑)物质的混合物包含极压添加剂以最优化减少摩擦和减少磨损性能。

18、根据权利要求14至16中任意一项所述的用途，其特征在于所述咪唑啉鎓盐或所述咪唑啉鎓盐混合物或所述咪唑啉鎓盐与另外(润滑)物质的混合物包含防腐剂、抗氧剂、粘度指数改进剂、清洁剂、其它润滑剂、其它盐，优选有机盐，更优选铵盐或咪唑鎓盐。

19、根据权利要求14至18中任意一项所述的用途，其特征在于所述咪唑啉鎓盐或所述咪唑啉鎓盐混合物或所述咪唑啉鎓盐与其它添加剂的混合物用于水性介质中，并且由缓冲剂来稳定。

20、根据权利要求14至18中任意一项所述的用途，其特征在于所述咪唑啉鎓盐或所述咪唑啉鎓盐混合物或所述咪唑啉鎓盐与另外(润滑)物质的混合物占总混合物的0.1至99.98重量％。

21、根据权利要求14至18中任意一项所述的用途，其特征在于所述咪唑啉鎓盐或所述咪唑啉鎓盐混合物或所述咪唑啉鎓盐与另外(润滑)物质的混合物在-85℃至400℃的范围内具有流动性。