一种齿轮油专用极压抗磨剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及齿轮油技术领域，具体涉及一种齿轮油专用极压抗磨剂及其制备方法。

背景技术

齿轮油用于各种齿轮传动装置，以防止齿面磨损、烧结和腐蚀，延长齿轮使用寿命，提高传递功率效率。齿轮油需具备优异的极压抗磨性能；但遗憾的是，目前在齿轮油中广泛应用的极压抗磨剂二烷基二硫代磷酸锌已显得难于适应形势发展的需要。

新型极压抗磨剂二烷基二硫代磷酸锑中的锑元素、磷元素位于元素周期表的第V主族，均是具有极压抗磨特性的元素。根据相关研究该类化合物具有显著优于二烷基二硫代磷酸锌的极压抗磨性能，以其代替二烷基二硫代磷酸锌作为齿轮油极压抗磨剂可以降低磷危害，这就意味着二烷基二硫代磷酸锑在齿轮油领域具有诱人前景。

国内外关于二烷基二硫代磷酸锑在润滑脂中应用的报道已有不少，有文献报道，二烷基二硫代磷酸锑可与二烷基二硫代磷酸锌和丙三醇形成稳定的三元极压协同体系，极为有效地提高润滑脂的极压抗磨性能。而关于二烷基二硫代磷酸锑在齿轮油中的应用却鲜有报道，这主要是由于极压抗磨性能优异的二烷基二硫代磷酸锑油溶性及抗腐性能较差，限制了其在齿轮油中的应用。

现有的专利及文献都是关于二烷基二硫代磷酸盐这一类产品的合成工艺，但具体到二烷基二硫代磷酸锑合成工艺方面的文献报道较少。根据二烷基二硫代磷酸盐相关专利(例如US4113634、CN1144223A和CN1022250139A)所合成的二烷基二硫代磷酸锑产品存在两个缺陷：第一，产品油溶性较差，调入油品中易出现浑浊现象；第二，产品的抗腐性能较差。上述两个缺陷极大的限制了产品在齿轮油中的应用。

因此，研制出一种兼具极压抗磨、抗腐、油溶性的极压抗磨剂，在齿轮油摩擦学领域具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种齿轮油专用极压抗磨剂及其制备方法，极压抗磨剂具有良好的油溶性、抗腐蚀性和极压抗磨性。

本发明公开了一种齿轮油专用极压抗磨剂的制备方法，所述制备方法包括：步骤S2：将硫磷酸与三氧化二锑在催化剂的作用下生成中间产品；步骤S3：将所述中间产品与甲基丙烯酸甲酯反应，获得齿轮油专用极压抗磨剂。

优选的，三氧化二锑的纯度大于99％、粒径0.9-1.6μm，

三氧化二锑包括间接法制备的三氧化二锑和直接法制备的三氧化二锑，

所述间接法制备的三氧化二锑和直接法制备的三氧化二锑比例为1：1-3。

优选的，所述催化剂包括醋酸锌、氨水或双氧水。

优选的，步骤S2包括：

三氧化二锑、基础油和催化剂加入到容器内；

在所述容器内滴加硫磷酸，滴加过程中温度不超过60℃，滴加后80-90℃保温3-5小时；

保温结束后，经降温、过滤，获得中间产品。

优选的，所述基础油为环烷基基础油；

所述中间产品中基础油的重量占比为10-30％。

优选的，三氧化二锑和硫磷酸的重量比为1：2-5；

甲基丙烯酸甲酯与中间产品的重量比为3-5：100。

优选的，步骤S3包括：

向中间产品中加入3％-5％wt的甲基丙烯酸酯后，80-90℃保温1-3小时；

保温结束后，减压蒸馏脱除反应过程中生成的水份，得到齿轮油专用极压抗磨剂。

优选的，硫磷酸的制备方法包括：

将五硫化二磷与醇反应，获得硫磷酸；

其中，所述醇包括3-12个碳原子、直链或支链中的一种或它们的组合物。

优选的，硫磷酸的制备方法包括：

在容器中加入五硫化二磷，并连上尾气吸收装置；

向容器内滴加醇，其中醇过量2％-10％，滴加过程中温度不超80℃；

滴加结束后，80-105℃，保温反应1-3h；

保温结束后，降温至40-60℃，通入氮气汽提3小时后过滤，获得硫磷酸。

本发明还提供一种上述制备方法所制备的齿轮油专用极压抗磨剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：反应进行得更加充分，副产物更少，极压抗磨剂具有良好的油溶性、抗腐蚀性和极压抗磨性。

附图说明

图1是本发明的齿轮油专用极压抗磨剂的制备方法流程图；

图2是实施例1中的制备方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

一种齿轮油专用极压抗磨剂的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括：

步骤S1：制备硫磷酸。可以通过五硫化二磷与醇反应，获得硫磷酸。

步骤S2：将硫磷酸与三氧化二锑在催化剂的作用下生成中间产品。所述催化剂包括醋酸锌、氨水或双氧水。

步骤S3：将所述中间产品与甲基丙烯酸甲酯反应，获得齿轮油专用极压抗磨剂。

通过催化反应制备二烷基二硫代磷酸锑的中间产品，减少碱式盐的生成，提高产品油溶性；再通过甲基丙烯酸甲酯进行二次反应，中和其中的游离酸性物质，提高产品的抗腐性。

具体的，步骤S1中，硫磷酸的制备方法包括：

步骤101：在容器中加入五硫化二磷，并连上尾气吸收装置。

步骤102：向容器内滴加醇，其中醇过量2％-10％，滴加过程中温度不超80℃。所述醇包括3-12个碳原子(C

步骤103：滴加结束后，80-105℃保温反应1-3h。

步骤104：保温结束后，降温至40-60℃，通入氮气汽提3小时后过滤，获得硫磷酸。

步骤S2包括：

步骤201：三氧化二锑、基础油和催化剂加入到容器内。

其中，三氧化二锑的纯度＞99％、粒径0.9-1.6μm，所述三氧化二锑(Sb

直接法又称金属锑烟化法，所制备的三氧化二锑反应活性高，反应过程中使用直接法制备的三氧化二锑利于碱式盐生成，但得到的产品油溶性稍差；间接法又称精矿双窑烟化法，所制备的三氧化二锑反应活性稍差，使用间接法制备的三氧化二锑反应较难进行，得到产品抗腐蚀性能较差。本发明中，通过两种方法所制备的三氧化二锑的比例，平衡产品的油溶性和抗腐蚀性。如，间接法制备的三氧化二锑和直接法制备的三氧化二锑比例为1：1-3。优选的，直接法三氧化二锑：间接法三氧化二锑＝1:1可使反应达到最佳。

步骤202：在所述容器内滴加硫磷酸，滴加过程中温度不超过60℃，滴加后80-90℃保温3-5小时。优选的，硫磷酸过量2％-5％。

步骤203：保温结束后，经降温、过滤，获得中间产品。

其中，所述基础油为环烷基基础油；所述中间产品中基础油的重量占比为10-30％。三氧化二锑和硫磷酸的重量比为1：2-5。

步骤S3包括：

步骤301：向中间产品中加入3％-5％wt的甲基丙烯酸酯后，80-90℃保温1-3小时。

步骤302：保温结束后，真空(-0.1MPa)减压蒸馏(100℃)脱除反应过程中生成的水份，得到齿轮油专用极压抗磨剂。

实施例1

如图2所示，步骤401：硫磷化反应：在装有搅拌器、冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入称量好的五硫化二磷固体100g，恒压滴液漏斗中加入正丙醇110g(醇过量2％)，连接尾气吸收装置，向四口烧瓶中逐滴滴加正丙醇，滴加结束后升温至85℃，保温反应2h。

步骤402：过滤和汽提，反应结束降温至50℃，氮气汽提3h，过滤得到中间物硫磷酸170g。

步骤403：催化反应(皂化反应)：在配有冷凝管的四口烧瓶中加入42.84g三氧化二锑，45g基础油150SN，0.05g醋酸锌，向四口烧瓶中逐滴滴加上述硫磷酸，滴加结束升温至85℃，保温反应3h，降温过滤得到中间产品150g。

步骤404：再次反应：向上述中间品中加入甲基丙烯酸甲酯7.5g，升温至80℃保温反应2h。

步骤405：脱水和过滤：保温反应结束后，降温，经过滤、脱水和脱醇制得成品，记为产品1。

实施例2

将实施例1中的正丙醇改为正丁醇，其余步骤与实施例1保持相同，制得成品。记为：产品2。

实施例3

将实施例1中的正丙醇改为正戊醇，其余步骤与实施例1保持相同，制得成品。记为：产品3。

实施例4

将实施例1中的基础油改为150N，其余步骤与实施例1保持相同，制得成品。记为：产品4。

实施例5

将实施例1中的甲基丙烯酸甲酯改为ZnO，其余步骤与实施例1保持相同，制得成品。记为：产品5。

实施例6

将实施例1中的三氧化二锑投料量改为44.59g(三氧化二锑过量2％)，其余步骤与实施例1保持相同，制得成品。记为：产品6。

实施例7

将实施例1中的步骤403制备的中间产品，记为：产品7。

以基础油150SN为空白对照组、市售二正丙基二硫代磷酸锑作为对照组，将空白对照组、上述实施例的产品和对照组，按照相同的配方调成齿轮油，分别标识为0#、1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#，根据齿轮油外观测试其油溶性，按照《石油产品铜片腐蚀试验法》GB/T5096-2017测试其耐腐蚀性能，按照《润滑油抗磨损性能测定法(四球法)》SH/T 0189-92测定其抗磨性能，按照《润滑剂承载能力测定法(四球法)》GB/T 3142-82测定其极压性能，结果如下表所示：

其中，D(μm)表示为平均磨斑直径，μ

如表中可知，1#-3#具有良好的油溶性，产品1#-5#、7#和8#调配的齿轮油油溶性良好。铜棒外观显示，齿轮油1#-6#与空白对照相比具有相同或更好的防腐蚀性能，而没有经过再次反应的7#表现了较差的腐蚀性。1#-6#表现的抗腐蚀性能优于8#(市售产品)。1#-8#均表现了良好的抗磨性能和极压性能。

本发明还提供上述制备方法所获得的齿轮油专用极压抗磨剂。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。