新型高鹼度磺酸鹽添加劑的製備方法
2024-02-05 10:05:15
專利名稱：新型高鹼度磺酸鹽添加劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種烷基苯磺酸鹽潤滑油添加劑的製備方法，尤其是一種新型高鹼度烷基苯磺酸鎂鹽的製備方法，屬於潤滑油領域。
眾所周知，潤滑油金屬清淨劑主要用於發動機油中，它可在高溫條件下抑制潤滑油氧化變質或減少活塞環區(活塞、活塞環、缸套、環槽)表面高溫沉積物的生成，使發動機內部(燃燒室及曲軸箱)保持清淨。金屬清淨劑一般是由碳酸鹽(或硼酸鹽)與吸附在碳酸鹽(或硼酸鹽)表面上的表面活性劑所組成的穩定的載荷膠團和游離的表面活性劑分子及其膠束所構成的油溶液。烷基苯磺酸鹽(鈣、鎂)多年來一直是各類內燃機油所用的主要添加劑，其中已廣泛應用的是低、中、高鹼值的鈣鹽產品。近年來，隨著發動機設計向小型化、大功率、高速度方向的發展，以及由於節約能源和環境保護要求越來越嚴格，對油品的高溫清淨性能的要求也越來越苛刻。高鹼度烷基苯磺酸鹽產品除具有極好的高溫清淨性能外，還具有良好的熱穩定性等性能，將廣泛應用於高檔潤滑油中，尤其是在鹼值較高的船用油及鐵路發動機油中。由於其具有極高的鹼值，因而可大幅度降低添加劑在油品中的加入量。國外有關高鹼度磺酸鹽生產製備專利較多，如USP 3761411、US4647387、EP312315等，主要是以氧化鎂等為原料先直接進行中和反應，然後通過不同的碳酸化工藝來製備，工藝煩瑣複雜，不易控制；國內有關高鹼度烷基苯磺酸鹽的專利技術卻很少見諸報導，目前僅有錦州、上煉、茂名、北京石油化工科學研究院、西安石油學院等單位從事磺酸鹽的研究及開發，但多以國外專利為依託，製備工藝複雜，不利於工業化生產，且該工藝下合成的產品，與水楊酸鹽的相容性不盡人意。
本發明的目的是要提供一種在引入助促進劑及表面活性劑的條件下，通過一定金屬化工藝來製備新型高鹼度烷基苯磺酸鹽潤滑油添加劑，該產品除具有傳統高鹼度烷基苯磺酸鹽的各項性能外，特別是與水楊酸鹽的相容性有了極大改善，從而可為潤滑油提供一種相容性能、分散性良好的新型添加劑。
本發明所述的一種新型高鹼度烷基苯磺酸鹽的製備方法如下在反應容器中投入計量的二甲苯(工業品)、醇類(工業品)促進劑、烷基苯磺酸(或鹽)、表面活性劑，並開啟攪拌器，升溫至20-50℃，投入計量的工業氧化鎂(純度93％以上)，同時加入計量的水，助促進劑A，升溫至60-80℃反應大約60分鐘後，降溫至40-50℃，加入計量的氨類助促進劑B，在40-60℃下維持反應30分鐘，然後通入一定量的二氧化碳氣體，進行高鹼度化反應約2小時。反應結束後，升溫至110℃除去水，加溶劑稀釋，冷卻後離心，最後減壓蒸脫溶劑，得產品。促進劑使用醇類，助促進劑使用氨及銨鹽，各組分的配料比有一定的比例。以90份(重量)烷基苯磺酸或其鹽(含油40％左右)計，表面活性劑為1-10份，氧化鎂為25-35份，醇類為10-50份，水為8.0-15.0份，助促進劑A為1.0-10.0份，氨類助促進劑B為1.0-10.0份，溶劑為50-200份，二氧化碳為20-80份，碳酸化反應溫度控制在40-60℃之間。反應步驟分為兩步中和反應、高鹼度化反應。該反應體系可適合不同級別的活性氧化鎂，反應用溶劑為二甲苯，也可以是沸點高於110℃的物質，如甲苯、餾程為60-160℃的直餾汽油等。反應原料可以是烷基苯磺酸或其中性鹽(銨鹽、鈉鹽等)。
表面活性劑是烷基碳數為6-30的烷基水楊酸或環烷酸，醇類必須是純度大於95％的化學試劑或工業品，助促進劑A是氨水、助促進劑B可以是碳酸銨、尿素、碳酸氫銨等氨類化合物或者是兩種化合物的混合物，最好選用化學純的碳酸銨與尿素混合物。表面活性劑、醇類、水量及助促進劑是影響產品鹼值及粘度的主要因素。適宜表面活性劑用量為2.0-10.0克/90克烷基苯磺酸或其鹽，醇類用量為10.0-20.0克/90克烷基苯磺酸；適宜水的用量為10.0-15.0克/90.0克烷基苯磺酸。合成產品具有優異的熱穩定、相容性及清淨分散性能。
醇類的作用本發明中所用促進劑為乙二醇，也可以是甲醇、乙醇等。醇類作為無機相和有機相的載體，使反應混合物中氣、液、固三態及油溶液和水溶液兩相能混和均勻，同時，醇類有降低氧化鎂的表面能，潤溼表面，促進熟化反應能緩慢而平穩地進行。最後，醇類作為載體，亦可促進膠體粒子的形成。
水在反應中的作用水是一種反應試劑，熟化反應需在有水的條件下才能進行，而且只有在保證水量的條件下，才可能使生成的氫氧化鎂均勻分散，原地生成粒徑較小的碳酸鎂晶格，並參與成膠反應，這樣合成的產品粘度也較小。
助促進劑的作用助促進劑的引入，可以提高醇類的反應活性，促使生成的氫氧化鎂均勻分散，原地生成粒徑較小的碳酸鎂晶格，保證反應過程平穩，並參與成膠反應。
表面活性劑的作用表面活性劑作為一種反應試劑，它可阻止生成的碳酸鎂顆粒及烷基苯磺酸鹽膠束聚集生長，並促使其迅速生成載荷膠團而穩定地分散於油溶液中。對表面活性劑及助促進劑B的考察結果如下表一、表面活性劑及助促進劑B對反應的影響
從表一結果可以看出，表面活性劑及助促進劑B的加入量，對產品的鹼值有著重要的影響。
本發明方法製備的新型高鹼度烷基苯磺酸鹽添加劑，在相同的鹼值要求下，可降低添加劑在油品中的加入量，同時由於其具有良好的高溫清淨性、抗氧化性及熱穩定性，相容性等，可通用於汽油機油及柴油機油中，將會產生較好的社會效益及經濟效益。另外，該劑與其它添加劑複合使用，可以保證發動機油具有多種性能，對提高潤滑油酸中和能力有重要意義。
下面的實施例是對本發明的進一步說明，而不是對本發明進行限制，本發明的精神和保護範圍列於權利要求書中。
實施例1在帶有電動攪拌器及冷凝脫水器的500毫升三口瓶中加入二甲苯200.0克、乙二醇20.0克(分析純)，石油磺酸銨90.0克、表面活性劑烷基水楊酸10.0克，攪拌，升溫至30-50℃，投入30.0克工業氧化鎂(上海敦煌化工廠生產)、12.5克水、7.5克氨水，攪拌升溫，在70-80℃反應大約60分鐘後，降溫至40-50℃，再加入5.0克碳酸銨在45-60℃下進行反應，30分鐘後通入二氧化碳，通氣速率為100-200毫升/分鐘，保持反應溫度為45-60℃，進行高鹼度化反應約2小時。反應結束後，升溫至110℃，蒸脫水，加溶劑稀釋、冷卻、離心去渣後減壓蒸脫溶劑得產品。產品鹼值為352mgKOH/g。
實施例2在帶有電動攪拌器及冷凝脫水器的500毫升三口瓶中加入二甲苯200.0克、乙二醇20.0克(分析純)，石油磺酸銨90.0克、表面活性劑烷基水楊酸10.0克，攪拌，升溫至30-50℃，投入32.0克工業氧化鎂(上海敦煌化工廠生產)、然後緩慢滴加12.5克水、7.5克氨水(半小時內滴加完)，攪拌升溫(這時可見混合物變稠，並伴隨有溫升現象)，在70-80℃反應大約60分鐘後，降溫至40-50℃，再加入5.0克碳酸銨在45-60℃下進行反應，30分鐘後通入二氧化碳，通氣速率為100-200毫升/分鐘，保持反應溫度為45-60℃，進行高鹼度化反應約2小時，之後繼續攪拌一小時進行老化，老化反應結束後，升溫至110℃，蒸脫水，加溶劑稀釋、冷卻、離心去渣後減壓蒸脫溶劑得產品。產品鎂含量為8.06％，鹼值為356mgKOH/g。
實施例3在帶有電動攪拌器及冷凝脫水器的500毫升三口瓶中加入二甲苯200.0克、乙二醇20.0克(分析純)，石油磺酸銨90.0克、表面活性劑烷基水楊酸10.0克，攪拌，升溫至30-50℃，投入30.0克工業氧化鎂(上海敦煌化工廠生產)、12.5克水、7.5克氨水，攪拌升溫(這時可見混合物變稠，並伴隨有溫升現象)，在70-80℃反應大約60分鐘後，降溫至40-50℃，再加入5.0克碳酸銨、5.0克尿素，在45-60℃下進行反應，30分鐘後通入二氧化碳，通氣速率為100-200毫升/分鐘，保持反應溫度為45-60℃，進行高鹼度化反應約2小時。反應結束後，升溫至110℃，蒸脫水，加溶劑稀釋、冷卻、離心去渣後減壓蒸脫溶劑得產品。產品鎂含量為8.61％，鹼值為378mgKOH/g。
權利要求
1.一種新型高鹼度烷基苯磺酸鹽的製備方法，其特徵在於在反應容器中投入計量的二甲苯、醇類促進劑、烷基苯磺酸或其鹽、表面活性劑，並開啟攪拌器，升溫至20-50℃，投入計量的工業氧化鎂，同時加入計量的水，助促進劑A，升溫至60-80℃反應60分鐘後，降溫至40-50℃，加入計量的氨類助促進劑B，在40-60℃下維持反應30分鐘，然後通入一定量的二氧化碳氣體，進行高鹼度化反應2小時，反應結束後，升溫至110℃除去水，加溶劑稀釋，冷卻後離心，最後減壓蒸脫溶劑，得產品，各組分的配料比如下以含油40％的90份(重量)烷基苯磺酸或其鹽計，表面活性劑為1-10份，氧化鎂為25-35份，醇類為10-50份，水為8.0-15.0份，助促進劑A為1.0-10.0份，氨類助促進劑B為1.0-10.0份，溶劑為50-200份，二氧化碳為20-80份。
2.根據權利要求1所述的一種新型高鹼度烷基苯磺酸鹽的製備方法，其特徵在於反應原料是烷基苯磺酸或其中性鹽，分子量在350-500之間。
3.根據權利要求1所述的一種新型高鹼度烷基苯磺酸鹽的製備方法，其特徵在於促進劑是乙二醇或其同系物。
4.根據權利要求1所述的一種新型高鹼度烷基苯磺酸鹽的製備方法，其特徵在於助促進劑A是氨水，助促進劑B是碳酸銨或碳酸氫銨或尿素或其中兩者混合物。
5.根據權利要求1所述的一種新型高鹼度烷基苯磺酸鹽的製備方法，其特徵在於表面活性劑是烷基碳數為6-30的烷基水楊酸或環烷酸。
6.根據權利要求1所述的一種新型高鹼度烷基苯磺酸鹽的製備方法，其特徵在於反應用溶劑為二甲苯、甲苯或餾程為60-160℃的直餾汽油。
7.根據權利要求1或4所述的一種新型高鹼度烷基苯磺酸鹽的製備方法，其特徵在於助促進劑B是碳酸銨與尿素混合物。
全文摘要
本發明敘述了一種高鹼度烷基苯磺酸鎂潤滑油添加劑及其新型製備方法,即引入一種助促進劑及表面活性劑的方法合成新型高鹼度烷基苯磺酸鎂的工藝方法。該方法以石油(或合成)苯磺酸(鹽)及氧化鎂等為原料,在醇類及氨類化合物為促進劑的條件下,以一定比例的配料比合成了鹼值高達350mgKOH/g的新型高鹼度烷基苯磺酸鎂鹽。本發明合成的產品除具有優良的高溫清淨性外,還具有良好的低溫分散性,一定的極壓抗磨性,同時與水楊酸鹽類清淨劑具有良好的相容性,是一種性能優越的潤滑油添加劑。
文檔編號C10M135/10GK1369543SQ0210439
公開日2002年9月18日 申請日期2002年3月7日 優先權日2002年3月7日
發明者姚文釗, 付興國 申請人:中國石油天然氣股份有限公司