CN113388434B - 极压抗磨剂组合物、极压抗磨剂及空间润滑剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种极压抗磨剂组合物、极压抗磨剂以及应用该极压抗磨剂的空间润滑剂，其中该极压抗磨剂组合物包括环烷酸盐和稀释剂，其中稀释剂为多烷基环戊烷，多烷基环戊烷的通式如式I所示；其中，R¹为C₅～C₂₄的正构或异构烷基，n为2～4的正整数；环烷酸盐通过环烷酸与金属盐反应制得，环烷酸的平均相对分子质量为170～300。本发明提供的极压抗磨剂在空间润滑剂基础油多烷基环戊烷中具有优良的溶解性和低温稳定性，具有优异的低挥发特性，可满足空间润滑剂的低挥发要求，具有良好的空间润滑应用前景。

Description

极压抗磨剂组合物、极压抗磨剂及空间润滑剂

技术领域

本发明涉及润滑剂领域，具体涉及一种极压抗磨剂组合物及其制备方法。

背景技术

空间润滑剂主要用于空间装置运动部件的润滑，由于处于高真空度的太空环境下，需要具有优良的低挥发特性和润滑性能，保证润滑部件的长期稳定运行。多烷基环戊烷具有极低的挥发性和饱和蒸气压，良好的黏温性能和润滑性能，是一种理想的空间润滑剂基础油。环烷酸铅的挥发性小于磷酸酯型极压抗磨剂，同时在长期边界润滑条件下具有良好的极压抗磨性能，可用作空间润滑剂的极压抗磨剂，但要求具有优良的溶解性、低温稳定性和低挥发特性。

环烷酸铅的合成方法已公开，主要包括复分解法、直接反应法、微波原位合成法等。复分解法制备环烷酸铅是用氢氧化钠溶液将环烷酸皂化，加入醋酸铅溶液进行复分解反应，加入溶剂油后处理得到环烷酸铅。1991年第4期《精细化工》发表的《直接法合成环烷酸铅的研究》披露了在羧酸及其衍生物催化下，环烷酸与氧化铅直接反应，以200#溶剂汽油为稀释剂制得环烷酸铅添加剂。2011年8月《化学物理学报》发表的《环烷酸铅和烷基水杨酸铅的微波原位合成及其摩擦学性能》披露了采用微波原位合成法合成环烷酸铅液体石蜡溶液。

然而，目前用于常规润滑油脂的环烷酸铅由于对环烷酸原料未加选择，在多烷基环戊烷中的溶解性不佳，低温易析出，环烷酸未精制，且以矿物油、溶剂汽油为稀释剂，易挥发，无法达到空间润滑剂的要求。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种极压抗磨剂组合物，以及包含该极压抗磨剂组合物的极压抗磨剂和应用该极压抗磨剂的空间润滑剂，以解决现有极压抗磨剂在以多烷基环戊烷为基础油的空间润滑剂中溶解性差、稳定性低，难以满足空间润滑剂低挥发要求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种极压抗磨剂组合物，包括环烷酸盐和稀释剂，其中，稀释剂为多烷基环戊烷，多烷基环戊烷的通式如式I所示：

其中，R¹为C₅～C₂₄的正构或异构烷基，n为2～4的正整数；

环烷酸盐通过环烷酸与金属盐反应制得，环烷酸的平均相对分子质量为170～300。

根据本发明的一个实施方式，环烷酸盐与稀释剂的比例为100：(10～100)。

根据本发明的一个实施方式，所述环烷酸为在真空度1torr～3torr下，经减压蒸馏后馏出温度为130℃～145℃馏分段的环烷酸。

根据本发明的一个实施方式，环烷酸为脱除中性油的精制环烷酸。

根据本发明的一个实施方式，环烷酸为馏出温度为130℃～145℃馏分段的环烷酸。

根据本发明的一个实施方式，R¹为C₁₀～C₂₄的正构或异构烷基，n为2～3。

根据本发明的一个实施方式，环烷酸盐为环烷酸铅。

根据本发明的一个实施方式，极压抗磨剂组合物中金属含量为20wt％～40wt％。

本发明的第二个方面提供一种极压抗磨剂，包含上述极压抗磨剂组合物。

本发明的第三个方面提供一种空间润滑剂，包括基础油和上述极压抗磨剂，其中所述基础油为所述多烷基环戊烷。

根据本发明的一个实施方式，基础油与极压抗磨剂的质量比为100：(1～15)。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：

本发明提出的极压抗磨剂组合物，通过选用特定分子量范围的环烷酸作为原料，并对其进行精制处理，使所得环烷酸盐在多烷基环戊烷稀释剂中具有良好的溶解性，同时具有优异的低温稳定性和低挥发性；此外，通过采用多烷基环戊烷作为稀释剂，替代原有的矿物油或溶剂汽油等，可进一步降低极压抗磨剂的挥发性。所制得的极压抗磨剂适用于空间润滑剂，具有良好的工业应用前景。

具体实施方式

以下内容提供了不同的实施例或范例，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。当然，这些仅仅是范例，而非意图限制本发明。在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应当被视为在本文中具体公开。

本发明的第一个方面提供一种极压抗磨剂组合物，包括环烷酸盐和稀释剂，其中，稀释剂为多烷基环戊烷，多烷基环戊烷的通式如式I所示：

其中，R¹为C₅～C₂₄的正构或异构烷基，n为2～4的正整数；

环烷酸盐通过环烷酸与金属盐反应制得，环烷酸的平均相对分子质量为170～300。其中，所述“平均相对分子质量”是采用SH/T 0583方法测定的。

本领域技术人员可知，环烷酸又称石油酸，是原油加工过程中分离得到的复杂羧酸混合物，包括环戊基、环己基羧酸等，分子量一般为120至700，其主体部分是有9～20碳原子的环烷基有机羧酸。本发明的发明人发现，通过对环烷酸减压蒸馏切割特定馏分段，经过精制后所得的特定分子量范围的环烷酸所获得的环烷酸盐用作极压抗磨剂，在多烷基环戊烷中具有优良的溶解性和低温稳定性。具体地，本发明选用的环烷酸的平均相对分子质量为170～300，优选为180～280，例如，180，220，250，280等。其中，环烷酸包含至少一个五元环或六元环，其上连接有直链或支链烷基，并包含羧基。可选地，例如，该环烷酸包括但不限于含五元环和/或六元环的单环和多环有机羧酸的混合物，较简单的结构有甲基环戊烷、甲基环己酸等。

在一些实施例中，前述的特定馏分段的环烷酸为在真空度1torr～3torr下，经减压蒸馏后馏出温度为130℃～145℃馏分段的环烷酸，例如130℃、132℃、135℃、141℃、145℃等。

此外，根据本发明，多烷基环戊烷具有极低的挥发性和饱和蒸气压，良好的黏温性能和润滑性能，是一种理想的空间润滑剂基础油。环烷酸盐，尤其是环烷酸铅，其挥发性小，但作为极压抗磨剂仍需要求具有优良的溶解性、低温稳定性和低挥发特性。本发明的发明人发现，通过以多烷基环戊烷作为稀释剂，替代原有的矿物油或溶剂汽油等，可以降低极压抗磨剂的挥发性，并进一步与以多烷基环戊烷作为基础油的空间润滑剂具有良好的相容性。

在一些实施例中，还包括对前述的环烷酸进行精制处理，以脱除中性油，得到精制环烷酸。环烷酸中常混有中性油，中性油对所述极压抗磨剂低挥发性存在不利影响，须脱除方可用于合成环烷酸盐。对所述环烷酸脱除中性油，可用碱性溶液将环烷酸中和至碱性，采用石油醚反复萃取中性油，然后用强酸酸化碱液，经过洗涤、干燥、过滤、蒸馏等一系列操作，得到脱除中性油的精制环烷酸。通过对环烷酸进行精制，可大大降低抗磨剂组合物的挥发性，同时避免后续不必要的副反应发生，有利于提高所得极压抗磨剂组合物的性能。

在一些实施例中，环烷酸盐与稀释剂的比例为100：(10～100)，例如，100：20，100：35，100：50，100：55，100：60等。环烷酸盐的浓度过高黏度会很大，使用不便，也可能会出现析出现象，不宜稳定储存，优选地，前述比例为100：(20～60)。前述的金属盐一般可以为醋酸盐等，环烷酸盐优选为环烷酸铅。在一些实施例中，极压抗磨剂组合物中金属含量为20wt％～40wt％，优选为25wt％～35wt％，例如25wt％，28wt％，30wt％，32wt％等。以醋酸铅为例，具体的极压抗磨剂组合物的制备过程主要如下：

采用质量分数为10％～20％的氢氧化钠溶液将前述特定分子量的精制环烷酸完全皂化，反应温度为80℃～100℃，反应时间1h～3h，加入甲苯等有机溶剂使其充分溶解。在搅拌、有机溶剂回流条件下，加入质量分数为15％～20％的醋酸铅溶液反应生成环烷酸铅，反应时间1h～3h，醋酸铅略过量。反应结束后体系静置后弃去水层，热水洗涤有机层3次～6次。脱水后加入前述的多烷基环戊烷作为稀释剂，减压蒸馏即得到本发明的极压抗磨剂组合物，其呈现褐色粘稠液体。

本发明还提供一种极压抗磨剂，包括前述的极压抗磨剂组合物。根据实际需要，还可向其中添加其他助剂，本发明不限于此。

根据本发明，多烷基环戊烷具有很低的挥发性。通过前述处理后的环烷酸盐，可以与稀释剂多烷基环戊烷具有很好的相容性。可选地，前述R¹为C₁₀～C₂₄的正构或异构烷基，n为2～3，也即多烷基环戊烷为含2个或3个正构或异构C₁₀～C₂₄烷基链的多烷基环戊烷。需要说明的是，本发明的多烷基环戊烷的制备方法可采用本领域常规方法制备获得或市售购得，本发明不限于此。

本发明还提供一种空间润滑剂，包括上述的极压抗磨剂以及基础油，其中该基础油为多烷基环戊烷。在一些实施例中，基础油与极压抗磨剂的质量比为100：(1～15)，优选100：(3～10)。通过选用特定分子量的环烷酸原料，并对其进行精制处理，所得的环烷酸盐可以采用低挥发性的多烷基环戊烷作为稀释剂，使所得极压抗磨剂在空间润滑剂基础油多烷基环戊烷中具有优良的溶解性和低温稳定性，具有良好的低挥发特性，满足空间润滑剂的低挥发要求。

下面将通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。

制备例1

本制备例用于说明以下实施例所用多烷基环戊烷的制备方法。

将正癸醇、固体氢氧化钾和双环戊二烯混合后加入装有搅拌器、分液漏斗、冷凝管、分水器、温度计的烧瓶中加热反应，当分水器不再有水生成时，停止反应，反应产物水洗、干燥、过滤后，得到多正癸基环戊二烯。将多正癸基环戊二烯与正庚烷配成稀释度10％的溶液，200g此溶液加入3.6g非晶态镍催化剂混合后放入高压反应釜，通入氢气直至氢压达到5MPa,在良好搅拌下加热至155℃，反应20h，反应产物冷却后过滤，得到多正癸基环戊烷。

实施例1

以平均相对分子质量为203的环烷酸(对环烷酸减压蒸馏，真空度3torr，得到馏出温度为130℃～135℃馏分段)作为原料，脱除其中的中性油。之后加入质量分数为10％的氢氧化钠溶液完全皂化，皂化温度为85℃，皂化时间1h，随后加入甲苯使其充分溶解，搅拌、甲苯回流条件下加入质量分数为15％的醋酸铅溶液反应2h生成环烷酸铅。反应结束后弃去水层，80℃热水洗涤有机层4次，脱水后加入制备例1的多烷基环戊烷为稀释剂，稀释剂与环烷酸铅的质量比为20:100，减压蒸馏得到极压抗磨剂。

实施例2

以平均相对分子质量为203的环烷酸(对环烷酸减压蒸馏，真空度3torr，得到馏出温度为130℃～135℃馏分段)作为原料，脱除其中的中性油。之后加入质量分数为20％的氢氧化钠溶液完全皂化，皂化温度为90℃，皂化时间1.5h，随后加入甲苯使其充分溶解，搅拌、甲苯回流条件下加入质量分数为15％的醋酸铅溶液反应3h生成环烷酸铅。反应结束后弃去水层，80℃热水洗涤有机层6次，脱水后加入制备例1的多烷基环戊烷为稀释剂，稀释剂与环烷酸铅的质量比为50:100，减压蒸馏得到极压抗磨剂。

实施例3

以平均相对分子质量为262的环烷酸(对环烷酸减压蒸馏，真空度3torr，得到馏出温度为135℃～145℃馏分段)作为原料，采用冷冻过滤法对其进行精制处理，脱除其中的脂肪酸和中性油。之后加入质量分数为20％的氢氧化钠溶液完全皂化，皂化温度为90℃，皂化时间1.5h，随后加入甲苯使其充分溶解，搅拌、甲苯回流条件下加入质量分数为15％的醋酸铅溶液反应3h生成环烷酸铅。反应结束后弃去水层，80℃热水洗涤有机层6次，脱水后加入制备例1的多烷基环戊烷为稀释剂，稀释剂与环烷酸铅的质量比为50:100，减压蒸馏得到极压抗磨剂。

对比例1

采用实施例3的方法制备极压抗磨剂，不同的是，以平均相对分子质量为346的环烷酸(对环烷酸减压蒸馏，真空度3torr，得到馏出温度为150℃～155℃馏分段)作为原料。

对比例2

采用实施例3的方法制备极压抗磨剂，不同的是，稀释剂为150SN中性油，稀释剂比例不变。

测试例1

对实施例1～3和对比例1和2的极压抗磨剂进行测试，测试方法和结果见表1。

表1

从上表1可以看出，本发明的极压抗磨剂在多烷基环戊烷基础油中表现出了优异的性能，相比于非特定分子量的环烷酸原料或采用中性油作为稀释剂的极压抗磨剂，其都具有更好的溶解性、低温稳定性和低挥发性，适用于空间润滑剂。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种极压抗磨剂组合物，包括环烷酸盐和稀释剂，其中，所述稀释剂为多烷基环戊烷，所述多烷基环戊烷的通式如式I所示：

其中，R¹为C₅～C₂₄的正构或异构烷基，n为2～4的正整数；

所述环烷酸盐通过环烷酸与金属盐反应制得，所述环烷酸的平均相对分子质量为170～300；

所述环烷酸为脱除中性油的精制环烷酸。

2.根据权利要求1所述的极压抗磨剂组合物，其特征在于，所述环烷酸盐与所述稀释剂的质量比为100：(10～100)。

3.根据权利要求1所述的极压抗磨剂组合物，其特征在于，所述环烷酸为在真空度1torr～3torr下，经减压蒸馏后馏出温度为130℃～145℃馏分段的环烷酸。

4.根据权利要求1所述的极压抗磨剂组合物，其特征在于，R¹为C₁₀～C₂₄的正构或异构烷基，n为2～3。

5.根据权利要求1所述的极压抗磨剂组合物，其特征在于，所述环烷酸盐为环烷酸铅。

6.根据权利要求1所述的极压抗磨剂组合物，其特征在于，所述极压抗磨剂组合物中金属含量为20wt％～40wt％。

7.一种极压抗磨剂，包含权利要求1～6中任一项所述极压抗磨剂组合物。

8.一种空间润滑剂，包括基础油和权利要求7所述的极压抗磨剂，其中所述基础油为多烷基环戊烷。

9.根据权利要求8所述的空间润滑剂，其特征在于，所述基础油与所述极压抗磨剂的质量比为100：(1～15)。