CN101379045B - 作为抗氧化剂的二芳基胺衍生物 - Google Patents
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Abstract
提供了具有通式(I)的二芳基胺衍生物,其中n为0-5;m为0-4;每个R取代基独立地是氢或直链或支化C1-C32烷基或烯基,或两个R取代基连同它们所键接的碳原子连在一起形成不饱和、部分饱和或饱和的、任选含一个或多个杂原子的C3-C30环结构,每个R1取代基独立地是氢或直链或支化C1-C32烷基或烯基,和R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地是氢或任选含官能团的直链或支化C1-C32烷基或烯基。还提供了含该二芳基胺衍生物的润滑油组合物。
Description
发明背景
1.技术领域
本发明总体上涉及使受氧化、热和/或光诱导的降解影响的有机产物稳定的添加剂。更具体地说,本发明涉及一类可用作抗氧化剂的二芳基胺衍生物。
2.相关技术描述
有机材料用抗氧化剂或其它稳定剂的稳定化是本领域技术人员熟知的。例如,在开发润滑油中,为了提供为所述润滑油赋予例如抗氧化、抗磨损和沉积控制性能的添加剂,已进行了许多尝试。二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)已经用作润滑油的抗疲劳、抗磨损、抗氧化、极压和摩擦改进添加剂许多年了。然而,由于它们的锌和磷含量,它们仍有若干缺点。锌的存在促进废气中微粒的排放。此外,在内燃机的操作过程中,润滑油通过诸如当活塞进行其下行冲程时依附于汽缸壁上之类的方式而进入燃烧室。
当含磷润滑油组合物进入燃烧反应时,磷进入排出气流,在该排出气流中它充当催化剂毒物,从而缩短催化转化器的使用寿命。然而,二烷基二硫代磷酸锌产生灰分,该灰分导致汽车废气排放物中的微粒物质,管理机构正寻求降低锌向环境中的排放。此外,磷(也是ZDDP的组分)据怀疑限制在轿车上用来降低污染物的催化转化器的使用寿命。出于毒理学和环境原因,限制在发动机使用期间形成的微粒物质和污染物是重要的,但是同样重要的是保持润滑油的抗氧化性能没有降低。
鉴于已知的含锌和磷的添加剂的上述缺点,人们已经作出努力来提供既不含锌又不含磷,或者至少以显著减少的量含有它们的润滑油添加剂。
因此,提供改进的用于使受氧化、热和/或光诱导的降解影响并需要稳定化以防止或抑制此种降解的有机产物稳定的添加剂,例如可以改进润滑油的抗氧化性能同时降低该润滑油的锌和磷含量的润滑油用添加剂是合乎需要的。
发明概述
根据本发明的一个实施方案,提供了具有以下通式的二芳基胺衍生物:其中n为0-5;m为0-4;每个R取代基独立地是氢或直链或支化C1-C32烷基或烯基,或两个R取代基连同它们所键接的碳原子连在一起形成不饱和、部分饱和或饱和的、任选含一个或多个杂原子的C3-C30环结构,每个R1取代基独立地是氢或直链或支化C1-C32烷基或烯基,和R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地是氢或任选含官能团的直链或支化C1-C32烷基或烯基。
根据本发明的第二个实施方案,提供了制备二芳基胺衍生物的方法,该二芳基胺衍生物具有以下通式:其中n、m、R、R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7具有上述意义,该方法包括使以下通式的羟基亚乙基胺中间体其中n、m、R、R1、R2、R3、R4和R5具有上述意义,与酮或醛反应。
根据本发明的第三个实施方案,提供了一种或多种二芳基胺衍生物的制备方法,该一种或多种二芳基胺衍生物具有以下通式:其中n、m、R、R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7具有上述意义,该方法包括:(a)使取代或未取代的N-苯基-对亚苯基二胺衍生物与有机环氧基反应;和(b)使步骤(a)的产物与酮或醛反应。
根据本发明的第四个实施方案,提供了润滑油组合物,包含(a)润滑粘度的油和(b)抗氧化改进有效量的一种或多种上述二芳基胺衍生物。
根据本发明的第五个实施方案,提供了含稳定剂的组合物,包含(a)受氧化、热和/或光诱导的降解影响并需要稳定化以防止或抑制此种降解的有机材料;和(b)稳定化有效量的一种或多种上述二芳基胺衍生物。
根据本发明的第六个实施方案,提供了使受氧化、热和/或光诱导的降解影响并需要稳定化以防止或抑制此种降解的有机材料稳定的方法,该方法包括向该有机材料中添加稳定化有效量的一种或多种上述二芳基胺衍生物。
本发明有利地提供二芳基胺衍生物添加剂和润滑油组合物,它们除了氧化-腐蚀保护之外还提供沉积保护。该润滑油组合物还可以提供此种保护同时仅具有低水平的磷,即小于大约0.1wt%,优选小于大约0.08wt%,更优选小于大约0.05wt%。因此,本发明的润滑油组合物可以比一般用于内燃机的更高磷的润滑油组合物环境上更合乎需要,原因在于它们促进更长的催化转化器寿命和活性,同时还提供所需的高沉积防护。这可能归因于这些润滑油组合物中基本上不存在含磷化合物的添加剂。本发明的二芳基胺衍生物添加剂还可以防止在过渡金属如铁(Fe)和铜(Cu)等存在下,以及在不含金属的环境中的氧化。
优选实施方案的详细描述
本发明的可用作抗氧化剂的二芳基胺衍生物由以下通式表示:其中n为0-5;m为0-4;每个R取代基独立地是氢或直链或支化C1-C32烷基或烯基,或两个R取代基连同和它们键接的碳原子连在一起形成不饱和、部分饱和或饱和的任选含一个或多个杂原子(例如N、S或O)的C3-C30环结构,每个R1取代基独立地是氢或直链或支化C1-C32烷基或烯基,和R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地是氢或任选含官能团,例如酯基、醚基、芳族基或酰胺基的直链或支化C1-C32烷基或烯基。
通常,本发明的二芳基胺衍生物可以如下获得:使以下通式的β羟基亚乙基胺中间体其中n、m、R、R1、R2、R3、R4和R5具有上述意义,与酮或醛反应。通常,羟基亚乙基胺中间体可以通过使取代或未取代的N-苯基-对亚苯基二胺衍生物与有机环氧基反应来制备。
用于形成该羟基亚乙基胺中间体的取代或未取代的N-苯基-对亚苯基二胺衍生物可以由以下通式表示:其中n、m、R和R1具有上述意义。适合的取代或未取代的N-苯基-对亚苯基二胺衍生物的代表性实例包括但不限于,N-苯基-对亚苯基二胺、N-苯基-邻亚苯基二胺、N-萘基-对亚苯基二胺、N-萘基-邻亚苯基二胺、N-(5,6,7,8-四氢-1-萘基)-对亚苯基二胺、N-(5,6,7,8-四氢-2-萘基)-对亚苯基二胺、N-(5,6,7,8-四氢-1-萘基)-邻亚苯基二胺、N-(5,6,7,8-四氢-2-萘基)-邻亚苯基二胺等和它们的组合。优选地,N-苯基-对亚苯基二胺是N-对苯基亚苯基二胺。
适合的有机环氧基包括但不限于,环氧化的烃烯烃、环氧化的乙烯基醚、环氧化的植物油、植物油的环氧化的不饱和脂肪酯、1,2-环氧基烷基或1,2-环氧基环烷基等和它们的混合物。如本领域技术人员将容易领会的那样,通过使不对称环氧基与任何N-苯基-亚苯基二胺衍生物反应将获得两种异构体的混合物,这取决于环氧基的哪一侧受N-苯基-亚苯基二胺衍生物亲核攻击。适合在此使用的有机环氧基团的代表性实例包括但不限于,环氧环己烷、1,2-环氧壬烷、1,2-环氧癸烷、1,2-环氧十二烷、1,2-环氧十四烷、1,2-环氧十六烷、1,2-环氧十八烷、2-乙基己基缩水甘油醚、己基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、庚基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、壬基缩水甘油醚、癸基缩水甘油醚、十一烷基缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚、四缩水甘油醚、十六烷基缩水甘油醚、十八烷基缩水甘油醚、十八烯基缩水甘油醚、环氧油酸甲酯、环氧油酸2-乙基己基酯、环氧油酸丁酯、环氧甲基docesenate和所有不饱和植物油的所有其它脂肪酸酯的环氧化物等和它们的混合物。
取代或未取代的N-苯基-对亚苯基二胺衍生物和有机环氧基有利地按通常大约00.9∶1-大约1∶1,优选大约1∶1前有机环氧基与N-苯基-对亚苯基二胺的摩尔比反应而形成羟基亚乙基胺中间体。通常在大约30℃-大约150℃,优选大约50℃-大约100℃的温度下进行该反应。在优选参数下,制备羟基亚乙基胺中间体的时间通常将不超过大约10小时。
如果需要的话,取代或未取代的N-苯基-对亚苯基二胺衍生物和有机环氧基的反应可以在适合的溶剂中进行。这一步骤中使用的适合的溶剂应该是本身不会与该环氧基反应的溶剂。这些溶剂的实例包括但不限于,脂族和芳族烃;例如己烷、环己烷、苯、甲苯和二甲苯;醚,例如二噁烷和二烷基二醇醚等和它们的混合物。该反应也可以在适合的催化剂存在下进行。适合的催化剂可以包括酸催化剂例如,酸性粘土催化剂;有机磺酸,例如甲苯磺酸和甲烷磺酸;Lewis酸,例如BCl3、BF3和AlCl3;沸石催化剂等和它们的混合物。
然后使该羟基亚乙基胺中间体与酮或醛起反应以提供本发明的二芳基胺衍生物。适合的酮包括,但不限于,丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮、甲基丙基酮、甲基异丙基酮、乙基丙基酮、乙基异丙基酮、二丙基酮、二异丙基酮、甲基丁基酮、甲基异丁基酮、甲基仲丁基酮、甲基叔丁基酮、乙基丁基酮、乙基异丁基酮、乙基仲丁基酮、乙基叔丁基酮、丙基丁基酮、异丙基丁基酮、丙基异丁基酮、丙基仲丁基酮、丙基叔丁基酮、异丙基异丁基酮、异丙基仲丁基酮、异丙基叔丁基酮、二丁基酮、二异丁基酮、二-仲丁基酮、二-叔丁基酮、丁基异丁基酮、丁基仲丁基酮、丁基叔丁基酮、异丁基仲丁基酮、异丁基叔丁基酮、仲丁基叔丁基酮、5-庚酮、5-甲基-2-己酮(甲基异戊基酮)、4-甲基-2-己酮、3-甲基-2-己酮、3,4-二甲基-2-戊酮、3,3-二甲基-2-戊酮、4,4-二甲基-2-戊酮、3-辛酮、4-甲基-3-庚酮、5-甲基-3-庚酮、6-甲基-3-庚酮、4,4-二甲基-3-己酮、4,5-二甲基-3-己酮、5,5-二甲基-3-己酮、4-壬酮、5-甲基-4-辛酮、6-甲基-4-辛酮、7-甲基-4-辛酮、5,5-二甲基-4-庚酮、5,6-二甲基-4-庚酮、6,6-二甲基-4-庚酮、2-十一烷酮、环己酮、环庚酮等和它们的组合。
适合的醛包括但不限于甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、2-甲基丙醛、戊醛、2-甲基-丁醛、己醛(caproaldehyde)、己醛(hexaldehyde)、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十一醛、十二醛、苯甲醛、苯乙醛等和它们的组合。优选在此使用的醛是甲醛。
β羟基亚乙基胺中间体与酮或醛的反应可以在第一步骤中所使用的相同溶剂中或在不同溶剂中,在有或者没有酸催化剂的情况下进行,以形成二芳基胺衍生物最终产物。当使用适合的溶剂时,可以以共沸方式除去水副产物。酸催化剂(如果存在)可以被萃取或除去并且溶剂可以被气提掉。最终产物可以包含少量的未反应的中间体和在仲二苯胺氮上甲基化获得的甲基化产物。当使用甲醛作为环化醛时,可以观察到这一点。如果存在,这些材料也可能预期还具有抗氧化性能。
通常,羟基亚乙基胺中间体和酮或醛有利地反应而提供包含至少一种二芳基胺衍生物的产物混合物。如果需要的话,可以使用常规技术如层析法离析所述衍生物。与该羟基亚乙基胺中间体起反应的酮或醛的量相对于羟基亚乙基胺中间体为大约0.95当量-大约1.4当量酮或醛,优选相对于羟基亚乙基胺中间体为大约1.0当量-大约1.1当量酮或醛。这一反应的温度通常为大约25℃-大约110℃,更优选大约60℃-大约100℃。
本发明的二芳基胺衍生物可以具有有用的抗氧化性能以便在例如配混轮胎、多元醇、塑料、脲烷、油脂、机油、橡胶带、电缆、垫圈、密封件、服装和地毯工业中的橡胶产品中用作抗氧化剂。因此,本发明的一个实施方案是含稳定剂的组合物,该组合物包含受氧化、热和/或光诱导的降解影响并需要稳定化以防止或抑制此种降解的有机材料,和用作它们的稳定剂的上述二芳基胺衍生物。可以按足以赋予明显的稳定化效果的量将该二芳基胺衍生物稳定剂添加到该有机材料中。一般而言,这种量可以为大约0.1wt%-大约5wt%,优选大约0.5wt%-大约3wt%,更优选大约0.5wt%-大约2wt%,按所述有机材料的总重量计。
本发明的另一个实施方案是至少包含以下组分的润滑油组合物:(a)润滑粘度的油和(b)有效量的至少一种上述二芳基胺衍生物。通常,用于润滑油组合物的润滑粘度的油可以以主要量,例如,大于50wt%,优选大于大约70wt%,更优选大约80-大约99.5wt%,最优选大约85-大约98wt%的量存在,基于该组合物的总重量计。本文所使用的润滑粘度的油可以是用于配制润滑油组合物的任何目前已知的或以后发现的润滑粘度的油,该润滑油组合物用于任何和所有这样的应用,例如发动机油,船舶汽缸油,功能流体如液压油,齿轮油,变速箱流体如自动变速箱流体等,涡轮润滑剂,压缩机润滑剂,金属加工润滑剂,及其它润滑油和润滑脂组合物。另外,本文所使用的润滑粘度的油可以任选含有粘度指数改进剂,例如聚甲基丙烯酸烷基酯;烯属共聚物,例如乙烯-丙烯共聚物或苯乙烯-丁二烯共聚物等;和它们的混合物。
如本领域技术人员所容易理解的那样,该润滑粘度的油的粘度取决于应用。因此,本文所使用的润滑粘度的油在100℃下的粘度通常是大约2到大约2000厘沲(cSt)。一般,单独地,用作发动机油的油在100℃下具有大约2cSt-大约30cSt,优选大约3cSt-大约16cSt,最优选大约4cSt-大约12cSt的运动粘度,并且根据所需最终用途和在成品油中的添加剂来选择或调和,以获得所需等级的发动机油,例如具有0W、0W-20、0W-30、0W-40、0W-50、0W-60、5W、5W-20、5W-30、5W-40、5W-50、5W-60、10W、10W-20、10W-30、10W-40、10W-50、15W、15W-20、15W-30或15W-40的SAE粘度等级的润滑油组合物。用作齿轮油的油在100℃下可以具有大约2cSt到大约2000cSt的粘度。
基本油料可以使用各种不同方法来制造,这些方法包括但不限于蒸馏、溶剂精制、加氢处理、低聚、酯化和再精制。再精制的油料应该基本上不含通过生产、污染和先前的使用所引入的材料。本发明的润滑油组合物的基础油可以是任何天然或合成润滑基础油。适合的烃合成油包括但不限于由乙烯的聚合或由1-烯烃的聚合(提供诸如聚α烯烃或PAO油的聚合物)或由使用一氧化碳和氢气的烃合成方法如在费-托方法中制备的油。例如,适合的润滑粘度的油是包括即使有也很少的重质馏分;例如,即使有也很少的在100℃下粘度等于或高于大约20cSt的润滑油馏分的油。
润滑粘度的油可以来源于天然润滑油、合成润滑油或它们的混合物。适合的油包括通过合成蜡和疏松石蜡的异构化获得的基本油料,以及通过原油的芳族和极性组分的加氢裂化(而非溶剂萃取)所生产的加氢裂化的基本油料。适合的油包括在API Publication1509,第14版,Addendum I,1998年12月中所定义的所有API类别I、II、III、IV和V中的那些。IV组基础油是聚α-烯烃(PAO)。V组基础油包括不包括在I、II、III或IV组中的所有其它基础油。虽然II、III和IV组基础油优选用于本发明,但这些优选的基础油可以通过将I、II、III、IV和V组基本油料或基础油的一种或多种结合来制备。
有用的天然油包括矿物润滑油,例如煤油,溶剂处理或酸处理的链烷烃、环烷烃或混合链烷烃-环烷烃类的矿物润滑油,来源于煤或页岩的油,动物油,植物油(例如菜籽油,蓖麻油和猪油)等。
有用的合成润滑油包括但不限于烃油和卤代烃油,例如聚合和共聚的烯烃,例如聚丁烯,聚丙烯,丙烯-异丁烯共聚物,氯化聚丁烯,聚(1-己烯),聚(1-辛烯),聚(1-癸烯)等和它们的混合物;烷基苯,例如十二烷基苯,十四烷基苯,二壬基苯,二(2-乙基己基)-苯等;多苯,例如联苯,三联苯,烷基化的多苯等;烷基化的二苯基醚和烷基化的二苯基硫以及它们的衍生物、类似物和同系物等。
其它有用的合成润滑油包括但不限于通过将小于5个碳原子的烯烃如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯和它们的混合物聚合所制备的油。制备此类聚合物油的方法是本领域的技术人员所公知的。
其它有用的合成烃油包括具有适当粘度的α-烯烃的液体聚合物。尤其有用的合成烃油是C6-C12α-烯烃的氢化的液体低聚物,例如1-癸烯三聚物。
另一类有用的合成润滑油包括但不限于氧化烯聚合物,即均聚物,互聚物和它们的衍生物,其中末端羟基已经例如通过酯化或醚化来改性。这些油的例子是通过环氧乙烷或环氧丙烷的聚合所制备的油,这些聚环氧烷聚合物的烷基和苯基醚类(例如,具有约1,000的平均分子量的甲基聚丙二醇醚,具有约500-约1000的分子量的聚乙二醇的二苯基醚,具有约1,000-约1,500的分子量的聚丙二醇的二***等)或它们的单羧酸酯和多羧酸酯,例如四甘醇的乙酸酯,混合C3-C8脂肪酸酯,或C13含氧酸二酯。
另一类有用的合成润滑油包括但不限于二羧酸如邻苯二甲酸,琥珀酸,烷基琥珀酸,链烯基琥珀酸,马来酸,壬二酸,辛二酸,癸二酸,富马酸,己二酸,亚油酸二聚物,丙二酸,烷基丙二酸,链烯基丙二酸等与各种醇如丁醇,己醇,十二烷醇,2-乙基己醇,乙二醇,二甘醇单醚,丙二醇等的酯。这些酯的具体例子包括己二酸二丁酯,癸二酸二(2-乙基己基)酯,富马酸二正己基酯,癸二酸二辛酯,壬二酸二异辛酯,壬二酸二异癸酯,邻苯二甲酸二辛酯,邻苯二甲酸二癸酯,癸二酸二(二十烷基)酯,亚油酸二聚物的2-乙基己基二酯,通过让1mol的癸二酸与2mol的四甘醇和2mol的2-乙基己酸反应所形成的复合酯等。
可用作合成油的酯还包括但不限于由具有大约5-大约12个碳原子的羧酸与醇如甲醇,乙醇等,多元醇和多元醇醚如新戊二醇,三羟甲基丙烷,季戊四醇,二季戊四醇,三季戊四醇等制备的那些酯。
硅基油,例如聚烷基-,聚芳基-,聚烷氧基-或聚芳氧基-硅氧烷油和硅酸酯油,构成了另一类有用的合成润滑油。它们的具体例子包括但不限于硅酸四乙酯,硅酸四异丙酯,硅酸四(2-乙基己基)酯,硅酸四(4-甲基己基)酯,硅酸四(对-叔丁基苯基)酯,己基-(4-甲基-2-戊氧基)二硅氧烷,聚(甲基)硅氧烷,聚(甲基苯基)硅氧烷等。其它有用的合成润滑油包括但不限于含磷的酸的液体酯,例如磷酸三甲苯酯,磷酸三辛酯,癸烷膦酸的二乙酯等,聚四氢呋喃等。
润滑粘度的油可以来源于未精制的、精制的和再精制的油,该油是天然的、合成的或以上公开的类型的这些油的任何两种或多种的混合物。未精制的油是直接由天然或合成源(例如煤、页岩或焦油砂沥青)获得的那些,没有进一步提纯或处理。未精制的油的实例包括但不限于直接由干馏操作获得的页岩油,直接由蒸馏获得的石油润滑油或直接由酯化方法获得的酯油,所述各种油然后不用进一步处理而直接使用。精制油类似于未精制油,只是它们已被在一个或多个提纯步骤中进一步处理以改进一种或多种性能。这些提纯技术是本领域技术人员已知的,包括例如溶剂萃取,二次蒸馏,酸或碱萃取,过滤,渗滤,加氢处理,脱蜡等等。再精制油通过在与用于获取精制油的那些工艺类似的工艺中处理用过的油来获得。此类再精制油也被称为再生油或再加工油,并且常常另外通过用于除去废添加剂和油分解产物的技术来加工。
还可以单独或与上述天然和/或合成基本油料组合来使用来源于蜡的加氢异构化的润滑油基本油料。这种蜡异构化油通过天然或合成蜡或它们的混合物在加氢异构化催化剂上的加氢异构化来生产。
天然蜡通常是通过矿物油的溶剂脱蜡回收的疏松蜡;合成蜡一般是通过费-托方法生产的蜡。
本发明的二芳基胺衍生物添加剂可以用作目前用于润滑油复配物的可商购抗氧化剂的完全或部分替代物,并且可以与常用于机油和燃料的其它添加剂组合。当与用于油复配物的其它类型的抗氧化剂或添加剂组合使用时,还可以在改进的抗氧化、抗磨损、摩擦、清洁和发动机高温沉积物性能方面获得协同和/或加和性能效果。这些其它的添加剂可以是任何当前已知的或以后发现的用于配制润滑油组合物的添加剂。常用于润滑油的润滑油添加剂是例如分散剂、清净剂、缓蚀/防锈剂、抗氧化剂、抗磨剂、消泡剂、摩擦改性剂、密封溶胀剂、乳化剂、VI改进剂、倾点下降剂等。参见例如美国专利号5,498,809对有用的润滑油组合物添加剂的描述,该文献的公开内容在此全部引入作为参考。
分散剂的实例包括聚异丁烯琥珀酰亚胺、聚异丁烯琥珀酸酯、Mannich碱无灰分散剂等。清净剂的实例包括金属和无灰的烷基酚盐、金属和无灰硫化烷基酚盐、金属和无灰的烷基磺酸盐、金属和无灰的烷基水杨酸盐、金属和无灰的水杨醇衍生物等。
其它抗氧化剂的实例包括烷基化的二苯胺、N-烷基化的亚苯基二胺、苯基-α-萘基胺、烷基化的苯基-α-萘基胺、二甲基喹啉、三甲基二氢喹啉和衍生自它们的低聚物组合物、受阻酚、烷基化的氢醌、羟基化的硫代二苯醚、亚烷基双酚、硫代丙酸盐、金属二硫代氨基甲酸盐、1,3,4-二巯基噻二唑和衍生物、油溶性铜化合物等。以下是此类添加剂的示例并且可从Chemtura Corporation商购:Naugalube438、Naugalube 438L、Naugalube 640、Naugalube 635、Naugalube 680、Naugalube AMS、Naugalube APAN、Naugard PANA、Naugalube TMQ、Naugalube 531、Naugalube 431、NaugardBHT、Naugalube 403和Naugalube 420等。
可以与本发明的添加剂结合使用的抗磨添加剂的实例包括有机硼酸盐、有机亚磷酸盐、有机磷酸盐、有机含硫化合物、硫化烯烃、硫化脂肪酸衍生物(酯)、氯化石蜡、二烷基二硫代磷酸锌、二芳基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代磷酸酯、二芳基二硫代磷酸酯、磷硫化烃等。这样的添加剂的代表性实例是可从Lubrizol Corporation商购的那些,例如Lubrizol 677A、Lubrizol 1095、Lubrizol 1097、Lubrizol 1360、Lubrizol 1395、Lubrizol 5139、Lubrizol 5604等;和可从Ciba Corporation商购的那些,例如Irgalube 353等。
摩擦改进剂的实例包括脂肪酸酯和酰胺、有机钼化合物、二烷基二硫代氨基甲酸钼、二烷基二硫代磷酸钼、二硫化钼、二烷基二硫代氨基甲酸三钼簇合物、无硫钼化合物等。这样的摩擦改进剂的代表性实例是可从R.T.Vanderbilt Company,Inc.商购的那些,例如Molyvan A、Molyvan L、Molyvan 807、Molyvan 856B、Molyvan 822、Molyvan 855等;可从Asahi Denka Kogyo K.K.商购的那些,例如SAKURA-LUBE 100、SAKURA-LUBE 165、SAKURA-LUBE 300、SAKURA-LUBE31OG、SAKURA-LUBE 321、SAKURA-LUBE 474、SAKURA-LUBE 600、SAKURA-LUBE 700等;和可从Akzo Nobel Chemicals GmbH商购的那些,例如Ketjen-Ox 77M、Ketjen-Ox 77TS等。
消泡剂的实例是聚硅氧烷等。防锈剂的实例是聚氧化烯多元醇、苯并***衍生物等。VI改进剂的实例包括烯烃共聚物和分散剂烯烃共聚物等。倾点下降剂的实例是聚甲基丙烯酸酯等。
如上所述,适合的抗磨化合物包括二烃基二硫代磷酸酯(盐)。优选地,所述烃基含有平均至少3个碳原子。至少一种二烃基二硫代磷酸的金属盐是尤其有用的,其中所述烃基包含平均至少3个碳原子。二烃基二硫代磷酸酯(盐)可以衍生自它的酸可以由以下通式的酸表示:其中R8和R9是相同或不同的,并且可以是线性或支化烷基、环烷基、芳烷基、烷芳基或任何上述基团的取代的大体上烃基的衍生物,并且其中在该酸中的R8和R9基团各自平均具有至少3个碳原子。所谓的″大体上烃基″是指包含不会实质上影响该基团烃性质的取代基(例如每个基团结构部分1-4个取代基)的基团,所述取代基例如是醚、酯、硫代、硝基或卤素。
适合的R8和R9基团的具体实例包括异丙基、异丁基、正丁基、仲丁基、正己基、庚基、2-乙基己基、二异丁基、异辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、丁基苯基、o,p-二戊基苯基、辛基苯基、聚异丁烯-(分子量350)取代的苯基、四聚丙烯取代的苯基、β-辛基丁基萘基、环戊基、环己基、苯基、氯苯基、邻二氯苯基、溴苯基、萘基、2-甲基环己基、苄基、氯代苄基、氯代戊基、二氯苯基、硝基苯基、二氯代癸基和联苯基。含大约3-大约30个碳原子的烷基和含大约6-大约30个碳原子的芳基是优选的。尤其优选的R8和R9基是含4-大约18个碳原子的烷基。
二硫代磷酸可容易地通过五硫化二磷和脂肪醇和/或酚的反应来获得。所述反应至少包括在大约20℃-200℃的温度下将大约4摩尔醇或酚与1摩尔五硫化二磷混合。随着反应进行,可能释放出硫化氢。可以采用醇的混合物、酚的混合物或两者的混合物,例如,C3-C30醇的混合物、C6-C30芳醇的混合物等。制备所述磷酸盐有用的金属包括但不限于I族金属、II族金属、铝、铅、锡、钼、锰、钴和镍,其中锌是优选的金属。可以与所述酸反应的金属化合物的实例包括氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂、戊醇锂、氧化钠、氢氧化钠、碳酸钠、甲醇钠、丙醇钠、苯酚钠、氧化钾、氢氧化钾、碳酸钾、甲醇钾、氧化银、碳酸银、氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、乙醇镁、丙醇镁、苯酚镁、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、甲醇钙、丙醇钙、戊醇钙、氧化锌、氢氧化锌、碳酸锌、丙醇锌、氧化锶、氢氧化锶、氧化镉、氢氧化镉、碳酸镉、乙醇镉、氧化钡、氢氧化钡、氢化钡、碳酸钡、乙醇钡、戊醇钡、氧化铝、丙醇铝、氧化铅、氢氧化铅、碳酸铅、氧化锡、丁醇锡、氧化钴、氢氧化钴、碳酸钴、戊醇钴、氧化镍、氢氧化镍、碳酸镍等和它们的混合物。
在某些情况下,与所述金属反应物一起使用的某些成分,尤其是羧酸类或金属羧酸盐,例如少量金属乙酸盐或乙酸的引入将促进反应并产生改进的产物。例如,使用至多达大约5%乙酸锌和与之结合的所需量氧化锌会促进二硫代磷酸锌的形成。
金属二硫代磷酸盐的制备是本领域中熟知的。参见例如美国专利号3,293,181,3,397,145,3,396,109和3,442,804,这些文献的内容通过引用结合在此。作为抗磨添加剂也是有用的是二硫代磷酸化合物的胺衍生物,例如在美国专利号3,637,499中描述的二硫代磷酸化合物的胺衍生物,该文献的内容全部通过引用结合在此。
所述锌盐最通常用作润滑油中的抗磨添加剂,其量基于润滑油组合物的总重量计为大约0.1-大约10wt%,优选大约0.2-大约2wt%。它们可以根据已知的技术制备,例如通过首先通常通过使醇和/或酚与P2S5反应形成二硫代磷酸,然后用适合的锌化合物将该二硫代磷酸中和。
可以使用醇的混合物,包括伯和仲醇的混合物,仲醇通常用于赋予改进的抗磨性能,伯醇通常用于赋予热稳定性。一般而言,可以使用任何碱性或中性锌化合物,但是最通常采用氧化物、氢氧化物和碳酸盐。市售添加剂通常包含过量的锌,这归因于在中和反应中使用过量的碱性锌化合物。
二烃基二硫代磷酸锌(ZDDP)是二硫代磷酸的二烃基酯的油溶性盐,并且可以由以下通式表示:其中R8和R9具有在前所述的意义。
当本发明的润滑油组合物包含这些添加剂时,它们通常以使得其中的添加剂有效提供它们正常所附功能的量混入基础油中。这些添加剂的代表性的有效量在表1中示出。表1
添加剂 | 优选的wt% | 更优选的wt% |
V.I.改进剂 | 大约1-大约12 | 大约1-大约4 |
缓蚀剂 | 大约0.01-大约3 | 大约0.01-大约1.5 |
氧化抑复配物 | 大约0.01-大约5 | 大约0.01-大约1.5 |
分散剂 | 大约0.1-大约10 | 大约0.1-大约5 |
润滑油流动改进剂 | 大约0.01-大约2 | 大约0.01-大约1.5 |
清净剂/防锈剂 | 大约0.01-大约6 | 大约0.01-大约3 |
倾点下降剂 | 大约0.01-大约1.5 | 大约0.01-大约0.5 |
消泡剂 | 大约0.001-大约0.1 | 大约0.001-大约0.01 |
抗磨剂 | 大约0.001-大约5 | 大约0.001-大约1.5 |
密封膨胀剂 | 大约0.1-大约8 | 大约0.1-大约4 |
摩擦改进剂 | 大约0.01-大约3 | 大约0.01-大约1.5 |
润滑基础油 | 余量 | 余量 |
当使用其它添加剂时,虽然不是必要的,但是可能希望制备添加剂浓缩物,该添加剂浓缩物包含本发明的二芳基胺衍生物添加剂的浓缩溶液或分散体(以上文描述的浓缩物量),以及一种或多种其它添加剂(当构成添加剂混合物时,所述浓缩物在此称作添加剂包),这样可以将数种添加剂同时添加到基础油中以形成润滑油组合物。所述添加剂浓缩物进入润滑油的溶解可以通过例如溶剂来促进和通过在温和加热下的搅拌来促进,但是这不是重要的。所述浓缩物或添加剂包通常被配制成以适当的量包含添加剂,当将所述添加剂包与预定量的基础润滑剂结合时该适当的量提供最终复配物中的所需浓度。因此,可以将本发明的主题添加剂与其它合乎需要的添加剂一起添加到少量基础油或其它相容性溶剂中以形成添加剂包,该添加剂包通常以大约2.5-大约90wt%,优选大约15-大约75wt%,更优选大约25wt%-大约60wt%的合适比例的添加剂的总量包含活性成分,剩余部分是基础油。最终复配物通常可以使用大约1-大约20wt%的添加剂包,剩余部分是基础油。
在此表示的所有重量百分率(除非另有说明)基于添加剂的活性成分(AI)含量,和/或基于任何添加剂包或复配物的总重量,该总重量将是每种添加剂的AI重量加上全部油或稀释剂的重量的总和。
一般而言,本发明的润滑油组合物可以以大约0.05-大约30wt%,优选大约0.1-大约10wt%,优选大约0.2-大约5wt%的浓度包含所述添加剂,基于油组合物的总重量。在一个实施方案中,所述添加剂的油浓缩物可以在润滑油粘度的载体或稀释油中包含大约1-大约75wt%的所述添加剂。
以下非限制性实施例用于说明本发明。添加剂的制备实施例15-癸基-N-(N′-对苯基苯胺基)-1,3-噁唑烷和4-癸基-N-(N′-对苯基苯胺基)-1,3-噁唑烷的混合物的制备
向250ml反应烧瓶中加入60g(0.32mol)对-N-苯基亚苯基二胺、62g(0.32mol)1,2-环氧十二烷、75ml环己烷和6.0g酸性粘土催化剂。在氩气层下搅拌该反应混合物并加热到75℃。维持这些反应条件4小时。然后将反应温度降低到50℃并过滤该反应混合物以除去该粘土催化剂。将该热过滤的反应材料转移至配备有迪安-斯达克榻分水器的500ml反应烧瓶中。在氩气层下搅拌该反应介质并加热到60℃,接着2.5小时添加28g(0.35mol)37%***。在***添加完成之后,将温度维持在60℃下一小时,然后将温度提高到回流以将水脱除到该迪安-斯达克榻分水器。在除去水之后,将温度保持在85℃下一小时,然后降低到50℃。现过滤反应介质并在真空下气提掉溶剂。最终产物(116g)当冷却时固结成灰白色糊剂。实施例25-十二烷基-N-(N′-对苯基苯胺基)-1,3-噁唑烷和4-十二烷基-N-(N′-对苯基苯胺基)-1,3-噁唑烷的混合物的制备
向100ml反应烧瓶中加入18.6g(0.1mol)p-N-苯基亚苯基二胺、27.5g(0.11mol)1,2-环氧十四烷、25ml环己烷和3.0g酸性粘土催化剂。在氩气层下搅拌该反应混合物并加热到75℃。维持这些反应条件4小时。然后将反应温度降低到60℃并过滤该反应混合物以除去该粘土催化剂。将该热过滤的反应材料转移至配备有迪安-斯达克榻分水器的100ml反应烧瓶中。在氩气层下搅拌该反应介质并加热到60℃,接着1.5小时添加10g(0.12mol)37%***。在***添加完成之后,将温度维持在60℃下一小时,然后将温度提高到回流以将水脱除到该迪安-斯达克榻分水器。在除去水之后,将温度保持在85℃下一小时,然后降低到50℃。现过滤反应介质并在真空下气提掉溶剂。最终产物(43g)当冷却时固结成灰白色糊剂。实施例35-(2-乙基己基)氧基亚甲基-N-(N′-对苯基苯胺基)-1,3-噁唑烷和4-(2-乙基己基)氧基亚甲基-N-(N′-对苯基苯胺基)-1,3-噁唑烷的混合物的制备
向100ml反应烧瓶中加入18.6g(0.1mol)p-N-苯基亚苯基二胺、19.5g(0.11mol)2-乙基己基缩水甘油醚、25ml环己烷和3.0g酸性粘土催化剂。在氩气层下搅拌该反应混合物并加热到75℃。维持这些反应条件3小时。然后将反应温度降低到60℃并过滤该反应混合物以除去该粘土催化剂。将该热过滤的反应材料转移至配备有迪安-斯达克榻分水器的100ml反应烧瓶中。在氩气层下搅拌该反应介质并加热到60℃,接着1.5小时添加9.0g(0.11mol)37%***。在***添加完成之后,将温度维持在60℃下一小时,然后将温度提高到回流以将水脱除到该迪安-斯达克榻分水器。在除去水之后,将温度保持在105℃下一小时,然后降低到50℃。现过滤反应介质并在真空下气提掉溶剂。最终产物是红灰色粘性液体。SAE 10W-30机油复配物的制备实施例4SAE 10W-30机油复配物的制备
采用1wt%实施例1的添加剂制备表2中给出的SAE 10W-30机油复配物。表2SAE 10W-30机油复配物(基础调合物)
实施例5SAE 10W-30机油复配物的制备
量,wt% | |
高碱性磺酸钙清净剂 | 1.3 |
防锈/缓蚀剂 | 0.75 |
倾点下降剂 | 0.1 |
OCP VI改进剂 | 5.5 |
ZDDP | 0.8 |
Solvent Neutral 100 | 余量 |
采用1wt%实施例2的添加剂制备表2中给出的SAE 10W-30机油复配物。实施例6SAE 10W-30机油复配物的制备
采用1wt%实施例3的添加剂制备表2中给出的SAE 10W-30机油复配物。对比调合物ASAE 10W-30机油复配物的制备
在不添加任何类型的抗氧化剂的情况下制备表2中给出的SAE 10W-30机油复配物。涡轮机油复配物的制备实施例7涡轮机油复配物的制备
采用1wt%实施例1的添加剂制备表3给出的涡轮机油试验复配物。表3涡轮机基准试验油组成
实施例8涡轮机油复配物的制备
油中的添加剂 | 量,wt%组成 |
缓蚀剂 | 0.05wt% |
消泡剂 | 0.005wt% |
金属钝化剂 | 0.03wt% |
Exxon 100LP | 余量 |
采用1wt%实施例2的添加剂制备表3给出的涡轮机油试验复配物。实施例9涡轮机油复配物的制备
采用1wt%实施例3的添加剂制备表3给出的涡轮机油试验复配物。对比调合物B涡轮机油复配物的制备
在不添加任何类型的抗氧化剂的情况下制备表3给出的涡轮机油试验复配物。压力差示扫描量热法(PDSC)试验油的制备实施例10PDSC多级机油复配物的制备
采用1wt%实施例1的添加剂制备表4给出的机油复配物。用于发动机油复配物的组分是可商购的。对本发明上下文中材料的类型和精确组成没有特殊限制。表4
实施例11PDSC多级机油复配物的制备
组成 | 量,wt% |
基础油,Solvent Neutral 150 | 83.35 |
二烷基二硫代磷酸锌 | 1.01 |
琥珀酰亚胺分散剂 | 7.58 |
高碱性磺酸钙清净剂 | 1.31 |
中性磺酸钙清净剂 | 0.50 |
倾点下降剂 | 0.10 |
防锈剂 | 0.10 |
VI改进剂 | 5.55 |
采用1wt%实施例2的添加剂制备表4给出的机油复配物。实施例12PDSC多级机油复配物的制备
采用1wt%实施例3的添加剂制备表4给出的机油复配物。对比实施例CPDSC多级机油复配物的制备
在不添加任何类型的抗氧化剂的情况下制备表4给出的机油复配物。试验
为了证实本发明实施例1-3的添加剂的有效性,使用热氧化发动机油模拟试验(TEOST)评价实施例4-6和对比实施例A中的每种油复配物,使用旋转氧弹氧化试验(RBOT)评价实施例7-9和对比实施例B中的每种涡轮机油复配物,并如下所述评价实施例10-12和对比实施例C中的每种PDSC多级机油复配物。中-高温热氧化发动机油模拟试验(TEOST)
进行中-高温热氧化发动机油模拟试验(MHT TEOST)以测定汽车发动机油的沉积物形成趋势。通过MHT TEOST清楚地证实了本发明的添加剂在稳定发动机油复配物方面的改进的热沉积物控制。这一试验测定在专门构造的钢杆上通过连续地迫使8.5ml试验油在热氧化和催化条件下重复通过而形成的沉积物的质量。所使用的仪器由Tannas Co.制造并具有0.15(x+16)mg的典型重复性,其中x是两个或更多个重复试验结果的平均值。TEOST试验条件在表5中列出。获得的沉积物的量越少,油的氧化稳定性越好。表5TEOST MHT试验条件
试验参数 | 设定值 |
试验时间 | 24小时 |
杆温度 | 285℃ |
样品尺寸 | 8.5g(8.4g油和0.1g催化剂的混合物) |
样品流量 | 0.25g/min |
流量(干空气) | 10mL/min |
催化剂 | 含Fe、Pb和Sn的油溶性混合物 |
TEOST的结果在表6中给出。如表6给出的数据所示,与不包含抗氧化剂的对比实施例A的调合物相比由实施例4-6的调合物获得的沉积物的低得多的量证实:包含本发明抗氧化剂的润滑油组合物具有优异的氧化稳定性而在TEOST中产生更少量的沉积物。表6TEOST结果
从上述数据可以看出,向机油复配物中添加本发明的二芳基胺衍生物添加剂显著地降低基础调合物复配物的总沉积物质量。旋转氧弹氧化试验(RBOT)
实施例/对比实施例 | mg沉积物 |
实施例4 | 62 |
实施例5 | 75 |
实施例6 | 71 |
对比实施例A | 110 |
根据ASTM D 2272-85规定的参比试验方法进行旋转氧弹氧化试验(RBOT)。25psi压降的时间对于参比油是100分钟。达到终点的时间更长表明改进了的氧化稳定性。
这一试验方法使用氧压力弹以在水和铜催化剂线圈存在下在150℃下评价具有相同组成(基本油料和添加剂)的新型的和在使用中的涡轮机油的氧化稳定性。将包含在覆盖的玻璃容器中的试验油、水和铜催化剂线圈放入配备有压力计的气罐中。将氧气充入该气罐至90psi的压力,并将该罐放入设置在150℃下的恒温油浴中,并在100rpm下以与水平面呈30度的角度轴向旋转。达到特定的表压下降(在本发明的这一试验中,25psi)要求的分钟数是试验样品的氧化稳定性。RBOT条件在表7中给出。表7RBOT试验条件
初始条件 | |
铜催化剂线圈重量 | 55.6克 |
样品尺寸重量 | 50.00克 |
蒸馏水重量 | 5克 |
温度,℃ | 150℃ |
在RT下氧气初压 | 90℃ |
在150℃下氧气最大压力 | 188psi |
到试验结束时的压降 | 25psi |
试验结果在表8中给出。表8RBOT结果
从上述数据可以看出,含本发明的二芳基胺衍生物添加剂的涡轮机油复配物具有比对比实施例B(在本发明范围之外)的涡轮机油复配物显著更好的氧化稳定性。加压差示扫描量热法(PDSC)
实施例/对比实施例 | 时间,分钟 |
实施例7 | 578 |
实施例8 | 计划的 |
实施例9 | 计划的 |
对比实施例B | <100 |
PDSC测量每种调合物的氧化诱导时间(OIT)。所用的PDSC仪器是由Mettler-Toledo,Inc(Switzerland)制造的MettlerDSC27HP。PDSC方法使用在每次试验的整个过程中在恒定氧气压力下的钢池。在100分钟的OIT下,该仪器具有±2.5分钟的典型重复性并具有95%的置信度。PDSC试验条件在表9中给出。在一个PDSC试验开始时,将钢池用氧气加压并以40℃/分钟的速率加热到指定的等温温度。从样品达到其等温温度的时间开始测量诱导时间,直到观察到焓变化。氧化诱导时间越长,油的氧化稳定性越好。表9
将所有试验调合物在氮气气氛下机械混合15分钟。对于每50克制备的试验调合物,在PDSC测试之前,添加40μL油溶性环烷酸铁(6wt%,在矿物油中)以促成在油中有50ppm铁。在表9描述的PDSC条件下在200℃下试验每种调合物两次。实施例10-12和对比实施例C的调合物的OIT结果在表10中给出。表10PDSC结果
从上述数据可以看出,包含本发明的二芳基胺衍生物添加剂的多级机油复配物显示比不包含抗氧化剂的多级机油复配物明显更好的氧化稳定性。
实施例/对比实施例 | 时间,分钟 |
实施例10 | 17.7 |
实施例11 | 17.2 |
实施例12 | 16.0 |
对比实施例C | 4-5 |
应当理解,对本文公开的实施方案可以作出各种改变。因此,上面的描述不应该理解为限制性的,而仅应理解为优选的实施方案的范例。例如,上述的和作为操作本发明的最佳方式实现的功能仅用于说明性目的。在不脱离本发明的范围和精神的情况下,本领域技术人员可以实施其它的安排和方法。此外,本领域技术人员将预期在所附权利要求书的范围和精神内的其它改变。
Claims (16)
2.权利要求1的二芳基胺衍生物,其中R是氢。
3.权利要求1的二芳基胺衍生物,其中R是氢,R2和R5独立地是任选含醚或酯键的C1-C12烷基。
4.权利要求1的二芳基胺衍生物,其中两个R基团连同它们所键接的碳原子连在一起形成饱和、不饱和或部分饱和的C3-C30环结构。
5.包含权利要求1-4中任一项的二芳基胺衍生物中的两种或更多种的反应混合物。
8.权利要求7的方法,其中该取代或未取代的N-苯基-对亚苯基二胺衍生物选自N-苯基-对亚苯基二胺、N-苯基-邻亚苯基二胺、N-萘基-对亚苯基二胺、N-萘基-邻亚苯基二胺、N-(5,6,7,8-四氢-1-萘基)-对亚苯基二胺、N-(5,6,7,8-四氢-2-萘基)-对亚苯基二胺、N-(5,6,7,8-四氢-1-萘基)-邻亚苯基二胺、N-(5,6,7,8-四氢-2-萘基)-邻亚苯基二胺和它们的组合。
9.润滑油组合物,包含:(a)至少一种润滑粘度的油和(b)抗氧化改进有效量的一种或多种权利要求1-4中任一项的二芳基胺衍生物。
10.润滑油组合物,包含:(a)至少一种润滑粘度的油和(b)抗氧化改进有效量的权利要求5的反应混合物。
11.添加剂包,包含1-75wt%的一种或多种权利要求1-4中任一项的二芳基胺衍生物。
12.添加剂包,包含1-75wt%的权利要求5的反应混合物。
13.含稳定剂的组合物,包含(a)受氧化、热和/或光诱导的降解影响并需要稳定化以防止或抑制此种降解的有机材料;和(b)稳定化有效量的一种或多种权利要求1-4中任一项的二芳基胺衍生物。
14.使受氧化、热和/或光诱导的降解影响并需要稳定化以防止或抑制此种降解的有机材料稳定的方法,该方法包括向该有机材料中添加稳定化量的一种或多种权利要求1-4中任一项的二芳基胺衍生物。
15.含稳定剂的组合物,包含(a)受氧化、热和/或光诱导的降解影响并需要稳定化以防止或抑制此种降解的有机材料;和(b)稳定化有效量的权利要求5的反应混合物。
16.使受氧化、热和/或光诱导的降解影响并需要稳定化以防止或抑制此种降解的有机材料稳定的方法,该方法包括向该有机材料中添加稳定化量的权利要求5的反应混合物。
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