CN104946343B - 一种具有防锈极压能力的水基添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种同时具有防锈和极压性能的水基添加剂，其结构式为：或其中R1为碳原子数小于4的醇，

Description

一种具有防锈极压能力的水基添加剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于润滑油添加剂有机化合物技术领域，尤其涉及一种具有防锈极压能力的水基添加剂，及其此水基添加剂的制备方法，以及此水基添加剂作为润滑油添加剂的应用。
背景技术
随着世界各国对能源和环保问题的极大关注，石油枯竭、能源危机和环境污染已经成为了世界性的重大问题。从可持续发展的角度来看，为了减少在金属加工和润滑方面对石油长期以来的依赖，发展具有优良性能的绿色环保型水基润滑材料具有重大的社会意义和市场前景。由于水基润滑材料具有来源广泛、储运方便、不燃烧、价格低廉等优点，在某些领域，水基润滑液已经取代了油基润滑。但是，相对于油来说水的表面张力、粘度和粘压系数较低，润滑性能差较差，因此人们尝试着在水中添加各种功能添加剂来改善其润滑性能。
近年来，人们开展了大量的研究，通过在水中加入各种水溶性添加剂来改善水的润滑性能。专利CN 104193774A公开了一种具有良好的润滑性、防锈性和抗硬水性的妥尔油酸二乙酰胺硼酸酯添加剂，该添加剂可用于金属加工中的切削液。专利CN 102659826A公开了一种具有极压抗磨、防锈、抗菌等多功能的直链二元羧酸二烷醇酰胺硼酸酯水基添加剂。专利CN 102925250A公开了一种具有优良的抗磨减摩性能的含磷硼酸酯水基润滑剂。但是将单乙醇胺硼酸酯与极压抗磨性良好的硫磷酸集合于一个分子内，合成一种同时具有防锈和极压能力的水基添加剂还未见报道。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种同时具有防锈能力和极压能力的水基添加剂。
本发明的另一目的是提供一种此水基添加剂的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种此水基添加剂作为润滑油添加剂的应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现:
一种具有防锈极压能力的水基添加剂，其结构通式为：
其中R1为碳原子数小于4的醇基，为亲水的脂肪醇聚合物。
一种具有防锈和极压能力的水基添加剂，其合成步骤为：
a、单乙醇胺硼酸酯的合成：在装有搅拌器、温度计和分水器的三口瓶中装入硼酸、单乙醇胺和甲苯作为带水剂，100～120℃下搅拌反应4～8h，待分水器中的水不再增加后反应结束，减压蒸馏除去剩余的甲苯、的水及的单乙醇胺后，得淡黄色粘稠液体，即为单乙醇胺硼酸酯；结构式如通式1所示：
b、硫代磷酸酯的合成：将醇加入到步骤a的三口瓶中，并连上气体吸收装置(所述气体吸收装置为NaOH的水溶液)，以正庚烷作溶剂，强烈搅拌下缓慢加入P2S5，室温下继续搅拌0.5～1h，反应剧烈进行，放热并伴有大量H2S气体放出，然后升温至90℃下继续反应3h，待反应体系彻底澄清后，蒸除溶剂得硫代磷酸酯；结构式如通式2所示：
c、将步骤a中制备的单乙醇胺的硼酸酯缓慢滴加入步骤b中生成的硫代磷酸酯中，80～100℃下保温3～5h，得到硫代磷酸酯的单乙醇胺盐的硼酸酯；结构式如通式3所示；
其中，R1为碳原子数小于4的醇，为亲水的脂肪醇聚合物。
本发明具有以下优点：
单乙醇胺的硼酸酯是一类性能良好的防锈单剂，硫、磷元素是人们早期用于油性润滑剂中的活性元素，具有良好的极压抗磨性。通过分子设计的观点，将防锈性良好的单乙醇胺硼酸酯与极压抗磨性良好的硫磷酸集合于一个分子内，合成一种同时具有防锈和极压能力的水基添加剂。
本发明提供的添加剂造价低廉、原料来源充足，具有良好的防锈性和极压抗磨能力，可非常方便广泛地应用于金属加工领域。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
硫代磷酸乙酯的单乙醇胺盐的硼酸酯，其合成步骤为：
a、在装有搅拌器、温度计和分水器的三口瓶中装入0.2mol硼酸、0.64mol单乙醇胺和少量甲苯作为带水剂，100～120℃下搅拌反应4～8h，待分水器中的水不再增加后反应结束，减压蒸馏除去剩余的甲苯、少量的水及过量的单乙醇胺后，得淡黄色粘稠液体，即为单乙醇胺硼酸酯；
b、将1.3mol乙醇加入到三口瓶中，并连上气体吸收装置(NaOH的水溶液)，以正庚烷作溶剂，强烈搅拌下分批加入0.4mol P2S5，室温下继续搅拌0.5～1h，反应剧烈进行，放热并伴有大量H2S气体放出，升温至90℃下继续反应3h，待反应体系彻底澄清后，蒸除溶剂后得无色透明油状液体，即为硫代磷酸乙酯；
c、将0.2mol步骤a中制备的单乙醇胺硼酸酯缓慢滴加入0.8mol步骤b中生成的硫代磷酸乙酯中，80～100℃下保温3～5h，得到淡黄色粘稠液体，即为硫代磷酸乙酯的单乙醇胺盐的硼酸酯。
实施例2
硫代磷酸聚乙二醇酯的单乙醇胺盐的硼酸酯，其合成步骤为：
a在装有搅拌器、温度计和分水器的三口瓶中装入0.2mol硼酸、0.8mol单乙醇胺和少量甲苯作为带水剂，100～120℃下搅拌反应4～8h，待分水器中的水不再增加后反应结束，减压蒸馏除去剩余的甲苯、少量的水及过量的单乙醇胺后，得淡黄色粘稠液体，即为单乙醇胺硼酸酯；
b将1.2mol聚乙二醇(PEG 200)加入到三口瓶中，并连上气体吸收装置(NaOH的水溶液)，以正庚烷作溶剂，强烈搅拌下分批加入0.3mol P2S5，室温下继续搅拌0.5～1h，反应剧烈进行，放热并伴有大量H2S气体放出，升温至90℃下继续反应3h，待反应体系彻底澄清后，蒸除溶剂后得无色透明油状液体，即为硫代磷酸聚乙二醇酯；
c将0.2mol步骤a中制备的单乙醇胺硼酸酯缓慢滴加入0.6mol步骤b中生成的硫代磷酸聚乙二醇酯中，80～100℃下保温3～5h，得到淡黄色粘稠液体，即为硫代磷酸聚乙二醇酯的单乙醇胺盐的硼酸酯。
实施例3
硫代磷酸月桂醇聚氧乙烯醚酯的单乙醇胺盐的硼酸酯，其合成步骤为：
a在装有搅拌器、温度计和分水器的三口瓶中装入0.2mol硼酸、0.8mol单乙醇胺和少量甲苯作为带水剂，100～120℃下搅拌反应4～8h，待分水器中的水不再增加后反应结束，减压蒸馏除去剩余的甲苯、少量的水及过量的单乙醇胺后，得淡黄色粘稠液体，即为单乙醇胺硼酸酯；
b将1.2mol月桂醇聚氧乙烯醚加入到三口瓶中，并连上气体吸收装置(NaOH的水溶液)，以正庚烷作溶剂，强烈搅拌下分批加入0.3mol P2S5，室温下继续搅拌0.5～1h，反应剧烈进行，放热并伴有大量H2S气体放出，升温至90℃下继续反应3h，待反应体系彻底澄清后，蒸除溶剂后得无色透明油状液体，即为硫代磷酸月桂醇聚氧乙烯醚酯；
c将0.2mol步骤a中制备的单乙醇胺硼酸酯缓慢滴加入0.6mol步骤b中生成的硫代磷酸月桂醇聚氧乙烯醚酯中，80～100℃下保温3～5h，得到淡黄色粘稠液体，即为硫代磷酸月桂醇聚氧乙烯醚酯的单乙醇胺盐的硼酸酯。
将合成的实施例1到实施例3具有防锈及极压能力的水基添加剂直接溶于水中，来考察其性能。为了更好地了解本发明中提供的添加剂的性能，我们以目前市场上比较畅销的结构为单乙醇胺的硼酸酯的科莱恩的Hostacor 692(结构式类似于通式2所示)作为对比添加剂(由科莱恩化工中国有限公司提供)，来做防锈性实验和摩擦学性能实验。
防锈性实验：
按中华人民共和国机械行业标准JB-T9189-1999提供的防锈实验测定该添加剂对铸铁粉末的防锈性。配制质量分数为2.0％的三个实施例的添加剂和对比添加剂水溶液，在25～35℃的温度范围内测其防锈性。实验发现，本发明中提供的三种添加剂和对比添加剂在48h内均未出现锈点，可见，本发明中提供的添加剂具有与Hostacor 692相媲美的防锈性。
摩擦学性能实验：
承载性能用四球摩擦试验机(济南试验机厂生产的MQ-12-EP型)测试，摩擦磨损实验在机械式长时抗磨损试验机(济南试验机厂生产的MRS-1J型)上进行。将本发明中的实施例的三个添加剂和对比添加剂Hostacor 692以质量分数2.0％添加于水中，测四种溶液的抗卡咬负荷PB值、抗烧结负荷PD值、磨斑直径WSD值和摩擦系数。实验结果如表1所示。
表1摩擦学实验结果
由表1的实验结果可以看出，三个实施例的产品具有较好的极压性和抗磨减摩能力，而对比添加剂Hostacor 692的极压性和抗磨减摩能力较差。
通过两个对比例的实验结果可以发现，在单乙醇胺硼酸酯分子的基础上引入极压抗磨性能好的硫、磷元素后合成的添加剂不仅具有良好的防锈性能，也具有良好的极压抗磨能力。

Claims (9)

1.一种具有防锈极压能力的水基添加剂的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
a、单乙醇胺硼酸酯的合成：在装有搅拌器、温度计和分水器的三口瓶中装入硼酸、单乙醇胺和甲苯作为带水剂，100～120℃下搅拌反应4～8h，待分水器中的水不再增加后反应结束，减压蒸馏除去剩余的甲苯、水及单乙醇胺后，得淡黄色粘稠液体，即为单乙醇胺硼酸酯，其结构通式为
b、硫代磷酸酯的合成：将醇加入到步骤a的三口瓶中，并连上NaOH的水溶液气体吸收装置，以正庚烷作溶剂，强烈搅拌下缓慢加入P2S5，室温下继续搅拌0.5～1h，反应剧烈进行，放热并伴有大量H2S气体放出，然后升温至90℃下继续反应3h，待反应体系彻底澄清后，蒸除溶剂得硫代磷酸酯，其结构通式为其中，R1为碳原子数小于4的醇基 ，为亲水的脂肪醇聚合物；
c、将步骤a中制备的单乙醇胺的硼酸酯滴加入步骤b中生成的硫代磷酸酯中，80～100℃下保温3～5h，得到硫代磷酸酯的单乙醇胺盐的硼酸酯，其结构通式为其中，R1为碳原子数小于4的醇基 ，为亲水的脂肪醇聚合物。
2.如权利要求1所述的具有防锈极压能力的水基添加剂的制备方法，其特征是：所述水基添加剂为硫代磷酸乙酯的单乙醇胺盐的硼酸酯。
3.如权利要求1所述的具有防锈极压能力的水基添加剂的制备方法，其特征是：所述水基添加剂为硫代磷酸聚乙二醇酯的单乙醇胺盐的硼酸酯。
4.如权利要求1所述的具有防锈极压能力的水基添加剂的制备方法，其特征是：所述水基添加剂为硫代磷酸月桂醇聚氧乙烯醚酯的单乙醇胺盐的硼酸酯。
5.如权利要求1所述的具有防锈极压能力的水基添加剂的制备方法，其特征是：步骤a中硼酸与单乙醇胺的摩尔比为1:(3.2～4)。
6.如权利要求1所述的具有防锈极压能力的水基添加剂的制备方法，其特征是：步骤b中的醇为碳原子数小于4的醇或亲水的脂肪醇聚合物。
7.如权利要求1所述的具有防锈极压能力的水基添加剂的制备方法，其特征是：步骤b中的醇与P2S5的摩尔比为4:(1～1.2)。
8.如权利要求1所述的具有防锈极压能力的水基添加剂的制备方法，其特征是：步骤c中的单乙醇胺的硼酸酯与硫代磷酸酯的摩尔比为1:(3～4)。
9.如权利要求1所述的具有防锈极压能力的水基添加剂的制备方法，其特征是：将该种制备方法制备的具有防锈极压能力的水基添加剂直接溶于水中，作为水基润滑剂的添加剂的应用。
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