CN103509050B - 一种润滑油多功能添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分子中含有硫代磷酸酯官能团的烷基苯硼酸酯衍生物润滑油多功能添加剂，其结构的化学通式如下所示，式中R1为H或1‑18个碳原子的烃基；R2、R3为4‑18个碳原子的烃基，其中R2与R3可以相同，也可不相同。添加剂在润滑油中加入量为0.1wt%到2.0wt%，具有减摩、抗磨和抗氧等功能。
Description
技术领域：
本发明涉及一种分子中含有硫代磷酸酯官能团的烷基苯硼酸酯衍生物的制备，以及其用作润滑油抗氧、抗磨和减摩多功能添加剂。
技术背景：
硼酸酯用作润滑油添加剂的研究从上世纪40年代就已经开始，初期主要是用来提高油品的热氧化安定性。自上世纪末起，随着节能和环保要求的日益增加，为了寻求更高性能的多效的含硼润滑油添加剂，国内外开始将S、P、N等活性元素引入到硼酸酯分子中，对其用做减摩、抗磨和抗氧多功能添加剂进行研究。
专利US 004474670中报道了使用位阻酚、羟基胺与硼化剂生成的一种混合硼酸酯，发现其是一种有效的减摩剂，同时具有优良的热氧化稳定性和抗氧化作用。专利US 4522629、4555353、4557844和4536306中介绍了几种分子中含（亚）磷酸酯及其胺盐结构的硼酸酯，发现这类硼酸酯具有抗磨、抗氧以及抑制Cu合金腐蚀等多种功效，几乎可以用在任何润滑油中，但最主要用在内燃机油中。专利US 4956105中报道了使用位阻酚、硫磷酸羟基衍生物与硼化剂生成的一种混合硼酸酯，并发现其是一种有效的抗磨、抗氧多功能添加剂。
尽管有机硼酸酯用作润滑油添加剂有环境友好、多功能、降低加剂量、高的热稳定性等诸多优点，但其存在着致命的缺陷——水解稳定性差。当有机硼酸酯发生水解后，会造成添加剂中硼有效成分的丢失，从而使润滑油的减摩、抗磨性能下降，水解形成的氧化物或氢氧化物颗粒会造成摩擦副的擦伤，沉积在密封处导致密封的腐蚀和漏油。
发明内容：
本发明的目的是提供一种具有良好水解稳定性的烷基苯硼酸酯衍生物，该添加剂在润滑油中具有抗磨、减摩和抗氧化等多种功能。
本发明提供的含硫代磷酸酯官能团的烷基苯硼酸添加剂具有如下结构：
式中R1为H或1-18个碳原子的烃基；R2、R3为4-18个碳原子的烃基，其中R2与R3可以相同，也可不相同。
为了保证通式（1）的化合物作为添加剂在润滑油中具有良好的溶解性和抗磨减摩作用，R1、R2和R3中碳原子数的总和为12-30为好，其中优选的化合物为苯硼酸的二辛基二硫代磷酸酯衍生物。
本发明提供的通式（1）化合物自身或在润滑油中均具有良好的水解稳定性，应用于润滑油中既具有优良的抗磨减摩性能，又能够起到很好的抗氧化作用，是一种润滑油多功能添加剂。
化学通式（1）的化合物作为添加剂，在润滑油中的加入量为润滑油总量的0.5wt%至2.5wt%，较佳的用量为1.0wt%至1.5wt%。
本发明提供上述通式（1）和通式（3）两种化合物的制备方法，其特征在于该方法依次包括以下三个步骤（步骤2即可得到化合物I）。
步骤1：
在配有强烈搅拌及冷凝回流器的反应釜中加入结构式为R2OH及R3OH的醇或酚（R2、R3为相同或不同的、碳原子个数为4-18的直链或支链的烷烃），在有溶剂或无溶剂存在下（优选不使用溶剂），于室温～80℃下（优选室温）分批投入P2S5。醇或酚与P2S5的摩尔比为4～4.2，每次投入量约为P2S5总量的1/4～1/6。投料完毕后升温至90～120℃，强烈搅拌2～10h后，过滤出过量的P2S5，第一步反应结束，得到中间体A。
步骤2：
反应釜中加入中间体A，在有溶剂或无溶剂存在下（优选不使用溶剂），于室温～50℃下（优选室温）滴加环氧丙烷，环氧丙烷与中间体A的摩尔比为1～1.5，滴完后升温至50～70℃，反应2～8h后第二步反应结束，得到通式（3）所代表的二烷基二硫代磷酸的羟基衍生物。
步骤3：
反应釜中加入烷基苯硼酸及适量带水剂（带水剂可以为苯、甲苯、二甲苯、正庚烷等），并加入反应体系总量0.5-2.5％的固体超强酸作为催化剂。在回流状态下，滴加二烷基二硫代磷酸的羟基衍生物，烷基苯硼酸与二烷基二硫代磷酸的羟基衍生物的摩尔比为1:3；至分水量达到理论量后，停止反应，过滤，蒸除溶剂，即可得到通式（1）所代表的烷基苯硼酸衍生物。
附图说明：
图1为油品起始氧化温度的考察，将实例（1）和实例（2）所制备的苯硼酸酯化合物分别以0.2wt%加入Mobil双酯A51基础油中，利用PDSC方法进行了油品起始氧化温度的考察，试验结果见图1，图中曲线a代表基础油，曲线b代表加入实例2所制备添加剂的基础油，曲线c代表加入实例1所制备添加剂的基础油。
具体实施方式：
下面通过实例对本发明作进一步说明。
实例1
将适量十二醇加入到三口瓶中，强烈搅拌下分批加入P2S5（二者摩尔比为4﹕1），室温下继续搅拌0.5h，尔后升温致90℃下继续反应3h，待反应液彻底澄清后，得中间体；取适量上述中间体产物于三口瓶中，室温下滴加等摩尔的环氧丙烷，保温反应0.5h，尔后逐渐升温致50℃，继续反应2h，得二-十二烷基二硫代磷酸羟基衍生物；
将苯硼酸与上述产物按1﹕3的摩尔比加入到配有分水器的反应瓶中，并加入适量固体超强酸（主要成分为钛锆复合氧化物）做催化剂以及适量苯做带水剂，在70～80℃下反应4～6h,待分出接近理论量的水后，反应结束，过滤后蒸出苯，得浅黄色粘稠液体即二-十二烷基酚基二硫代磷酸羟基衍生物的苯硼酸酯
实例2
将适量C8H17OH加入到三口瓶中，加入适量甲苯作溶剂，强烈搅拌下分批加入P2S5（二者摩尔比为4﹕1），室温下继续搅拌0.5h，尔后升温致110℃下继续反应5h，待反应液彻底澄清后，蒸除甲苯后得中间体；取适量上述中间体产物于三口瓶中，室温下滴加等摩尔的环氧丙烷，保温反应0.5h，尔后逐渐升温致50℃，继续反应3h，得二-正辛基二硫代磷酸羟基衍生物；
将对-丁基苯硼酸与上述产物按1﹕3的摩尔比加入到配有分水器的反应瓶中，并加入适量固体超强酸（主要成分为硫酸根复合二氧化钛）做催化剂以及适量甲苯做带水剂，在110℃下反应5～8h,待分出接近理论量的水后，反应结束，过滤后蒸出甲苯，得黄色粘稠液体即二-正辛基二硫代磷酸羟基衍生物的对-丁基苯硼酸酯。
实例3
本实例为添加剂在润滑油中的应用试验。
在Mobil双酯A51基础油中分别加入1.0wt%实例（1）和实例（2）所制备的烷基苯硼酸酯添加剂，对其抗磨、减摩和铜片腐蚀等性能进行评价，结果见表1。结果说明，实例(1)和(2)所制备的化合物具有优良的抗磨减摩能力，而且铜片腐蚀性小。
采用自建的水解稳定性测定方法(附录1和2)对实例(1)和(2)所制备的化合物自身水解稳定性及其在基础油中的水解稳定性进行考察，并与其它常见的硼酸三丁酯进行了比较，结果见表2，结果说明本发明所涉及的烷基苯硼酸化合物不但自身具有良好的水解稳定性。而且在基础油中的也有突出的水解稳定性。
表1两种烷基苯硼酸酯化合物作为添加剂在双酯中的抗磨减摩性能
| 项目 | 基础油 | 实例(1)化合物 | 实例(2)化合物 | 试验方法 |
| 平均摩擦系数μ | 1.05 | 0.45 | 0.52 | SH/T0762 |
| D392N 60min a，mm | 0.87 | 0.34 | 0.41 | SH/T0189 |
| 铜片腐蚀(100℃，3h)，级 | 1a | 1b | 1b | GB/T5096 |
表2不同结构硼酸酯水解稳定性比较
| 项目 | 硼酸三丁酯 | 实例(1)化合物 | 实例(2)化合物 | 试验方法 |
| 化合物水解稳定性 | \ | 140秒 | 165秒 | 附录1 |
| 在基础油中的水解稳定性 | 1小时 | 15小时 | 17小时 | 附录2 |
实例4
本实例为添加剂在润滑油中的抗氧化性能。
在Mobil双酯A51基础油中分别加入0.2wt％实例(1)和实例(2)所制备的苯硼酸酯化合物，利用PDSC方法进行了油品起始氧化温度的考察，试验结果见图1(图中曲线a代表基础油，曲线b代表加入实例2所制备添加剂的基础油，曲线c代表加入实例1所制备添加剂的基础油。结果证明，实例(1)所制备的化合物使得基础油起始氧化温度提高了约50℃，实例(2)所制备的化合物使得基础油起始氧化温度提高了30℃，说明本发明报导的苯硼酸酯具有优良的抗氧化性能。
Claims (4)
1.具有通式(1)化合物的制备方法，其特征在于：将具有通式(2)的硼酸与具有通式(3)的二烷基二硫代磷酸的羟基衍生物在带水剂存在并回流下，加入固体超强酸作为催化剂，反应生成通式(1)化合物，硼酸为通式(2)所示的烷基苯硼酸，其中烷基R1为H原子或1-18个碳原子的烃基；通式(3)所示的二烷基二硫代磷酸羟基衍生物，其中R2、R3可为相同或不同的、4-18个碳原子的烃基；
式(1)中，R1、R2和R3中碳原子数的总和为12-30，化合物自身或在润滑油中均具有良好的水解稳定性。
2.根据权利要求1所述具有通式(1)化合物的制备方法，其特征在于，固体超强酸作为催化剂的加入量为反应物总重的0.5-2.5％。
3.根据权利要求1所述具有通式(1)化合物的制备方法，其特征在于，烷基苯硼酸与二烷基二硫代磷酸的羟基衍生物的摩尔比为1:3。
4.根据权利要求1所述具有通式(1)化合物的制备方法，其特征在于，所述具有通式(1)化合物为苯硼酸的二辛基二硫代磷酸酯衍生物。
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