专利名称：用于润滑油添加剂的含硼氮化合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于润滑油添加剂的含硼氮化合物及其制备方法。
背景技术：
随着人们环保意识的增强，"环境友好"型润滑油减摩抗磨添加剂越来越受到人们的青睐。人们于1980年开始使用无铅汽油，同时要求润滑油中的磷含量《0. 14%和灰分小于1.0%，这实际上控制了润滑油中磷、硫以及灰分含量。同时，含氯类减摩抗磨剂因其对环境的危害也被美国和西欧等国家禁用。 有机含氮硼酸酯作为润滑油减摩抗磨剂具有独特的优势，比如，减摩抗磨性能良好、具有抗氧化性、低毒和无剌激的气味。硼酸酯有水解稳定性差等缺点，硼酸酯的水解性的研究引起了很多学者的兴趣。人们一般通过配位的方式解决水解的问题。若在硼酸酯的结构中引入含未共用电子对的氮原子、氧原子等，硼原子可以通过自身的空轨道与之形成分子内的配位化学键，这样就可以减慢硼酸酯的水解速度。配位硼酸酯分为内配位和外配位两种，沈光球等合成了几种含氮硼酸酯，发现含氮硼酸酯的水解稳定性大大高于不含氮的普通硼酸酯，而内配位的硼酸酯的水解稳定性大大高于外配位硼酸酯(沈光球，郑直，万勇等，1999，"有机硼酸酯添加剂的水解稳定性及摩擦特性"，清华大学学报，39 (10)，97-跳)。 关于内配位硼酸酯的研究人们一般集中于向硼酸酯分子中引入杂环，高永建等人以脂肪酸、P-羟乙基乙二胺和硼酸为原料分别合成了两种咪唑啉硼酸单酯和两种咪唑啉硼酸三酯，并将它们作为水基添加剂，考察了它们的摩擦学性能(高永建，吴志申，张志军等，1999，"含硼咪唑啉化合物的摩擦学性能研究"，摩擦学学报，19(2) ， 162-165.) 。 Zhengzhi等人首先以水杨醛和有机胺反应得到schiff碱，以醇、schiff碱和硼酸在回流状态下反应几个小时得到产物。发现所得到的含氮硼酸酯具有一定的摩擦学效果(ZhiZheng，Guangqiu Shen， Yong Wan， Lili Cao， Xiangdong Xu， Qixian Yue， Tianjian S皿，2001，"Synthesis, hydrolytic stability andtribological properties of novel borateesters containing nitrogen as lubricantadditives， ，，Wear， 222，PP. 135-144.)。 傅俊红等合成了 4种咪唑啉硼酸酯润滑油添加剂，在四球摩擦磨损试验机和SRV微动摩擦磨损试验机上评价了它们在液体石蜡中的摩擦磨损性能，考察了其抗腐蚀性及热稳定性，结果表明，所合成的添加剂具有良好的抗腐蚀性、热稳定性和一定的减摩抗磨性能(傅俊红，胡丽天，2007，"咪唑啉硼酸酯的制备及其减摩抗磨机理研究"，摩擦学学报，27 (1) ， 29-34.)。Mendelson合成了含六元环的硼氮剂，考察了它们在润滑油中的摩擦学性能(Mendelson，1990， "Lubricating composition, ，， USP. 4892670)。 大多数文献都以硼酸为原料经过和带羟基的化合物脱水反应制备，但是这一类反应往往需要脱水剂，这样就改变了体系环境，如果脱水剂除不干净就会腐蚀摩擦体系；如果不用脱水剂就需要在含苯或甲苯等带水剂的体系中回流很长时间，浪费能源和时间，同时带水剂也给环境带来影响。并且，以往所合成的添加剂的减摩抗磨效果并不理想，Zhengzhi
3等人所合成的含硼氮元素的添加剂被应用于液体石蜡中，和基础油相比摩擦系数仅仅减小了 20-30% (ZhiZheng， GuangqiuShen， Yong Wan， Lili Cao， Xiangdong Xu， Qixian Yue，Tianjian S皿，2001，"Synthesis, hydrolytic stability and tribological propertiesof novel borate esterscontaining nitrogen as lubricant additives, ，， Wear,222，PP. 135-144.)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于润滑油添加剂的含硼氮化合物及其制备方法。
—种用于润滑油添加剂的含硼氮的化合物，该化合物的结构用通式(III)表示
,O
,C2H4—0，
, v、C17H33C^\ ^~N-^B—OR
\c2H4-(/
(III) 式(III)中R代表C4H9或C2H6N。 本发明所述的含硼氮的化合物在室温下均为棕色粘稠液体，密度在1. 02-1. 12g.
cm一s之间，在液体石蜡中溶解能力达到(wt% )3%以上。 关于通式(III)表示化合物的制备方法，其特征在于该方法依次包括如下步骤
A:将等摩尔的三乙醇胺以及油酸加入到减压蒸馏装置中，控制反应温度60-8(TC，反应真空度0. 03-0. 06MPa，得到中间产物(I);
Ci7H33C
《
.O
/
N
)C2H4-OH
、C2H4-OH
(I) B :向中间产物(I)中加入等摩尔的硼酸三乙酯，真空度控制在O. 03-0. 06MP之间，
在60-8(TC的温度下反应得到中间产物(II);
P2H4-0、
C17H33w\ z丄\ /
C2H4-0
(II) C:向产物(II)中加入等摩尔的丁醇或乙醇胺，真空度控制在0.03-0.06MP之间，在60-8(TC的温度下反应得到目的产物(III):
<formula>formula see original document page 5</formula>
(III)
其中R代表C4H^C2H6N。
含硼氮的化合物制备方法简单环保，反应时间短，反应温度温和，反应不需要介
质。 本发明的化合物不含硫磷等环境有害元素，加入到液体石蜡等基础油中具有优异的减摩抗磨效果。含硼氮的化合物制备方法简单反应时间短，小分子副产物经减压蒸出，避免了带水剂的使用。 将含硼氮的化合物以0. 5wt^的浓度溶于液体石蜡中，在四球摩擦磨损试验机上考察其摩擦学性能，试验载荷392N、转速1450r/min，时间为30分钟，发现化合物表现出优异的减摩抗磨性能。
图1为实施例1所合成的可用做润滑油添加剂的含硼氮的化合物的红外光谱图，横坐标为波数，纵坐标透过率。1405cm—1处的吸收峰对应含硼氮化合物的B、 N原子之间的配位键，1710cm—1为硼酸酯的C = 0吸收峰。 图2为实施例1所合成的可用做润滑油添加剂的含硼氮的化合物溶解于液体石蜡中浓度为0. 5X，392N、1450r/min和30分钟条件下在四球实验机上的摩擦系数曲线，其横坐标为时间单位分钟，纵坐标为摩擦系数。由图2得到，摩擦系数平均约0. 06。
具体实施方式
实施例1 : 安装减压蒸馏装置，向三口瓶中加入O. lmol油酸和O. lmol三乙醇胺升温至65°C ，反应2小时。然后将体系减压至0. 05MPa，蒸出小分子，得到中间产物(I)。
安装减压蒸馏装置，加入O. Olmol(I)和O. Olmol硼酸三乙酯，保持温度70°C ，保持真空度0. 05MPa反应1小时将副产物减压蒸出得到中间产物(II)。 向体系中加入0. Olmol乙醇胺保持温度70°C，保持真空度0. 05MPa反应1小时得
到目的产物。其结构为式
<formula>formula see original document page 5</formula> 将目的产物溶于液体石蜡，其溶解能力达到3% (wt% )。在四球摩擦磨损试验机上考察添加0. 5%目的产物的液体石蜡的摩擦学性能，试验载荷392N、转速1450r/min，时间为30分钟，发现化合物表现出优异的减摩抗磨性能，摩擦系数0. 059，磨斑直径0. 35mm，相对于在相同条件下未加添加剂的液体石蜡，摩擦系数和磨斑直径约减少50%左右。
实施例2 : 安装减压蒸馏装置，向三口瓶中加入O. lmol油酸和O. lmol三乙醇胺升温至65t:， 反应2小时。然后将体系减压至0. 05MPa蒸出小分子，得到中间产物(I)。
安装减压蒸馏装置，加入O. Olmol(I)和O. Olmol硼酸三乙酯，保持温度70°C ，保持 真空度0. 05MPa反应1小时得到中间产物(II)。 向体系中加入0. Olmol 丁醇保持温度70°C，保持真空度0. 05MPa反应1小时得到
目的产物。其结构为式
<formula>formula see original document page 6</formula> 将目的产物溶于液体石蜡，其溶解能力达到3% (wt% )。在四球摩擦磨损试验机 上考察添加0. 5%目的产物的液体石蜡的摩擦学性能，试验载荷392N、转速1450r/min，时 间为30分钟，发现化合物表现出优异的减摩抗磨性能，摩擦系数0. 071，磨斑直径0. 42mm。
权利要求
一种用于润滑油添加剂的含硼氮的化合物，该化合物的结构用通式(III)表示式(III)中R代表CxH9或C2H6N。F2008101822154C0000011.tif
2. 如权利要求1所述含硼氮的化合物的制备方法，其特征在于该方法依次包括如下步骤A:将等摩尔的三乙醇胺以及油酸加入到减压蒸馏装置中，控制反应温度60-8(TC，反 应真空度O. 03-0. 06MPa，得到中间产物(I);<formula>formula see original document page 2</formula>(I)B:向中间产物(I)中加入等摩尔的硼酸三乙酯，真空度控制在0.03-0.06MP之间，在 60-8(TC的温度下反应得到中间产物(II); <formula>formula see original document page 2</formula>C:向产物(II)中加入等摩尔的丁醇或乙醇胺，真空度控制在0.03-0.06MP之间，在 60-8(TC的温度下反应得到目的产物(III): <formula>formula see original document page 2</formula>其中R代表QHg或C2HeN。
全文摘要
本发明公开了一种用于润滑油添加剂的含硼氮化合物及其制备方法。含硼氮的化合物的结构用通式(III)表示，式(III)中R代表C4H9或C2H6N。该化合物制备方法简单环保，反应时间短，反应温度温和，反应不需要介质。化合物不含硫磷等环境有害元素，加入到液体石蜡等基础油中具有优异的减摩抗磨效果。
文档编号C10M139/00GK101735255SQ20081018221
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月22日 优先权日2008年11月22日
发明者刘维民, 夏延秋, 贾正锋 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所