CN105132081A - 一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，先向反应釜中加入总100份基础油中的80份基础油，边搅拌边加热，再将切块的乙丙共聚物加入反应釜中，将反应釜升高温度，搅拌使乙丙共聚物部分溶解；然后迅速加热反应釜，最后给反应釜加入总100份基础油中剩余的20份基础油搅拌均匀，自然冷却即得润滑油粘度指数改进剂，所述的份数为质量份数，本发明使传统生产步骤简化、时间缩短、从本质上解决了传统润滑油粘度指数改进剂在高温条件下热降解过快，低温性能差的缺点，该方法所生产的粘度指数改进剂可用于高档多级发动机油的调制，性能优越。
Description
技术领域
本发明属于润滑油粘度指数改进剂技术领域，具体涉及一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法。
背景技术
目前发动机油生产中普遍使用的粘度指数改进剂大多为乙丙共聚物型(OCP)。发动机运行过程中，润滑油中的OCP粘度指数改进剂受到汽缸和活塞之间剪切，同时忍受高温条件，分子结构发生断裂导致增稠能力变小，进而油品的粘度变小，这种润滑油在高温条件下工作后高温粘度大大下降的现象将不可恢复，并导致润滑变差，易引起磨损，特别是一些长期高速运行的车辆，以及重负荷车辆易出现亮红灯现象，因此发动机油需要剪切稳定性好的粘度指数改进剂。
传统的乙丙共聚物粘度指数改进剂制备工艺包括：
(1)热溶法。将切成小块的乙丙橡胶，加入热的基础油中，温度持续在120℃左右，在搅拌下充分溶解获得产品，从溶胶至出产品时间较长，并且OCP并没有实际断链。
(2)机械热氧化降解法。将OCP加入基础油，在空气和抑制剂存在下进行机械剪切及热氧化降解，从物理角度对OCP断链，断链程度几乎很小。
(3)热降解法。在氮气保护下300-340℃降解0.5-3小时，生产OCP类型润滑油粘度指数改进剂；或者在热氧降解的基础上，采用复合选择性催化剂，催化剂能够促进聚合物的热氧化降解。工艺中要求有惰性气体保护，要加入碳链增强剂、降解催进剂、抗氧剂、助溶剂等，工艺较复杂。
粘度指数改进剂在使用中要经受高温氧化、热氧化分解，导致粘度下降和积炭或沉积物增多；乙丙共聚物型粘度指数改进剂在理化性能测试中，虽然能够满足柴油喷嘴剪切稳定性，增粘效果指标等要求，但却在部分车辆上实际使用时造成机油高温粘度降低，发动机运行过程中机油压力降低。同时，传统工艺生产的乙丙共聚物型粘度指数改进剂在发动机油中的低温性能较差，特别是进行低温冷启动性能试验时，油品在低温条件下因为乙丙共聚物低温聚凝，造成低温冷启动不达标。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，高温粘度永久性下降慢，低温条件下不发生聚凝，具有极好的高温剪切性能；同时，能保证油品氧化安定性和清净性优异。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，包括以下步骤：
第一步：先向反应釜中加入总100份基础油中的80份基础油，边搅拌边加热至80℃～90℃时，再将切块的乙丙共聚物按照总100份基础油1:5～1:10的质量比加入反应釜中，将反应釜升高温度至120℃，搅拌1小时，使乙丙共聚物部分溶解；
第二步：迅速加热反应釜，使反应釜在20～30分钟内升温至300～310℃，保温1～5min分钟；
第三步：给反应釜加入总100份基础油中剩余的20份基础油搅拌均匀，自然冷却即得润滑油粘度指数改进剂，所述的份数为质量份数。
所述的乙丙共聚物是乙烯和丙烯共聚的二元、三元共聚物，乙丙共聚物的数均分子量10000-50000。
所述的基础油在100℃下的运动粘度为4.0-12.0厘斯，选用矿物油或者合成油。
本发明的有益效果为：
使传统生产步骤简化、时间缩短、从本质上解决了传统润滑油粘度指数改进剂在高温条件下热降解过快，低温性能差的缺点，该方法所生产的粘度指数改进剂可用于高档多级发动机油的调制，性能优越。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，包括以下步骤：
第一步：先向反应釜中加入80份基础油，边搅拌边加热至80℃时，将20份切块的乙丙共聚物加入反应釜中，将反应釜升高温度至120℃，搅拌1小时，使乙丙共聚物部分溶解；
第二步：迅速加热反应釜，使反应釜在20分钟内升温至310℃，保温1min；
第三步：给反应釜加入20份基础油搅拌均匀，自然冷却即得润滑油粘度指数改进剂，所述的份数为质量份数。
所述的乙丙共聚物是乙烯和丙烯共聚的二元、三元共聚物，乙丙共聚物的数均分子量20000。
所述的基础油在100℃下的运动粘度为11.28厘斯，选用500N基础油。
本实施例的粘度指数改进剂100℃运动粘度较高，增稠效果好。
实施例2
一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，包括以下步骤：
第一步：先向反应釜中加入80份基础油，边搅拌边加热至80℃时，将20份切块的乙丙共聚物加入反应釜中，将反应釜升高温度至120℃，搅拌1小时，使乙丙共聚物部分溶解；
第二步：迅速加热反应釜，使反应釜在20分钟内升温至300℃，保温5min；
第三步：给反应釜加入20份基础油搅拌均匀，自然冷却即得润滑油粘度指数改进剂，所述的份数为质量份数。
所述的乙丙共聚物是乙烯和丙烯共聚的二元、三元共聚物，乙丙共聚物的数均分子量20000。
所述的基础油在100℃下的运动粘度为11.28厘斯，选用500N基础油。
该实施例的粘度指数改进剂100℃运动高粘度较实施例1低，增稠效果较实施例1低，但低温性能、剪切稳定性较实施例1高。
实施例3
一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，包括以下步骤：
第一步：先向反应釜中加入80份基础油，边搅拌边加热至90℃时，将12.5份切块的乙丙共聚物加入反应釜中，与将反应釜升高温度至120℃，搅拌1小时，使乙丙共聚物部分溶解；
第二步：迅速加热反应釜，使反应釜在20分钟内升温至310℃，保温1min；
第三步：给反应釜加入20份基础油搅拌均匀，自然冷却即得润滑油粘度指数改进剂，所述的份数为质量份数。
所述的乙丙共聚物是乙烯和丙烯共聚的二元、三元共聚物，乙丙共聚物的数均分子量20000。
所述的基础油在100℃下的运动粘度为11.28厘斯，选用500N基础油。
该实施例的粘度指数改进剂100℃运动高粘度较适中，增稠效果中等，低温性能、剪切稳定性优异。
实施例4
一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，包括以下步骤：
第一步：先向反应釜中加入80份基础油，边搅拌边加热至90℃时，将12.5份切块的乙丙共聚物加入反应釜中，将反应釜升高温度至120℃，搅拌1小时，使乙丙共聚物部分溶解；
第二步：迅速加热反应釜，使反应釜在20分钟内升温至310℃，保温5min；
第三步：给反应釜加入20份基础油搅拌均匀，自然冷却即得润滑油粘度指数改进剂，所述的份数为质量份数。
所述的乙丙共聚物是乙烯和丙烯共聚的二元、三元共聚物，乙丙共聚物的数均分子量20000。
所述的基础油在100℃下的运动粘度为11.28厘斯，选用500N基础油。
该实施例的粘度指数改进剂100℃运动高粘度较适中，增稠效果中等，低温性能、剪切稳定性优异。
为了确定本发明的有益效果，采用不同的试验条件进行了相关性能比较。
(一)乙丙共聚物高温氧化试验。
选用的原料为：
(1)乙丙共聚物：牌号J0010，乙烯含量48.1％～53.1％；
(2)基础油：500N。
采用传统工艺，将乙丙共聚物J0010与基础油500N以质量比1：7和1：5分别混合而成。工艺为：将基础油加热至80℃，加入切块的J0010，加热至120度，持续5小时溶胶，并继续恒温搅拌6h，通过均质机剪切3小时，自然降温得到粘度指数改进剂成品，将该成品定义为对比例1、对比例2，对比例1与对比例2仅仅在基础油和乙丙共聚物的比例上不同。
用实施例和基础油调和出油品小样，检验高温对油品小样的影响，用对比例1调配油品进行曲轴箱高温模拟试验验证所生产的粘度指数改进剂的使用性能。
将对比例1加热至不同的温度：180℃、220℃、270℃、320℃，并保持加热时间5min，后将不同温度的对比例1以5％的比例加入250N中，调和出试验油，测取试验油的100℃运动粘度。
同时，将实施例1-4在不同的温度180℃、220℃、270℃、320℃下加热5min，以5％的比例加入250N基础油中，调和出试验油，测取试验油的100℃运动粘度，各试验小样如表1所示：
表1.各试验油的100℃运动粘度
| 120℃ | 180℃ | 220℃ | 270℃ | 320℃ | |
| 实施例1 | 9.82 | 9.83 | 9.84 | 9.82 | 9.80 |
| 实施例2 | 9.42 | 9.40 | 9.41 | 9.41 | 9.39 |
| 实施例3 | 9.70 | 9.72 | 9.71 | 9.72 | 9.70 |
| 实施例4 | 9.26 | 9.25 | 9.26 | 9.27 | 9.23 |
| 对比例1 | 10.23 | 10.26 | 10.51 | 10.26 | 9.41 |
| 对比例2 | 11.10 | 11.05 | 11.12 | 11.10 | 9.50 |
由表1来看，不同温度下加热后的对比例1以5％的比例加入250N时，不同温度调和的油样100℃运动粘度均有所下降，而经过320℃加热后的油品下降最大，粘度变化率达到-14.2％。随着加热时间延长，对比例1粘度继续有所下降，短时间内，温度未达到300～320℃时，乙丙共聚物发生断链的机会较小，而传统方法往往低于300℃加工，粘度很难短时间下降，传统工艺对乙丙共聚物的内部分子结构并没有太大的改善,调和出小样的粘度并没有随着温度发生大的变化，可见本发明的实施例具有更好的抗高温降解性。
为了验证机械剪切时间对粘度指数改进剂的粘度下降能不能起作用，适当延长了均质机的剪切时间：
表2.对比例1延长剪切时间后100℃运动粘度/mm2.s-1
由表2来看，传统的延长剪切器时间的做法并不能降低粘度指数改进剂的粘度，也谈不上改进粘度保持的性能。
试验也分析了不同温度和加热时间的影响因素，分别测取4个实施例、对比例1和对比例2的100℃运动粘度(表3)。
表3.不同粘度指数改进剂100℃运动粘度
| 试验样 | 对比例1 | 对比例2 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 100℃运动粘度/mm2.s-1 | 2314.5 | 6120.8 | 476.5 | 267.9 | 352.4 | 249.5 |
注：试验温度的误差在±3℃。
从表3来看，在高温热降解试验中，温度和时间的控制对结果的影响较大，温度达到315℃左右时，粘度迅速下降；实施例1和实施例3在工艺上基本相同，不过是基础油和乙丙共聚物的质量比例不同。添加比例对最终的高温粘度下降程度影响不大，那么通过提高成品油中粘度指数改进剂加量防止油品粘度下降的途径在是不行的，粘度指数加量越大的机油，其粘度指数下降越快，随着行驶里程的增加，油品的粘度会下降至更低，所以必须从事质上解决粘度保持的性能。
(二)实施例、对比例等在基础油中的曲轴箱模拟试验。
“曲轴箱模拟试验方法”是评定内燃机油热氧化安定性的方法，将实施例1、3和对比例1、2分别加入250N基础油中进行曲轴箱模拟实验法，油液温度150℃，铝板温度320℃，时间为6h，电机旋转速度900r/min，每分钟内转45s停15s。所调和的油样指标和试验后结果见表4。
表4.曲轴箱模拟试验结果
从表4的数据来看，采用该发明的制备方法生产的粘度指数改进剂具有如下优点：
(1)实施例的调和油品具有更高的粘度指数，表明粘温性能更加优异，受温度变化的影响小；
(2)实施例的调和油品未发生低温聚凝，CCS检验也能够顺利完成，低温性能更加优异；而新粘度指数改进剂的CCS指标较差。与纯基础油250N相比，加有粘度指数改进剂的油品粘度下降更大，可见油品在高温条件下的粘度下降主要是由于粘度指数改进剂的原因。
(3)实施例的调和油品在曲轴箱试验后具有更小的100℃运动粘度变化率，与新的粘度指数改进剂相比，降低约5％，可见实施例其具有更加优异的高温粘度保持性能，若油品中需要添加剂的粘度指数改进剂加量越大，那么该降低程度显著程度将会提高。
(4)用实施例调和的试验油成焦量有较大幅度的减少，高温处理后的粘度指数改进剂清净性能略显优异，这也主要在于工艺简单，并未加入其它的催化剂、引发剂等添加剂。与传统的热降解法在氮气保护下300-340℃降解0.5-3小时相比，实施例的加热时间更短，所具有的粘度更高，增稠效果更好，并且由于时间缩短，粘度指数改进剂并未发生深度的快速化，并且不需要进行氮气保护。该发明过程无需采用均质机剪切，并搅拌机要求慢速缓慢搅拌，利用温度的快速升高溶解。
(三)实施例、对比例在成品油中的曲轴箱模拟试验。
用实施例1和对比例1调和了成品发动机油进行了曲轴箱模拟试验，主要指标如表5所示：
表5.曲轴箱模拟试验结果
从表5看出，用对比例1和实施例1分别调和成品油1、成品油2，发现实施例所调和的成品油CCS低温动力粘度为5820mpa.s，对比例1的CCS低温动力粘度为6734mpa.s，说明实施例1所调和的成品油也具有更低的低温性能。曲轴箱模拟试验后，用实施例1调和的成品油2具有更小的粘度变化率，说明实施例所调和成品油具有更优异的高温粘度保持性能。
由于普遍的热降解时间均至少在30分钟以上，所以粘度指数改进剂会随着高温时间的延长而造成高温粘度大幅下降，并出现强烈的氧化现象，同时，应添加量大幅提升，成本难以接受；本发明方法从乙丙共聚物粘度指数改进剂的断链机理出发，总结出简单、制备时间短、不需要均质剪切、不需要延长剪切时间、不需要快速的搅拌器搅拌，利用该发明制造的粘度指数改进剂具有极佳的低温性能、粘温性能、高温粘度保持性能、清净分散性能。
Claims (3)
1.一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：先向反应釜中加入总100份基础油中的80份基础油，边搅拌边加热至80℃～90℃时，再将切块的乙丙共聚物按照总100份基础油1:5～1:10的质量比加入反应釜中，将反应釜升高温度至120℃，搅拌1小时，使乙丙共聚物部分溶解；
第二步：迅速加热反应釜，使反应釜在20～30分钟内升温至300～310℃，保温1～5min分钟；
第三步：给反应釜加入总100份基础油中剩余的20份基础油搅拌均匀，自然冷却即得润滑油粘度指数改进剂，所述的份数为质量份数。
2.根据权利要求1所述的一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，其特征在于：所述的乙丙共聚物是乙烯和丙烯共聚的二元、三元共聚物，乙丙共聚物的数均分子量10000-50000。
3.根据权利要求1所述的一种乙丙共聚物粘度指数改进剂的制备方法，其特征在于：所述的基础油在100℃下的运动粘度为4.0-12.0厘斯，选用矿物油或者合成油。
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