EP0102255A1 - Procédé de préparation d'alkylphénates sulfurisés de métaux alcalino-terreux utilisables comme additifs pour huiles lubrifiantes - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M159/00—Lubricating compositions characterised by the additive being of unknown or incompletely defined constitution
- C10M159/12—Reaction products
- C10M159/20—Reaction mixtures having an excess of neutralising base, e.g. so-called overbasic or highly basic products
- C10M159/22—Reaction mixtures having an excess of neutralising base, e.g. so-called overbasic or highly basic products containing phenol radicals
Definitions
- the present invention relates to a new process for the preparation of sulfurized alkylphenates of alkaline earth metals, especially calcium, of high alkalinity and the application of said sulfurized alkylphenates as detergent-dispersant additives for lubricating oils.
- a simplified representation of said mixture constituting 1 "sulfurized alkylphenol” can be the following average formula: where X 'varies from 1 to 3 and generally from 1.4 to 2.5
- alkaline-earth bases mention may be made of calcium, barium or strontium oxides or hydroxides, and very particularly lime.
- the amount of dilution oil that can be used is such that the amount of oil contained in the final product represents from 25 to 65% by weight of said product and preferably from 30 to 50% by weight of said product.
- alkanols such as ethylhexanol, oxo alcohol, decyl alcohol, tridecyl alcohol
- alkoxyalkanols such as butoxy-2 ethanol, butoxy-2 propanol, methyl ether of dipropylene glycol.
- the halide ions are preferably Cl ions; these can be implemented via ammonium chloride or metal chlorides such as calcium chloride, zinc ...
- the neutralization operation is favorably carried out at a temperature between 120 and 180 ° C and preferably between 130 and 170 ° C at a pressure slightly lower than atmospheric pressure (930 10 2 Pa - 960 1 0 2 P a).
- Said neutralization operation can also be carried out in the presence of an amine, according to a molar ratio of amine / alkaline earth base, which can range up to 0.2.
- amines which can be used, mention may be made of: polyalkyleneamines, such as polyethyleneamines and very particularly ethylenediamine and tris (3-oxa-6-amino-6 hexyl) amine.
- Said operation is also favorably carried out in the presence of acetic acid in an amount corresponding to a molar ratio of acetic acid / alkaline earth base which can range up to 0.2 and preferably up to 0.1.
- distillation operations succeeding the neutralization operation and the possible carbonation operation are carried out so as to remove water, glycol and alkanol.
- the carbonation operation is carried out at a temperature between 145 and 180 ° C at a pressure less than or equal to atmospheric pressure (930 10 2 to 1010 10 2 Pa).
- the present invention also relates to a variant of the process described above, a variant consisting in preparing "in situ" in the neutralization medium the alkylphenolsulfurized from alkylphenol and sulfur.
- the quantity of sulfur used corresponds to a sulfur / alkylphenol molar ratio of between 0.8 and 2.
- the sulfurization-neutralization operation is favorably carried out at a temperature between 145 and 175 ° C and preferably between 155 and 170 ° C, optionally in the presence of an amine as above indicated for the general neutralization step.
- the carbonation operation is then carried out at a temperature between 155 and 180 ° C and preferably between 165 and 175 ° C, optionally in the presence of halide ions as above indicated.
- the present invention also relates to the product obtained according to the process described above as well as its application as an additive to improve the detergent and dispersing properties of lubricating oils.
- the amount of additive to be used depends on the future use of said oils. Thus for a gasoline engine oil, the amount of additive to be added is generally between 1 and 2.5 X; for a diesel engine oil it is generally between 1.8 and 4 X, for a marine engine oil, this can go up to 30 X.
- the lubricating oils which can thus be improved can be chosen from a wide variety of lubricating oils, such as lubricating oils of naphthenic base, of paraffinic base and of mixed base, of other hydrocarbon lubricants, for example lubricating oils derived from product coal, and synthetic oils, for example alkylene polymers, alkylene oxide type polymers and their derivatives, including alkylene oxide polymers prepared by polymerizing alkylene oxide to presence of water or alcohols, for example ethyl alcohol, esters of dicarboxylic acids, liquid esters of phosphorus acids, alkylbenzenes and dialkylbenzenes, polyphenyls, alkylbiphenyl ethers, polymers of silicon.
- lubricating oils such as lubricating oils of naphthenic base, of paraffinic base and of mixed base, of other hydrocarbon lubricants, for example lubricating oils derived from product coal, and synthetic oils, for example alkylene polymers, alky
- Additional additives may also be present in said lubricating oils alongside the detergent-dispersants obtained according to the process of the invention; include, for example, anti-oxidant, anti-corrosion additives, ashless dispersant additives.
- the mixture is heated to 160 ° C. and then a mixture of glycol and ethylhexanol is slowly added over 80 minutes, under slight depression.
- the vacuum is gradually tightened to 66.5 ⁇ 10 2 Pa.
- the mixture is heated to 190 ° C. for 1 hour, then a nitrogen stripping is carried out for 1 hour at 190 ° C.
- the finished product is added to a SAE 50 oil with a paraffinic tendency so as to obtain a solution containing 25% of additive.
- glycol is added as a mixture with ethylhexanol or 2-butoxyethanol.
- the mixture is heated to 145 ° C., then it remains under a vacuum of 345 ⁇ 10 2 Pa for 30 minutes.
- a distillate D 1 is collected.
- the vacuum is gradually tightened to 66.5 10 2 Pa while heating up to 190 ° C. It remains for one hour at 190 ° C., then stripping is carried out with nitrogen for 1 hour at 190 ° C.
- the mixture is heated to 155 ° C. under slight depression (930 10 2 Pa), a first charge of alcohol consisting of a mixture of glycol and butoxyethanol or butoxypropanol is slowly added over 30 minutes, then a second charge of butoxyethanol or butoxypropanol alone in 40 minutes.
- the vacuum is gradually tightened to 66.5 ⁇ 10 2 Pa.
- the mixture is heated to 190 ° C. for 1 hour, then a nitrogen stripping is carried out for 1 hour at 190 ° C.
- a D2 distillate is collected.
- Example 13 The operation described in Example 13 is carried out by introducing the mixture of 10 g of glycol and 10 g of butoxyethanol (1st charge) from the start (and not when the temperature reaches 155 ° C.).
- Example 12 The operation described in Example 12 is carried out by introducing the 10 g of glycol at the start and then the 10 g of butoxyethanol at 155 ° C.
- Example 26 The operation described in Example 26 is carried out using a dodecylphenol containing 7% of sulfur and an additional quantity of sulfur.
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Abstract
Description
- La présente invention a pour objet un nouveau procédé de préparation d'alkylphénates sulfurisés de métaux alcalino-terreux, notamment de calcium, de haute alcalinité et l'application desdits alkylphénates sulfurisés comme additifs détergents-dispersants pour huiles lubrifiantes.
- Il est connu de préparer des alkylphénates sulfurisés de calcium de haute alcalinité :
- . en sulfurisant-neutralisant du dodécylphénol par du soufre et de la chaux en présence d'huile et de glycol (ou en neutralisant un alkylphénol sulfurisé par de la chaux en présence d'huile et de glycol)
- . en carbonatant
- . puis en filtrant la solution huileuse d'alkylphénate sulfurisé de calcium après distillation du glycol.
- Il est nécessaire pour réaliser ce procédé de mettre en oeuvre une grande quantité de glycol, car celui-ci joue à la fois le rôle de solvant diluant et celui de dispersant du carbonate de calcium dans le milieu.
- On a constaté :
- - qu'environ 50 Z du glycol mis en oeuvre reste dans le produit fini, ce qui est néfaste pour les moteurs ;
- - que la viscosité du milieu, notamment en fin de sulfurisation-neutralisation est élevée ;
- - qu'il se.produit des réactions d'oxydo-réduction entre le soufre et le glycol, ce qui est néfaste pour les performances du produit fini (en particulier pour ses propriétés antioxydantes) ;
- - qu'un grand excès de soufre est nécessaire pour sulfuriser l'alkylphénol, ce qui crée un fort dégagement d'H2S et un phénomène important d'oxydo-réduction avec le glycol.
- La demanderesse a trouvé un procédé permettant de diminuer la quantité de glycol à mettre en oeuvre, ce qui présente l'avantage :
- - de diminuer la viscosité du milieu notamment après sulfurisation-neutralisation et de ce fait de diminuer la quantité d'huile de dilution ;
- - de diminuer la quantité de glycol résiduaire ;
- - de diminuer le dégagement d'H2S ;
- - de diminuer l'importance de la réaction d'oxydo-réduction entre le soufre et le glycol.
- Selon l'invention, le procédé de préparation d'alkylphénate sulfurisé de. métaux alcalino-terreux de haute alcalinité comprend les étapes suivantes :
- - neutralisation d'un alkylphénol sulfurisé par une base alcalino-terreuse en présence d'huile de dilution, de glycol ;
- - filtration après distillation de l'eau et du glycol ;
- - carbonatation du filtrat suivie d'une distillation de l'eau et du glycol puis d'une filtration pour éliminer les sédiments,
-
- . le glycol est présent en mélange avec un alcool de point d'ébullition supérieur à 150°C, la quantité dudit alcool mise en oeuvre correspondant à un rapport molaire alcool/glycol supérieur ou égal à 0,4, généralement de l'ordre de 0,4 à 10 ;
- .le rapport de la quantité de base alcalino-terreuse mise en oeuvre exprimée en mole a la quantité d'alkylphénol sulfurisé exprimée en moles d'alkylphénol est compris- entre 0,4 et 3 et de préférence entre 0,6 et 2,5 ;
- . la quantité de glycol mise en oeuvre correspond à un rapport molaire base alcalino-terreux/glycol compris entre 2,6 et 8, et de préférence entre 2,7 et 6 ;
- . les opérations de neutralisation et de carbonatation sont réalisées en présence d'ions halogénures en quantité correspondant à un rapport atome-gramme d'halogénure/mole de base alcalino-terreuse compris entre 0,01 et 0,15 et de préférence entre 0,015 et 0,09 ;
- . la quantité de C02 mise en oeuvre correspond à un rapport molaire C02/métal alcalino-terreux compris entre 0,25 et 0,75.
- On entend par "alkylphénol sulfurisé" le mélange obtenu par sulfurisation de l'alkylphénol à l'aide de soufre ou de chlorure de soufre, ledit mélange étant constitué principalement d'alkylphénol non sulfurisé et d'alkylphénol sulfurisé pouvant être représenté par la formule suivante :
- C9-C22)
- x varie de 1 à 3
- y varie de 0 à 6.
-
- Parmi les bases alcalino-terreuses, on peut citer les oxydes ou hydroxydes de calcium, baryum ou strontium, et tout particulièrement la chaux.
- Parmi les huiles de dilution pouvant être mises en oeuvre, on peut citer de préférence les huiles paraffiniques telles que l'huile 100 Neutral, les huiles naphténiques ou mixtes peuvent également convenir. La quantité d'huile de dilution pouvant être mise en oeuvre est telle que la quantité d'huile contenue dans le produit final représente de 25 à 65 % en poids dudit produit et de préférence de 30 à 50 % en poids dudit produit.
- Parmi les alcools de point d'ébullition supérieur à 150°C, on peut citer les alcanols en C6-C14 tels que l'éthylhexanol, les alcool oxo, l'alcool décylique, l'alcool tridécylique ; des alcoxy- alcanols tels que le butoxy-2 éthanol, le butoxy-2 propanol, l'éther méthylique du dipropylène glycol.
- Les ions halogénures sont de préférence des ions Cl ; ceux-ci peuvent être mis en oeuvre par l'intermédiaire du chlorure d'ammonium ou de chlorures métalliques tels que chlorure de calcium, de zinc...
- L'opération de neutralisation est favorablement réalisée à une température comprise entre 120 et 180°C et de préférence entre 130 et 170°C à une pression légèrement inférieure à la pression atmosphérique (930 102Pa - 960 10 2 Pa).
- Ladite opération de neutralisation peut également être réalisée en présence d'une amine, selon un rapport molaire amine/base alcalino-terreuse, pouvant aller jusqu'à 0,2. Parmi les amines pouvant être utilisées, on peut citer : les polyalkylèneamines, telles que les polyéthylèneamines et tout particulièrement l'éthy- lènediamine et la tris(oxa-3 amino-6 hexyl)amine. Ladite opération est également favorablement réalisée en présence d'acide acétique en quantité correspondant à un rapport molaire acide acétique/base alcalino-terreuse pouvant aller jusqu'à 0,2 et de préférence jusqu'à 0,1.
- Les opérations de distillation succédant à l'opération de neutralisation et à l'éventuelle opération de carbonatation sont réalisées de manière à éliminer de l'eau, du glycol et de l'alcanol.
- L'opération de carbonatation est réalisée à une température comprise entre 145 et 180°C à une pression inférieure ou égale à la pression atmosphérique (930 102 à 1010 102Pa).
- La présente invention a également pour objet une variante du procédé ci-dessus décrit, variante consistant à préparer "in situ" dans le milieu de neutralisation l'alkylphénolsulfurisé à partir d'alkylphénol et de soufre.
- La quantité de soufre mise en oeuvre correspond à un rapport molaire soufre/alkylphénol compris entre 0,8 et 2.
- L'opération de sulfurisation-neutralisation est favorablement réalisée à une température comprise entre 145 et 175°C et de préférence entre 155 et 170°C, éventuellement en présence d'une amine comme ci-dessus indiqué pour l'étape générale de neutralisation.
- L'opération de carbonatation est alors réalisée à une température comprise entre 155et 180°C et de préférence entre 165 et 175°C, éventuellement en présence d'ions halogénures comme ci-dessus indiqué.
- La présente invention a également pour objet le produit obtenu selon le procédé ci-dessus décrit ainsi que son application comme additif pour améliorer les propriétés détergentes et dispersantes des huiles lubrifiantes.
- La quantité d'additif à utiliser est fonction de l'utilisation future desdites huiles. Ainsi pour une huile pour moteur à essence, la quantité d'additif à ajouter est généralement comprise entre 1 et 2,5 X ; pour une huile pour moteur diesel elle est généralement comprise entre 1,8 et 4 X, pour une huile pour moteur marin, celle-ci peut aller jusqu'à 30 X.
- Les huiles lubrifiantes que l'on peut ainsi améliorer peuvent être choisies parmi des huiles lubrifiantes très variées, comme les huiles lubrifiantes de base naphténique, de base paraffinique et de base mixte, d'autres lubrifiants hydrocarbonés, par exemple des huiles lubrifiantes dérivées de produite de la houille, et des huiles synthétiques, par exemple des polymères d'alkylène, des polymères du type oxyde d'alkylêne et leurs dérivés, y compris les polymères d'oxyde d'alkylène préparés en polymérisant de l'oxyde d'alkylène en présence d'eau ou d'alcools, par exemple d'alcool éthylique, les esters d'acides dicarboxyliques, des esters liquides d'acides du phosphore, des alkylbenzènes et des dialkylbenzènes, des polyphényles, des alkylbiphényléthers, des polymères du silicium.
- Des additifs supplémentaires peuvent également être présents dans lesdites huiles lubrifiantes à coté des détergents-dispersants obtenus selon le procédé de l'invention ; on peut citer par exemple des additifs anti-oxydants, anti-corrosion, des additifs dispersants sans cendres..
- Les exemples suivants sont donnés à titre indicatif et ne peuvent être considérés comme une limite du domaine et de l'esprit de l'invention.
- On charge sous agitation :
- . du dodécylphénol (DDP)
- . du soufre
- . de la chaux
- . du chlorure de calcium, de zinc ou d'ammonium
- . de l'huile
- On chauffe jusqu'à 160°C puis on ajoute lentement un mélange de glycol et d'éthylhexanol en 80 minutes, sous légère dépression.
- On reste 1 heure à 165°C sous légère dépression (930 102Pa) On recueille un distillat D1.
- On carbonate pendant 100 minutes à 165-175°C à pression atmosphérique puis on ajoute le restant d'huile de dilution.
- On serre le vide progressivement jusqu'à 66,5 102Pa. On chauffe à 190°C pendant 1 heure, puis on effectue un stripping à l'azote pendant 1 heure à 190°C.
- On recueille un distillat D2.
- Mesure du taux de sédiments
- Les % de sédiments sont mesurés selon la norme ASTM D 2273-67, en apportant toutefois les modifications suivantes :
- . vitesse de rotation de la centrifugeuse 6000 t/mn
- . force centrifuge relative 10.000
- . le produit à analyser est dilué au quart dans l'essence E (25 cm3 de produit à analyser + 75 cm3 d'essence E)
- . durée de la centrifugation 10 minutes.
- Le produit fini est ajouté à une huile SAE 50 à tendance paraffinique de façon à obtenir une solution contenant 25 X d'additif.
- La solution est stockée- pendant 24 heures puis centrifugée dans les conditions suivantes :
- . vitesse de rotation 6000 t/mn
- . force centrifuge relative 10.000
- . durée de centrifugation 1 heure. puis on mesure le taux de sédiments.
- Les quantités de réactifs mises en oeuvre aux différentes étapes sont indiquées aux tableaux I à IV ; les résultats obtenus figurent aux tableaux III et IV.
- On charge :
- - du dodécylphénol sulfurisé contenant environ 11 % de soufre
- - de la chaux
- - de l'huile de dilution.
- On chauffe jusqu'à 130°C, puis on ajoute du glycol en mélange avec de l'éthylhexanol ou du butoxy-2 éthanol.
- On chauffe jusqu'à 145°C, puis on reste sous vide de 345 102 Pa pendant 30 minutes.
- On recueille un distillat D1.
- On casse le vide.
- On carbonate pendant 100 minutes à pression atmosphérique ; la température de début de carbonatation est de 145°C, puis on chauffe pour atteindre 170°C en fin de carbonatation.
- On ajoute le restant d'huile de dilution.
- On serre progressivement le vide jusqu'à 66,5 102Pa tout en chauffant jusqu'à 190°C. On reste une heure à 190°C, puis on effectue un stripping à l'azote pendant 1 heure à 190°C.
- On recueille un distillat D2.
- Les quantités de réactifs mises en œuvre aux différentes étapes sont indiquées aux tableaux II et IV ; les résultats obtenus figurent au tableau IV.
- On charge sous agitation :
- - du dodécylphénol
- - du soufre
- - de la chaux
- - du chlorure de calcium ou d'ammonium
- - de l'huile
- On chauffe jusqu'à 155°C sous légère dépression (930 102Pa), on ajoute lentement une première charge d'alcool constituée d'un mélange de glycol et de butoxyéthanol ou butoxypropanol en 30 minutes, puis une deuxième charge de butoxyéthanol ou butoxypropanol seul en 40 minutes.
- On reste 1 heure à 165°C sous légère dépression (930 102Pa).
- On recueille un distillat Dl.
- On carbonate pendant 120 minutes à 165°C à pression atmosphérique puis on ajoute lentement l'huile de dilution.
- On serre le vide progressivement jusqu'à 66,5 102Pa. On chauffe à 190°C pendant 1 heure, puis on effectue un stripping à l'azote pendant 1 heure à 190°C.
- On recueille un distillat D2.
- Les quantités de réactifs mises en oeuvre aux différentes étapes sont indiquées aux tableaux V à VIII ; les résultats obtenus figurent aux tableaux VI et VIII.
- On réalise l'opération décrite à l'exemple 13 en introduisant le mélange de 10 g de glycol et de 10 g de butoxyéthanol (lère charge) dès le départ (et non lorsque la température atteint 155°C).
- Les résultats obtenus sont équivalents.
- 0n réalise l'opération décrite à l'exemple 12 en introduisant les 10 g de glycol au départ puis les 10 g de butoxyéthanol à 155°C.
- Les résultats obtenus sont équivalents.
- On réalise les opérations décrites aux exemples 9 à 11 à partir d'un dodécylphénol sulfurisé contenant environ 8 % de soufre.
- Les quantités de réactifs mises en oeuvre aux différentes étapes sont indiquées aux tableaux VII et VIII ; les résultats obtenus figurent au tableau VIII.
- On réalise l'opération décrite à l'exemple 26 en mettant en oeuvre un dodécylphénol contenant 7 % de soufre et une quantité supplémentaire de soufre.
-
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