一种硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及润滑油添加剂
技术领域：
，具体涉及一种硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物及其制备方法和应用。
背景技术：
：润滑油用在各类型汽车、机械设备上以减少摩擦，保护机械及加工件，主要起润滑、冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。基础油是润滑油的主要成分，添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足，赋予某些新的性能，是润滑油的重要组成部分。在润滑油添加剂方面进行研究，改善添加剂的极压抗磨性，成为润滑油添加剂研究的热点之一。同时拥有氮元素和硫元素的五元杂环类物质具有密切衔接的化学结构式，其极压耐磨性优良，能够起到很好的润滑作用。含硫与氮这两种元素的噻二唑类衍生物，在作为润滑油添加剂方面不仅满足普通润滑油添加剂的功能，并且在可生物降解方面也有不俗表现，是一种优秀润滑油添加剂。噻二唑类衍生物可用做内燃机油、齿轮油、润滑脂和一些工业用油的抗氧、抗磨与金属减活剂，是具有多种功能的润滑油添加剂。姜佳伟等（噻二唑衍生物作为润滑油添加剂的性能研究，湖南工程学院学报，2019,29(2):55-59）以dmtd（2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑）、正辛胺、正癸胺、氯乙酰氯为原料，二氯甲烷为溶剂，三乙胺为缚酸剂合成了两种噻二唑衍生物，并测定了产物稳定性、油溶性及摩擦学性能，发现两种产物极压抗磨性能良好。有机钼添加剂已经成为润滑油的重要添加剂之一，深受人们的关注。油溶性有机钼作为润滑油添加剂已经有大量的研究和报道，研究结果表明，有机钼添加剂在微动、滑动、滚滑等各种运动形式的边界润滑条件下均表现出良好的润滑效果，并广泛地作为抗磨、减摩、抗氧和燃料节省剂等，有机钼化合物作为内燃机油添加剂可节省燃油2%～6%。鉴于有机钼在减摩、抗磨、节能、减少空气污染等方面的作用，国内外对有机钼的研究开发十分重视。常用的硫、磷类有机钼包括二烷基二硫代磷酸钼（molybdenumdialkyldithiophosphate,简称modtp）和二烷基二硫代氨基甲酸钼（molybdenumdialkyldithiocarbamate,简称modtc）等。二烷基二硫代磷酸钼是一类新型高效减摩抗磨剂，其化学式为：[(ro)2ps-s]2mo2s2o2，式中：r为碳原子数为6~26的烷基（包括直链烷基、支链烷基以及芳基或芳烷基），其分子结构中每个钼原子与一个硫代磷酸基团相键合，能在机体及部件的高速磨合瞬间形成高温热电效应，并发生摩擦化学反应，自催化热分解成mos2、fepo4、fep2o7等表面化合物（其中mos2既是无机高效减摩剂，又是硬韧兼备的表面膜），这样便可使所用的润滑油综合产生较佳的减摩与抗磨效果，同时，其本身也会分解生成相应的二硫代磷酸酯等化合物，加强油品的减磨抗磨作用，因此各型金属加工用的润滑添加剂中均有应用，典型的代表为美国vanderbilt公司的二乙基己基二硫代磷酸钼，商业名称为molyvanl，简称modtp，已经广泛用作内燃机发动机各种润滑油的减摩、抗磨添加剂。modtp的制备方法主要有直接钼化法和还原法，中国石油天然气股份有限公司兰州炼化分公司（cn00121857.3）提供的合成方法，是采用离子交换树脂为催化剂，使钼酸盐（mo6+源化合物）与硫磷酸直接钼化得到反应产物；还原法是在硫磷酸钼化过程中同时加入二氧化硫等还原剂或者在钼化之前先用zn粉等还原剂将mo6+还原为mo4+后，再与硫磷酸反应（还原法合成二硫代磷酸硫氧钼，王任芳，润滑油，1994,（4）：54-56；有机钼产品颜色的控制，樊建军，中国钼业，2004，28（5）：37-40）。尽管modtp在润滑油添加剂中得到广泛应用，然而，modtp生产过程中由于使用还原剂还原高价态钼化合物制备出含有mo-s-mo桥键的5价钼产品，虽然增加了s含量，但由于5价钼不稳定，受光照、温度和压力影响易发生价态变化，从而造成产品变色，其摩擦学性能会因此降低，易造成金属的腐蚀，影响其应用。技术实现要素：本发明的目的是提供一种硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物及其制备方法，该硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物结合了钼和噻二唑衍生物作为添加剂的优点，具有良好的润滑性和高极压性能，油溶性和热稳定性良好，是一种优异的润滑油减摩添加剂。本发明提供的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物，结构式为：其中r1和r2为c4～c13的直链或带支链的烷基，r1和r2相同或不同。本发明同时提供了上述的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物的制备方法，包括以下制备步骤：（1）向反应瓶中加入dmf、三氧化钼和2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑，充分混合，加入催化剂三乙胺，升温至150～160℃，反应5～10h（小时）；（2）冷却至室温，水洗，过滤，得绿黄色含钼噻二唑中间体；（3）将烷基醇加入到三口瓶中，并连上碱液气体吸收装置，加入有机溶剂，在强烈搅拌下缓慢加入p2s5，具体实施时，加入p2s5过程中优选控制反应体系室温，继续搅拌0.5～1h；然后升温至75～95℃下继续反应，至反应体系彻底澄清，得黄褐色硫代磷酸酯中间体；（4）将步骤（2）得到的含钼噻二唑中间体分散在烷基醇溶剂中，升温至50℃，滴加步骤（3）的硫代磷酸酯中间体，具体实施时，滴加过程中优选控制体系保温50～55℃，滴加完毕后，继续保温反应1h；（5）将反应体系升温至90～95℃，加热回流3～5h；蒸除溶剂，即得产物硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物。上述的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物的制备方法，进一步地，所述步骤（1）中，催化剂的加入量为三氧化钼质量的2～5%。上述的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物的制备方法，进一步地，所述步骤（3）中，所述硫代磷酸酯的结构式为：其中r1和r2为c4～c13的直链或带支链的烷基，r1和r2相同或不同。优选地，所述烷基选自正丁基、正己基、2-己基、正辛基、2-乙基己基（异辛基）、十二烷基（月桂基）、十三烷基和异十三烷基中的一种或两种；所述烷基醇为与上述烷基对应的一元醇中的一种或两种。具体实施时，当r1和r2不同时，优选r1和r2摩尔数相同。上述的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物的制备方法，进一步地，所述步骤（3）中，所述有机溶剂为正庚烷、正己烷或甲苯；所述碱液为碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液。上述的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物的制备方法，进一步地，所述制备方法中，步骤（1）中，三氧化钼和2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的摩尔比为1：0.52～0.55；步骤（3）中，烷基醇与p2s5的摩尔比为4：（1～1.2）。上述的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物的制备方法，进一步地，所述制备方法中，步骤（4）中，含钼噻二唑中间体与硫代磷酸酯的摩尔比为1：（2～3）。上述的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物的制备方法，进一步地，所述步骤（4）中，所述烷基醇溶剂为正丙醇、异丙醇、正丁醇或异丁醇。本发明同时提供了上述的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物的应用方法，将所述硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物加入到基础油中，作为润滑油添加剂。本发明制备的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物，添加至基础油中应用于润滑油添加剂，具有以下有益效果：该硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物结合了钼和噻二唑衍生物作为添加剂的优点，具有良好的润滑性和高极压性能，油溶性和热稳定性良好，是一种优异的润滑油减摩添加剂。本发明的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物的制备过程如下式所示：附图说明图1为本发明实施例2的产物在氮气气氛下的热重分析谱图；图2为modtp在与图1同样分析条件下的热重分析谱图。具体实施方式以下结合实施例进一步描述本发明。应该指出，本发明并非局限于下述各实施例。实施例1一种硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物，制备步骤如下：（1）向反应瓶中加入200ml（毫升）dmf、72g（克）三氧化钼和39g2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑，充分混合，加入2ml催化剂三乙胺，升温至150℃，反应5h；（2）冷却至室温，水洗，过滤，得绿黄色含钼噻二唑中间体；（3）将185ml正丁醇加入到三口瓶中，并连上32%氢氧化钠溶液气体吸收装置，加入100ml正己烷，在强烈搅拌下缓慢加入112gp2s5，加入p2s5过程中控制反应体系室温，室温下继续搅拌0.5h；然后升温至75℃下继续反应，至反应体系彻底澄清，得黄褐色硫代磷酸酯中间体；（4）将步骤（2）得到的含钼噻二唑中间体分散在100ml正丁醇中，升温至50℃，滴加步骤（3）的硫代磷酸酯中间体，滴加过程中保温50℃，滴加完毕后，继续保温反应1h；（5）将反应体系升温至90℃，加热回流3h；蒸除溶剂，即得产物硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物a，其中r1和r2均为正丁基。实验结束，产物最后进行称重，计算产率，分别测定钼、硫和磷含量，结果如表1所示。其中，产物钼含量以gb/t5059.1-2014中钼酸铅重量法分析测定；产物硫含量以gb/t11140-2008石油产品硫含量的测定-波长色散x射线荧光光谱法测定；产物磷含量以sh/t0296-1992添加剂和含添加剂润滑油的磷含量测定法(比色法)测定。实施例2（1）向反应瓶中加入200mldmf、72g三氧化钼和39g的2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑，充分混合，加入3ml三乙胺，升温至160℃，反应10h；（2）冷却至室温，水洗，过滤，得绿黄色含钼噻二唑中间体；（3）将313ml异辛醇加入到三口瓶中，并连上32%氢氧化钠溶液气体吸收装置，加入100ml正庚烷，在强烈搅拌下缓慢加入133gp2s5，加入p2s5过程中控制反应体系室温，室温下继续搅拌1h；然后升温至95℃下继续反应，至反应体系彻底澄清，得黄褐色硫代磷酸酯中间体；（4）将步骤（2）得到的含钼噻二唑中间体分散在100ml正丙醇中，升温至50℃，滴加步骤（3）的硫代磷酸酯中间体，滴加过程中保温55℃，滴加完毕后，继续保温反应1h；（5）将反应体系升温至90℃，加热回流5h；蒸除溶剂，即得产物硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物b，其中r1和r2均为2-乙基己基。实验结束，产物进行称重，计算产率，分别测定钼、硫和磷含量，结果如表1所示。实施例3（1）向反应瓶中加入200mldmf、72g三氧化钼和41g的2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑，充分混合，加入5ml三乙胺，升温至150℃，反应8h；（2）冷却至室温，水洗，过滤，得绿黄色含钼噻二唑中间体；（3）将189ml正己醇和300g十三烷基醇加入到三口瓶中，并连上20%碳酸钠溶液气体吸收装置，加入100ml甲苯，在强烈搅拌下缓慢加入167gp2s5，加入p2s5过程中控制反应体系室温，室温下继续搅拌0.5h；然后升温至80℃下继续反应，至反应体系彻底澄清，得黄褐色硫代磷酸酯中间体；（4）将步骤（2）得到的含钼噻二唑中间体分散在100ml正丙醇中，升温至50℃，滴加步骤（3）的硫代磷酸酯中间体，滴加过程中保温55℃，滴加完毕后，继续保温反应1h；（5）将反应体系升温至95℃，加热回流4h；蒸除溶剂，即得产物硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物c，其中r1为己基，r2为十三烷基。实验结束，产物进行称重，计算产率，分别测定钼、硫和磷含量，结果如表1所示。实施例4（1）向反应瓶中加入200mldmf、72g三氧化钼和41g的2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑，充分混合，加入2ml三乙胺，升温至160℃，反应5h；（2）冷却至室温，水洗，过滤，得绿黄色含钼噻二唑中间体；（3）将448ml月桂醇加入到三口瓶中，并连上32%氢氧化钠溶液气体吸收装置，加入100ml正己烷，在强烈搅拌下缓慢加入112gp2s5，加入p2s5过程中控制反应体系室温，室温下继续搅拌0.5h；然后升温至95℃下继续反应，至反应体系彻底澄清，得黄褐色硫代磷酸酯中间体；（4）将步骤（2）得到的含钼噻二唑中间体分散在100ml异丙醇中，升温至50℃，滴加步骤（3）的硫代磷酸酯中间体，滴加过程中保温52℃，滴加完毕后，继续保温反应1h；（5）将反应体系升温至95℃，加热回流5h；蒸除溶剂，即得产物硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物d，其中r1和r2均为十二烷基。实验结束，产物进行称重，计算产率，分别测定钼、硫和磷含量，结果如表1所示。实施例5（1）向反应瓶中加入200mldmf、72g三氧化钼和41g的2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑，充分混合，加入2ml三乙胺，升温至160℃，反应5h；（2）冷却至室温，水洗，过滤，得绿黄色含钼噻二唑中间体；（3）将482ml异十三烷醇加入到三口瓶中，并连上32%氢氧化钠溶液气体吸收装置，加入100ml正己烷，在强烈搅拌下缓慢加入122gp2s5，加入p2s5过程中控制反应体系室温，室温下继续搅拌1h；然后升温至85℃下继续反应，至反应体系彻底澄清，得黄褐色硫代磷酸酯中间体；（4）将步骤（2）得到的含钼噻二唑中间体分散在100ml正丁醇中，升温至50℃，滴加步骤（3）的硫代磷酸酯中间体，滴加过程中保温50℃，滴加完毕后，继续保温反应1h；（5）将反应体系升温至90℃，加热回流3h；蒸除溶剂，即得产物硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物e，其中r1和r2均为异十三烷基。实验结束，产物进行称重，计算产率，分别测定钼、硫和磷含量，结果如表1所示。实施例6（1）向反应瓶中加入200mldmf、72g三氧化钼和40g的2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑，充分混合，加入5ml三乙胺，升温至160℃，反应5h；（2）冷却至室温，水洗，过滤，得绿黄色含钼噻二唑中间体；（3）将378ml2-己醇加入到三口瓶中，并连上32%氢氧化钠溶液气体吸收装置，加入100ml甲苯，在强烈搅拌下缓慢加入167gp2s5，加入p2s5过程中控制反应体系室温，室温下继续搅拌1h；然后升温至75℃下继续反应，至反应体系彻底澄清，得黄褐色硫代磷酸酯中间体；（4）将步骤（2）得到的含钼噻二唑中间体分散在100ml异丁醇中，升温至50℃，滴加步骤（3）的硫代磷酸酯中间体，滴加过程中保温50℃，滴加完毕后，继续保温反应1h；（5）将反应体系升温至90℃，加热回流5h；蒸除溶剂，即得产物硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物f，其中r1和r2均为2-己基。实验结束，产物进行称重，计算产率，分别测定钼、硫和磷含量，结果如表1所示。表1各实施例投料量及产物分析对上述实施例的产物做应用例实验，同时，使用一种市售有机钼添加剂modtp（由美国r.t.vanderbiltco.公司提供，商品牌号为molyvan®l，钼含量8.1%、硫含量14%、磷含量8%）进行对比例实验；实验选用的基础油为大连石化的hvi150sni类基础油，先采用基础油将各产物与市售modtp调配为相同钼含量的添加剂（8.1%），再进行实验；其实验过程及结果如下。摩擦学性能实验：将实施例产物和对比例的添加剂分别以质量分数0.5%、1.0%、1.5%、2..0%、2.5%添加于基础油中，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，测定方法为gb3142-82；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。实验结果如表2所示。表2各实施例产物及对比例的添加剂在菜籽油中的摩擦学性能实验结果表2的摩擦系数是试油在20kg载荷下测试所得，从表2的磨斑直径wsd和摩擦系数数值可以看出，加入实施例制备的各种添加剂及对比例的modtp后，各试油的摩擦系数均有降低，其中随着添加浓度的增大，市售modtp的磨斑直径由0.67mm下降至0.41mm，摩擦系数由0.18降低至0.057，而实施例制备的各种添加剂的添加，可使磨斑直径由0.67mm下降至0.33mm左右，摩擦系数由0.18降低至0.05左右，由此可以看出，在同样的钼含量条件下，本发明制备的含钼噻二唑衍生物添加剂具有比市售润滑油添加剂modtp更优的润滑性，为一种优异的润滑剂。试油的承载能力用抗卡咬负荷pb值和抗烧结负荷pd值表示。从表2的实验结果可以看出，相对于市售modtp的现有有机钼添加剂，本发明制备的含钼噻二唑衍生物添加剂的pb值和pd均有显著提高，具备优异的极压性能。由表2的数据可知，本发明提供的含钼噻二唑衍生物添加剂，是一种具有高极压性能的摩擦改进剂。上述摩擦学性能，分析其摩擦学机制，由于该衍生物中，含硫与氮这两种元素的噻二唑五元杂环，具有密切衔接的化学结构，不易发生开环，钼的稳定价态也使钼-硫键不易断裂，保证了产品的高极压性。铜片腐蚀性试验：按astmd130标准方法进行铜片腐蚀实验：把一块已抛光的铜片用玻璃钩挂好浸入试样油（质量浓度2.0%）中，实验温度为121℃，实验时间3小时，实验结束后取出铜片，经溶剂（乙醇-苯，1：4）（体积比）清洗后擦干，观察铜片颜色，并与astm腐蚀标准色板进行比较，以确定铜片腐蚀级别。实验结果如表3所示。表3几种试油的铜片腐蚀性能实验结果铜片表面状态腐蚀状态等级基础油淡橙色轻微腐蚀1amodtp深紫色中度腐蚀2b实施例1试油紫红色轻微腐蚀2a实施例2试油紫红色轻微腐蚀2a实施例3试油紫红色轻微腐蚀2a实施例4试油紫红色轻微腐蚀2a实施例5试油深紫色中度腐蚀2b实施例6试油深紫色中度腐蚀2b由表3可以看出，市售modtp的铜腐蚀等级为2b，六个实施例产品试油中，实施例1-4制备的试油的腐蚀等级为2a，其余两个实施例制备的产品试油的腐蚀等级为2b，整体上，本发明制备的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物添加入基础油中应用时，与市场上广泛使用的modtp的铜片腐蚀作用相当或略有降低。热稳定性试验：使用热重分析（tga）考察添加剂的热稳定性，以modtp（二异辛基二硫代磷酸钼，自制）作为对比添加剂，以实施例2的产品为例来具体说明。图1为实施例2的产物的热重分析谱图，图1显示，实施例2产物热分解温度为232℃，热稳定性良好；图2显示，在同样的分析条件下，modtp热分解温度为244℃，实施例2中的产物热分解温度稍低于modtp；这说明实施例产品也能在苛刻的工况条件下正常使用，尽管实施例中的产品的热稳定性能稍逊于传统的含钼添加剂modtp。上述实验结果可见，本发明提供的添加剂，具有很好的摩擦能力和高极压性能，热稳定性好，是一种性能优异的润滑油添加剂。同时，本发明的硫代磷酸酯的含钼噻二唑衍生物，产品中的钼是以六价钼的稳定状态存在，即使在光照、高温和高压条件下也不易发生价态变化，产品能够长时间储存和应用不变色。本发明未详述部分为现有技术。%代表质量百分含量。当前第1页12