CN115820329B - 层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的润滑油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的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：基础油70‑98份，层状硼磷酸胺化合物1‑18份，抗氧剂0‑5份，防锈剂0.5‑2份，分散剂0.5‑5份。其制备方法如下：利用水热合成法制备层状硼磷酸胺化合物；将层状硼磷酸胺化合物、抗氧剂、防锈剂、分散剂添加到基础油中，加热并搅拌，得到混合油；将混合油置于超声波分散仪中超声分散，待油样冷却至室温，制得润滑油产品。本发明提供的层状硼磷酸胺化合物与润滑油基础油的极性相近，利于层状硼磷酸胺与润滑油基础油的相容性，形成稳定的分散体系；制备的润滑油产品具有良好的极压、承载、抗磨、减摩性质。

Description

层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的润滑油及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的润滑油及其制备方法，属于润滑油制备技术领域。

背景技术

工业生产中，80 %的机械失效是磨损失效；影响设备效率的各种因素中，1 / 3 -1 / 2的能耗是由摩擦副摩擦磨损引起的。因此，利用润滑剂来减少摩擦磨损具有重要的意义。

润滑油是重要的润滑剂，固体润滑添加剂是其中重要的组成成分，在遭受重负荷、振动、冲击负荷或高温的情况下起补强的作用，可有效改善其润滑性。伴随着工业化程度的不断提高，各类复杂和苛刻的工况越来越多，对润滑的要求也在不断提高，固体润滑剂的作用显得更为重要。经典的固体润滑为二硫化钼、石墨和氮化硼等，由于具有层状晶体结构，与基础平面平行的层间结合力弱，易于滑移，发挥出有效润滑作用。但这些材料还存在着不足，如材料成本高、色泽重、油品相容性差等，在部分应用工况范围受到限制；实际上没有任何一种固体润滑剂可满足所有工况的需求。因此，继续开发新型固体润滑剂对未来润滑油的发展显得尤为重要。

中国卤水中硼资源十分丰富，尤其在盐湖卤水中，具有开发利用价值。盐湖硼资源的有效开发利用，成为社会可持续发展的重要措施之一。目前尚未有层状磷酸硼酸胺化合物作为润滑脂固体润滑添加剂的报道。

发明内容

本发明旨在提供一种具有良好极压、承载、抗磨、减摩性能的层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的润滑油及其制备方法，

本发明中，层状磷酸硼酸胺化合物是通过有机长链烷基胺插层磷酸胺，形成的一类无机和有机结构交替的层状化合物。该类材料层板由BO4和PO4四面体构成，具有与经典固体润滑剂类似的的层状晶体结构；同时该类材料由硼、磷、氮、氧、碳等非金属元素构成，材料本身极性较小，与大多数基础油极性相近，使得该类材料与润滑油基础油的相容性增强，使得该类材料在润滑领域具有广泛的应用前景。

本发明提供了一种层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的润滑油，包括以下组分：基础油70-98份，层状硼磷酸胺合物1-18份，抗氧剂0-5份，防锈剂0.5-2份，分散剂0.5-5份。

所述基础油包括聚α烯烃合成油PAO8或矿物油N4010。

所述抗氧剂包括2, 6-二叔丁基对甲苯酚、β-萘酚、二苯胺、吩噻嗪中的一种。

所述防锈剂包括烯基丁二酸、十二烯基丁二胺、苯并三氮唑中的一种。

所述分散剂包括油酸或油胺。

本发明提供了上述层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的润滑油的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，利用水热合成法制备层状硼磷酸胺化合物；

步骤2，将层状硼磷酸胺化合物添加到润滑油中，并添加抗氧剂、防锈剂、分散剂的混合物，加热温度为30-60 ℃并连续搅拌0.5-3 h，得到混合油；

步骤3，将混合油转移到超声波分散仪之中，加热到30-80 ℃并超声分散10-60min，待油样冷却至室温，得到润滑油。

所述层状硼磷酸胺化合物的制备方法，具体包括以下步骤：

将原料硼酸、磷酸、有机胺在水溶液中反应，反应温度为50-220 ℃，反应时间为0.5-5天，经过离心，过滤，室温干燥后获得。

原料配比为磷硼摩尔比（0.5-10）:1，胺硼摩尔比（1-10）:1和水硼摩尔比（5-100）:1。

有机胺为十八胺、十二胺、1, 12-十二烷二胺、N, N-二甲基癸胺、二正己胺中的一种。

本发明的优点和有益效果如下：

（1）本发明首次报道层状硼磷酸胺作为固体润滑剂的润滑油的制备，开发出系列新型润滑油。此类材料报道种类很有限，本发明涉及的各层状硼磷酸胺物相均未见文献报道。

（2）层状硼磷酸胺材料由硼、磷、氮、氧、碳等非金属元素构成，材料本身极性较小，与大多数基础油极性相近，易于在润滑油介质里面分散稳定。

（3）本发明涉及的各层状硼磷酸胺化合物所含硼、磷、氮元素都是润滑元素，作为添加剂的新型润滑油具有良好的极压、承载、抗磨、减摩性质。

(4)本发明层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的润滑油中所含有的层状硼磷酸胺，原料来源丰富，价格低廉，可有效降低工业应用的成本。

附图说明

图1是实施例1所得层状硼磷酸胺样品的XRD图谱。

图2是实施例2所得层状硼磷酸胺样品的XRD图谱。

图3是实施例3所得层状硼磷酸胺样品的XRD图谱。

图4是实施例4所得层状硼磷酸胺样品的XRD图谱。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之内。

实施例1

在25 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.17 g 硼酸、0.27 g 磷酸和3.34 g十八胺，5 mL水溶液中反应。温度150 ℃，反应1天，经离心、过滤，室温干燥后即可获得层状硼磷酸-十八胺BP-18N。

将1.8 g 层状硼磷酸-十八胺BP-18N、7 g 矿物油N4010、0.5 g 2, 6-二叔丁基对甲苯酚、0.2 g 烯基丁二酸和0.5 g 油酸混合，加热至60 ℃，然后搅拌1 h，待搅拌完成后，将混合物转移到超声波分散仪中，加热至30 ℃并超声10 min，使其分散均匀，待冷却至室温，得到润滑油样品a。

实施例2

在25 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.17 g 硼酸、0.54 g 磷酸和1.54 g 十二胺，5 mL水溶液中反应。温度50 ℃，反应5天，经离心、过滤，室温干燥后即可获得层状硼磷酸-十二胺BP-12N。

将0.1 g层状硼磷酸-十二胺BP-12N、9.8 g矿物油N4010、0.05 g十二烯基丁二胺和0.05 g油胺混合，加热至30 ℃，然后搅拌0.5 h，待搅拌完成后，将混合物转移到超声波分散仪中，加热至80 ℃并超声20 min，使其分散均匀，待冷却至室温，得到润滑油样品b。

实施例3

在25 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.17 g 硼酸、0.81 g 磷酸和1.39 g 1,12-十二烷二胺，在5 mL水溶液中反应。温度220 ℃，反应0.5天，经离心、过滤，室温干燥后即可获得层状硼磷酸-十二烷二胺BP-1,12N2。

将0.05 g层状硼磷酸-十二烷二胺BP-1,12N2、7.5 g 矿物油N4010、1.5 g 二苯胺、0.5 g 苯并三氮唑和0.45 g 油酸混合，加热至40 ℃，然后搅拌1.5 h，待搅拌完成后，将混合物转移到超声波分散仪中，加热至50 ℃并超声30 min，使其分散均匀，待冷却至室温，得到润滑油样品c。

实施例4

在25 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.16 g硼酸、0.25 g 磷酸和0.47 g 二正己胺，在5 mL水溶液中反应。温度100 ℃，反应3天，经离心、过滤，室温干燥后即可获得层状硼磷酸-二正己胺BP-DHA。

将0.15 g层状层状硼磷酸-二正己胺BP-DHA、8 g 矿物油N4010、0.6 g 吩噻嗪、0.4 g 苯并三氮唑和0.85 g 油胺混合，加热至50 ℃，然后搅拌2 h，待搅拌完成后，将混合物转移到超声波分散仪中，加热至40 ℃并超声40 min，使其分散均匀，待冷却至室温，得到润滑油样品d。

实施例5

在25 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.17 g 硼酸、0.81 g 磷酸和3.37 g十八胺，在5 mL水溶液中反应。温度180 ℃，反应2天，经离心、过滤，室温干燥后即可获得层状硼磷酸-十八胺BP-18N。

将0.2 g层状硼磷酸-十八胺BP-18N、8.5 g PAO8、0.2 g 二苯胺、0.7 g 烯基丁二酸和0.4 g 油酸混合，加热至60 ℃，然后搅拌2.5 h，待搅拌完成后，将混合物转移到超声波分散仪中，加热至60 ℃并超声50 min，使其分散均匀，待冷却至室温，得到润滑油样品e。

实施例6

在25 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.17 g 硼酸、0.54 g 磷酸和1.54 g 十二胺，在5 mL水溶液中反应。温度200 ℃，反应1天，经离心、过滤，室温干燥后即可获得层状硼磷酸-十二胺BP-12N。

将0.25 g层状硼磷酸-十二胺BP-12N、9.5 g PAO8、0.05 g 吩噻嗪、0.05 g 十二烯基丁二胺和0.15 g 油胺混合，加热至50 ℃，然后搅拌3 h，待搅拌完成后，将混合物转移到超声波分散仪中，加热至70 ℃并超声60 min，使其分散均匀，待冷却至室温，得到润滑油样品f。

实施例7

在25 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.17 g 硼酸、0.27 g 磷酸和1.3914 g1,12-十二烷二胺，在5 mL水溶液中反应。温度80 ℃，反应4天，经离心、过滤，室温干燥后即可获得层状硼磷酸-十二烷二胺BP-1,12N2。

将0.5 g层状硼磷酸-十二烷二胺BP-1,12N2、7.5 g PAO8、0.5 g 2, 6-二叔丁基对甲苯酚、0.6 g 烯基丁二酸和0.9 g 油酸混合，加热至30 ℃，然后搅拌2 h，待搅拌完成后，将混合物转移到超声波分散仪中，加热至50 ℃并超声30 min，使其分散均匀，待冷却至室温，得到润滑油样品g。

实施例8

在25 mL聚四氟乙烯不锈钢釜中加入原料0.16 g硼酸、0.25 g 磷酸和0.47 g 二正己胺，在5 mL水溶液中反应。温度150 ℃，反应2天，经离心、过滤，室温干燥后即可获得层状硼磷酸-二正己胺BP-DHA。

将0.3 g层状层状硼磷酸-二正己胺BP-DHA、8 g PAO8、0.8 g β-萘酚、0.5 g十二烯基丁二胺和0.4 g油胺混合，加热至60 ℃，然后搅拌1 h，待搅拌完成后，将混合物转移到超声波分散仪中，加热至60 ℃并超声10 min，使其分散均匀，待冷却至室温，得到润滑油样品h。

产品的性能说明：

图1~图4是实施例1-4所得各层状硼磷酸胺样品的XRD图谱。结果表明，本发明制备各样品具有较高的结晶度，质量良好。

将实施例1-8所得各润滑油样品放置15天，观察其外观；结果表明，本发明各实施例制备的润滑油样品均表现出均匀透明或半透明的性状，具有良好的分散稳定性。

表1展示了实施例1-8所得各润滑油样品的润滑试验结果（四球机法）。利用四球摩擦磨损试验机，根据国标GB/T 3142-2019和SH/T 0189-92评价润滑油的润滑性质，极压性能P _D值、承载能力P _B值较高，磨斑直径（WSD）、摩擦系数（μ）较小, 说明本发明所得层状硼磷酸胺材料作为添加剂的润滑油具有良好的极压、承载、抗磨、减摩能力。

表1 各润滑油样品的摩擦磨损试验结果数据

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Claims (2)

1.一种层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的润滑油，其特征在于包括以下组分：基础油70-98份，层状硼磷酸胺化合物1-18份，抗氧剂0-5份，防锈剂0.5-2份，分散剂0.5-5份；

所述层状硼磷酸胺化合物由以下方法制得：将原料硼酸、磷酸、有机胺在水溶液中反应，反应温度为50-220 ℃，反应时间为0.5-5天，经过离心，过滤，室温干燥后获得；原料配比为磷硼摩尔比（0.5-10）:1，胺硼摩尔比（1-10）:1和水硼摩尔比（5-100）:1；所述有机胺为十八胺、十二胺、1, 12-十二烷二胺、二正己胺中的一种；

所述基础油包括聚α烯烃合成油PAO8或矿物油N4010；

所述抗氧剂包括2, 6-二叔丁基对甲苯酚、β-萘酚、二苯胺、吩噻嗪中的一种；

所述防锈剂包括烯基丁二酸、十二烯基丁二胺、苯并三氮唑中的一种；

所述分散剂包括油酸或油胺。

2.一种权利要求1所述的层状硼磷酸胺化合物作为添加剂的润滑油的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，利用水热合成法制备层状硼磷酸胺化合物；

步骤2，将层状硼磷酸胺化合物添加到润滑油中，并添加抗氧剂、防锈剂、分散剂的混合物，加热温度为30-60 ℃并连续搅拌0.5-3 h，得到混合油；

步骤3，将混合油转移到超声波分散仪之中，加热到30-80 ℃并超声分散10-60 min，待油样冷却至室温，得到润滑油。