CN114292682A

CN114292682A - 一种绿色三嗪润滑油添加剂、制备方法及用途

Info

Publication number: CN114292682A
Application number: CN202111472897.4A
Authority: CN
Inventors: 朱金凤; 闵春英; 杨雨滋
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2022-04-08

Abstract

本发明涉及一种有机润滑油添加剂的无溶剂制备法，属于新型绿色化学领域。本发明将十八脂肪胺进行升温熔融后，加入多聚甲醛进行醛胺脱水缩合反应，生成1,3,5‑十八烷基‑1,3,5‑三嗪烷(C18HT)。此方法制备出的C18HT是一种优异的润滑油添加剂。与纯油相比，添加C18HT的油能进一步降低对磨金属之间的摩擦系数和磨损率。本发明的优点在于原料简单易得、无需溶剂的脱除、成本低廉、对原油润滑性提升明显。对润滑油润滑性提升大的原因是C18HT表面含有活性氮基团的中心环结构，这些氮基团可以与金属表面紧密结合，消除了裸露金属表面之间的直接接触，从而减少了摩擦56％的摩擦系数和62.5％的磨损率。该发明为环境友好型润滑油添加剂的探索和开发提供了实例支持。

Description

一种绿色三嗪润滑油添加剂、制备方法及用途

技术领域

本发明属于新型绿色化学领域，特别是润滑油绿色添加剂，涉及一种三嗪润滑油添加剂、制备方法及用途。

背景技术

物体之间产生摩擦的现象无处不在，然而在生产过程中因为摩擦磨损造成的能量损耗、器材损毁也不可避免。如何降低器材间的摩擦磨损一直是科研人员研究的热点。对此，通过在机械配件之间填充润滑油来降低器材间的摩擦磨损是一个有效的方法。然而，传统的润滑油很难满足对高强度、高负载的压缩机、活塞、配气机构、轴承、齿轮等机械部件的长时间减摩抗磨，此外传统润滑油通常含有磷、硫、氯类化合物而造成环境的污染。

在此基础上，通过在润滑油中添加填料来增强基础油的润滑性。润滑剂添加剂发展至今已有各色各样的品种，如固体润滑剂、液体润滑剂、纳米润滑剂、无机润滑剂、有机润滑剂等。目前来说，无机润滑油添加剂的研究较多，如：石墨烯及其衍生物，碳纳米管(CNTs),二硫化钼(MoS₂)，C₃N₄，氮化硼，部分纳米金属颗粒，金属氧化物等。无机润滑油添加剂在降低机械部件的摩擦磨损有明显的作用。特别是二维纳米填料能够在机械部件进行对磨时产生层间滑移，长时间对磨后与机械部件的金属形成转移膜。球状填料和棒状填料能够在润滑油之间产生滚动进而降低机械部件的摩擦磨损。然而，无机润滑油填料的制备耗能巨大，并且无机润滑油填料在(石蜡油)PAO等油中的分散性较差，需要进一步改性来提升它们的油溶性，改性也是个耗能、污染环境的过程。

相比无机填料，有机润滑油添加剂在基础油中分散性明显好转。如类石墨烯的二维有机骨架(COFs)在可将基础油的摩擦系数降至0.08并且在油中的分散性长时间良好。高分子聚苯乙烯(PS)微球有着尺寸小，比表面积大的特点，此外PS微球的表面能大其表面原子的吸附能力和反应活性较高。在对磨的过程中，纳米微球能快速吸附在摩擦副的表面，微球变形或熔融与摩擦副的表面反应生成低剪切力的聚合物润滑膜。未变形的PS微球在摩擦副之间起到类似于球滚动轴承的作用，从而提高润滑性。不仅如此，纳米级别的聚四氟乙烯(PTFE)，有机纤维，超支化聚甘油等有机填料均能在一定程度上提升基础油的润滑性。然而，有机类填料的合成操作复杂且不可避免涉及到有机溶剂的使用，而溶剂的脱除和处理也是一个难题。

三嗪类聚合物的氮杂环结构能够与金属表面紧密结合，在摩擦的过程中避免摩擦副的直接接触，从而减少摩擦。然而，去除三嗪聚合物反应过程中的有机溶剂同样较为繁琐、复杂。如2,4,6-三(正十二烷基)-1,3,5-三嗪(C12Triaz)的合成涉及多个反应过程，以四氢呋喃(THF)作为溶剂。在高温处理THF溶剂时，THF不可避免的暴露到空气中，对环境造成一定的破坏。此外，反应过程中产生的副产物氯化钠(NaCl)也需要及时过滤处理。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种绿色三嗪润滑油添加剂的制备方法，在合成的过程中，可以在无溶剂的体系中进行，解决了合成三嗪润滑油添加剂过程中溶剂、副产物处理的问题。

本发明的技术方案如下：

一种绿色三嗪润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：称取C12-C22的长链脂肪胺类，在油浴下熔融；

步骤2：称取多聚甲醛与熔融状态下的十八脂肪胺进行反应，自然冷却得到润滑油添加剂。

进一步地，所述步骤1中油浴温度为100-120℃，加速十八脂肪胺的熔融。

进一步地，所述步骤1中熔融时间为20-30min。

进一步地，所述步骤1中多聚甲醛和C12-C22的长链脂肪胺类的摩尔比为1:1-1:1.1，考虑到高温下多聚甲醛在高温解聚时产生部分损耗。

进一步地，所述步骤2中多聚甲醛和C12-C22的长链脂肪胺类的反应温度为70-120℃，能够有效除去聚合过程中生成的水，推动反应往正方向进行。

进一步地，所述步骤2中多聚甲醛与C12-C22的长链脂肪胺类的反应时间为60-120min。

进一步地，所述步骤1中C12-C22的长链脂肪胺类为十八脂肪胺。

进一步地，所述步骤1中，还添加沸点大于120℃的有机溶剂。

进一步地，为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)。

所述的制备方法三嗪润滑油添加剂。

所述三嗪润滑油添加剂用于润滑油添加剂。

本发明以长链脂肪胺和多聚甲醛为原料，先对长链脂肪胺进行高温熔融处理，再加入多聚甲醛，多聚甲醛在解聚的同时与长链脂肪胺进行反应，最终等到目标产物三嗪润滑油添加剂。在制备过程中不需要添加有机溶剂、催化剂等物质。另外，通过长链脂肪胺和多聚甲醛的配比调控，制备出无副产物的三嗪润滑油添加剂。无溶剂法合成新型的三嗪润滑油添加剂成功解决了合成有机填料后溶剂、副产物处理的问题。与现有的三嗪类润滑油添加剂的合成方法相比，避免了有机溶剂的使用。无需纯化，可直接用于润滑油的润滑性提升。避免了反应产物的分离与纯化。

本发明所述的方法所制备的三嗪类润滑油添加剂为白色块状，通过研钵研磨后得到白色粉末。三嗪类润滑油添加剂作为润滑油润滑剂，能长时间分散在润滑油中并且有效提升润滑油的润滑性，在提升油润滑性方面取得了显著的效果。

附图说明

图1实施例1和实施例2所合成的C18HT的核磁共振氢谱(¹HNMR)图。

图2本发明不同浓度C18HT增强润滑油(PAO油)的摩擦曲线。

图3本发明测定不同浓度C18HT增强PAO油磨损率钢片的3D磨痕图。

图4本发明不同浓度C18HT增强PAO油的摩擦系数和磨损率。

图5本发明实施例1-6合成的C18HT在PAO油中2wt％浓度的摩擦曲线。

具体实施方式

下面将结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。

实施例1：溶剂法制备C18HT

称取1.13g十八脂肪胺装入有80ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的圆底烧瓶中，将装有多聚甲醛溶液的圆底烧瓶升温至70℃，保温2h使多聚甲醛完全解聚。称取0.13g多聚甲醛装入圆底烧瓶中与解聚后的甲醛进行反应，反应30min。冷却至室温，取出烧瓶中的反应物真空烘箱120℃干燥12h，取出目标产物1,3,5-十八烷基-1,3,5-三嗪烷(C18HT)。目标产物研磨后溶入氘代试剂进行¹HNMR的测试，测试结果如图1所示。目标产物在3.4ppm处出现三嗪环峰，表明十八脂肪胺和多聚甲醛解聚的甲醛反应，生成C18HT。

实施例2：无溶剂法制备C18HT

称取1.13g十八脂肪胺装入圆底烧瓶中，将圆底烧瓶至于升温至100℃的油浴中，机械搅拌20min。调整油浴温度至70℃后，加入0.13g多聚甲醛反应60min。冷却至室温，取出目标产物1,3,5-十八烷基-1,3,5-三嗪烷(C18HT)。目标产物研磨后溶入氘代试剂进行¹HNMR的测试，测试结果如图1所示。目标产物在3.3ppm处出现三嗪环峰，表明十八脂肪胺和多聚甲醛解聚的甲醛反应，生成C18HT。

实施例3：无溶剂法制备C18HT

称取2.26g十八脂肪胺装入圆底烧瓶中，将圆底烧瓶至于升温至110℃的油浴中，机械搅拌25min。调整油浴温度至70℃后，加入0.26g多聚甲醛反应80min。冷却至室温，取出目标产物1,3,5-十八烷基-1,3,5-三嗪烷(C18HT)。

实施例4：无溶剂法制备C18HT

称取3.39g十八脂肪胺装入圆底烧瓶中，将圆底烧瓶至于升温至120℃的油浴中，机械搅拌25min。调整油浴温度至70℃后，加入0.39g多聚甲醛反应90min。冷却至室温，取出目标产物1,3,5-十八烷基-1,3,5-三嗪烷(C18HT)。

实施例5：无溶剂法制备C18HT

称取3.39g十八脂肪胺装入圆底烧瓶中，将圆底烧瓶至于升温至110℃的油浴中，机械搅拌30min。调整油浴温度至80℃后，加入0.42g多聚甲醛反应80min。冷却至室温，取出目标产物1,3,5-十八烷基-1,3,5-三嗪烷(C18HT)。

实施例6：无溶剂法制备C18HT

称取4.52g十八脂肪胺装入圆底烧瓶中，将圆底烧瓶至于升温至120℃的油浴中，机械搅拌30min。保持油浴温度为120℃，加入0.52g多聚甲醛反应50min。冷却至室温，取出目标产物1,3,5-十八烷基-1,3,5-三嗪烷(C18HT)。

以上述实施例制备的C18HT为润滑油添加剂，进行摩擦学性能分析选用的摩擦试验机型号为MS-T3000。实验所选用GCr15轴承钢制成的摩擦球，硬度为62HRC，钢球直径为4mm，钢片的材质为45#钢，旋转半径为3mm。

首先以实施例2制备的C18HT为添加剂，与石蜡油(PAO)配置质量分数分别为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％的C18HT油溶液，进行摩擦实验，所得的摩擦系数和磨损率结果如图2、3、4所示。与纯PAO油相比，C18HT的添加能有效地提升PAO油的润滑性。特别地，当C18HT与PAO油的质量分数为2wt％时，能降低对磨金属之间56％的摩擦系数和62.5％的磨损率。

如图5所示，将实施例1-6制备的C18HT分别以2wt％浓度添加到PAO油中，进行摩擦实验，所测得的摩擦系数均分散在0.08～0.091a.u.之间，对PAO油的润滑性能均有角度提升。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种绿色三嗪润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：称取C12-C22的长链脂肪胺类，在油浴下熔融；

步骤2：称取多聚甲醛与熔融状态下的十八脂肪胺进行反应，自然冷却得到块状润滑油添加剂，经研磨为粉末状。

2.根据权利要求1所述的三嗪润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中油浴温度为100-120℃。

3.根据权利要求1所述的三嗪润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中熔融时间为20-30min。

4.根据权利要求1所述的三嗪润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中多聚甲醛和C12-C22的长链脂肪胺类的摩尔比为1:1-1:1.1。

5.根据权利要求1所述的三嗪润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中多聚甲醛和C12-C22的长链脂肪胺类的反应温度为70-120℃。

6.根据权利要求1所述的三嗪润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中多聚甲醛与C12-C22的长链脂肪胺类的反应时间为60-120min。

7.根据权利要求1所述的三嗪润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中C12-C22的长链脂肪胺类为十八脂肪胺。

8.根据权利要求1所述的三嗪润滑油添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，还添加沸点大于120℃的有机溶剂，优选为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)。

9.权利要求1-8中任一项所述的制备方法三嗪润滑油添加剂。

10.权利要求9所述三嗪润滑油添加剂用于润滑油添加剂。