[发明专利]一种水溶性润滑添加剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性润滑添加剂及其制备方法和用途。

背景技术

水基润滑剂以其优异的冷却性能以及难燃、清洁低污染、来源广泛等诸多优点，在本世纪得到了广泛的关注，基于节约石油资源和保护环境的目的，世界各发达国家都在大力发展水基润滑剂，尤其是在液压液和金属加工领域，已经取得了不小的进展。目前水基金属加工液已占据近50％的金属加工液市场，而水-乙二醇等高水基液压液也以其难燃的优点在一些火灾高危环境下工作的液压传动系统中得到了广泛的使用。但由于水区别于油的诸多特点，水很难起到油一样的润滑效果，而且水自身易锈蚀金属，因而现有的水基润滑剂普遍存在润滑性和防锈性差的问题，这在很大程度上限制了水基润滑剂的发展和实际应用。因此，研究开发高性能的水溶性润滑添加剂具有重要的应用价值。

近年来已有不少关于水溶性润滑添加剂合成和摩擦学性能研究的报道，如Gao等(Y.J.Gao，Y.S.Jing，Z.J.Zhang，G.X.Chen，Q.J.Xue.Tribological properties of aqueous solution of imidazoline borates.Wear，2002，253，576)报道了一种水溶性咪唑啉硼酸酯，US Patent 6228818合成了一种硼酸酯水基润滑添加剂，Huang等(W.J.Huang，J.X.Dong，F.F.Li，B.S.Chen.Study of the tribological behavior of S-(carboxylpropyl)-N-alkyl dithiocarbamic acid as additives in water-based fluid.Wear，2002，252，306)制备了三种水溶性二硫代氨基甲酸酯衍生物作为水基添加剂，US Patent 6852678以二硫代氨基甲酸衍生物为配体制备了一系列软金属络合物作为水基添加剂，US Patent 4729839报道了一种含硫的水溶性润滑添加剂，US Patent 6617288报道了一种水溶性硫代磷酸酯化合物，蒋海珍(蒋海珍.新型水溶性防锈抗磨多功能添加剂的研究.上海大学博士论文2006)等人系统研究了N-酰基氨基酸作为水溶性添加剂的摩擦学性能和防锈性能。虽然这些化合物作为添加剂都能不同程度的提高水基润滑液的摩擦学性能，但往往水溶性有限，需要以表面活性剂增溶，而且对水基润滑液抗磨减摩整体性能的提高并不明显，对金属存在不同程度的腐蚀，难以在实际中得到应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶性润滑添加剂及其制备方法。

本发明通过如下措施来实现：

出于解决上述的问题，我们制备了一种润滑性能优异、制备方法简便、能提高水基润滑剂整体抗磨减摩性能的水溶性润滑添加剂，通过分子设计的方法，在化合物结构中引入水溶性基团(CH2CH2O)_n、活性元素S、P以及吸附性基团-OH，合成了一种含有硫、磷的水溶性化合物，它作为水溶性润滑添加剂的具有良好的摩擦学性能。

一种水溶性润滑添加剂，其特征在于添加剂为水溶性硫代亚磷酸酯化合物，用通式(VI)表示，式(VI)中R₁、R₂为相同或不同的C8～C18的直链烷基或烷基取代苯基，R₃为H、苯基或C1～C8的直链或支链烷基，n为10～20的整数，

通式(VI)化合物的制备方法：将脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚或二者的混合物与亚磷酸二正丁酯在催化剂存在的条件下进行酯交换反应，然后加入硫粉硫化制得硫代亚磷酸酯，进一步与二乙醇胺和醛进行Mannich缩合，即得含硫、磷的水溶性化合物。

一种水溶性润滑添加剂，具体包括A、B和C三个反应步骤：

A使用式(I)的脂肪醇聚氧乙烯醚或式(II)的烷基酚聚氧乙烯醚或二者的混合物与式(III)的亚磷酸二正丁酯，在催化剂的存在下，于120～160℃减压反应4～10小时，生成式(IV)的酯交换产物，整个过程中采用减压装置除去副产物正丁醇，式(I)中R’为C8～C18的直链或支链烷基，式(II)中R”为C2～C12直链或支链烷基；

B使用式(IV)的亚磷酸酯与硫粉在氮气气氛下120～160℃反应4～10小时，生成式(V)的硫代亚磷酸酯：