CN114058018A - 一种具有抗磨功能的含磷硅油及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高性能硅油及其制备方法，本发明的含磷高抗磨硅油包含具有式(1)所示结构的化合物，本发明的含磷高抗磨硅油的制备方法为：将硅油、磷酸衍生物按照一定的摩尔比加入到三口烧瓶中，在氮气氛围下升温进行反应，产物进行减压蒸馏后获得含磷硅油。本发明的含磷高抗磨硅油与传统的氯铂酸催化加成法制备抗磨硅油不同，本发明提出了一种简便易行的合成路线，在不使用催化剂的情况下，通过化学修饰的方法将长链烷基和磷元素引入硅油中。不但简化了实验流程，并且显著增强了硅油的抗磨损性能。

Description

一种具有抗磨功能的含磷硅油及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含磷硅油，属于润滑油技术领域，具体为一种具有抗磨功能的含磷硅油及其制备方法。
背景技术
聚硅氧烷是一类以重复Si-O键为主链，硅原子上直接连接甲基、苯基等有机基团的聚合物，液态的聚硅氧烷又称硅油。聚硅氧烷作为一种最早得到工业化应用的合成润滑剂之一，具有较好的粘温性能，能够在低温及高温环境下正常使用，同时还具有优秀的化学稳定性和抗水解性，这些优良特性使得硅油可应用于航空航天等军用领域，也可在乳液、润滑脂中作为基础油应用于装备制造、交通运输等领域。需要指出的是，普通硅油的边界润滑性能较差，特别是对于钢/钢摩擦副的滑动摩擦，这也限制了其在部分润滑油领域的应用。
为了提高硅油自身的抗磨损性能，通常要向硅油中引入其他基团或元素，如专利CN 113402711 A公开了一种甲基苯乙烯基硅油的制备方法，以含氢硅油为原料，氯铂酸或卡斯特为催化剂，制备出甲基苯乙烯基硅油，提高了硅油的润滑性能。专利CN 109021243 A报道了一种长链含氟烷基酯和聚醚共改性苯基含氢硅油的制备方法，将含氟烷基和聚醚引入到聚硅氧烷链上，提高了其表面性能和化学稳定性。兰州化物所研制了一种甲基三氟丙基氯苯基硅油，这种硅油不仅具有良好的粘温性能，同时也解决了钢/钢摩擦副润滑性能不佳的问题(Weng，Lijun et al.Tribological behavior of the synthetic chlorine-andfluorine-containing silicon oil as aerospace lubricant[J].IndustrialLubrication and Tribology，2008，60(5)：216-221.)。
以上几种方法大多使用氯铂酸催化剂，在80-130℃下通过Si-H键加成反应将氯、氟、芳香烃等官能团引入硅油中，从而改善硅油自身较差的润滑性能。氯铂酸具有腐蚀性和强吸湿性，在进行反应前需先制备氯铂酸/异丙醇溶液或氯铂酸络合物，增大了实验难度和生产成本。本发明在不提高反应温度的前提下，提供了一种不使用催化剂的硅油制备方法，并将磷元素引入硅油结构中，制备出一种具有高抗磨损性能的润滑油。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有高抗磨性能的硅油。
本发明提供了一种含磷的高抗磨硅油，其包含具有下式(1)所示结构的化合物
Figure BDA0003420411920000021
其中，n为40～60，R1、R2分别独立地选自H、直链烷基、支链烷基，烷基分子中含有1-30个碳原子，优选为2-20个碳原子，更优选为4-15个碳原子，R3、R4分别独立地选自O和S。
本发明的另一目的在于提供所述具有高抗磨性能硅油的制备方法，具体步骤如下：将硅油、磷酸衍生物按照一定的摩尔比加入到三口烧瓶中，在氮气氛围下升温进行反应，产物进行减压蒸馏后获得含磷硅油。
进一步的，硅油与磷酸衍生物的摩尔比为1∶1-3，优选的，所述摩尔比为1∶2。
进一步的，所述硅油为端环氧硅油。
进一步的，所述磷酸衍生物为烷基磷酸、烷基硫代磷酸中的任意一种。
进一步的，所述反应的时间为4-15h，优选的，反应时间为6-10h。
进一步的，所述反应的温度为60-150℃，优选的，反应温度为80-120℃。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
与传统的氯铂酸催化加成法制备抗磨硅油不同，本发明提出了一种简便易行的合成路线，在不使用催化剂的情况下，通过化学修饰的方法将长链烷基和磷元素引入硅油中。不但简化了实验流程，并且显著增强了硅油的抗磨损性能。
附图说明
实施例1-5所获含磷硅油和端环氧硅油的红外光谱图。
具体实施例
实施例1
将端环氧线性聚二甲基硅氧烷80g(0.02mol)，二异辛基磷酸12.88g(0.04mol)加入带有机械搅拌的250ml三口烧瓶中，接上冷凝回流装置，在氮气氛围下升温至100℃，搅拌反应6h。减压蒸馏除去小分子杂质等，获得含磷硅油。
实施例2
将端环氧线性聚二甲基硅氧烷64g(0.016mol)，二异十三基磷酸14.768g(0.032mol)加入带有机械搅拌的250ml三口烧瓶中，接上冷凝回流装置，在氮气氛围下升温至100℃，搅拌反应6h。减压蒸馏除去小分子杂质等，获得含磷硅油。
实施例3
将端环氧线性聚二甲基硅氧烷80g(0.015mol)，二辛基二硫代磷酸10.62g(0.03mol)加入带有机械搅拌的250ml三口烧瓶中，接上冷凝回流装置，在氮气氛围下升温至100℃，搅拌反应6h。减压蒸馏除去小分子杂质等，获得含磷硅油。
实施例4
将端环氧线性聚二甲基硅氧烷80g(0.02mol)，二丁基二硫代磷酸10.62g(0.04mol)加入带有机械搅拌的250ml三口烧瓶中，接上冷凝回流装置，在氮气氛围下升温至100℃，搅拌反应6h。减压蒸馏除去小分子杂质等，获得含磷硅油。
实施例5
将端环氧线性聚二甲基硅氧烷40g(0.01mol)，二异辛基磷酸6.44g(0.02mol)加入带有机械搅拌的100ml三口烧瓶中，接上冷凝回流装置，在氮气氛围下升温至80℃，搅拌反应8h。减压蒸馏除去小分子杂质等，获得含磷硅油。
红外光谱分析：
前述实施例1-5所获含磷硅油和端环氧硅油的红外光谱如图1所示，其中，1017cm-1和1095cm-1处为Si-O-Si特征吸收峰，端环氧硅油在916cm-1处有环氧特征吸收峰，而实施例1-5中未出现该峰，说明环氧基团发生开环，实施例1-5在3200-3500cm-1处出现的羟基峰进一步说明环氧基团与磷酸发生反应，实施例1与实施例5红外谱图的特征吸收峰相同，这说明含磷硅油可以在较低温度下通过延长反应时间获得。由于使用硫代磷酸作为反应物，实施例3和实施例4在678cm-1处出现P＝S特征吸收峰，以上红外光谱分析证明本发明所述的含磷硅油制备成功。
磨损性能测试：
取实施例1-5所获含磷硅油和端环氧硅油进行四球摩擦实验，实验条件：实验载荷10.0kgf，转速1800rpm，运行时间3600s，温度25℃，试验设备：厦门天机自动化MS-10A四球试验机。测试结果如表1所示。
表1实施例耐磨性能测试结果
Figure BDA0003420411920000051
从实验结果可以看到，纯端环氧硅油耐磨性能较差，运行极短时间即停止，而引入磷元素的含磷硅油能正常运行3600s，磨斑直径也较端环氧硅油有明显的减小，其中实施例4具有最小的磨斑直径，仅有0.278mm。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含磷硅油，其特征在于，其包含具有下式(1)所示结构的化合物
Figure FDA0003420411910000011
2.如权利要求1所述的一种含磷硅油，其特征在于，n为40～60；R1、R2分别独立地选自H、直链烷基、支链烷基；烷基分子中含有1-30个碳原子；R3、R4分别独立地选自O和S。
3.如权利要求2所述的一种含磷硅油，其特征在于，烷基分子中含有2-20个碳原子。
4.如权利要求2所述的一种含磷硅油，其特征在于，烷基分子中含有4-15个碳原子。
5.一种如权利要求1所述含磷硅油的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将硅油、磷酸衍生物按照一定的摩尔比加入到三口烧瓶中，在氮气氛围下升温进行反应，产物进行减压蒸馏后获得含磷硅油。
6.如权利要求5所述含磷硅油的制备方法，其特征在于，硅油与磷酸衍生物的摩尔比为1∶1-3，优选的，所述摩尔比为1∶2。
7.如权利要求5所述含磷硅油的制备方法，其特征在于，所述硅油为端环氧硅油。
8.如权利要求5所述含磷硅油的制备方法，其特征在于，所述磷酸衍生物为烷基磷酸、烷基硫代磷酸中的任意一种。
9.如权利要求5所述含磷硅油的制备方法，其特征在于，反应的时间为4-15h，优选的，反应时间为6-10h。
10.如权利要求5所述含磷硅油的制备方法其特征在于反应的温度为60-150℃，优选的，反应温度为80-120℃。
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