专利名称：一种硼酸盐抗磨极压添加剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及润滑脂或润滑剂添加剂领域，具体地，本发明涉及一种硼酸盐抗磨极压添加剂、制备方法及其使用方法。
背景技术：
硼酸盐是八十年代初才引起人们关注的一类极压抗磨添加剂，国内外许多研究结果表明硼酸盐作为极压添加剂具有其独特的优越性抗磨性好、无毒、无气味、不会腐蚀金属，耐高温性好，在250°C以上仍有良好的极压抗磨性，与含硫、磷、氯活性添加剂配伍性也较好，复合效果(增效作用)明显。另外硼酸盐极压添加剂的作用机理也与其它有机极压抗磨剂有所不同，它不是由于与金属反应形成反应膜，而是由于摩擦部件相对运动时，其表 面带电，使硼酸盐微粒粘附于其上，形成极压膜。这层膜既厚又粘，起到无机润滑膜的作用。目前，硼酸盐类添加剂大致有三种类型一种是用石油磺酸钠为分散剂的硼酸盐，是将水溶液的硼酸钾分散在油中，再除去水。其缺点是因为产品含石油磺酸钠，用于润滑脂中影响产品胶体安定性，进而影响润滑脂的滴点、稠度、机械安定性、抗水性等性能，因此在润滑脂中基本无法应用；第二种是将硼酸钾干燥，磨成细粉，直接用于产品。其缺点是分散性差，在一些高粘度油和半流体润滑脂中发生沉淀，因此限制了其使用范围。第三种为纳米超细形硼酸盐润滑油添加剂，采用喷雾技术或超声波乳化方法，例如CN 1175621A涉及了一步相转移制备超细硼酸盐添加剂的方法。该方法通过添加一定量的分散剂、促进剂和稀释剂，经超声波乳化分散，在中性微乳液中反应，再经减压脱水，可获得小于O. 5微米的超细硼酸盐添加剂，但这类方法工艺过程复杂，成本较高。同时，由于硼酸盐型添加剂存在抗水性差的问题，因此改善或解决硼酸盐类型添加剂的抗水性问题成为这一领域技术人员关注的焦点。CN 1362500A涉及了一种具有抗氧、抗腐、抗磨润滑油添加剂，内相由硼酸盐和酯的一种或多种混合物，用聚烯烃乳化剂分散在润滑油中，粒径在O. 5微米以下的胶体溶液，极压性高、抗磨擦性好，并具有抗腐、抗氧作用，该专利虽未提到抗水性问题，但其硼酸盐添加剂组分主要为小分子硼酸盐，因此对抗水性基本无改善作用。CN 101368125A公开了一种硼酸盐抗磨极压添加剂及制备方法，所述的添加剂主要由油性介质、分散剂和大分子聚合硼酸盐构成，它们的重量百分配比是10-50%的油性介质，1-5%的分散剂，以及50-90%的大分子聚合硼酸盐；所述的油性介质是矿物基础油、合成基础油、矿物油和合成油的混合物；所述的分散剂采用C12-C22脂肪酸金属皂或C12-C22羟基脂肪酸金属皂。该专利较好的解决了硼酸盐类添加剂抗水性差的问题，但是其抗磨抗压性及锥入度并不能完全符合市场需求。因此，现有技术的难题是开发一种抗水性好，并具有优异抗磨抗压性能，稳定性良好的硼酸盐添加剂
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种抗水性好，抗磨极压性能特别优良，且生产工艺简单的硼酸盐抗磨极压添加剂。它主要用于润滑脂中，特别是高温及宽温度范围应用的润滑脂中，也可用于高粘度的各种高性能的开式齿轮油，如大型球磨机等机械的大齿轮的润滑剂中，以及齿轮箱或涡轮箱的半流体润滑剂中。所述硼酸盐抗磨极压添加剂按重量百分比包括50 90%的多硼酸盐、5 50%的合成基础油、O. I 8%分散剂。优选地，所述多硼酸盐通过以下步骤制备(I)将氢氧化钾与硼酸，在60 95°C反应IOmin以上；(2)将步骤⑴的反应混合物加热至100 150°C反应IOmin以上；(3)将步骤⑵的反应混合物加热至190 250°C反应20min以上，冷却，得到多 硼酸盐。优选地，步骤(I)中氢氧化钾与硼酸的摩尔比为O. I I 2 1，例如0.11 I、
0.12 1,0. 15 1,0. 19 1,0. 21 1,0.9 1,0.99 1,1.8 1,1.9 1,1.95 I、
1.99 I等，进一步优选为O. 2 I L5 1，特别优选为O. 2 : I I : I。步骤(I)中所述反应温度可以60.1°C、60. 2°C、61°C、67°C、75°C、80°C、85°C、89°C、91°C、94. 5°C >94. 8°C >94. 9°C等，优选为 65 92°C，特别优选为 70 90°C。步骤(I)中所述反应时间可以为10.lmin、10· 2min、10. 5min、llmin、12min、30min、60min、80min、IOOmin等,优选为15min以上,进一步优选为20min以上,特别优选为40 70mino步骤(2)中所述反应温度可以为:100.I0C>100. 2°C、101°C、107°C、115°C、120°C、125°C、129°C、149°C、149. 5。。、149. 8。。、149. 9°C等，优选为 100 130°C，特别优选为 100 120。。。步骤(2)中所述反应时间可以为10.lmin、10· 2min、10. 5min、llmin、12min、30min、60min、80min、IOOmin等,优选为15min以上,进一步优选为20min以上,特别优选为40 70mino步骤(3)中所述反应温度可以为:190.I0C>190. 2°C、191°C、197°C、205°C、220°C、235°C、239°C、249°C、249. 5°C >249. 8°C >249. 9°C等，优选为 195 240°C，特别优选为 200 230。。。步骤(3)中所述反应时间可以为20.Imin,20. 2min、20. 5min、21min、22min、31min、32min、40min、50min、80min、IOOmin 等，优选为 30min 以上，特别优选为 30 60min。本发明所述多硼酸盐的制备原理为最初在60 95°C的反应形成的是一种含4个结晶水化学式为K2B4O7 · 4H20,随着温度的升高，结晶水逐渐脱去2个，再升温到190 250°C，脱去第3个结晶水，第4个结晶水需要更高的温度才能脱去，保留第4个结晶水。随着结晶水的脱去，产物逐渐形成一种可称为熔融盐的多硼酸盐化合物。从近代无机化学的研究证明，硼元素是一种比较特殊的元素，可以说是“无机化合物中的有机物”，化学结构十分复杂。1976年,美国哈佛大学教授威廉 利普斯科姆(William Lipscomb)因在硼烷结构方面的研究贡献，获得该年度的诺贝尔化学奖。硼元素化学符号B，原子序5，在元素周期表中属IIIA族，电子排布lsSsip1。按照利普斯科姆的理论，由于硼元素的外层电子的缺电子性，硼化学中化学键具有特殊性，将会形成B-B桥键、B-O桥键和B-H桥键。因y
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具体实施例方式为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例I
将80kg水，649. 2kg硼酸和59kg的氢氧化钾加入反应釜，搅拌，升温至60°C，反应60分钟，加入5kg的聚a-烯烃基础油，搅拌，升温至150°C，脱水10分钟，再升温至190°C，进行高温聚合反应60分钟，降温至150°C，加入5kg硬脂酸铝，搅拌30分钟，继续降温至100°C，出釜，三辊研磨机上研磨，均质分散，成品。实施例2将40kg水，37kg硼酸和67kg的氢氧化钾加入反应釜，搅拌，升温至95°C，反应10分钟，加入42kg的聚a-烯烃基础油，搅拌，升温至100°C，脱水90分钟，再升温至250°C，进行高温聚合反应20分钟，降温至190°C，加入8kg硬脂酸锂，搅拌30分钟，继续降温至120°C，出釜，三辊研磨机上研磨，均质分散，成品。实施例3将40kg 7jC, 293. 7kg硼酸和53. 3kg的氢氧化钾加入反应釜，搅拌，升温至80°C，反应40分钟，加入19. 9kg的聚a-烯烃基础油，搅拌，升温至115°C，脱水60分钟，再升温至2200C，进行高温聚合反应50分钟，降温至175°C，加入O. Ikg硬脂酸钠，搅拌30分钟，继续降温至110°C，出釜，三辊研磨机上研磨，均质分散，成品。对比例采用CN 101368125A公开的实施例作为对比例将80kg 7jC, 74. 2kg硼酸和33. 6Kg的氢氧化钾加入事先已清洗好的不锈钢反应釜，搅拌，升温至75°C，反应40分钟，加入90kg的600SN基础油，搅拌，升温至110_120°C，脱水50分钟，在升温至210°C，进行高温聚合反应40分钟，降温至180°C，加入6kg硬脂酸锂和2kg的十二羟基硬脂酸钙，搅拌30分钟，继续降温至110°C，出釜，三辊研磨机上研磨，均质分散，成品。对实施例1-3在60 95°C反应制得的产物在100 150°C脱水除去游离水后，对其进行化学元素含量分析，元素K、B、O、H含量分别为26. 02%、13. 35%,58. 52%,2. 71%,其它元素含量为痕迹(忽略不计)，总计100. 6%,按化学式K2B4O7 ·4Η20元素理论计算值分别为25. 82%U3. 25%,58. 28%,2. 65%，总计100%，对比两者发现各元素含量非常接近，因此说明产物可以用化学式K2B4O7 · 4H20表述。分别对实施例1-3升温至190°C、220°C、250°C制得的脱部分结晶水产物，进行化学元素含量分析，并与化学式理论计算值相近的进行了比较，见下表
权利要求
1.ー种硼酸盐抗磨极压添加剂，按重量百分比包括50 90%的多硼酸盐、5 50%的合成基础油、O. I 8%分散剂。
2.如权利要求I所述的硼酸盐抗磨极压添加剤，其特征在于，所述多硼酸盐通过以下步骤制备 (1)将氢氧化钾与硼酸，在60 95°C反应IOmin以上； (2)将步骤(I)的反应混合物加热至100 150°C反应IOmin以上； (3)将步骤(2)的反应混合物加热至190 250°C反应20min以上，冷却，得到多硼酸盐。
3.如权利要求I或2所述的硼酸盐抗磨极压添加剤，其特征在于，步骤(I)中氢氧化钾与硼酸的摩尔比优选为O. I : I 2 : 1，进ー步优选为O. 2 I I. 5 1，特别优选为O.2 I I : I ; 步骤(I)中所述反应温度优选为65 92°C，特别优选为70 90°C ； 步骤(I)中所述反应时间优选为15min以上，进ー步优选为20min以上，特别优选为40 70min。
4.如权利要求1-3任一项所述的硼酸盐抗磨极压添加剤，其特征在于，步骤(2)中所述反应温度优选为100 130°C，特别优选为100 120°C ； 步骤(2)中所述反应时间优选为15min以上，进ー步优选为20min以上，特别优选为40 70min ； 步骤(3)中所述反应温度优选为195 240°C，特别优选为200 230°C ； 步骤⑶中所述反应时间优选为30min以上，特别优选为30 60min。
5.如权利要求1-4任一项所述的硼酸盐抗磨极压添加剤，其特征在于，所述合成基础油优选为聚烯烃和/或烷基芳烃聚合物； 优选地，所述分散剂为C12-C22脂肪酸金属皂和/或C12-C22羟基脂肪酸金属皂，特别优选为C12-C22脂肪酸和/或C12-C22羟基脂肪酸的钙皂、锂皂、铝皂、钠皂中的I种或至少2种的组合。
6.如权利要求1-5任一项所述的硼酸盐抗磨极压添加剤，其特征在于，所述硼酸盐抗磨极压添加剂中所述多硼酸盐按重量百分比优选为55 85%，特别优选为60 80% ; 所述硼酸盐抗磨极压添加剂中所述合成基础油按重量百分比优选为10 50%，特别优选为10 30% ; 所述硼酸盐抗磨极压添加剂中所述分散剂按重量百分比优选为O. 5 6%，特别优选为I 5%。
7.如权利要求1-6任一项所述的硼酸盐抗磨极压添加剂的制备方法，包括以下步骤 (Ii )将氢氧化钾与硼酸，在60 95°C反应IOmin以上； (.2')在步骤(I')的反应混合物中加入合成基础油，加热至100 150°C反应IOmin以上； (3')将步骤(2')的反应混合物加热至190 250°C反应20min以上； (4;)将步骤(3')的反应混合物冷却至150 190°C，加入分散剂，继续降温至100 120°C，均质，得到硼酸盐抗磨极压添加剤。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在干，步骤(I，)中氢氧化钾与硼酸的摩尔比优选为O. I : I 2 : 1，进ー步优选为0.2 I I. 5 1，特别优选为0.2 I I : I; 步骤(I')中所述反应温度优选为65 92°C，特别优选为70 90°C ; 步骤(I')中所述反应时间优选为15min以上，进ー步优选为20min以上，特别优选为.40 70min ； 步骤(2')中所述反应温度优选为100 130°C，特别优选为100 120°C ； 步骤(2')中所述反应时间优选为15min以上，进ー步优选为20min以上，特别优选为.40 70min。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤(3')中所述反应温度优选为.195 240°C，特别优选为200 230°C ； 步骤(3 ^ )中所述反应时间优选为30min以上，特别优选为30 60min ； 步骤(4')中加入分散剂前温度优选为170 185°C，特别优选为178 182°C ； 步骤(4')中所述均质之前温度优选为105 115°C，特别优选为108 112°C ； 优选地，步骤(4')中所述均质为高压均质，特别优选使用均质泵高压均质。
10.如权利要求1-6任一项所述的硼酸盐抗磨极压添加剂的使用方法，其特征在于，所述硼酸盐抗磨极压添加剂在润滑脂中的使用量按照重量百分比为O. 5 10%，进ー步优选为2 8%，特别优选为2 6%。
全文摘要
本发明涉及一种硼酸盐抗磨极压添加剂，按重量百分比包括50～90％的多硼酸盐、5～50％的合成基础油、0.1～8％分散剂。所述多硼酸盐通过以下步骤制备(1)将氢氧化钾与硼酸，在60～95℃反应10min以上；(2)将步骤(1)的反应混合物加热至100～150℃反应10min以上；(3)将步骤(2)的反应混合物加热至190～250℃反应20min以上，冷却，得到多硼酸盐。所述硼酸盐抗磨极压添加剂在润滑脂中的使用量按照重量百分比为0.5～10％。其制备工艺简单，且具有优异的抗水性及抗磨极压性能。
文档编号C10M125/26GK102627996SQ20121008944
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者李元正, 白传航 申请人:杭州得润宝油脂有限公司