CN103725358B - 一种硫化烷基酚的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硫化烷基酚的制备方法。本发明方法包括：(1)将烷基酚、硫化剂与无机碱或其水溶液混合，进行硫化反应；(2)在步骤(1)中的反应产物中加入低分子醇的水溶液混合搅拌，然后加入破乳剂，分离油相，收集产物。本发明制备的硫化烷基酚具有优异的抗氧化性、腐蚀抑制性、高温清净性，是一种性能全面的润滑油抗氧化剂。

Description

一种硫化烷基酚的制备方法

技术领域

本发明涉及一种硫化烷基酚，特别涉及一种硫化烷基酚抗氧剂的制备方法。

背景技术

抗氧化剂是润滑油中常用的一类添加剂，主要防止油品在高温时氧化衰变。常用的抗氧化剂分为含金属型和无灰型抗氧化剂，其中二烷基二硫代磷酸锌是常用的金属型抗氧化剂。而无灰型抗氧化剂包括烷基芳胺型、烷基酚、硫化烷基酚型、烷基酚酯型等。其中硫化烷基酚型抗氧化剂的硫含量高、性能全面，可以用于齿轮油及液压油中。

关于硫化烷基酚的制备方法专利很多，例如美国专利US 2916454介绍了一种含有硫桥和亚甲基桥的烷基酚金属盐的制备方法，其中硫化烷基酚是含有硫桥和亚甲基桥连的烷基酚，甲醛的用量是2摩尔，硫化剂的用量是1摩尔，烷基酚的烷基是异丁基。

US 3951830介绍了一种含有硫桥和亚甲基桥的烷基酚碱金属盐或者是碱土金属盐的制备方法，其中硫化烷基酚是含有硫桥和亚甲基桥连的烷基酚，可以先用酚与甲醛反应得到含有亚甲基的烷基酚，然后进行硫化反应，或者是用先将烷基酚硫化，然后再进行亚甲基化反应得到含有亚甲基和硫桥的烷基酚，最后进行金属化反应。

US 4021409介绍了一种含有硫和亚甲基桥的多烷基酚的碱式金属的制备方法，其中硫化部分采用先硫化含有亚甲基桥连的烷基酚，或者是用甲醛与硫化烷基酚反应，然后与过量的碱土金属氧化物在50℃-125℃反应得到产品。

CN 200810026030.4介绍了一种用作抗氧减色剂的壬基酚硫化物低聚体及其制备方法，尤其用作松香及其深加工产品的抗氧减色剂的壬基酚硫化物低聚体及其制备方法。所述的壬基酚硫化物低聚体能够使松香及其深加工产品有效抵抗氧化，降低色泽，使之能够满足不同工业领域的要求，应用的范围更加广泛。在硫化反应后，保持温度10度，用氢氧化钠溶液吸收生成的氯化氢气体，滴加完毕后，静置半小时，加入10升5％亚硫酸钠溶液，继续搅拌，将温度升高到50℃，静置分层后将下层的水排出。重复使用5％的亚硫酸钠溶液洗涤两次，加入10升纯净水洗涤。最后减压蒸馏除去溶剂油，产品硫含量高，氯含量低。

文献《硫化烷基酚抗氧化剂T503的制备研究》介绍了用2,6二叔丁基酚硫化反应得到硫化烷基酚的过程，由于采用催化剂及促进剂，使得产物的抗氧化性提高，腐蚀性进一步降低。

以上发明涉及到硫化烷基酚的制备方法，采用了不同的硫化剂及一些后处理措施，但是，硫化反应中存在的一些杂质会影响产品的性能，例如腐蚀性，高温清净性等，以上问题并没有得到很好的解决，因此，现有技术需要进一步改进。

发明内容

本发明提供了一种硫化烷基酚的制备方法。

本发明方法包括：

(1)将烷基酚、硫化剂与无机碱或其水溶液混合，进行硫化反应；

(2)在步骤(1)中的反应产物中加入低分子醇的水溶液混合搅拌，然后加入破乳剂，分离油相，收集产物。

步骤(1)中所述烷基酚为单取代和/或双取代烷基酚，其中取代烷基的总碳数在4-20之间；优选邻位和/或对位的单取代和/或双取代烷基酚，其中取代烷基的总碳数在6-15之间，例如对位辛基酚、对位壬基酚、对位十二烷基酚、对位十五烷基酚、2,6-二叔丁基酚、2,6-二叔丁基对己基酚。

步骤(1)中所述硫化剂选自硫磺、氯化硫和二氯化硫中的一种或多种，优选硫磺。

步骤(1)中所述硫化剂的加入量是烷基酚质量的5-30％，优选7-20％。

步骤(1)中所述无机碱为碱金属的氧化物和/或氢氧化物、碱土金属的氧化物和/或氢氧化物和氨中的一种或多种，优选氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氨中的一种或多种，最优选氢氧化钠和/或氨。加入无机碱的目的是促进硫化反应的发生，缩短反应时间，降低反应温度，提高产物的收率。

步骤(1)中所述无机碱的加入量是烷基酚质量的0.05%~10%，优选0.1%~5%。

步骤(1)中优选加入上述无机碱的水溶液，其中无机碱占无机碱水溶液总质量的10%~30%，优选15%~25%。

步骤(1)中所述硫化反应的温度是120℃~180℃，优选130℃~170℃，反应时间是0.5小时~8小时，优选2~6小时。

步骤(1)中所述硫化反应中可以加入稀释油，也可以不加入稀释油。当加入稀释油时，所述稀释油为I类、II类、III类和IV类润滑基础油中的一种或多种，优选100℃运动粘度为2-10mm²/s的润滑基础油。所述稀释油的加入量是烷基酚质量的30%~200%，优选50%~120％。

步骤(2)中所述低分子醇选自C1~C6烷基醇，优选甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丁醇和戊醇中的一种或多种，最优选甲醇、乙醇和丙醇中的一种或多种，所述低分子醇占水溶液总质量的10-60%，优选20-50%。所述低分子醇的水溶液的加入量是步骤(1)中烷基酚质量的50%~1000%，优选300%~800%。

步骤(2)中所述破乳剂为非离子型破乳剂，可以选用聚醚类、聚硅氧烷类、聚酯类和碳酸亚乙酯树脂类破乳剂中的一种或多种，例如环氧乙烷环氧丙烷聚醚嵌段破乳剂、硅油破乳剂、聚甲基丙烯酸酯破乳剂、碳酸亚乙酯烷基酚甲醛树脂破乳剂，优选聚醚破乳剂和/或硅油破乳剂，最优选环氧乙烷环氧丙烷聚醚嵌段破乳剂和硅油破乳剂的混合物，二者之间的比例是1:1-8:1，优选1:1-5:1，最优选1:1-3:1。所述破乳剂的加入量是步骤(1)中烷基酚质量的10-1000ppm，优选50-500ppm。

步骤(2)中混合搅拌的温度是10℃-60℃，优选30℃-40℃，混合搅拌的时间是0.5-8h，优选1-5h。

步骤(2)分离油相后，对油相采用过滤、干燥等常规方法得到本发明的硫化烷基酚。

步骤(2)中优选在加入破乳剂的同时加入聚烯烃助破乳剂，所述聚烯烃是由乙烯、丙烯、C₄-C₁₀烯烃单独聚合或共聚合而得到的聚烯烃，所述C₄-C₁₀烯烃可以选用正丁烯、异丁烯、正戊烯、正己烯、正辛烯和正癸烯中的一种或多种，优选聚异丁烯，所述聚烯烃的数均分子量为500-8000，优选1000-5000，更优选1200-3000。所述聚烯烃助破乳剂的加入量为步骤(2)中破乳剂质量的3%-300%，优选10%-150%，最优选20%-90%。

步骤(2)中所述低分子醇的水溶液、破乳剂和优选加入的助破乳剂可以一次加入、混合搅拌、分离油相、收集产物，也可以分为多次加入、混合搅拌、并进行相同次数的分离油相、收集产物，优选三次加入。

在步骤(2)中最优选加入聚醚和硅油的混合破乳剂、聚烯烃助破乳剂，其中聚醚、硅油和聚烯烃之间的质量比为1~4:4~1:1，优选1~2:2~1:1，聚醚、硅油和聚烯烃总质量为烷基酚总质量的0.001%~0.1%，优选0.005%~0.05%。

本发明制备的硫化烷基酚具有优异的抗氧化性、腐蚀抑制性、高温清净性，是一种性能全面的润滑油抗氧化剂。

具体实施方式

下面通过实例进一步详细说明本发明，但本发明并不限于此。

所使用的原料如下：

十二烷基酚，购自国药集团北京化学试剂公司

壬基酚，购自国药集团北京化学试剂公司

2,6二叔丁基苯酚，购自国药集团北京化学试剂公司

150SN，购自中国石油大连石化公司

T1001，乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚破乳剂，北京兴普精细化工有限公司

T901，聚甲基硅油破乳剂，辽宁天合精细化工有限公司

KR-12，聚醚型破乳剂，克拉玛依石化厂

聚异丁烯1，数均分子量为1300，中国石油吉林化学工业公司

聚异丁烯2，数均分子量为2300，中国石油吉林化学工业公司

聚异戊烯-异丁烯共聚物，数均分子量2000，实验室合成，具体方法如下：在具有低温控制系统的500ml高压反应器中用计量泵加入100ml正戊烷，30毫升异丁烯，50毫升3甲基1-丁烯，20毫升1丁烯，密闭反应器。然后将20克三氯化铝与10克正戊烷混合，放入加料设备中，用氮气逐渐进料，此时打开反应器搅拌，控制反应温度在-15℃，加入催化剂后反应1小时后停止搅拌，反应器物料用5%氢氧化钠水洗直到物料显中性，然后蒸馏，过滤，得到数均分子量2000的聚异戊烯-异丁烯共聚物。

实施例1(采用甲醇溶液三次处理，每次采用两种破乳剂)

在安装有电动搅拌的三口烧瓶中加入100克十二烷基酚，加入75克150SN，加入后搅拌15分钟，然后加入20%的氨水溶液4克，硫磺粉10克，加入后升温到150℃，恒温反应5小时，反应后降温到35℃，然后加入200克35%的甲醇水溶液，混合搅拌30分钟，此时溶液有部分乳化现象，乳化层大约占水层的6%，加入T1001和T901，其加入量为十二烷基酚总质量的120ppm，二者之间质量比为1:1，静置后乳化层没有完全消失，大约有水相体积的2%是乳化层，分出水层及乳化层，在油相中加入200克40%的甲醇水溶液，混合搅拌30分钟，此时溶液有部分乳化现象，乳化层大约占水层的5%，加入T1001破乳剂和聚异丁烯1的混合物，其加入量为十二烷基酚总质量的130ppm，二者之间质量比为1:1，静置后乳化层没有完全消失，大约有水相体积的2%是乳化层，分出水层及乳化层，重复在油相中加入200克40%的甲醇水溶液，混合搅拌30分钟，此时溶液有部分乳化现象，乳化层大约占据水层的6%，加入T1001破乳剂和聚异丁烯1的混合物，加入量是十二烷基酚总质量的120ppm，此时乳化层仍然有水层2%的乳化层，然后将硫化壬基酚和甲醇水溶液分离，在硫化烷基酚中加入100克120号溶剂汽油，10克无水硫酸钠，干燥10分钟，然后过滤，蒸出汽油，得到深褐色的硫化十二烷基酚151.2克，硫含量为5.2%。

实施例2(采用甲醇溶液三次处理，每次采用三种破乳剂)

在安装有电动搅拌的三口烧瓶中加入100克十二烷基酚，加入75克150SN，加入后搅拌15分钟，然后加入20%的氨水溶液4克，硫磺粉10克，加入后升温到150℃，恒温反应5小时，反应后降温到35℃，然后加入200克40%的甲醇水溶液，在30-35℃混合搅拌30分钟，此时溶液有部分乳化现象，乳化层大约占水层的6%，加入T1001、T901和聚异丁烯1的混合物，其加入量为十二烷基酚总质量的140ppm，破乳剂混合物中T1001与T901、聚异丁烯之间的质量比是1:1:1，静置后乳化层几乎看不见，分出水层后，然后在油层中加入200克35%的甲醇水溶液，在30-35℃混合搅拌30分钟，停止后溶液仍然出现乳化层，大约是水层的5%，重复加入相同质量的上述破乳剂混合物，乳化层消失，分出水层，再向油层重复加入200克35%的甲醇水溶液，在30-35℃混合搅拌30分钟，静置后出现5%的乳化层，再次加入相同质量的上述破乳剂混合物，乳化层消失，然后将硫化壬基酚和甲醇水溶液分离，在硫化烷基酚中加入100克120号溶剂汽油，10克无水硫酸钠，干燥10分钟，然后过滤，蒸出汽油，得到深褐色的硫化十二烷基酚177.6克，硫含量为5.3%。通过实施例1、2可以看出，如果不采用本发明的复合破乳剂，最终得到的产品数量减少。

实施例3(采用甲醇溶液三次处理，每次采用三种破乳剂)

在安装有电动搅拌的三口烧瓶中加入100克壬基酚，加入73克150SN，加入后搅拌15分钟，然后加入20%氢氧化钠溶液2.6克，硫磺粉9.6克，加入后升温到145℃，恒温反应5小时，此时三口瓶中放出硫化氢气体，用20%的氢氧化钾溶液吸收硫化氢气体，反应后降温到30℃，然后加入190克35%的甲醇水溶液，在30-35℃混合搅拌30分钟，静置后溶液有部分乳化现象，乳化层是水层的4%，加入KR-12、T901和聚异丁烯2的破乳剂混合物，其加入量为十二烷基酚总质量的140ppm，其中KR-12、T901、聚异丁烯2之间的质量比是2:1:1，静置后乳化层减小至0.5%以下，分出水层及乳化层，然后再向分出的油相中加入200克35%的甲醇水溶液，在30-35℃混合搅拌30分钟，静置后乳化层大约是水层的5%，重复加入相同质量的上述破乳剂混合物，乳化层降低至0.3%以下，分出水层，最后向油层加入200克35%的甲醇水溶液，混合搅拌30分钟，静置后乳化层大约是水相的4%，重复加入相同质量的上述破乳剂混合物，乳化层消失，然后分出水层，然后在油相中加入100克120号溶剂汽油，10克无水硫酸钠，干燥10分钟，然后过滤，蒸出汽油，得到深褐色的硫化壬基酚179.5克，硫含量5.1%。

实施例4(采用甲醇溶液一次处理，加入三种破乳剂)

在安装有电动搅拌的三口烧瓶中加入100克2,6二叔丁基苯酚，加入50克150SN，加入后搅拌15分钟，然后加入20%氢氧化钠溶液3.5克，硫磺粉14克，加入后升温到140℃，恒温反应5小时，反应后降温到35℃，然后加入620克40%的甲醇水溶液，在30-35℃混合搅拌30分钟，此时溶液有部分乳化现象，乳化层大约是水层的10%，加入T1001、T901和聚异戊烯-聚异丁烯共聚物的破乳剂混合物，其加入量为二叔丁基苯酚总质量的420ppm，其中T1001、T901和聚异戊烯-聚异丁烯共聚物之间的质量比是2:2:1，静置后乳化层降低至0.1%以下，然后分出水相，然后在油相中加入100克甲苯溶液，12克无水硫酸钠，干燥10分钟，然后过滤，蒸出甲苯，得到深褐色的硫化的2,6二叔丁基硫化烷基酚158克，硫含量8.3%。

对比例1(没有采用甲醇溶液及破乳剂处理，其它条件同实施例1)

在安装有电动搅拌的三口烧瓶中加入100克十二烷基酚，加入75克150SN，加入后搅拌15分钟，然后加入20%氨水溶液4克，硫磺粉10克，加入后升温到150℃，恒温反应5小时，此时三口瓶中放出硫化氢气体，用20%的氢氧化钾溶液吸收硫化氢气体，反应后降温到35℃，在硫化烷基酚中加入100克120号溶剂汽油，10克无水硫酸钠，干燥10分钟，然后过滤，蒸出汽油，得到深褐色的硫化十二烷基酚181克，硫含量5.4%。

对比例2(没有采用甲醇溶液处理，其它条件同实施例4)

在安装有电动搅拌的三口烧瓶中加入100克2,6二叔丁基苯酚，加入50克150SN，加入后搅拌15分钟，然后加入20%氢氧化钠溶液3.5克，硫磺粉14克，加入后升温到140℃，恒温反应5小时，此时三口瓶中放出硫化氢气体，用20%的氢氧化钾溶液吸收硫化氢气体，反应后降温到35℃，然后在硫化烷基酚中加入100克甲苯溶液，12克无水硫酸钠，干燥10分钟，然后过滤，蒸出甲苯，得到深褐色的硫化的2,6二叔丁基硫化烷基酚162克，硫含量8.5%。

对实施例1-4和对比例1、2制备得到的硫化烷基酚进行高温清净性、抗氧化安定性的评定试验，评价方法如下：

采用成漆和成焦板实验来评价高温清净性：

在L-1型板式成焦器上进行成漆和成焦板实验。成焦试验条件为：板温/油温=320℃/100℃，时间2小时，停/开时间=45秒/15秒。成漆试验条件为：板温/油温=300℃/150℃，时间2小时，连续运转。

在L-A型清净性试验仪上进行试验，以考察其高温清净性。试验条件为：板温/油温=300℃/100℃，时间1小时，停/开时间=40秒/20秒。油滴速度为1.0mL/min。

抗氧化安定性评定采用PDSC(Pressure Differential Scanning Calorimeter压力差示扫描量热)方法，试验设备为TA5000DSC2910热分析仪。

金属腐蚀性评定采用石油产品铜片腐蚀试验法，方法号为GB/T 5096。

将150SN，500SN，150BS按14：5：1的质量比调制成润滑基础油，将实施例1-4及对比例1、2中的硫化烷基酚分别以2%的加入量调入润滑基础油中得到润滑组合物的实施例5-8和对比例3、4，对这些润滑组合物进行上述评定试验来考察硫化烷基酚的各种性能，试验结果见表1。

由表1可以看出，实施例5、6与对比例3相比成焦、成漆量小，具有更高的铜片腐蚀级别，更长的氧化诱导期，表明本发明硫化烷基酚具有较好的高温清净性、较低的金属腐蚀性和更好的抗氧性能。实施例8与对比例4相比同样表明本发明硫化烷基酚具有较好的高温清净性、较低的金属腐蚀性和更好的抗氧性能。

综上所述，采用本发明方法制备的硫化烷基酚具有较好的高温清净性、腐蚀抑制性、抗氧化安定性，是一种性能全面的润滑油抗氧化剂。

表1硫化烷基酚的性能评价结果

Claims (17)

1.一种硫化烷基酚的制备方法，包括：

(1)将烷基酚、硫化剂与无机碱或其水溶液混合，进行硫化反应；

(2)在步骤(1)中的反应产物中加入低分子醇的水溶液混合搅拌，然后加入破乳剂，分离油相，收集产物；

所述低分子醇选自C1～C6烷基醇；所述破乳剂为非离子型破乳剂，所述破乳剂的加入量是步骤(1)中烷基酚质量的10-1000ppm。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述烷基酚为单取代和/或双取代烷基酚，其中取代烷基的总碳数在4-20之间。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述硫化剂选自硫磺、氯化硫和二氯化硫中的一种或多种。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述硫化剂的加入量是烷基酚质量的5-30％。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述无机碱为碱金属的氧化物和/或氢氧化物、碱土金属的氧化物和/或氢氧化物和氨中的一种或多种。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述无机碱的加入量是烷基酚质量的0.05％～10％。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中加入无机碱的水溶液，其中无机碱占水溶液总质量的10％～30％。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述硫化反应的温度是120℃～180℃，反应时间是0.5小时～8小时。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述硫化反应中加入稀释油，所述稀释油为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类润滑基础油中的一种或多种，所述稀释油的加入量是烷基酚质量的30％～200％。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述低分子醇选自C1～C6烷基醇，所述低分子醇占水溶液总质量的10-60％，所述低分子醇的水溶液的加入量是步骤(1)中烷基酚质量的50％～1000％。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述破乳剂为聚醚破乳剂和/或硅油破乳剂，所述破乳剂的加入量是步骤(1)中烷基酚质量的10-1000ppm。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述破乳剂为环氧乙烷环氧丙烷聚醚嵌段破乳剂和硅油破乳剂的混合物，二者之间的比例是1:1-8:1，所述破乳剂的加入量是步骤(1)中烷基酚质量的50-500ppm。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中混合搅拌的温度是10℃-60℃，混合搅拌的时间是0.5-8h。

14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)在加入破乳剂的同时加入聚烯烃助破乳剂，所述聚烯烃是由乙烯、丙烯、C₄-C₁₀烯烃单独聚合或共聚合而得到的聚烯烃，所述C₄-C₁₀烯烃选用正丁烯、异丁烯、正戊烯、正己烯、正辛烯和正癸烯中的一种或多种，所述聚烯烃的数均分子量为500-8000，所述聚烯烃助破乳剂的加入量为步骤(2)中破乳剂质量的3％-300％。

15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，所述聚烯烃为聚异丁烯，其数均分子量为1000-5000。

16.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述低分子醇的水溶液、破乳剂和聚烯烃助破乳剂分为多次加入、混合搅拌、并进行相同次数的分离油相、收集产物。

17.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中加入聚醚和硅油的混合破乳剂、聚烯烃助破乳剂，其中聚醚、硅油和聚烯烃之间的质量比为1～4:4～1:1，聚醚、硅油和聚烯烃总质量为烷基酚总质量的0.001％～0.1％。