CN104830400A

CN104830400A - 一种含三种硼氮系添加剂的新型润滑油及其制备方法

Info

Publication number: CN104830400A
Application number: CN201510251081.7A
Authority: CN
Inventors: 钱善华; 陈旭亮; 王宏跃; 李庆忠
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Shandong Naibo Lubrication Technology Co ltd
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2035-05-15
Also published as: CN104830400B

Abstract

本发明公开了一种含三种硼氮系添加剂的新型润滑油及其制备方法，该润滑油所含组分及各组分的质量分数为：蓖麻油97～98％，1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体0.8～1.2％，含氮硼酸酯0.4～0.6％，三嗪衍生物0.8～1.2％。本发明润滑油可用于某些要求极端苛刻的工况条件，如高压、重载等场合，具有良好抗磨减摩性能，能承受较高载荷下的润滑，有效提高零件的使用寿命及润滑油的使用寿命，将有望成为一种环保的高性能润滑油应用于工业中。

Description

一种含三种硼氮系添加剂的新型润滑油及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑油技术领域，尤其是涉及一种含1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体、含氮硼酸酯和三嗪衍生物三种添加剂的新型润滑油及其制造方法，

背景技术

随着航空航天、超精密机械和先进制造装备技术的不断提高，极端的高压力工况常常发生于机械装备的关键部件，造成润滑失效，为保障机械设备能够稳定运行，探索润滑材料在高压力下的润滑行为，具有重要应用价值；虽然目前齿轮油是作为如今典型的高压工况下使用的润滑剂，但是市场上出售的绝大部分重载齿轮油，是由矿物基础油和添加剂复配而成的。由于矿物基础油具有生物降解性能低、常常含有大量有毒添加剂的特点，很容易对环境产生恶劣的伤害，因此开展环境友好润滑剂研究具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种含三种硼氮系添加剂的新型润滑油及其制造方法。本发明可用于某些要求极端苛刻的工况条件，如高压、重载等场合，该润滑油具有良好抗磨减摩性能，能承受较高载荷下的润滑，有效提高零件的使用寿命及润滑油的使用寿命，将有望成为一种环保的高性能润滑油应用于工业中。

本发明的技术方案如下：

一种含三种硼氮系添加剂的新型润滑油，所述润滑油所含组分及各组分的质量分数为：蓖麻油97～98％，1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体0.8～1.2％，含氮硼酸酯0.4～0.6％，三嗪衍生物0.8～1.2％。

所述润滑油的制备方法包括如下具体步骤：

(1)首先将97～98％蓖麻油，0.8～1.2％1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体，0.4～0.6％含氮硼酸酯，0.8～1.2％三嗪衍生物，依次加入烧杯中，在100转/分钟的转速下，机械搅拌4～5分钟；

(2)再将上述烧杯放置在磁力搅拌器平台上，加入搅拌子，在转速为1000 转/分钟，温度为45～60℃的条件下，充分搅拌5～15分钟，当固态含氮硼酸酯完全溶解于油中时，停止搅拌，制得混合润滑油；

(3)将步骤(2)制得的混合润滑油置于真空干燥箱中，20～25℃下静置24h，制得本发明润滑油。

所述1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体为中科院兰化所绿色化学中心提供。

所述含氮硼酸酯为广州德旭新材料有限公司生产的。

所述三嗪衍生物为不含S、P的三嗪衍生物，具体制备方法如下：

1～5℃的条件下，在三口烧瓶中，加入三聚氯氰、溶剂乙醇和缚酸剂Na₂CO₃，然后向体系中逐滴滴加二正丁胺，滴加完全后，升温至75～80℃，回流反应7～9小时反应结束，抽滤除去固体，继续减压蒸除溶剂乙醇，最后得到黄色黏稠状产物，即本发明所述三嗪衍生物。

所述三聚氯氰与二正丁胺的摩尔比为1:2.5～3.5；所述缚酸剂Na₂CO₃与三聚氯氰的摩尔比为1:1。

本发明有益的技术效果在于：

1、本发明润滑油采用天然植物油中润滑性能表现较为突出的蓖麻油作为基础油，蓖麻油是具有极性强、生物降解性能好、抗氧化性能优、与添加剂的相容性较好、来源丰富等优点的天然绿色植物油，同时蓖麻油的黏度较其他植物油大，这是因为其分子中除了含有一般植物油脂肪酸分子中的不饱和双键和羧基外，还含有一个能引起强氢键的羟基，使得甘油酯分子间力增大，从而使得蓖麻油拥有了较高的黏度，使其更易吸附金属表面，形成润滑保护膜，是一种有望能够替代齿轮油应用于润滑重载齿轮的天然绿色基础油。

2、本发明润滑油使用低毒性、低污染、可生物降解且具有优良摩擦学性能的三种硼氮系添加剂，使得基础油更易吸附在金属表面，与金属表面反应形成润滑膜。

3、本发明润滑油中基础油和添加剂均具有可生物降解性和优良的润滑性能，混合后，能更大的提升润滑油性能和降低对环境的危害。

4、本发明润滑油中的添加剂采用了1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([HMIM]BF₄)，[HMIM]BF₄离子液体具有良好的润滑性、热稳定性和生物降解性等特点，其结构中不含金属元素，并且对环境产生的危害较小，成为环境友好型润滑剂和添加剂的选择对象。

5本发明润滑油中含氮硼酸酯具有无毒无臭、环境适应性好、水解稳定性好以及良好的抗氧化性能和摩擦学性能，是一类具有广阔前景的新型绿色润滑油添加剂，含氮硼酸酯中N原子与B原子以配位键结合，增加了硼酸酯的水解稳定性；含氮硼酸酯中引入含氮杂环基团，成为了近年来的研究热点，这是由于杂环基团本身就具有优异的摩擦学性能，加之其可与B原子形成较稳定的配位键，使得含氮硼酸酯性能更加优异的缘故。

6、本发明润滑油中的添加剂采用了实验室自制的三嗪衍生物，近年来研究表明，含氮杂环及其衍生物具有良好的摩擦学性能、高的热稳定性以及优秀的抗氧化性能和抗腐蚀性能，这是由于此类物质具有化学结构致密和电子云密度较高的特点，使其能够较好地吸附在金属表面，能够满足大部分机械设备和环境方面的特殊润滑要求。

附图说明

图1为本发明中蓖麻油的红外光谱图；

图2为本发明中1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的红外光谱图；

图3为本发明中含氮硼酸酯的红外谱图；

图4为本发明中三嗪衍生物的制备流程图；

图5为本发明中三嗪衍生物的红外谱图；

图6为本发明中四球摩擦磨损试验机的示意图；

图7为本发明中纯蓖麻油和含不同添加剂的混合蓖麻油润滑下钢球磨斑的表面形貌。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。

本发明实施例所用原料及性能如下，但不仅限于所列原料的厂家。

表1蓖麻油的理化性质

表21-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的理化性质

表3含氮硼酸酯的理化性质

项目	检测结果	检测方法
			外观	棕黄色粘稠液	目测
密度(20℃)/(g/mL)	1.0996	比重瓶法
			运动黏度(100℃)/mm²·s^-1	52.3	GB/T265-88
铜片腐蚀(100℃，3h)	1a	GB/T5096-91
			pH值	8.5	pH酸度计

表4三嗪衍生物的理化性质

项目	检测结果	检测方法
			外观	淡黄色粘稠液	目测
密度(20℃)/(g/mL)	0.94	比重瓶法
			运动黏度(100℃)/mm²·s^-1	24.1	GB/T265-88
铜片腐蚀(100℃，3h)	1a	GB/T5096-91
			pH值	7.4	pH酸度计

实施例1

一种含三种硼氮系添加剂的新型润滑油，所述润滑油的制备方法包括如下具体步骤：

(1)首先将97.8ml蓖麻油，0.8ml 1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体， 0.481g含氮硼酸酯，1.0ml三嗪衍生物，依次加入烧杯中，在100转/分钟的转速下，机械搅拌5分钟；

(2)再将上述烧杯放置在磁力搅拌器平台上，加入搅拌子，在转速为1000转/分钟，温度为50℃的条件下，充分搅拌10分钟，当固态含氮硼酸酯完全溶解于油中时，停止搅拌，制得混合润滑油；

(3)将步骤(2)制得的混合润滑油置于真空干燥箱中，25℃下静置24h，制得本发明润滑油。

所述三嗪衍生物的具体制备方法如下：

1℃的条件下，在三口烧瓶中，加入三聚氯氰、溶剂乙醇和缚酸剂Na₂CO₃，然后向体系中逐滴滴加二正丁胺，滴加完全后，升温至80℃，回流反应7小时反应结束，抽滤除去固体，继续减压蒸除溶剂乙醇，最后得到黄色黏稠状产物，即本发明所述三嗪衍生物；其中三聚氯氰与二正丁胺的摩尔比为1:3.5；所述缚酸剂Na₂CO₃与三聚氯氰的摩尔比为1:1。

实施例2

(1)首先将98.5ml蓖麻油，0.4ml 1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体，0.480g含氮硼酸酯，0.5ml三嗪衍生物，依次加入烧杯中，在100转/分钟的转速下，机械搅拌4分钟；

(2)再将上述烧杯放置在磁力搅拌器平台上，加入搅拌子，在转速为1000转/分钟，温度为45℃的条件下，充分搅拌15分钟，当固态含氮硼酸酯完全溶解于油中时，停止搅拌，制得混合润滑油；

所述三嗪衍生物的具体制备方法如下：

5℃的条件下，在三口烧瓶中，加入三聚氯氰、溶剂乙醇和缚酸剂Na₂CO₃，然后向体系中逐滴滴加二正丁胺，滴加完全后，升温至75℃，回流反应9小时反应结束，抽滤除去固体，继续减压蒸除溶剂乙醇，最后得到黄色黏稠状产物，即本发明所述三嗪衍生物；其中三聚氯氰与二正丁胺的摩尔比为1:2.5；所述缚酸剂Na₂CO₃与三聚氯氰的摩尔比为1:1。

实施例3

原料仅为100ml蓖麻油，制备方法同实施例1。

实施例4

原料为98.3ml蓖麻油，1.7ml 1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([HMIM]BF₄)，制备方法同实施例1。

实施例5

原料为98.3ml蓖麻油，1.925g含氮硼酸酯，制备方法同实施例1。

实施例6

原料为98.0ml蓖麻油，2.0ml三嗪衍生物，制备方法同实施例1。

实施例7

原料为98.3ml蓖麻油，0.8ml 1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([HMIM]BF₄)，0.963g含氮硼酸酯，制备方法同实施例1。

实施例8

原料为98.1ml蓖麻油，0.961g含氮硼酸酯，1.0ml三嗪衍生物，制备方法同实施例1。

实施例9

原料为98.2ml蓖麻油，0.8ml 1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([HMIM]BF₄)，1.0ml三嗪衍生物，制备方法同实施例1。

实施例10

原料为98.5ml蓖麻油，0.8ml 1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([HMIM]BF₄)，0.963g含氮硼酸酯，1.0ml三嗪衍生物，制备方法同实施例1。

测试例：

采用MRS-10W四球摩擦磨损试验机，对本发明润滑油进行性能测试，四球摩擦磨损试验机的示意图如图6所示。试验前，对载荷、转速和时间等试验参数在四球试验机上进行设定。上钢球通过夹具与主轴相连，下面三个钢球呈三角形固定于油盒中。将润滑剂注射到油盒内，使得润滑剂浸没钢球。液压柱塞通过推力轴承(未标出)将负荷传递给载物台，载物台上升，油盒通过两销固定于载物台上，油盒与上钢球接触压紧。摩擦因数由于四球试验机连接的摩擦力杆测得。每一组摩擦试验须进行3次重复性试验。试验结束后，倒掉油盒中残油，用酒精棉将钢球擦拭干净，将油盒置于四球摩擦磨损试验机磨斑图像采集器(济南思达测试技术有限公司)下观察钢球磨斑表面形貌并测量钢球的磨斑直径，每个钢球测量五次，取其平均值。测试结果见表5及图7。

由表5可以看出，实施例3磨斑直径和摩擦系数均大于其他,实施例，由此说明三种添加剂对蓖麻油都起到抗磨减摩的作用；两种添加剂混合添加的抗磨效果比与添加量百分比相同的单种添加剂好，但减摩效果却不如单种添加剂好，如实施例4、5、6和实施例7、8、9；从表中还可以看出，添加剂的添加量并不是越多越好，添加量越多，反而会降低添加剂的性能。

从图7可以看出，多种添加剂润滑下钢球表面磨斑形状规则，呈“圆形”，没有较宽较深的犁沟，表面平整；而无添加剂和单种添加剂润滑的钢球表面磨斑形状不规则，出现宽深的犁沟，表面磨痕严重，表明多种添加剂的润滑更易保护金属表面。另外，实施例中实施例1所得润滑油的摩擦系数和磨斑直径在各例试验中综合表现最优，可以作为蓖麻油和三种添加剂间的最佳配方比。

表5

Claims

1.一种含三种硼氮系添加剂的新型润滑油，其特征在于所述润滑油所含组分及各组分的质量分数为：蓖麻油97～98％，1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体0.8～1.2％，含氮硼酸酯0.4～0.6％，三嗪衍生物0.8～1.2％。

2.根据权利要求1所述的含三种硼氮系添加剂的新型润滑油，其特征在于所述润滑油的制备方法包括如下具体步骤：

(2)再将上述烧杯放置在磁力搅拌器平台上，加入搅拌子，在转速为1000转/分钟，温度为45～60℃的条件下，充分搅拌5～15分钟，当固态含氮硼酸酯完全溶解于油中时，停止搅拌，制得混合润滑油；

3.根据权利要求1或2所述的含三种硼氮系添加剂的新型润滑油，其特征在于所述1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体为中科院兰化所绿色化学中心提供。

4.根据权利要求1或2所述的含三种硼氮系添加剂的新型润滑油，其特征在于所述含氮硼酸酯为广州德旭新材料有限公司生产的。

5.根据权利要求1或2所述的含三种硼氮系添加剂的新型润滑油，其特征在于所述三嗪衍生物为不含S、P的三嗪衍生物，具体制备方法如下：

6.根据权利要求5所述的含三种硼氮系添加剂的新型润滑油，其特征在于所述三聚氯氰与二正丁胺的摩尔比为1:2.5～3.5；所述缚酸剂Na₂CO₃与三聚氯氰的摩尔比为1:1。