本发明涉及一种汽车液压制动介质的制备方法,特别是一种硼酸酯型汽车液压制动液的制备方法。 硼酸酯型汽车液压制动液是随着现代汽车工业发展而产生的一种较为有效的汽车液压制动液,此类产品具有优异的高温性能和低温性能,而且不易吸水,性能指标稳定,被称之为“水不敏感型”制动液,其已成为当前世界各国竟相开发的新型汽车制动液。中国专利局于1993年7月21日公开了一种合成制动液及制法(CN 1074473A,9311050.3),就是一种硼酸酯型汽车制动液及其制法。该方法主要是以硼酸与多元缩醇如HOC2H4OC2H4OH、HOC2H4OC2H4OC2H4OH在一定温度和负压条件下合成硼酸酯,再在高温(120℃)、负压条件下加入二甘醇单烷基醚类或二缩三丙二醇单烷基醚类及缓蚀剂、抗氧剂、稳定剂进行反应而成。该方法①由于以多元缩醇为原料合成硼酸酯,产物中含有大量的剩余羟基,极易发生缩聚反应使分子量增大,导致产物粘度大幅度增加,而且剩余羟基有较高的反应活性,易发生酯交换反应,使得产物结构不稳定。②由于反应终点不明确,使硼酸的三羟基难以反应完全,会残留酸性羟基,对制动液的抗金属腐蚀性产生严重影响。③由于采用负压的方法脱除低沸物(如产物水),会将部分原料及产物酯带出体系,降低收率,且负压条件对设备要求较高,而且带出的酸性物质对设备有严重的腐蚀作用;负压条件使工人操作难度大,不易保证产品质量的稳定;在突发情况下(如停电),发生倒吸使得产品报废。④在较高温度下加入二甘醇单烷基醚类溶剂,其羟基会与硼酸酯中的羟基发生缩聚反应,使得产品粘度增加,并不得不加入大量溶剂以保证粘度指标,因此会增加产品成本;严重时,粘度超标,产品报废;而且产品质量会随时间变化发生变化。
本发明提供一种硼酸酯型汽车制动液的制备方法,克服现有技术中以多元缩醇为原料合成硼酸酯及负压条件下进行反应和复配,给生产及产品质量带来的多种不利影响,而制备出一种高质量水平且质量稳定的硼酸酯型汽车液压制动液。
本发明的要点:本发明由相互密切关联的多乙二醇醚类混合物原料精制准备、硼酸酯合成、制动液复配三部分组成,具体步骤如下:
1)多乙二醇醚类混合物原料精制准备:
在压力为1.31×10-3~6.57×10-3MPa的条件下,对结构为HO(C2H4O)nCmH2m+1(其中n=1,2,3,4,5,6,7;m=1,2,4)的多乙二醇醚类混合物,采用精馏的方式进行分级:
A:40~110℃馏分,主体结构n=1,m=1,2,4及水;
B:110~150℃馏分,主体结构n=2,3,m=1,2,4;
C:150~250℃馏分,主体结构n=3,4,5,6,7,m=1,2,4。
多乙二醇醚类混合物原料经上述处理后,精制所得B和精制所得C中无n=1的组分及水,为后续硼酸酯的合成、制动液的复配提供了有效的质量保证。
2)硼酸酯地合成:
按硼酸、精制所得B、带水剂、精制所得C的重量比为1∶3~8∶2~6∶1~4的比例,将前三者加入带有冷凝、分水、回流等装置的反应釜,同时通入氮气、搅拌、升温。由于带水剂回流,反应温度稳定在100~130℃。观察反应出水量。当出水量达到理论出水量时,加入精制所得C。待反应出水量不再增加时,通过分水装置回收带水剂。降温出料,产物即为硼酸酯。
精制所得B和精制所得C均只有一个端基为羟基,在反应条件下会与硼酸完全反应,所得硼酸酯无活泼羟基,具有稳定的化学结构。而且精制所得B和精制所得C在反应的不同时刻加入体系,且根据出水量判断反应终点直观、易行,故硼酸的三羟基可充分反应,不会因位阻效应导致产物结构中残余活泼羟基,对制动液的多种性能产生影响。
3)制动液的复配
将合成所得硼酸酯、粘度调整剂、橡胶溶胀抑制剂、抗氧剂、缓蚀剂加入复配釜中,各组分的重量百分比为:
硼酸酯: 5~40
粘度调整剂: 20~70
橡胶溶胀抑制剂: 5~60
抗氧剂: 0.1~3
缓蚀剂: 0.05~0.5
其中粘度调整剂可选用精制所得B或精制所得C。
橡胶溶胀抑制剂可选用乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、甘油中的任一种。
抗氧剂可选用双酚A、抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂C202中的任一种。
缓蚀剂为以下每一类中任选一种的组合:
D:亚硝酸钠、亚硝酸钾
E:苯并三氮唑、巯基苯并噻唑、氨基咪啉盐溶液、
N-苯基吗啡啉
F:四硼酸钠、四硼酸钾、钼酸钠、钼酸钾。
缓蚀剂的组合满足下述重量百分比:
D: 5~15
E: 20~40
F: 50~70。
在制动液的复配时改变各组分的比例,特别是硼酸酯、粘度调整剂及橡胶溶胀抑制剂的比例,可制得不同规格的制动液,如实施例1及实施例2中的3000#、4000#产品。
本发明的效果:本发明采用低成本及市场易得的混合醇醚通过精制作为硼酸酯及制动液复配的主要原料,由于其含有唯一羟基与硼酸反应,因而羟基会反应完全,不会产生剩余羟基带来的种种不利影响。本发明在硼酸酯的合成及制动液的复配过程中,均采用常压操作,因而克服了现有技术因负压条件带来的不利影响。本发明制得的制动液除具有一般硼酸酯型制动液所具有的好的高温稳定性、低温流动性、抗金属腐蚀性、橡胶配伍性外,同时还在液体安定性、耐寒性、蒸发性、耐水性、混合性、抗氧化性诸方面表现出优异的性能,并且通过台架试验、行车试验证明,有很好的使用性。
本发明制备的硼酸酯型汽车液压制动液3000#和4000#可满足国家标准GB10830-89中JG3和JG4、GB12981-91中HZY3和HZY4、美国联邦运输部标准SAE J1703、日本标准JIS K2233中DOT3和DOT4的各项技术要求,具体技术指标如下:
1)理化性能指标
对本发明所制备的硼酸酯型汽车液压制动液3000#和4000#按有关标准进行理化性能指标的检测,得下表:
表1.3000#及4000#汽车液压制动液的理化性能指标
2)台架试验
对本发明所制备的硼酸酯型汽车液压制动液3000#和4000#按有关标准进行台架试验,得如下结论:
在120℃、0.7MPa和分泵行程4.8mm的条件下,对3000#及4000#汽车液压制动液进行8.5万次冲程台架试验证明:产品具有良好的润滑性和抗氧化性能,橡胶件具有较好的适应性,各项指标均符合GB12981-91标准所提的要求。
3)行车试验
对本发明所制备的硼酸酯型汽车液压制动液3000#和4000#按有关标准进行行车试验,得如下结论:
经过近9个月、3万公里的行车试验证明:产品具有较好的金属防腐性和润滑性,对橡胶件适应性较好,防锈性能较好,达到了GB12981-91标准的要求。司机试用情况良好,无异常感觉,制动性能良好。
实际例1:
在体系压力为3.93×10-3MPa的条件下,对化学结构为HO(C2H4O)nCmH2m+1(其中n=1,2,3,4,5,6,7;m=1)的多乙二醇甲醚混合物,以精馏方式,在40~110℃收集n=1馏分及水(即A),在110~150℃收集n=2,3馏分(即B),在150~250℃收集n=3,4,5,6,7馏分(即C)。将硼酸、精制所得B、带水剂苯按1∶5∶4(重量比)的比例加入带有冷凝、分水、回流等装置的反应釜中,同时通入氮气、搅拌、升温至回流,并使反应温度稳定在100~130℃。当出水量达到理论出水量时,按硼酸与精制所得C的比例为1∶4(重量比)加入精制所得C。待反应出水量不再增加时,回收带水剂苯。降温得到硼酸酯。制动液复配所需各组分及其重量百分比为:
硼酸酯: 30
粘度调整剂精制所得B: 47
橡胶溶胀抑制剂乙二醇: 20
抗氧剂C202: 2.6
缓蚀剂: 0.4
其中缓蚀剂组分及重量百分比为:
亚硝酸钾: 8
苯并三氮唑: 38
四硼酸钾: 54
将上述各组份加入复配釜中,在80~100℃,搅拌2~4小时,降温至50℃,过滤得3000#产品。
实际例2:
在体系压力为3.93×10-3MPa的条件下,对化学结构为HO(C2H4O)nCmH2m+1(其中n=1,2,3,4,5,6,7;m=2)的多乙二醇乙醚混合物,以精馏方式,在40~110℃收集n=1馏分及水(即A),在110~150℃收集n=2,3馏分(即B),在150~250℃收集n=3,4,5,6,7馏分(即C)。将硼酸、精制所得B、带水剂甲苯按1∶5.5∶5(重量比)的比例加入带有冷凝、分水、回流等装置的反应釜中,同时通入氮气、搅拌、升温至回流,并使反应温度稳定在100~130℃。当出水量达到理论出水量时,按硼酸与精制所得C的比例为1∶3(重量比)加入精制所得C。待反应出水量不再增加时,回收带水剂甲苯。降温得到硼酸酯。制动液复配所需各组分及其重量百分比为:
硼酸酯: 20
粘度调整剂精制所得C: 38
橡胶溶胀抑制剂三乙二醇: 40
抗氧剂1010: 1.4
缓蚀剂: 0.6
其中缓蚀剂组分及重量百分比为:
亚硝酸钠: 15
N-苯基吗啡啉: 28
钼酸钾: 55
将上述各组份加入复配釜中,在80~100℃,搅拌2~4小时,降温至50℃,过滤得4000#产品。