用於潤滑油添加劑的含硼氮化合物及其製備方法

2023-12-06 05:58:46

專利名稱：用於潤滑油添加劑的含硼氮化合物及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於潤滑油添加劑的含硼氮化合物及其製備方法。
背景技術：
隨著人們環保意識的增強，"環境友好"型潤滑油減摩抗磨添加劑越來越受到人們的青睞。人們於1980年開始使用無鉛汽油，同時要求潤滑油中的磷含量《0. 14%和灰分小於1.0%，這實際上控制了潤滑油中磷、硫以及灰分含量。同時，含氯類減摩抗磨劑因其對環境的危害也被美國和西歐等國家禁用。 有機含氮硼酸酯作為潤滑油減摩抗磨劑具有獨特的優勢，比如，減摩抗磨性能良好、具有抗氧化性、低毒和無剌激的氣味。硼酸酯有水解穩定性差等缺點，硼酸酯的水解性的研究引起了很多學者的興趣。人們一般通過配位的方式解決水解的問題。若在硼酸酯的結構中引入含未共用電子對的氮原子、氧原子等，硼原子可以通過自身的空軌道與之形成分子內的配位化學鍵，這樣就可以減慢硼酸酯的水解速度。配位硼酸酯分為內配位和外配位兩種，沈光球等合成了幾種含氮硼酸酯，發現含氮硼酸酯的水解穩定性大大高於不含氮的普通硼酸酯，而內配位的硼酸酯的水解穩定性大大高於外配位硼酸酯(沈光球，鄭直，萬勇等，1999，"有機硼酸酯添加劑的水解穩定性及摩擦特性"，清華大學學報，39 (10)，97-跳)。 關於內配位硼酸酯的研究人們一般集中於向硼酸酯分子中引入雜環，高永建等人以脂肪酸、P-羥乙基乙二胺和硼酸為原料分別合成了兩種咪唑啉硼酸單酯和兩種咪唑啉硼酸三酯，並將它們作為水基添加劑，考察了它們的摩擦學性能(高永建，吳志申，張志軍等，1999，"含硼咪唑啉化合物的摩擦學性能研究"，摩擦學學報，19(2) ， 162-165.) 。 Zhengzhi等人首先以水楊醛和有機胺反應得到schiff鹼，以醇、schiff鹼和硼酸在回流狀態下反應幾個小時得到產物。發現所得到的含氮硼酸酯具有一定的摩擦學效果(ZhiZheng，Guangqiu Shen， Yong Wan， Lili Cao， Xiangdong Xu， Qixian Yue， Tianjian S皿，2001，"Synthesis, hydrolytic stability andtribological properties of novel borateesters containing nitrogen as lubricantadditives， ，，Wear， 222，PP. 135-144.)。 傅俊紅等合成了 4種咪唑啉硼酸酯潤滑油添加劑，在四球摩擦磨損試驗機和SRV微動摩擦磨損試驗機上評價了它們在液體石蠟中的摩擦磨損性能，考察了其抗腐蝕性及熱穩定性，結果表明，所合成的添加劑具有良好的抗腐蝕性、熱穩定性和一定的減摩抗磨性能(傅俊紅，胡麗天，2007，"咪唑啉硼酸酯的製備及其減摩抗磨機理研究"，摩擦學學報，27 (1) ， 29-34.)。Mendelson合成了含六元環的硼氮劑，考察了它們在潤滑油中的摩擦學性能(Mendelson，1990， "Lubricating composition, ，， USP. 4892670)。 大多數文獻都以硼酸為原料經過和帶羥基的化合物脫水反應製備，但是這一類反應往往需要脫水劑，這樣就改變了體系環境，如果脫水劑除不乾淨就會腐蝕摩擦體系；如果不用脫水劑就需要在含苯或甲苯等帶水劑的體系中回流很長時間，浪費能源和時間，同時帶水劑也給環境帶來影響。並且，以往所合成的添加劑的減摩抗磨效果並不理想，Zhengzhi
3等人所合成的含硼氮元素的添加劑被應用於液體石蠟中，和基礎油相比摩擦係數僅僅減小了 20-30% (ZhiZheng， GuangqiuShen， Yong Wan， Lili Cao， Xiangdong Xu， Qixian Yue，Tianjian S皿，2001，"Synthesis, hydrolytic stability and tribological propertiesof novel borate esterscontaining nitrogen as lubricant additives, ，， Wear,222，PP. 135-144.)。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用於潤滑油添加劑的含硼氮化合物及其製備方法。
—種用於潤滑油添加劑的含硼氮的化合物，該化合物的結構用通式(III)表示
,O
,C2H4—0，
, v、C17H33C^\ ^~N-^B—OR
\c2H4-(/
(III) 式(III)中R代表C4H9或C2H6N。 本發明所述的含硼氮的化合物在室溫下均為棕色粘稠液體，密度在1. 02-1. 12g.
cm一s之間，在液體石蠟中溶解能力達到(wt% )3%以上。 關於通式(III)表示化合物的製備方法，其特徵在於該方法依次包括如下步驟
A:將等摩爾的三乙醇胺以及油酸加入到減壓蒸餾裝置中，控制反應溫度60-8(TC，反應真空度0. 03-0. 06MPa，得到中間產物(I);
Ci7H33C
《
.O
/
N
)C2H4-OH
、C2H4-OH
(I) B :向中間產物(I)中加入等摩爾的硼酸三乙酯，真空度控制在O. 03-0. 06MP之間，
在60-8(TC的溫度下反應得到中間產物(II);
P2H4-0、
C17H33w\ z丄\ /
C2H4-0
(II) C:向產物(II)中加入等摩爾的丁醇或乙醇胺，真空度控制在0.03-0.06MP之間，在60-8(TC的溫度下反應得到目的產物(III):
formula see original document page 5
(III)
其中R代表C4H^C2H6N。
含硼氮的化合物製備方法簡單環保，反應時間短，反應溫度溫和，反應不需要介
質。 本發明的化合物不含硫磷等環境有害元素，加入到液體石蠟等基礎油中具有優異的減摩抗磨效果。含硼氮的化合物製備方法簡單反應時間短，小分子副產物經減壓蒸出，避免了帶水劑的使用。 將含硼氮的化合物以0. 5wt^的濃度溶於液體石蠟中，在四球摩擦磨損試驗機上考察其摩擦學性能，試驗載荷392N、轉速1450r/min，時間為30分鐘，發現化合物表現出優異的減摩抗磨性能。


圖1為實施例1所合成的可用做潤滑油添加劑的含硼氮的化合物的紅外光譜圖，橫坐標為波數，縱坐標透過率。1405cm—1處的吸收峰對應含硼氮化合物的B、 N原子之間的配位鍵，1710cm—1為硼酸酯的C = 0吸收峰。 圖2為實施例1所合成的可用做潤滑油添加劑的含硼氮的化合物溶解於液體石蠟中濃度為0. 5X，392N、1450r/min和30分鐘條件下在四球實驗機上的摩擦係數曲線，其橫坐標為時間單位分鐘，縱坐標為摩擦係數。由圖2得到，摩擦係數平均約0. 06。
具體實施方式
實施例1 : 安裝減壓蒸餾裝置，向三口瓶中加入O. lmol油酸和O. lmol三乙醇胺升溫至65°C ，反應2小時。然後將體系減壓至0. 05MPa，蒸出小分子，得到中間產物(I)。
安裝減壓蒸餾裝置，加入O. Olmol(I)和O. Olmol硼酸三乙酯，保持溫度70°C ，保持真空度0. 05MPa反應1小時將副產物減壓蒸出得到中間產物(II)。 向體系中加入0. Olmol乙醇胺保持溫度70°C，保持真空度0. 05MPa反應1小時得
到目的產物。其結構為式
formula see original document page 5 將目的產物溶於液體石蠟，其溶解能力達到3% (wt% )。在四球摩擦磨損試驗機上考察添加0. 5%目的產物的液體石蠟的摩擦學性能，試驗載荷392N、轉速1450r/min，時間為30分鐘，發現化合物表現出優異的減摩抗磨性能，摩擦係數0. 059，磨斑直徑0. 35mm，相對於在相同條件下未加添加劑的液體石蠟，摩擦係數和磨斑直徑約減少50%左右。
實施例2 : 安裝減壓蒸餾裝置，向三口瓶中加入O. lmol油酸和O. lmol三乙醇胺升溫至65t:， 反應2小時。然後將體系減壓至0. 05MPa蒸出小分子，得到中間產物(I)。
安裝減壓蒸餾裝置，加入O. Olmol(I)和O. Olmol硼酸三乙酯，保持溫度70°C ，保持 真空度0. 05MPa反應1小時得到中間產物(II)。 向體系中加入0. Olmol 丁醇保持溫度70°C，保持真空度0. 05MPa反應1小時得到
目的產物。其結構為式
formula see original document page 6 將目的產物溶於液體石蠟，其溶解能力達到3% (wt% )。在四球摩擦磨損試驗機 上考察添加0. 5%目的產物的液體石蠟的摩擦學性能，試驗載荷392N、轉速1450r/min，時 間為30分鐘，發現化合物表現出優異的減摩抗磨性能，摩擦係數0. 071，磨斑直徑0. 42mm。
權利要求
一種用於潤滑油添加劑的含硼氮的化合物，該化合物的結構用通式(III)表示式(III)中R代表CxH9或C2H6N。F2008101822154C0000011.tif
2. 如權利要求1所述含硼氮的化合物的製備方法，其特徵在於該方法依次包括如下步驟A:將等摩爾的三乙醇胺以及油酸加入到減壓蒸餾裝置中，控制反應溫度60-8(TC，反 應真空度O. 03-0. 06MPa，得到中間產物(I);formula see original document page 2(I)B:向中間產物(I)中加入等摩爾的硼酸三乙酯，真空度控制在0.03-0.06MP之間，在 60-8(TC的溫度下反應得到中間產物(II); formula see original document page 2C:向產物(II)中加入等摩爾的丁醇或乙醇胺，真空度控制在0.03-0.06MP之間，在 60-8(TC的溫度下反應得到目的產物(III): formula see original document page 2其中R代表QHg或C2HeN。
全文摘要
本發明公開了一種用於潤滑油添加劑的含硼氮化合物及其製備方法。含硼氮的化合物的結構用通式(III)表示，式(III)中R代表C4H9或C2H6N。該化合物製備方法簡單環保，反應時間短，反應溫度溫和，反應不需要介質。化合物不含硫磷等環境有害元素，加入到液體石蠟等基礎油中具有優異的減摩抗磨效果。
文檔編號C10M139/00GK101735255SQ20081018221
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月22日 優先權日2008年11月22日
發明者劉維民, 夏延秋, 賈正鋒 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所