蜗轮蜗杆油组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑油领域，特别涉及一种蜗轮蜗杆油组合物及其制备方法。

背景技术

1948年美国石油学会(API)把蜗轮蜗杆油列入传动润滑油的分类之中。我国对蜗轮蜗杆油的研究始于1977年，目前将蜗轮蜗杆油分为普通型(L-CKE)和极压型(L-CKE/P)两大类。普通型蜗轮蜗杆油质量指标参照MIL-L-15019E规格，而极压型蜗轮蜗杆油质量指标参照MIL-L-18486B(OS)规格。

蜗轮蜗杆传动是齿轮传动的类型之一，因其具有体积小、传动速比大、运转平稳、噪音小、蜗轮输出转矩大的特点，因而得到了广泛应用。蜗轮蜗杆副多以青铜、黄铜蜗轮和钢质蜗杆相匹配，蜗杆润滑对蜗轮蜗杆传动有着举足轻重的影响，它可以减小摩擦、减少磨损，提高蜗轮副传动效率及使用寿命。因此蜗轮蜗杆油应具有良好的润滑性、抗磨性、抗腐防锈性、热氧化安定性和抗乳化等性能。蜗杆传动由于齿面间的滑动较大且齿的接触时间比齿轮传动相对较长，摩擦磨损情况突出，要求油品具有较高的综合性能。CN 100497561C公开了一种蜗轮蜗杆油组合物，可以调配成N100、N150、N220、N320、N460等不同粘度等级的蜗轮蜗杆油。

现有技术的蜗轮蜗杆油在抗氧化性能、极压抗磨性能等方面还存在改进的余地，以适应蜗轮蜗杆油综合性能优良的发展趋势。

发明内容

本发明提出了一种蜗轮蜗杆油组合物及其制备方法。

本发明的蜗轮蜗杆油组合物，包括：(a)有机钼化合物；(b)含硫极压抗磨剂；(c)含磷抗磨剂；(d)金属减活剂和/或防锈剂；(e)抗乳化剂；(f)抗泡剂；(g)润滑基础油；其中所述有机钼化合物的结构如式(I)所示：

在式(I)中，存在a个重复单元L和b个含钼基团，b个所述含钼基团中的各个A’基团代表与a个L基团键合的结合端，a为1～10之间的整数(优选1～5之间的整数)，b为1～5之间的整数(优选1～3之间的整数)，a个L基团彼此相同或不同，各自独立地选自式(II)所示的基团；

在式(II)中，HO与苯环键合(HO优选位于苯环上R

所述R

m为0～10之间的整数(优选1～5之间的整数)；G

G

在a个L基团中，至少存在一个A基团选自式(III)所示的基团；

在a个L基团中，同为与所述含钼基团键合的结合端的G

与同一个所述含钼基团键合的两个基团中，至少存在一个G

根据本发明，式(III)或式(IV)中的两个与式(II)键合的结合端可以以任意方式与式(II)中的基团键合，例如可以沿一个方向与式(II)键合，也可以沿相反方向与式(II)键合。

根据本发明，可以举出的所述有机钼化合物的例子包括以下结构化合物中的一种或多种：

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根据本发明，所述有机钼化合物的制备方法包括以下步骤：

(1)使式(X)所示的化合物与过氧化物反应；

在式(X)中，HO与苯环键合(HO优选位于苯环上R

(2)使步骤(1)的反应产物与式(Y)所示的化合物反应；

在式(Y)中，R

(3)使步骤(2)的反应产物与无机钼化合物反应，收集产物。

根据本发明，在步骤(1)中，式(X)所示的化合物可以选自腰果酚、烷基化腰果酚，所述烷基化腰果酚可以通过腰果酚与烷基化剂反应得到，例如可以通过腰果酚与叔丁基氯反应得到叔丁基化腰果酚。

根据本发明，在步骤(1)中，所述过氧化物优选双氧水、过氧甲酸、过氧乙酸、过氧磺酸、间氯过氧苯甲酸、叔丁基过氧化氢、过氧乙酸叔丁酯、过氧化甲基乙基酮、过氧化二苯甲酰和过氧化环己酮中的一种或多种，更优选双氧水、过氧化甲酸、过氧乙酸和过氧磺酸中的一种或多种。

根据本发明，在步骤(2)中，式(Y)所示的化合物可以选自多烯多胺，例如可以选用乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和五乙烯六胺中的一种或多种。

根据本发明，在步骤(3)中，所述无机钼化合物可以选自钼酸、钼酸铵、仲钼酸铵、三氧化钼和钼酸钠中的一种或多种。

根据本发明，式(X)所示的化合物与过氧化物、式(Y)所示的化合物、无机钼化合物之间的当量比优选为1：0.5～10：0.5～10：0.5～5，更优选为1：2～3：2～3：1～2。

根据本发明，步骤(1)的反应温度优选为0～100℃，更优选为20～80℃；步骤(2)的反应温度优选为50～150℃，更优选为70～100℃；步骤(3)的反应温度优选为80～200℃，更优选为120～160℃。

根据本发明，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的反应时间通常越长越好，一般来说，步骤(1)的反应时间优选为1～10h，更优选为3～5h；步骤(2)的反应时间优选为1～10h，更优选为2～4h；步骤(3)的反应时间优选为1～10h，更优选为3～5h。

根据本发明，在步骤(3)中，在步骤(2)的反应产物与无机钼化合物的反应中可以加入聚异丁烯丁二酰亚胺，所述聚异丁烯丁二酰亚胺中聚异丁烯部分的分子量优选500-4000，更优选700-3000，进一步优选1000-2400；所述聚异丁烯丁二酰亚胺与所述无机钼化合物之间的质量比优选为1：0.01～1，更优选1：0.1～0.5。所述聚异丁烯丁二酰亚胺可以选用苏州特种油品厂、锦州石化分公司添加剂厂、无锡南方添加剂厂生产的T151、T152、T153、T154和T161中的一种或多种。

根据本发明，所述反应步骤(1)、(2)或(3)可以在稀释剂和/或溶剂的存在下进行，也可以不使用稀释剂和/或溶剂。

根据本发明，所述稀释剂可以选用API I、II、III、IV和V类基础油中的一种或多种，常见的商品或牌号包括150SN、200SN、350SN、500SN、650SN、150BS、HVI-100、HVI-150、HVI-200、HVI-350、HVI-400、HVI-500、HVI-150BS、PAO4、PAO6、PAO8、PAO10、烷基苯、烷基萘等。

根据本发明，所述溶剂可以选用C

根据本发明的一个特别实施方式，所述稀释剂和/或溶剂可以在所述反应步骤的任何阶段按照本领域的常规用量加入，并没有特别的限定。

根据本发明，显然的是，所述反应步骤一般在惰性气体气氛的保护下进行。作为所述惰性气体，比如可以举出氮气和氩气等，并没有特别的限定。

根据本发明，在步骤(3)中，可以加入促使反应完全的促进剂，常见的促进剂包括水、乙醇、丙醇、丁醇、氨水等。如加入促进剂，可在反应结束后，使用本领域技术人员公知的方式，例如在常压或减压条件下去除。

根据本发明，通过前述的有机钼化合物的制备方法，作为反应产物，可以制造出单一的一种有机钼化合物，也可以制造出由多种有机钼化合物构成的混合物，或者由一种或多种所述有机钼化合物与前述稀释剂(如果使用的话)构成的混合物。这些反应产物都是本发明所预期的，其存在形式的不同并不影响本发明效果的实现。因此，本说明书上下文中不加区分地将这些反应产物均统称为有机钼化合物。鉴于此，根据本发明，并不存在进一步纯化该反应产物，或者从该反应产物中进一步分离出某一特定结构的有机钼化合物的绝对必要性。当然，该纯化或分离对于本发明预期效果的进一步提升而言是优选的，但于本发明并不必需。虽然如此，作为所述纯化或分离方法，比如可以举出通过柱层析方法或制备色谱等方法对所述反应产物进行纯化或分离等。

本发明的有机钼化合物可以用作润滑油的抗磨剂、减摩剂、抗氧剂。

根据本发明，所述含硫极压剂优选选自硫化烯烃、二硫化二苄、烷基多硫化物和硫化油脂中的一种或多种，更优选硫化异丁烯，例如可以选用国产的T321和Lubrizol公司的Anglamol-33。

根据本发明，所述含磷抗磨剂优选选自硫磷酸含氮衍生物、硫代磷酸复酯胺盐、磷酸酯、亚磷酸酯和硫代磷酸酯中的一种或多种，例如可以选用硫磷酸含氮衍生物、硫代磷酸复酯胺盐、磷酸三甲酚酯、亚磷酸二正丁酯、亚磷酸二正辛酯、亚磷酸二异丁酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸二异辛酯和硫代磷酸三苯酯中的一种或多种，更优选硫磷酸含氮衍生物、硫代磷酸复酯胺盐、硫代磷酸三苯酯和亚磷酸二正丁酯中的一种或多种，常见的商品牌号包括T304、T305、T306、T307、T308、T309等。

根据本发明，所述金属减活剂和/或防锈剂优选选自苯三唑型金属减活剂、噻二唑型金属减活剂、杂环硫氮型金属减活剂、磺酸盐型防锈剂、羧酸型防锈剂、羧酸酯型防锈剂和杂环型防锈剂中的一种或多种，更优选选自苯三唑型金属减活剂、噻二唑型金属减活剂和磺酸盐型防锈剂中的一种或多种，例如可以选用苯三唑、苯三唑-醛-胺缩合物、噻二唑、噻二唑多硫化物、石油磺酸钙、石油磺酸镁、合成磺酸钙和合成磺酸镁中的一种或多种，商品牌号包括T706、T551、T561、T102、T103、T105、T106等。

根据本发明，所述抗乳化剂优选选自聚醇醚型抗乳化剂，例如可以选用胺与环氧乙烷的缩合物，常见的商品牌号有T1001。

根据本发明，所述抗泡剂优选选自甲基硅油和/或丙烯酸酯醚共聚物，常见的商品牌号包括T901、T903、T911、T912等。

根据本发明，所述润滑基础油优选选自合成润滑基础油。所述合成润滑基础油可以选用合成酯、合成烃和聚亚烷基二醇中的一种或多种，更优选合成酯和/或聚α-烯烃(PAO)。其运动粘度可以根据使用需求而自由调整，并没有特别的限制。可以在所述润滑基础油中加入本领域技术人员所熟知的粘度指数改进剂和/或降凝剂，以配制不同粘度级别的润滑基础油。通常所述合成润滑润滑油的100℃运动粘度为3～100mm

根据本发明，以质量分数计，在所述蜗轮蜗杆油组合物中，所述有机钼化合物的含量优选为0.05％～2.0％，更优选0.1％～1％；所述含硫极压抗磨剂的含量优选为0.1％～5％，更优选0.5％～2.5％；所述含磷抗磨剂的含量优选为0.1％～3％，更优选0.5％～2％；所述金属减活剂和/或防锈剂的含量优选为0.01％～1％，更优选0.05％～0.5％；所述抗乳化剂的含量优选为0.01％～1％，更优选0.01％～0.5％；所述抗泡剂的含量优选为0.0001％～0.02％，更优选0.001％～0.01％；所述润滑基础油构成所述蜗轮蜗杆油组合物的主要成分。

根据本发明，所述蜗轮蜗杆油组合物的制备方法包括将前面所述蜗轮蜗杆油组合物中的各组分混合的步骤。所述混合的温度优选40～90℃，混合的时间优选1～2h。

本发明的蜗轮蜗杆油组合物具有优良的氧化安定性、极压抗磨性、抗乳化性、抗腐防锈性及抗泡沫等性能，可调配成N100、N150、N220、N320、N460等不同粘度等级的蜗轮蜗杆油，能够应用于各类蜗轮蜗杆齿轮箱的润滑。

具体实施方式

在本说明书中，在基团的定义中有时使用术语“单键”。所谓“单键”，指的是该基团不存在。举例而言，假定结构式-CH

下面通过实施例对本发明做进一步说明，但并非构成对本发明的限制。

所用主要原料和添加剂来源如下：

腰果酚，上海物竞化工科技有限公司，工业品

氯化锌，国药集团化学试剂有限公司，分析纯

浓硫酸，国药集团化学试剂有限公司，分析纯

双氧水(30％)，国药集团化学试剂有限公司，分析纯

甲酸，国药集团化学试剂有限公司，分析纯

钼酸铵，国药集团化学试剂有限公司，化学纯

三氧化钼，国药集团化学试剂有限公司，化学纯

叔丁基氯，国药集团化学试剂有限公司，分析纯

抗氧剂T501，石油化工科院研究院兴普公司，工业品

聚异丁烯丁二酰亚胺T151，无锡南方添加剂厂，工业品

聚异丁烯丁二酰亚胺T153，无锡南方添加剂厂，工业品

聚异丁烯丁二酰亚胺T161，无锡南方添加剂厂，工业品

油酸，国药集团化学试剂有限公司，化学纯

N-(2-羟乙基)乙二胺，国药集团化学试剂有限公司，化学纯

丙酮，国药集团化学试剂有限公司，分析纯

二甲苯，国药集团化学试剂有限公司，分析纯

二乙烯三胺，国药集团化学试剂有限公司，化学纯

癸二酸二异辛酯，北京化工三厂，工业品

本发明实施例中所选用的反应物C无机钼化合物包括：

C-1：钼酸铵，国药集团化学试剂有限公司，分析纯

C-2：三氧化钼，国药集团化学试剂有限公司，分析纯

本发明实施例中所选用的稀释剂包括：

D-1：150SN，大连石化

D-2：烷基苯，南京烷基苯厂

D-3：烷基萘，ExxonMobil

聚α-烯烃降凝剂，T803，无锡南方石油添加剂有限公司，工业品

聚甲基丙烯酸酯，T602，无锡南方石油添加剂有限公司，工业品

硫化异丁烯，T321，辽宁天合精细化工股份有限公司，工业品

硫代磷酸复酯胺盐，T307，锦州康泰润滑油有限公司，工业品

苯三唑-醛-胺缩合物，T551，北京兴普精细化工技术开发有限公司，工业品苯三唑，T706，南京金陵化工合成试剂厂，工业品

胺与环氧乙烷缩合物，T1001，丹阳市天宇石油添加剂厂，工业品

聚甲基硅油，T901，丹阳市天宇石油添加剂厂，工业品

聚α-烯烃油(PAO)，上海纳克润滑技术有限公司，工业品

润滑基础油G-1，包括24％的癸二酸二异辛酯、76％的聚α-烯烃油(PAO20)，并且外加二者质量之和1.8％的聚甲基丙烯酸酯粘度指数改进剂T602。

润滑基础油G-2，包括19％的癸二酸二异辛酯、81％的聚α-烯烃油(PAO40)，并且外加二者质量之和0.4％的聚α-烯烃降凝剂T803。

对比抗氧剂，为本发明比较例1制备的产物V-01。

对比抗氧剂，为T501，记为DA-1。

对比抗氧剂，为T534，记为DA-2。

实施例1叔丁基化氨基腰果酚的制备

取100g腰果酚、8g甲酸、0.3g硫酸、200g双氧水，加入带有机械搅拌、回流冷凝器及温控的三口烧瓶中，开启搅拌、加热。维持反应温度为70℃，反应3小时。反应结束后降温，得到棕红色透明液体。将反应产物过滤后用5％KOH溶液进行碱洗，然后用蒸馏水水洗至中性，将有机相在100Pa、150℃条件下减压蒸馏1h，除去水分及没反应的原料，得到橙红色透明液体环氧化腰果酚。

将35g环氧化腰果酚溶入100ml丙酮中，溶好后放入250ml三口反应烧瓶中，加入0.9g氯化锌催化剂，开启搅拌、加热。维持反应温度为60℃，将9.5g叔丁基氯缓慢滴加入反应烧瓶，滴加完毕后继续反应3小时。反应结束后降温，得到棕红色透明液体。将反应产物过滤后用5％KOH溶液进行碱洗，然后用蒸馏水水洗至中性，在1000Pa、120℃条件下减压蒸馏1h，除去溶剂、水分及没反应的原料，得到棕红色粘稠液体叔丁基化环氧腰果酚。

将32g叔丁基化环氧腰果酚，6g二乙烯三胺及间二甲苯90g加入250mL三口烧瓶，在搅拌下加热，90℃条件下反应3h。反应结束后，减压蒸馏1h，除去溶剂及没反应的原料，得到深棕红色粘稠液体叔丁基化氨基腰果酚。

上述反应的示例反应式如下式所示。

实施例2

将22g实施例1制备的叔丁基化氨基腰果酚、13g聚异丁烯丁二酰亚胺、6.5g钼酸铵、8g蒸馏水、10g150SN以及70g二甲苯加入反应容器中，搅拌、升温，脱去水分，在140℃反应4小时，最后过滤、蒸除溶剂，得到有机钼添加剂W-01，其钼含量的质量分数为5.5％。

反应的示例反应式如下式所示。

将实施例2制备的产物进行红外光谱分析，分析结果见表1。

表1产物红外分析结果

表1中说明产物中存在C－OH伸缩振动峰、C－NH伸缩振动峰、苯环骨架伸缩振动峰、N－C伸缩振动峰、O－C伸缩振动峰以及Mo＝O伸缩振动峰等特征峰，可以表明合成产物为目标化合物。

实施例3-4

分别按照表2中的反应原料和反应条件，将实施例1制备的叔丁基化氨基腰果酚、聚异丁烯丁二酰亚胺、无机钼化合物与蒸馏水、稀释剂以及溶剂加入反应容器中，搅拌、升温，脱去水分，在120℃～160℃反应1～10小时，最后过滤、蒸除溶剂，分别得到有机钼添加剂W-02～W-03，其钼含量的质量分数分别为9.3％、8.4％。

对比例1

将摩尔比为1：1的油酸与N-(2-羟乙基)乙二胺在120℃反应5小时，制备得到二者的缩合产物，命名为油酸酰胺。

按照表2中的反应原料和反应条件，将所述的油酸酰胺、无机钼化合物与蒸馏水、稀释剂以及溶剂加入反应容器中，搅拌、升温，脱去水分，在140℃反应4小时，降温过滤，最后过滤、蒸除溶剂，得到对比有机钼添加剂V-01，其钼含量的质量分数为5.5％。

表2

蜗轮蜗杆油组合物的实施例5～7以及比较例2～4

蜗轮蜗杆油组合物的实施例5～7以及比较例2～4的配方组成见表3。将各组分按比例加入到调和容器中，在50℃加热搅拌2小时，分别配制得到蜗轮蜗杆油组合物的实施例5～7以及比较例2～4。

分别对这些蜗轮蜗杆油组合物进行了运动粘度、粘度指数、铜片腐蚀、闪点(开口)、倾点、水分、机械杂质、液相锈蚀、抗乳化性、抗氧化性和四球试验，试验方法见表4，试验结果见表5。

表3

表4主要试验方法

表5

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