複合金屬型潤滑油清淨劑的製備方法

2023-11-06 05:09:17

專利名稱：複合金屬型潤滑油清淨劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高鹼度潤滑油添加劑的製備方法，尤其是一種複合金屬型高鹼度清淨劑的製備方法，屬於潤滑油領域。
金屬清淨劑作為內燃機油的主劑，在現代交通事業上起著重要的作用。一般按不同的金屬類型可分為鋇鹽、鈣鹽、鎂鹽等，其中以鈣鹽的用途最為普遍。
近年來隨著對環境保護的日益重視，具有一定毒性的鋇鹽產品已逐步退出歷史舞臺，而環保型的鈣鹽產品在世界範圍內得到了大家的認同，同時無毒性、低灰分、高鹼值的鎂鹽產品也得到了長足發展。據最新報導，目前國內外研究機構已在大力開發抗氧抗腐性能好的鈉鹽、鉀鹽、銅鹽產品以及極壓抗磨性能良好的鋅鹽、鉬鹽產品、硫化、硼化的改性產品。但不論何種金屬鹽產品的開發，均集中在以烷基苯磺酸為基質，即形成烷基苯磺酸的不同金屬鹽。烷基水楊酸鹽以其良好的高溫清淨性能及酸中和作用，同時也具有一定的低溫分散、抗氧化抗腐蝕、極壓抗磨性能及與其它劑具有良好的協合作用等特點，倍受人們重視。目前國內外水楊酸鹽產品僅有鈣鹽、鎂鹽、其中鹼值大於300mgKOH/g的添加劑多為鎂鹽產品，這遠遠不能滿足油品高檔化的要求。隨著高檔內燃機油的快速發展，油品中不同金屬類型的清淨劑複合，已得到了廣泛的應用，但不同金屬在反應初期複合而形成的複合金屬型清淨劑的開發研製，則很少見諸報導。複合金屬型清淨劑的開發研製，可成功地解決不同金屬鹽清淨劑複合時所出現的各種問題，使不同金屬的比例在反應初期得到控制並可隨意調節，從而滿足潤滑油及燃料油不斷發展的需要。
本發明的目的是要提供一種以烷基水楊酸為主，在引入助促進劑及表面活性劑的條件下，通過一定的金屬化工藝來製備複合金屬型高鹼度清淨劑，該產品不但含有一定量的烷基水楊酸鹽(鈣、鎂、鈉等)、烷基苯磺酸鹽，而且還含有少量的烷基酚鹽，因而除具有傳統高鹼度烷基水楊酸鹽的各項性能外，還賦予它一些獨特的特性，從而可為潤滑油提供一種穩定性能、分散性良好的含有不同金屬的新型添加劑。
本發明所述的一種複合金屬型高鹼度清淨劑的製備方法，即引入表面活性劑及進行不同金屬化工藝如下在三口燒瓶中投入計量的稀釋溶劑(汽油、二甲苯、環己烷等)、特定表面活性劑及促進劑甲醇(工業品)，升溫至30-60℃，投入計量的工業氧化鎂(純度93％以上)或氧化鎂與氧化鈣混合物，同時加入計量的水與氨水，攪拌反應約30分鐘後，加入計量的烷基水楊酸，攪拌反應，維持反應溫度40-60℃，進行中和反應1小時。爾後第二步金屬化反應時視最終產品組成不同加入計量的氧化鈣或氫氧化鈉或二者混合物，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℃，蒸脫甲醇及水，稀釋離心後減壓蒸脫溶劑，得產品。促進劑使用甲醇，助促進劑使用氨及銨鹽，表面活性劑為烷基苯磺酸或環烷酸，各組分的配料比有一定的比例。以90份(重量)烷基水楊酸(含油40％)計，表面活性劑為1-10份，氧化鎂為1-20份，氧化鈣為1-15份，氫氧化鈉1-10份，甲醇為30-150份，水為5.0-80.0份，氨類助促進劑為1.0-20.0份，溶劑為40-200份，二氧化碳為20-100份，反應溫度控制在40-60℃之間。
本發明在製備鈣、鎂雙金屬清淨劑時，第二步金屬化反應將氧化鈣單獨加入；製備含金屬鈉清淨劑即三金屬清淨劑時，與第一步反應時加入的一種或兩種金屬化合物相對應，第二步金屬化反應加入其餘的兩種或一種金屬化合物，即氫氧化鈉與氧化鈣一起加入或氫氧化鈉單獨加入，以形成含三種金屬的複合金屬型清淨劑。
該反應體系可適合不同級別的氧化鈣、氧化鎂，表面活性劑為雙烷基或單烷基苯磺酸、環烷酸，反應用溶劑可以是餾程為60-160℃的直餾汽油，也可以是沸點高於120℃的物質，如二甲苯。反應所用主要原料烷基水楊酸的結構為 其中R為C8-30的烷基鏈。
甲醇必須是純度大於95％的化學試劑或工業品，助促進劑可以是氨水、碳酸銨或者碳酸氫銨等氨類產品，最好選用氨水。表面活性劑、甲醇、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5.0-10.0克/90克烷基水楊酸，甲醇用量為30-60克/90克烷基水楊酸；適宜水的用量為30.0-60.0克/90.0克烷基水楊酸。合成產品具有優異的抗氧化抗腐蝕、熱穩定性及清淨分散性能。
本發明的複合金屬型高鹼度清淨劑產品的合成反應過程中甲醇的作用甲醇作為無機相和有機相的載體，可以使反應混合物中氣、液、固三態及油溶液和水溶液兩相混和均勻，同時，甲醇有降低鹼土金屬氧化物的表面能，潤溼表面，促進熟化反應能緩慢而平穩地進行。最後，甲醇作為載體，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、氫氧化鈣均勻分散，原位生成粒徑較小的碳酸鹽晶格，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，可以提高甲醇的反應活性，促使生成的氫氧化物均勻分散，原位生成粒徑較小的碳酸鹽晶格，保證反應過程平穩，並參與成膠反應。
表面活性劑的作用本發明由於引入了表面活性劑烷基苯磺酸而使反應介質發生了巨大變化，烷基苯磺酸作為一種反應試劑，它可阻止生成的碳酸鹽顆粒及烷基水楊酸鹽膠束聚集生長，並促使其迅速生成載荷膠團而穩定地分散於油溶液中，同時，烷基苯磺酸與烷基水楊酸一起可以生成粒徑更小分布更均勻的混合膠束，並參與成膠反應。
對表面活性劑及助促進劑的考察結果如下表一、表面活性劑及助促進劑對反應的影響
從表一結果可知，表面活性劑及助促進劑的加入量，對產品的鹼值有著重要的影響。
實驗中對複合型高鹼度金屬清淨劑的熱穩定性、抗氧化性、高溫清淨性等進行了評定，結果見表二。
表二、複合金屬型高鹼度產品的性能評定結果
注以2.0％劑量調入98.0％HVIM H500中進行性能評定。
結果表明，複合金屬型高鹼度清淨劑具有較好的實用性能。
本發明方法製備的複合金屬型高鹼度清淨劑，在相同的鹼值要求下，可降低添加劑在油品中的加入量，特別適用於加氫基礎油中，由於其良好的高溫清淨性、抗氧化性及熱穩定性等綜合性能，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毫升三口瓶中加入汽油150毫升、甲醇60毫升(分析純)，烷基苯磺酸10.0克，攪拌，升溫至30-50℃，投入15.0克工業氧化鎂(上海敦煌化工廠生產)、45.0克水，15.0克氨水攪拌，這時可見混合物變稠，並伴隨有溫升現象，大約30分鐘後，加入90.0克烷基水楊酸，攪拌，控制反應溫度為45-60℃，反應1小時，進行中和反應。反應完成後，再加入10.0克氧化鈣，在45-60℃下進行二次金屬化反應，30分鐘後通入二氧化碳，通氣速率為200-300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℃，蒸脫甲醇和水，加汽油稀釋、冷卻、離心去渣後減壓蒸脫溶劑得產品。產品鈣含量為5.08％，鎂含量5.09％，鹼值為380mgKOH/g，運動粘度(100℃)為203.51mm2/s。
實施例2在帶有電動攪拌器及冷凝脫水器的500毫升三口瓶中加入汽油150毫升、甲醇60毫升(分析純)，烷基苯磺酸10.0克，攪拌，升溫至30-50℃，投入10.0克工業氧化鎂(上海敦煌化工廠生產)、10.0克氧化鈣、45.0克水，這時可見混合物變稠，並伴隨有溫升現象，約30分鐘後，加入90.0克烷基水楊酸，控制反應溫度為45-60℃，反應1小時，進行中和反應。反應完成後，再加入5.0克氫氧化鈉，在45-60℃下進行二次金屬化反應，30分鐘後通入二氧化碳，通氣速率為200-300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℃，蒸脫甲醇和水，加汽油稀釋、冷卻、離心去渣後減壓蒸脫溶劑得產品。產品鈣含量為5.25％，鎂含量3.56％，鈉含量2.58％，鹼值為402mgKOH/g，運動粘度(100℃)為100.1mm2/s。
實施例3在帶有電動攪拌器及冷凝脫水器的500毫升三口瓶中加入汽油150毫升、甲醇45毫升(分析純)，烷基苯磺酸10.0克，攪拌，升溫至30-50℃，投入15.0克工業氧化鎂(上海敦煌化工廠生產)、5.0克氧化鈣、35.0克水，20.0克氨水攪拌，這時可見混合物變稠，並伴隨有溫升現象，大約30分鐘後，加入90.0克烷基水楊酸，攪拌，控制反應溫度為45-60℃，反應1小時，進行中和反應。反應完成後，再加入5.0克氧化鈣，在45-60℃下進行二次金屬化反應，30分鐘後通入二氧化碳，通氣速率為200-300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℃，蒸脫甲醇和水，加汽油稀釋、冷卻、離心去渣後減壓蒸脫溶劑得產品。產品鈣含量為3.60％，鎂含量5.05％，鹼值為370mgKOH/g。
實施例4在帶有電動攪拌器及冷凝脫水器的500毫升三口瓶中加入汽油150毫升、甲醇60毫升(分析純)，烷基苯磺酸10.0克，攪拌，升溫至30-50℃，投入10.0克工業氧化鎂(上海敦煌化工廠生產)、45.0克水，這時可見混合物變稠，並伴隨有溫升現象，約30分鐘後，加入90.0克烷基水楊酸，控制反應溫度為45-60℃，反應1小時，進行中和反應。反應完成後，再加入10.0克氧化鈣、2.0克氫氧化鈉，在45-60℃下進行二次金屬化反應，30分鐘後通入二氧化碳，通氣速率為200-300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℃，蒸脫甲醇和水，加汽油稀釋、冷卻、離心去渣後減壓蒸脫溶劑得產品。產品鈣含量為6.01％，鎂含量4.17％，鈉含量0.88％，鹼值為352mgKOH/g，運動粘度(100℃)為98.4mm2/s。
權利要求
1.一種複合金屬型高鹼度清淨劑產品的製備方法，其特徵在於在反應容器中投入計量的稀釋溶劑、表面活性劑、促進劑甲醇，升溫至30-60℃，投入計量的工業氧化鎂或氧化鎂與氧化鈣混合物，同時加入計量的水與氨水，攪拌反應30分鐘後，加入計量的烷基水楊酸，攪拌，維持反應溫度40-60℃，進行中和反應1小時，爾後第二步金屬化時視最終產品組成不同加入計量的氧化鈣或氫氧化鈉或二者混合物，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℃，蒸脫甲醇及水，稀釋離心後減壓蒸脫溶劑，得產品，以含油40％的90份烷基水楊酸計，表面活性劑為1-10份，氧化鎂為1-20份，氧化鈣為1-15份，氫氧化鈉1-10份，甲醇為30-150份，水為5.0-80.0份，助促進劑為1.0-20.0份，溶劑為40-200份，二氧化碳為20-100份。
2.根據權利要求1所述的複合金屬型高鹼度清淨劑產品的製備方法，其特徵在於製備鈣、鎂雙金屬清淨劑，在第二步金屬化反應時，氧化鈣單獨加入。
3.根據權利要求1所述的複合金屬型高鹼度清淨劑產品的製備方法，其特徵在於製備含金屬鈉、鈣、鎂的清淨劑，在第二步金屬化反應時，與第一步反應時加入的一種或兩種金屬化合物相對應，第二步反應加入其餘的兩種或一種金屬化合物，即氫氧化鈉與氧化鈣一起加入或氫氧化鈉單獨加入，以形成含三種金屬的複合金屬型清淨劑。
4.根據權利要求1所述的複合金屬型高鹼度清淨劑產品的製備方法，其特徵在於助促進劑是氨水或碳酸銨或碳酸氫銨。
5.根據權利要求1所述的複合金屬型高鹼度清淨劑產品的製備方法，其特徵在於表面活性劑為烷基苯磺酸或環烷酸，分子量300-500。
6.根據權利要求1所述的複合金屬型高鹼度清淨劑產品的製備方法，其特徵在於反應用溶劑是餾程為60-160℃的直餾汽油或二甲苯。
7.根據權利要求1所述的製備方法得到的產品，其鹼值大於350mgKOH/g，適合在加氫基礎油或其它基礎油中使用，來調製中高檔內燃機油及船用油、鐵路發動機油。
全文摘要
本發明敘述了一種高鹼度複合金屬型潤滑油清淨劑及其製備方法,即引入不同類型金屬及促進劑、助促進劑、表面活性劑等合成複合金屬型高鹼度清淨劑產品的工藝方法。該方法以烷基水楊酸等為原料,在甲醇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達350mg KOH/g的複合金屬型高鹼度金屬清淨劑產品。本發明合成的產品除具有優良的高溫清淨性外,還具有良好的膠體穩定性,一定的抗氧抗腐性,極壓抗磨性,特別適用於加氫基礎油中,是一種性能優越的潤滑油添加劑。
文檔編號C10M135/10GK1377944SQ0210439
公開日2002年11月6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