CN115895756B

CN115895756B - 风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂及其制备方法

Info

Publication number: CN115895756B
Application number: CN202211375163.9A
Authority: CN
Inventors: 张小刚; 姚兵印; 李晓博; 张安琪; 李育文; 顾盛明; 米珂; 何晨博
Original assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2042-11-04
Also published as: CN115895756A

Abstract

本发明公开了风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂及其制备方法，该消泡抗氧缓蚀剂的制备原料包括：硅膏、杂环胺类化合物改性聚硅氧烷、乳化剂。本发明中，通过含氢聚硅氧烷与杂环胺类化合物进行硅氢加成反应，增加了聚硅氧烷的亲水性，根据接枝的杂环胺类化合物的聚合度大小可有效调节消泡抗氧缓蚀剂的分散性能，增加了消泡抗氧缓蚀剂本体自乳化的性能，消泡抗氧缓蚀剂具有良好的吸附缓蚀性、抗氧化性、耐高温性、分散性及稳定性，可应用于高温工艺体系，延缓风电齿轮箱设备及管材的腐蚀，延长主传动增速齿轮箱设备的使用寿命，降低设备的维护和操作费用，完全解决了风电场齿轮箱齿轮油液起泡问题，避免了安全事故的发生，提高了工作效率。

Description

风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂及其制备方法

技术领域

本发明属于消泡剂技术领域，具体涉及风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂及其制备方法。

背景技术

当前风机齿轮箱故障问题逐渐凸显出来，现场因油质润滑问题导致的齿面磨损、齿面咬合擦伤、微点蚀等故障约占风机故障的1/3，严重影响了风电行业的经济效益。齿轮箱在长时间的复杂工况下运行，齿面、轴承等会发生点蚀、疲劳剥落、磨损等，产生的金属微颗粒融入齿轮箱油液中。在齿轮箱油液粘度、压力、流动的作用下，金属微颗粒不能短时间沉淀到油箱底部，随着油流无数次地循环，磨损齿轮、轴承工作面，形成油液、部件间的恶性循环，加剧齿轮、轴承的损坏速度和油液的劣化速度，缩短二者使用寿命。因此，提升风电齿轮箱油液的抗养缓蚀性能、延长油液的使用寿命对于设备长期稳定运行具有十分重要的现实意义。

风电齿轮油运行的关键是如何控制齿轮油的泡沫，泡沫影响润滑并存在安全隐患。目前控制泡沫的单纯有机硅等技术的消泡效果不理想，难应用于风力发电机运行环境恶劣的条件，例如主传动增速齿轮箱油液工作温度在50℃～60℃。此外，如何在高温下保证主传动增速齿轮箱齿轮油的正常运行也是待解决的重要问题。

在主传动增速齿轮箱装置运行过程中，齿轮油自身含有硫、磷等添加剂以及运行中产生的有机酸以及一些杂物土、磨损铁屑、Fe³⁺、Cu²⁺等未知物，可能会降低齿轮油液的表面张力，或者增加泡沫的稳定性。随着系统的持续运行，可导致齿轮油产生大量的泡沫危害，进而可能造成油液无法充分供应，无法满足各主要润滑点处要有足够的油液润滑和冷却要求，严重时会由于油量不足使齿轮润滑缺油，引发轴承温度超温导致停机的事故，泡沫严重时会造成油液泄漏，引起火灾等风险。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂及其制备方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

本发明公开了风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂，按质量百分比计，所述消泡抗氧缓蚀剂的制备原料包括：硅膏45％～60％、杂环胺类化合物改性聚硅氧烷35％～50％、乳化剂3％～6％。

在本发明公开的风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂中，所述杂环胺类化合物改性聚硅氧烷的制备原料包括：含氢硅油、杂环胺类化合物、催化剂，所述含氢硅油、杂环胺类化合物、催化剂三者的摩尔质量比为(2.0～3.0)：(1～1.5)：(0.002～0.004)。所述杂环胺类化合物改性聚硅氧烷为通过将含氢硅油、溶于醇中的杂环胺类化合物和催化剂混匀制成的棕红色粘稠液体。

进一步的，所述杂环胺类化合物包括烯丙基苯胺、2-乙烯基吡啶或喹啉。

进一步的，所述含氢硅油的含氢量为0.10～0.25％。

进一步的，所述醇采用异丙醇。

本发明还公开了风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

1)制备杂环胺类化合物改性聚硅氧烷

2)按质量百分比计，将45％～60％的硅膏与35％～50％的杂环胺类化合物改性聚硅氧烷加入烧杯中，搅拌升温至50～70℃，加入3％～6％的乳化剂，快速加入羧甲基纤维素钠水溶液，再加入异噻唑啉酮，搅拌混匀，冷却至室温，即可得到所需消泡抗氧缓蚀剂。

步骤1)中，制备杂环胺类化合物改性聚硅氧烷的步骤包括：

称取一定量的含氢硅油，加入烧瓶中；再称取一定量的杂环胺类化合物并溶于醇中，加入烧瓶中；随后，向烧瓶中滴加浓度1.5％～2.5％的催化剂，滴加速度为4～8s/d，匀速搅拌，反应温度为80～120℃，反应时间为4～6h，得到所需杂环胺类化合物改性聚硅氧烷；

所述含氢硅油、杂环胺类化合物、催化剂三者的摩尔质量比为(2.0～3.0)：(1～1.5)：(0.002～0.004)。

步骤2)中，所述羧甲基纤维素钠水溶液的浓度为0.2～0.6％，所述羧甲基纤维素钠水溶液加入烧杯之前已加热到50～70℃。

步骤2)中，所述搅拌速度为500±50r/min，搅拌时间为15～30min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂及其制备方法，通过含氢聚硅氧烷与杂环胺类化合物按照特定比例进行硅氢加成反应，接枝改性后，增加了有机聚硅氧烷的亲水性，增加了消泡抗氧缓蚀剂本体自乳化的性能，然后以硅膏、杂环胺类化合物改性聚硅氧烷、乳化剂为制备原料，采用机械乳化法制成具有良好的吸附缓蚀性能、抗氧化性能、耐高温性能、分散性能及稳定性能的消泡抗氧缓蚀剂，能够应用于高温工艺体系，延缓风电齿轮箱设备及管材的腐蚀，延长主传动增速齿轮箱设备的使用寿命，降低设备的维护和操作费用；杂环胺类化合物的引入，与齿轮箱设备金属的空轨道形成配位键，可形成牢固的化学吸附层。当发现齿轮油油质劣化、微水分的腐蚀、泡沫特性值明显不符合要求的情况下，可以通过添加消泡抗氧缓蚀剂来改善齿轮油泡沫特性值及抗腐蚀性能，消泡抗氧缓蚀剂加入后不影响被消泡体系的基本性能，同时还能提升油品的抗氧化性及耐蚀性，提高安全生产可靠性，本发明可以完全解决风电场齿轮箱齿轮油液起泡问题，降低了生产成本，避免了安全事故的发生，提高了工作效率；与使用常规的有机硅消泡剂相比较，具有使用药剂量少、成本低的优点，适合工业化推广使用。

具体实施方式

下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂，按质量百分比计，其制备原料包括：硅膏45％～60％、杂环胺类化合物改性聚硅氧烷35％～50％、乳化剂3％～6％。

风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂的制备方法为：

该方法具体包括以下步骤：

1)制备杂环胺类化合物改性聚硅氧烷

称取含氢量为0.10～0.25％的含氢硅油，加入烧瓶中；再称取一定量的杂环胺类化合物并溶于醇中，加入烧瓶中；随后，向烧瓶中滴加浓度1.5％～2.5％的催化剂，滴加速度为4～8s/d，匀速搅拌，反应温度为80～120℃，反应时间为4～6h，得到棕红色粘稠液体，即为所需杂环胺类化合物改性聚硅氧烷；本步骤中，含氢硅油、杂环胺类化合物、催化剂三者的摩尔质量比为(2.0～3.0)：(1～1.5)：(0.002～0.004)，杂环胺类化合物包括烯丙基苯胺、2-乙烯基吡啶或喹啉等杂环胺。含烯键的聚硅氧烷和杂环胺类化合物进行硅氢加成反应，在聚硅氧烷支链引入缓蚀性能优良的的杂环胺类化合物，通过杂环胺类化合物的接枝改性，既增加了聚硅氧烷的亲水性，又引入能与碳钢、不锈钢等金属材质结合形成稳定吸附层的环胺类缓蚀成分，并增加了消泡抗氧缓蚀剂本体自乳化的性能。

2)按质量百分比计，45％～60％的硅膏与35％～50％的杂环胺类化合物改性聚硅氧烷加入烧杯中，搅拌升温至50～70℃，加入3％～6％的乳化剂，快速加入已加热到50～70℃的浓度为0.2％～0.6％的羧甲基纤维素钠水溶液，再加入异噻唑啉酮，以500±50r/min的搅拌速度搅拌15～30min，冷却至室温，即可得到所需消泡抗氧缓蚀剂。本步骤中，硅膏、杂环胺类化合物改性聚硅氧烷与乳化剂复配后发生了乳化反应。

实施例1

风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂，按质量百分比计，其制备原料包括：硅膏50％、杂环胺类化合物改性聚硅氧烷45％、乳化剂5％。

风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂的制备方法为：

1)制备杂环胺类化合物改性聚硅氧烷

称取氢量为0.20％的含氢硅油，加入三口烧瓶中；再称取一定量的烯丙基苯胺类化合物并溶于异丙醇中，加入三口烧瓶中；随后，向三口烧瓶中滴加浓度2.5％的催化剂，含氢硅油、杂环胺类化合物、催化剂三者的摩尔质量比控制在3.0：1.3：0.004，催化剂的滴加速度为6s/d，匀速搅拌，反应温度为110℃，反应时间为5h，得到棕红色粘稠液体，即为所需杂环胺类化合物改性聚硅氧烷；

2)按质量百分比计，将50％的硅膏与45％的杂环胺类化合物改性聚硅氧烷加入烧杯中，搅拌升温至70℃，加入5％乳化剂，快速加入已加热到70℃的浓度为0.5％的羧甲基纤维素钠水溶液，再加入异噻唑啉酮，以500r/min的搅拌速度搅拌15min，冷却至室温，即可得到所需消泡抗氧缓蚀剂。

实施例2

风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂，按质量百分比计，其制备原料包括：硅膏55％、杂环胺类化合物改性聚硅氧烷42％、乳化剂3％。

风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂的制备方法为：

1)制备杂环胺类化合物改性聚硅氧烷

称取氢量为0.18％的含氢硅油，加入三口烧瓶中；再称取一定量的杂环胺类化合物并溶于异丙醇中，加入三口烧瓶中；随后，向三口烧瓶中滴加浓度2.0％的催化剂，含氢硅油、杂环胺类化合物、催化剂三者的摩尔质量比控制在2.5：1.2：0.003，催化剂的滴加速度为5s/d，匀速搅拌，反应温度为100℃，反应时间为6h，得到棕红色粘稠液体，即为所需杂环胺类化合物改性聚硅氧烷；

2)按质量百分比计，将55％的硅膏与42％的杂环胺类化合物改性聚硅氧烷加入烧杯中，搅拌升温至60℃，加入3％乳化剂，快速加入已加热到60℃的浓度为0.5％的羧甲基纤维素钠水溶液，再加入异噻唑啉酮，以500r/min的搅拌速度搅拌20min，冷却至室温，即可得到所需消泡抗氧缓蚀剂。

余同实施例1。

实施例3

风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂，按质量百分比计，其制备原料包括：硅膏54％、杂环胺类化合物改性聚硅氧烷40％、乳化剂6％。

风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂的制备方法为：

1)制备杂环胺类化合物改性聚硅氧烷

称取氢量为0.15％的含氢硅油，加入三口烧瓶中；再称取一定量的杂环胺类化合物并溶于异丙醇中，加入三口烧瓶中；随后，向三口烧瓶中滴加浓度1.5％的催化剂，含氢硅油、杂环胺类化合物、催化剂三者的摩尔质量比控制在2.0：1.0：0.002，催化剂的滴加速度为4s/d，匀速搅拌，反应温度为80℃，反应时间为4h，得到棕红色粘稠液体，即为所需杂环胺类化合物改性聚硅氧烷；

2)按质量百分比计，将54％的硅膏与40％的杂环胺类化合物改性聚硅氧烷加入烧杯中，搅拌升温至60℃，加入6％乳化剂，快速加入已加热到60℃的浓度为0.5％羧甲基纤维素钠水溶液，再加入异噻唑啉酮，以500r/min的搅拌速度搅拌30min，冷却至室温，即可得到所需消泡抗氧缓蚀剂。

余同实施例1。

对比例1

在装有搅拌器、回流冷凝管以及温度计的三口烧瓶中，依次加入含氢硅油、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚和120#溶剂油，通N₂，搅拌5min，加热升温至110℃，滴加铂催化剂保温反应数小时；反应结束，减压除低沸物，然后经抽滤及减压蒸馏除去残余的催化剂和溶剂，即得聚醚类聚硅氧烷消泡剂共聚物。

将实施例1～3和对比例1制备的产品进行消泡速度试验，结果可知，实施例1的消泡速度是对比例1的50倍，实施例2的消泡速度是对比例1的55倍，实施例3的消泡速度是对比例1的35倍。

某风电场主齿轮箱油运行一段时间出现泡沫特性、铜片腐蚀超标情况，通过添加本发明的消泡抗氧缓蚀剂三个月后开展齿轮油检测，添加消泡抗氧缓蚀剂前后的检测结果见下表1。

表1

由表1可知，与未添加本发明的消泡抗氧缓蚀剂相比，铜片腐蚀程度减弱，PQ指数及颗粒污染度明显降低，改善了齿轮油的泡沫特性值及抗腐蚀性能，油品品质和性能提升。

本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂，其特征在于，按质量百分比计，所述消泡抗氧缓蚀剂的制备原料包括：硅膏45%~60%、杂环胺类化合物改性聚硅氧烷35%~50%、乳化剂3%~6%；

所述杂环胺类化合物改性聚硅氧烷的制备原料由含氢硅油、杂环胺类化合物和催化剂组成，所述含氢硅油、杂环胺类化合物、催化剂三者的摩尔质量比为（2.0~3.0）：（1~1.5）：（0.002~0.004）；

所述杂环胺类化合物改性聚硅氧烷为通过将含氢硅油、溶于醇中的杂环胺类化合物和催化剂混匀制成的棕红色粘稠液体。

2.根据权利要求1所述的风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂，其特征在于，所述杂环胺类化合物包括烯丙基苯胺、2-乙烯基吡啶或喹啉。

3.根据权利要求1所述的风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂，其特征在于，所述含氢硅油的含氢量为0.10~0.25%。

4.根据权利要求1所述的风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂，其特征在于，所述醇采用异丙醇。

5.根据权利要求1-4任一所述的风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）制备杂环胺类化合物改性聚硅氧烷;

2）按质量百分比计，将45%~60%的硅膏与35%~50%的杂环胺类化合物改性聚硅氧烷加入烧杯中，搅拌升温至50~70℃，加入3%~6%的乳化剂，快速加入羧甲基纤维素钠水溶液，再加入异噻唑啉酮，搅拌混匀，冷却至室温，即可得到所需消泡抗氧缓蚀剂。

6.根据权利要求5所述的风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中，制备杂环胺类化合物改性聚硅氧烷的步骤包括：

称取一定量的含氢硅油，加入烧瓶中；再称取一定量的杂环胺类化合物并溶于醇中，加入烧瓶中；随后，向烧瓶中滴加浓度1.5%~2.5%的催化剂，滴加速度为4~8s/d，匀速搅拌，反应温度为80~120℃，反应时间为4~6h，得到所需杂环胺类化合物改性聚硅氧烷；

所述含氢硅油、杂环胺类化合物、催化剂三者的摩尔质量比为（2.0~3.0）：（1~1.5）：（0.002~0.004）。

7.根据权利要求5所述的风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述羧甲基纤维素钠水溶液的浓度为0.2~0.6%，所述羧甲基纤维素钠水溶液加入烧杯之前已加热到50~70℃。

8.根据权利要求5所述的风电齿轮油用杂环胺类改性消泡抗氧缓蚀剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述搅拌速度为500±50r/min，搅拌时间为15~30min。