CN1126808C - 一种超高碱值烷基水杨酸镁添加剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明叙述了一种超高碱值烷基水杨酸镁盐润滑油添加剂的制备方法，即引入一种表面活性剂和助促进剂合成新型超高碱值烷基水杨酸镁的工艺方法。该方法以烷基水杨酸及轻质活性氧化镁等为原料，在甲醇及氨类化合物为促进剂的条件下，以一定比例的配料比合成了超高碱值烷基水杨酸镁盐。本发明合成的产品除具有良好的高温清净性外，还具有良好的胶体稳定性，一定的抗氧抗腐性、低温分散性、抗磨减摩性、防锈性，是一种性能优越的润滑油添加剂。
Description
本发明涉及一种润滑油添加剂的制备方法，尤其是一种超高碱值烷基水杨酸镁盐的制备方法，属于润滑油领域。
润滑油清净剂烷基水杨酸盐一直是各类内燃机油所用的主要添加剂。烷基水杨酸盐系列产品中，目前已广泛应用的是低、中、高碱值的钙盐产品。但近年来，随着润滑油的大力发展，对润滑油添加剂的性能提出了越来越高的要求，因此，金属清净剂的品种已开始由以前的钙盐向灰分较低、碱值更高的镁盐方向发展。超高碱值烷基水杨酸镁产品除具有极好的高温清净性能外，还具有良好的热稳定性、一定的极压抗磨性能、抗氧抗腐性能、防锈性能，将广泛应用于高档润滑油中。由于其具有极高的碱值和较低的灰分，因而可大幅度降低添加剂在油品中的加入量，有较好的经济效益和社会效益。有关超高碱值磺酸镁盐生产制备专利较多，但有关超高碱值烷基水杨酸镁盐的专利技术却不多。目前仅有专利号为CN-1107507A的专利见诸报道。
本发明的目的是要提供一种在引入表面活性剂及助促进剂的条件下，采用一步金属化工艺来制备碱值高达400mgKOH/g左右的超高碱值烷基水杨酸镁盐润滑油添加剂，从而可为润滑油提供一种性能优良的新型添加剂。
本发明所述的一种新型超高碱值烷基水杨酸镁的制备方法，即在引入特定表面活性剂及助促进剂的条件下，采用一步金属化工艺如下：将计量的汽油(工业品)、甲醇(工业品)及表面活性剂投入三口烧瓶，搅拌升温至30-60℃，投入计量的工业轻质氧化镁，同时加入计量的水及氨类助促进剂，搅拌大约30分种后，加入计量的烷基水杨酸，搅拌反应，维持反应温度40-60℃，进行中和反应约1小时。然后通入一定量的二氧化碳气体，进行高碱度化反应约2小时。反应结束后，升温至110℃，蒸脱甲醇及水，稀释离心，减压蒸脱溶剂得产品。促进剂使用甲醇，助促进剂使用氨及铵盐，各组分的配料比有一定的比例。以90份(重量)烷基水杨酸(含油40％左右)计，表面活性剂为1-20份，氧化镁为20.0-30.0份，甲醇为15-150份，水为20.0-100.0份，氨类助促进剂为5.0-30.0份，溶剂为40-200份，二氧化碳为30-100份，反应温度控制在30-60℃之间。表面活性剂为双烷基苯磺酸或单烷基苯磺酸，平均分子量400-500。反应体系可适合不同级别的活性氧化镁，反应用溶剂可以是馏程为60-180℃的直馏汽油，也可以是沸点高于120℃的物质，如二甲苯等。反应原料烷基水杨酸的结构为：其中R为C8-30的烷基链。甲醇必须是纯度大于95％的化学试剂或工业品，助促进剂可以是氨水、碳酸铵或者碳酸氢铵等，最好选用氨水。表面活性剂、甲醇、水量及助促进剂是影响产品碱值及粘度的主要因素。适宜表面活性剂用量为3.0-15.0克/90克烷基水杨酸，甲醇用量为30-100毫升/90克烷基水杨酸；适宜水的用量为40.0-80.0克/90.0克烷基水杨酸。合成产品具有优异的抗氧化抗腐蚀、胶体稳定性及清净分散性能。
本发明的新型超高碱值烷基水杨酸镁的合成反应过程中：
甲醇的作用：甲醇作为无机相和有机相的载体，使反应混合物中气、液、固三态及油溶液和水溶液两相能混和均匀，另外，甲醇能降低氧化镁的表面能，润湿氧化镁表面，促进熟化反应的进行。最后，甲醇作为载体，亦可促进胶体粒子的形成。
水在反应中的作用：水是一种反应试剂，熟化反应需在有水的条件下才能进行，而且只有在保证水量的条件下，才可能使生成的氢氧化镁均匀分散，原地生成粒径较小的碳酸镁晶格，并参与成胶反应，这样合成的产品粘度也较小。对水量的考察结果如下：
表-1水量对产品碱值的影响
| 水量g | TBNmgKOH/g | Mg％ | |
| 97-Mg-37 | 40.0 | 350 | 8.00 |
| 97-Mg-23 | 50.0 | 433 | 9.98 |
| 97-Mg-41 | 60.0 | 356 | 7.92 |
| 97-Mg-22 | 70.0 | 406 | 9.22 |
| 97-Mg-38 | 80.0 | 365 | 8.01 |
从表中结果可知，水量对产品碱值有一定的影响，且分布的范围较宽，在一定的范围内，可得到合格产品。
助促进剂的作用：助促进剂的引入，可以提高甲醇的反应活性，促使生成的氢氧化镁均匀分散，原地生成粒径较小的碳酸镁晶格，保证反应过程平稳，并参与成胶反应。
表面活性剂的作用：表面活性剂作为一种反应试剂，它可阻止生成的碳酸镁颗粒及烷基水杨酸镁胶束聚集生长，并促使其迅速生成载荷胶团而稳定地分散于油溶液中。对表面活性剂的考察结果如下：
表-2表面活性剂用量对产品碱值的影响
| 表面活性剂g | TBNmgKOH/g | Mg％ | |
| 97-Mg-1 | 0.0 | 339 | 7.71 |
| 97-Mg-29 | 10.0(含35％稀释油) | 426 | 9.46 |
| 97-Mg-30 | 10.0(纯) | 442 | 9.62 |
| 97-Mg-12 | 4.0(纯) | 371 | 8.25 |
从表中结果可知，表面活性剂用量对产品碱值有一定的影响，当表面活性剂用量太低时，产品的碱值明显偏低。
实验中对超高碱值烷基水杨酸镁盐的胶体稳定性及极压抗磨性能等进行了实验室及模拟评定，结果见表-3。
表-3代表产品的性能评定结果
| 97-Mg-20 | 97-Mg-22 | 97-Mg-26 | 97-Mg-31 | T-112 | |
| TBN mgKOH/g | 420 | 406 | 418 | 427 | 305 |
| 胶体稳定性(100℃×7d)v％ | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| 成焦量(320℃×3h) mg | 91.6 | 117.5 | 122.0 | 119.7 | 93.6 |
| 热管评分(300℃×4h) 级 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 2.0 |
| PB N | 411.6 | 441.0 | 372.4 | 441.0 | 411.6 |
| PD N | 1234.8 | 1234.8 | 1234.8 | 1234.8 | 1234.8 |
| Dωmin×196N mm | 0.49 | 0.49 | 0.45 | 0.42 | 0.63 |
| D130(100×3h) 级 | 1b | 1b | 1b | 1b | 1b |
胶体稳定性：以10％的添加剂调和于90％的基础油中，于100℃下储存7天，观察其沉淀量。T-112为高碱值烷基水杨酸镁
从表中结果可知，新型产品与专利号为CN-1107507A的产品(T-112)相比，碱值有了很大的提高，各项性能相当或超过T-112。
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明进行限制，本发明的精神和保护范围列于权利要求书中。
实施例1：将带有电动搅拌、冷凝脱水器的三口烧瓶安装好，投入150毫升的汽油(工业品)、90毫升甲醇(工业品)及10.0克表面活性剂，并开启搅拌器，升温至40-50℃，投入25.0克的工业轻质氧化镁，同时加入50.0克水及15.0克氨水，观察烧瓶内混合物逐渐变稠，并伴随有温升现象。搅拌大约30分种后，加入90.0克的烷基水杨酸，搅拌反应，维持反应温度40-60℃，进行中和反应约1小时。然后通入二氧化碳气体，通气速率为200-250ml/min，保持反应温度为45-60℃，进行高碱度化反应约2小时。反应结束后，升温至110℃，蒸脱甲醇及水，汽油稀释，冷却，离心去渣后蒸脱溶剂得产品。产品镁含量为8.68％，碱值为401mg KOH/g。
实施例2、在实施例1的工艺条件下，对二氧化碳的通入量进行了考察，结果如表-4所示。
表-4二氧化碳通入量的影响
| CO2通入速率ml/min | CO2通入时间min | Mg％ | |
| 97-Mg-34 | 300 | 120 | 9.54 |
| 97-Mg-39 | 200 | 120 | 8.19 |
| 97-Mg-23 | 250 | 120 | 9.98 |
| 97-Mg-40 | 250 | 90 | 7.74 |
| 97-Mg-47 | 250 | 60 | 7.88 |
从表中结果可知，二氧化碳的通入量有一恰当范围，超越此范围后，则得不到超高碱值产品。
实施例3、在实施例1的工艺条件下，对不同批次原料烷基水杨酸进行考察，结果见表-5。
表-5不同批次原料烷基水杨酸的考察结果
| 序号 | 不同批次烷基水杨酸序号及指标 | TBN(mgKOH/g) | Mg％ |
| Mg-1Mg-2Mg-3Mg-4 | 1(酸值72.7mgKOH/g)2(酸值72.2mgKOH/g)3(酸值69.0mgKOH/g)4(酸值73.3mgKOH/g) | 440423429433 | 9.389.018.899.98 |
从表中结果可知，不同烷基水杨酸对产品碱值影响不大。
Claims (4)
1、一种超高碱值烷基水杨酸镁盐的制备方法，其特征在于：该方法是在引入特定表面活性剂及助促进剂的条件下，采用一步金属化工艺，即将计量的汽油、甲醇及表面活性剂投入三口烧瓶中，搅拌升温至30-60℃，投入计量的工业轻质氧化镁，同时加入计量的水及氨类助促进剂，观察烧瓶内混合物逐渐变稠，并伴随有温升现象，搅拌30分钟后，加入计量的烷基水杨酸，搅拌反应，维持反应温度40-60℃，进行中和反应1小时，然后通入一定量的二氧化碳气体，进行高碱度化反应2小时，反应结束后，升温至110℃，蒸脱甲醇及水，稀释离心，减压蒸脱溶剂得产品，促进剂使用甲醇，助促进剂使用氨及铵盐，各组分的配料比有一定的比例，以占总物料重量份数为90份的烷基水杨酸计，表面活性剂占总物料重量份数为1.0-20.0份，氧化镁占总物料重量份数为20.0-30.0份，甲醇占总物料重量份数为15-150份，水占总物料重量份数为20.0-100.0份，氨类助促进剂占总物料重量份数为5.0-30.0份，溶剂占总物料重量份数为40-200份，二氧化碳占总物料重量份数为30-100份，反应温度控制在30-60℃之间，表面活性剂为双烷基或单烷基苯磺酸，平均分子量400-500，该反应体系可适合不同级别的活性氧化镁及烷基水杨酸。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：助促进剂使用氨水，或碳酸铵，或碳酸氢铵。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：表面活性剂与甲醇一起加入，或与烷基水杨酸一起加入。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：制备的产品其碱值大于400mgKOH/g，镁含量大于8.5，100℃运动粘度不大于300mm2/s，可适用于各种级别的内燃机油。
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