CN102260572A - 一种磷-氮型极压抗磨剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种磷-氮型极压抗磨剂，具有式(I)的结构式
式(I)中，R为氢或C1～C3的烷基，n，m分别为1～8的整数。该添加剂不仅具有优异的抗氧、防锈、抗腐蚀性能，而且具有良好的极压抗磨性，可作为液压油、齿轮油和各种工业润滑油脂的多功能添加剂，特别可单独作为无灰抗磨液压油添加剂使用。
Description
技术领域
本发明为一种极压抗磨剂及其制备方法，具体地说，是一种磷-氮型极压抗磨剂及其制备方法。
背景技术
机械设备对润滑油的极压抗磨性和热稳定性要求越来越高。为了适应机械设备的润滑要求，国内外都在研究和发展高效多功能的润滑油添加剂，以满足润滑油日益苛刻的性能要求。磷-氮型极压抗磨添加剂承载能力高且具有多效性。早期的磷型极压抗磨剂在润滑油中广泛使用，主要有亚磷酸酯和磷酸酯系列。常见的含磷剂产品有T304(亚磷酸二正丁酯)、T306(磷酸三甲酚酯)以及T308(酸性磷酸酯胺盐)。亚磷酸酯的承载性能和抗磨性能优良，且腐蚀性相对较小。磷酸酯产品的中性磷酸酯活性较弱，不易在摩擦表面形成化学保护膜，酸性酯的性能稍优，但是酸性较强，在重负荷下易产生化学腐蚀磨损，使其性能变差。虽然酸性磷酸酯有很好的极压抗磨性，但其活性高，抗腐蚀性差，磷消耗快，而酸性磷酸酯胺盐，由于胺的烷基链增长有助于改善油溶性，极压抗磨性好、腐蚀小。
新型含磷剂的研发一直是国内外添加剂研究的热点。研究的方向主要是向亚磷酸酯或磷酸酯中引入其他的功能团，使其具有更好的性能。US4626368公开了一种苯三唑衍生物及含该衍生物的有机组合物。所述的苯三唑衍生物由苯三唑或苯三唑衍生物与醛、二烷基亚磷酸酯反应得到，含有磷-氮元素，添加在润滑油脂中可以提高其承载能力和抗磨能力。
乔玉林等人(《石油炼制与化工》第28卷第4期，1997.4，P13～16)公开的烷基亚磷酸酯氮杂环胺盐，其制备方法为：先将三氧化磷与脂肪醇反应，经蒸馏得到的亚磷酸酯再与氮杂环胺反应，蒸馏反应生成物，得到具有不同烷基结构的氮杂环磷氮剂。该剂具有优良的极压抗磨性和减摩性能，较好的热氧化安定性和抗腐蚀性。
夏延秋等(《润滑与密封》2000-3，P30～31)通过反复试验，合成一种以磷酸盐为主体，引入抗磨抗氧基团和改善油溶性的有机物一烷氧基磷酸盐，由醇类与三氯氧磷水解反应制得烷基磷酸，再与有机胺反应制得。
磷-氮型极压抗磨添加剂由于其含有的元素氮电负性高，原子半径小，在摩擦过程中，当磷氮剂吸附于摩擦表面时，分子之间比较容易形成氢键而导致横向引力增强和油膜强度提高，这有利于抗磨性能的改善；磷氮剂中的氮同时还是一种较强的路易斯碱，能够有效地抑制元素磷的过度腐蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种磷-氮型极压抗磨剂，该剂不仅具有良好的极压抗磨性，而且具有优异的抗氧、防锈、抗腐蚀性能。
本发明提供的磷-氮型极压抗磨剂，具有式(Ⅰ)的结构式
式(Ⅰ)中，R为氢或C1～C3的烷基，n，m分别为1～8的整数。
本发明使含有苯三唑基团的胺类化合物与亚磷酸二烷基酯进行反应生成酸性磷酸酯，作为润滑油添加剂。所述的添加剂中含有磷和氮元素，具有较好的极压抗磨性。
具体实施方式
本发明用胺类化合物和亚磷酸烷基酯为反应物，所述的胺类化合物中与氮相连的一个基团含苯三唑基团，另外两个基团为含有端基双键的烯基，所述的双键与亚磷酸烷基酯反应，生成磷-氮型极压抗磨添加剂。该添加剂不仅具有优异的抗氧、防锈、抗腐蚀性能，而且具有良好的极压抗磨性，可用于液压油、齿轮油和各种工业润滑油脂的多功能添加剂，特别可单独作为无灰抗磨液压油添加剂使用。
本发明式(Ⅰ)所列通式中，n、m分别表示胺类化合物中的烯基和亚磷酸烷基酯中烷基的碳原子数，n和m可分别选取1～8的整数，优选不能同时为8，因碳数较大的烷基和烯基将降低添加剂的油溶性。
本发明所述添加剂的制备方法，包括将式(Ⅱ)所示的含苯三唑基团的胺类化合物与式(Ⅲ)所示的亚磷酸二烷基酯在酸性催化剂存在下进行反应。
式(Ⅱ)中，R为氢或C1～C3的烷基，n为1～8的整数，
式(Ⅲ)中，m为1～8的整数。
上述反应中，含苯三唑基团的胺类化合物与亚磷酸烷基酯的摩尔比为1∶1～1.5、优选1∶1～1.2。
上述反应优选在酸性催化剂存在下进行，所述的酸性催化剂可为无机酸或有机酸，优选的无机酸为盐酸或硝酸。所述酸与反应物总质量的比为0.005～0.05∶1、优选0.008～0.03∶1。
上述反应较优选的方法是：将亚磷酸二烷基酯和含苯三唑基团的胺类化合物加热至40～90℃，再向其中滴加适量的酸性催化剂进行反应，所述反应的温度优选100～140℃，反应时间优选1～8小时。将反应生成物减压蒸馏即制得本发明所述的酸性磷酸酯添加剂。
下面通过实例进一步详细说明本发明，但本发明并不限于此。
实例中评价添加剂性能的标准方法如下：
抗乳化性 GB/T 7305石油和合成液水分离性测定法
铜片腐蚀试验 GB/T 5096石油产品铜片腐蚀试验法
液相锈蚀试验 GB/T 11143加抑制剂矿物油在水存在下防锈
性能试验法
旋转氧弹 SH/T 0193润滑油氧化安定性测试法(旋转氧弹
法)
贮存稳定性 SH/T 0037齿轮油贮存溶解特性测定法
催化氧化实验 SH/T 0299内燃机油氧化安定性测定性
实例1
将1.0mol(194g)亚磷酸二丁酯和1.0mol(256g)N，N-二丁烯基亚甲基苯三唑搅拌加热至80℃，滴加13.5g盐酸溶液，其中含5gHCL，升温至120℃反应2小时，减压蒸馏得到黄色透明的液体，为具有如下结构式的(N-丁基N-丁烯基)亚甲基苯三唑亚磷酸二丁酯，记为添加剂A。
添加剂A的元素含量为：碳63.3质量％，氢9.0质量％，氧9.4质量％，磷6.2质量％，氮10.8质量％。
实例2
将1.0mol(306g)亚磷酸二辛酯和1.0mol(256g)N，N-二丁烯基亚甲基苯三唑搅拌加热至80℃，滴加13.5g盐酸溶液，其中含5gHCL，升温至120℃反应4小时，减压蒸馏得到黄色透明的液体，为具有如下结构式的(N-丁基N-丁烯基)亚甲基苯三唑亚磷酸二辛酯，记为添加剂C。
添加剂C的元素含量为：碳69.7质量％，氢10.1质量％，氧8.1质量％，磷4.9质量％，氮10.2质量％。
实例3
将1.0mol(194g)亚磷酸二丁酯和1.0mol(368g)N，N-二辛烯基亚甲基苯三唑搅拌加热至80℃，滴加13.5g盐酸溶液，其中含5gHCL，升温至120℃反应1小时，减压蒸馏得到黄色透明的液体，为具有如下结构式的(N-辛基N-辛烯基)亚甲基苯三唑亚磷酸二丁酯，记为添加剂D。
添加剂D的元素含量为：碳68.9质量％，氢9.7质量％，氧8.5质量％，磷5.3质量％，氮10.4质量％。
对比例1
将1.0mol(306g)亚磷酸二辛酯和1.0mol(368g)N，N-二辛烯基亚甲基苯三唑搅拌加热至80℃，滴加13.5g盐酸溶液，其中含5gHCL，升温至120℃反应2小时，减压蒸馏得到黄色透明的液体，为具有如下结构式的(N-辛基N-辛烯基)亚甲基苯三唑亚磷酸二辛酯，记为添加剂B。
添加剂B的元素含量为：碳71.1质量％，氢10.5质量％，氧8.4质量％，磷4.2质量％，氮8.1质量％。
实例4～10
以下实例评价本发明添加剂的使用性能。
将本发明实例、对比例制备的添加剂、T308(磷酸酯胺盐)、油酸脂肪胺盐分别于70℃加入到100g基础油(牌号500N)中溶解，将得到的样品进行抗氧化性能、防锈性能和抗乳化性能的评定，结果见表1。
表1
从表1可知，本发明制备的添加剂A、C、D较之对比剂，具有优良的油溶性、抗氧化性能、防锈、防腐性能和抗乳化性能，性能优于T308、油酸脂肪胺盐。
实例11
本实例评价用本发明添加剂调制的成品油的性能。
将硫磷复剂(T4204)与本发明添加剂A加入到100g基础油(85W/90)中调和得到成品油L，评定其极压抗磨性能，结果见表2，其中磨斑直径测定条件为：1800r/min，392N，93.3℃，60min。
对比例2
将硫磷复剂(T4204)加入到100g基础油(85W/90)中调和得到成品油M，评定其极压抗磨性能，结果见表2。
表2
| 项目 | 实例11 | 对比例2 |
| 成品油编号 | L | M |
| 添加剂加量，g | ||
| 硫磷复剂 | 1.4 | 1.4 |
| 添加剂A | 0.7 | / |
| 磨斑直径，mm | 0.35 | 0.7 |
| Timken试验，(OK负荷)，N | ≥311 | ≥200 |
从表2可知，在基础油中加入本发明添加剂A的油品较之未加油品，不仅在高温高速磨损条件下，具有较小的磨斑，而且具有优良的极压性能。
Claims (7)
1.一种磷-氮型极压抗磨剂，具有式(Ⅰ)的结构式
式(Ⅰ)中，R为氢或C1～C3的烷基，n，m分别为1～8的整数。
2.按照权利要求1所述的极压抗磨剂，其特征在于式(Ⅰ)中n和m不能同时为8。
3.一种权利要求1所述极压抗磨剂的制备方法，包括将式(Ⅱ)所示的含苯三唑基团的胺类化合物与式(Ⅲ)所示的亚磷酸二烷基酯在酸性催化剂存在下进行反应。
式(Ⅱ)中，R为氢或C1～C3的烷基，n为1～8的整数，
式(Ⅲ)中，m为1～8的整数。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的含苯三唑基团的胺类化合物与亚磷酸二烷基酯的摩尔比为1∶1～1.5。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的酸性催化剂为无机酸，酸与反应物总质量的比为0.005～0.05∶1。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于所述的无机酸为盐酸或硝酸。
7.按照权利要求3所述的方法，其特征在于反应温度为100～140℃。
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