專利名稱：一種有機(jī)硼極壓抗磨劑及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于齒輪油或液壓油的有機(jī)硼極壓抗磨劑。
隨著硫-磷型齒輪油和液壓油的發(fā)展，含硼添加劑已應(yīng)用于該類油品中。其中既有無機(jī)硼化合物，也有有機(jī)硼化合物。有機(jī)硼化合物相對于無機(jī)硼化合物具有油溶性好，水解安定性好的優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)硼化合物存在于金屬摩擦付之間，可形成硼-鐵氧化膜，起到極壓抗磨作用?，F(xiàn)有技術(shù)中使用的有機(jī)硼極壓抗磨劑主要有三芐基硼酸酯、三巰基烷基硼酸酯等等，這些化合物多為硼酸酯類，其主要問題是水解安定性較差。通過改善有機(jī)硼化合物的分子結(jié)構(gòu)，有可能改善其水解安定性。例如US3303130和US 3082169報道了環(huán)狀或四配體有機(jī)硼化合物，其水解安定性有一定改善。
本發(fā)明的目的是提供一種含硫-磷-氮元素的有機(jī)硼化合物，該化合物具有良好的水解安定性能、極壓抗磨性能和防銹性能。
本發(fā)明的另一個目的是提供上述有機(jī)硼化合物的制備方法。
本發(fā)明提供的有機(jī)硼化合物具有如下結(jié)構(gòu) 其中R1、R2為C4～C12烷基，優(yōu)選C6～C10烷基；R3、R4為C2～C4烷基，優(yōu)選C3烷基；R5為C8～C16烷基，優(yōu)選C10～C14烷基。
本發(fā)明提供的有機(jī)硼極壓抗磨化合物的制備方法包括(1)使O，O’-二烷基二硫代磷酸與環(huán)氧烷反應(yīng)并收集中間體A，即O，O’-二烷基二硫代羥基烷基磷酸酯。該步反應(yīng)為強(qiáng)烈放熱反應(yīng)，現(xiàn)有技術(shù)中一般是先將O，O’-二烷基二硫代磷酸置于冰浴下并保持0～30℃，然后滴入環(huán)氧烷，滴完后在此溫度下繼續(xù)反應(yīng)約0.5～1小時，再升溫至60～70℃反應(yīng)2～4小時，得到中間體A。其中O，O’-二烷基二硫代磷酸與環(huán)氧烷的理論摩爾比為1∶1。O，O’-二烷基二硫代磷酸中的烷基為C4～C12烷基，優(yōu)選C6～C10烷基，所說環(huán)氧烷選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷和環(huán)氧丁烷。
(2)在50～90℃，優(yōu)選70～80℃下使中間體A與五氧化二磷反應(yīng)，并收集中間體B，即二(O，O’-二烷基二硫代羥基烷基磷酸酯基)磷酸。其中反應(yīng)時間一般為1～5小時，中間體A與五氧化二磷的理論摩爾比為2∶1。
(3)使中間體B與環(huán)氧烷反應(yīng)并收集中間體C，即二(O，O’-二烷基二硫代羥基烷基磷酸酯基)羥烷基磷酸酯。該步反應(yīng)條件與第一步類似，也需要將中間體B置于冰浴下并保持0～30℃，然后滴入環(huán)氧烷，滴完后在此溫度下繼續(xù)反應(yīng)約0.5～1小時，再升溫至60～70℃反應(yīng)2～4小時，得到中間體C。其中中間體B與環(huán)氧烷的理論摩爾比為1∶1。
(4)在烴溶劑的存在下，使中間體C與硼酸進(jìn)行回流反應(yīng)1～4小時，并收集中間體D，即[二(O，O’-二烷基二硫代羥基烷基磷酸酯基)羥烷基磷酸酯基]硼酸酯。其中烴溶劑選自甲苯、二甲苯、石油醚、四氫呋喃等等。中間體C與硼酸的理論摩爾比為1∶1。
(5)在30～80℃，優(yōu)選50～60℃使中間體D與烷基胺反應(yīng)并收集產(chǎn)物。反應(yīng)時間一般為1～3小時，中間體D與烷基胺的理論摩爾比為1∶1。所說烷基胺為C8～C16烷基胺，優(yōu)選C10～C14烷基胺。
本發(fā)明提供的有機(jī)硼極壓抗磨劑除了具有良好的極壓抗磨性能外，還具有良好的油溶性、水解安定性以及較小的腐蝕性，同時與含硫極壓劑—硫化異丁烯復(fù)合使用具有增效作用。
下面通過實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)例1(1)在250ml三口瓶中加入177克O，O’-二辛基二硫代磷酸，冰浴下保持30℃，滴入29克環(huán)氧丙烷，0.5小時滴完，保持此溫度繼續(xù)反應(yīng)約0.5小時，撤下冰浴，油浴升溫至60℃，反應(yīng)3小時，得中間體A。
(2)在250ml三口瓶中，加入206克中間體A，并分批加入35.5克五氧化二磷，0.5小時加完。維持溫度60℃，攪拌反應(yīng)3小時，得中間體B。
(3)在500ml三口瓶中，加入295克中間體B，冰浴下保持20℃，滴入39克環(huán)氧丙烷，0.5小時滴完，保持此溫度繼續(xù)反應(yīng)約0.5小時，撤下冰浴，油浴升溫至60℃，反應(yīng)3小時，得到中間體C。
(4)在500ml三口瓶中，加入100克甲苯和236克中間體C，加熱至回流，加入16克硼酸，回流反應(yīng)2小時，得中間體D。
(5)在500ml三口瓶中，加入247克中間體D和46克C12叔烷基胺，加熱升溫至60℃，反應(yīng)1小時，得產(chǎn)品P1，為淺黃色油狀液體。
實(shí)例2(1)在250ml三口瓶中加入121克O，O’-二丁基二硫代磷酸，冰浴下保持10℃，滴入29克環(huán)氧丙烷，0.5小時滴完，保持此溫度繼續(xù)反應(yīng)約0.5小時，撤下冰浴，油浴升溫至65℃，反應(yīng)3小時，得中間體A。
(2)在250ml三口瓶中，加入150克中間體A，并分批加入35.5克五氧化二磷，0.5小時加完。維持溫度60℃，攪拌反應(yīng)3小時，得中間體B。
(3)在500ml三口瓶中，加入219克中間體B，冰浴下保持30℃，滴入39克環(huán)氧丙烷，0.5小時滴完，保持此溫度繼續(xù)反應(yīng)約0.5小時，撤下冰浴，油浴升溫至70℃，反應(yīng)3小時，得到中間體C。
(4)在500ml三口瓶中，加入100克甲苯和205克中間體C，加熱至回流，加入16克硼酸，回流反應(yīng)2小時，得中間體D。
(5)在500ml三口瓶中，加入219克中間體D和46克C12叔烷基胺，加熱升溫至55℃，反應(yīng)1小時，得產(chǎn)品P2，為淺黃色油狀液體。
對比例1本實(shí)例為現(xiàn)有技術(shù)中使用的不含硼的極壓抗磨劑T307的制備。
在500ml三口瓶中，加入236克實(shí)例1得到的中間體C和46克C12叔烷基胺，在55℃溫度下反應(yīng)1小時，得對比產(chǎn)品Pc。
實(shí)例3本實(shí)例為極壓抗磨性能試驗(yàn)。
將實(shí)例1、2和對比例1所得產(chǎn)品分別進(jìn)行四球試驗(yàn)(GB/T 3142)，基礎(chǔ)油為SAE90(650SN∶150BS＝1∶1)，極壓抗磨劑在基礎(chǔ)油中的含量均為1％。結(jié)果列于表1。
表1
從表1結(jié)果中可以看出，產(chǎn)品P1和P2與對比產(chǎn)品Pc相比，極壓抗磨性能都明顯提高，說明本發(fā)明的有機(jī)硼極壓抗磨劑有更好的極壓抗磨性能。
實(shí)例4本實(shí)例為水解安定性試驗(yàn)。
將實(shí)例1、2和對比例1所得產(chǎn)品分別進(jìn)行水解安定性試驗(yàn)(SH/T0301)，基礎(chǔ)油為SAE90(650SN∶150BS＝1∶1)，極壓抗磨劑在基礎(chǔ)油中的含量均為2％。結(jié)果列于表2。
表2
從表1結(jié)果中可以看出，產(chǎn)品P1和P2與對比產(chǎn)品Pc相比，其水解安定性均有明顯提高。說明在該有機(jī)物之分子結(jié)構(gòu)中，硼元素的引入，對其水解安定性并無不良影響，甚至提高了它的水解安定性。
實(shí)例5本實(shí)例為液相銹蝕試驗(yàn)。
將實(shí)例1、2和對比例1所得產(chǎn)品分別進(jìn)行液相銹蝕試驗(yàn)(GB/T11143，A法)，基礎(chǔ)油為SAE90(650SN∶150BS＝1∶1)，極壓抗磨劑在基礎(chǔ)油中的含量均為1％。結(jié)果列于表3。
表3
表3結(jié)果說明，本發(fā)明提供的有機(jī)硼化合物的防銹蝕性能優(yōu)于對比產(chǎn)品。
實(shí)例6本實(shí)例為極壓抗磨性能試驗(yàn)。
將實(shí)例1、2和對比例1所得產(chǎn)品分別與傳統(tǒng)的含硫極壓劑—硫化異丁烯(代號Ps)進(jìn)行復(fù)配，然后進(jìn)行四球試驗(yàn)(GB/T 3142)?；A(chǔ)油為SAE90(650SN∶150BS＝1∶1)，極壓抗磨劑在基礎(chǔ)油中的濃度為硫化異丁烯2％，P1、P2和Pc的濃度均為1％。試驗(yàn)結(jié)果列于表4。
表4
可見，本發(fā)明提供的有機(jī)硼化合物與硫化異丁烯復(fù)合均有增效作用，與單獨(dú)使用有機(jī)硼化合物時的極壓和抗磨效果都有不同程度的增加(與實(shí)例3相比)。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)硼化合物，具有以下結(jié)構(gòu) 其中R1、R2為C4～C12烷基；R3、R4為C2～C4烷基；R5為C8～C16烷基。
2.按照權(quán)利要求1所述的有機(jī)硼化合物，其特征在于，R1、R2為C6～C10烷基；R3、R4為C3烷基；R5為C10～C14烷基。
3.權(quán)利要求1所述的有機(jī)硼化合物的制備方法，包括(1)使O，O’-二烷基二硫代磷酸與選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷和環(huán)氧丁烷的環(huán)氧烷反應(yīng)，收集中間體A，即O，O’-二烷基二硫代羥基烷基磷酸酯，其中的烷基為C4～C12烷基；(2)在50～90℃下使中間體A與五氧化二磷反應(yīng)，收集中間體B，即二(O，O’-二烷基二硫代羥基烷基磷酸酯基)磷酸；(3)使中間體B與選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷和環(huán)氧丁烷的環(huán)氧烷反應(yīng)，收集中間體C，即二(O，O’-二烷基二硫代羥基烷基磷酸酯基)羥烷基磷酸酯；(4)在烴溶劑的存在下，使中間體C與硼酸進(jìn)行回流反應(yīng)，收集中間體D，即[二(O，O’-二烷基二硫代羥基烷基磷酸酯基)羥烷基磷酸酯基]硼酸酯；(5)在30～80℃使中間體D與C8～C16烷基胺反應(yīng)，并收集產(chǎn)物。
4.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)在0～30℃滴入環(huán)氧烷，滴完后在此溫度下繼續(xù)反應(yīng)0.5～1小時，再升溫至60～70℃反應(yīng)2～4小時。
5.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)在70～80℃下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時間為1～5小時。
6.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)在0～30℃滴入環(huán)氧烷，滴完后在此溫度下繼續(xù)反應(yīng)0.5～1小時，再升溫至60～70℃反應(yīng)2～4小時。
7.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)在烴溶劑的存在下，進(jìn)行回流反應(yīng)1～4小時，其中烴溶劑選自甲苯、二甲苯、石油醚和四氫呋喃。
8.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)在50～60℃反應(yīng)1～3小時。
9.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所說的烷基為C6～C10烷基。
10.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)中所說烷基胺為C10～C14烷基胺。
全文摘要
一種有機(jī)硼化合物，具有以下結(jié)構(gòu)其中R
文檔編號C10M135/00GK1393539SQ0111981
公開日2003年1月29日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者李云朋, 楊愛玲 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院