一種含硼無灰分散劑的工藝條件探索

張歆婕 夏璐笛

（1、蘭州石化職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 蘭州730060 2、國網(wǎng)甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州730070）

1 概述

國外各大潤滑油公司從20 世紀80 年代初對丁二酰亞胺類無灰分散劑進行硼化改性，開始開發(fā)了具有良好分散性及高溫清凈性能的硼化無灰分散劑，美國Exxon 化工公司、Ethyl 公司等國外公司新推出的內(nèi)燃機油復合劑、二沖程油復合劑、ATF復合劑中大部分含有此類分散劑。

在硼化工藝的研究中，硼化無灰的加入方式、反應溫度、反應時間、溶劑及促進劑的選擇是硼化工藝的研究重點。雅富頓公司在專利US 8,728,995 B2 中通過兩步法合成了PIBSA，從而提高SA 的轉(zhuǎn)化率，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生[1]。

該方法中，首先將PIB 與SA 加熱反應至有50%的PIB 轉(zhuǎn)化為PIBSA；然后再將多余的SA 加入上述混合液中，同時通以氯氣，從而有效減少副產(chǎn)物的生成。Watts 等發(fā)現(xiàn)了一種聚烯烴多胺型摩擦改進劑，能夠有效彌補上述兩種方法的不足，具有更好的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性且不降低對摩擦的控制能力。該摩擦改進劑與硼酸反應，使得至少一個二級胺被轉(zhuǎn)化成相應的硼酸酯或硼酸鹽。

在傳統(tǒng)摩擦改進劑和與硼酸反應后的摩擦改進劑的靜態(tài)摩擦的對比試驗中發(fā)現(xiàn)，在500～10000 個循環(huán)中，傳統(tǒng)摩擦改進的靜摩擦減少了0.008，而含有硼改性的摩擦改進劑的靜摩擦減少了0.003[2]，具有更優(yōu)異的穩(wěn)定性。

2 實驗部分

含硼無灰分散劑的制備：

使用聚異丁烯基烯酐與四乙烯五胺反應，制備了聚異丁烯丁二酰亞胺，并按照表1 的反應條件再引入環(huán)氧丙醇和硼酸。

表1 引入環(huán)氧丙醇和硼酸的反應條件

氨類化合物先與環(huán)氧丙醇反應，產(chǎn)物再與聚異丁烯基烯酐反應制備無灰分散劑的反應工藝，反應條件見表2。

表2 引入環(huán)氧丙醇和硼酸的反應條件

3 結(jié)果與討論

在無灰分散劑中引入羥基，有利于進行硼化反應。引入羥基有兩種方式：第一種方式為在聚異丁烯丁二酰亞胺的基礎(chǔ)上引入羥基，第二種方式為在氨類化合物上引入羥基，然后與聚異丁烯基烯酐反應制備無灰分散劑。將氨類化合物與環(huán)氧化合物進行開環(huán)反應是引入羥基的較好的方式，常見的環(huán)氧化合物為環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷及環(huán)氧丙醇等，由于使用環(huán)氧丙醇可以引入兩個羥基，因此進行了環(huán)氧丙醇的開環(huán)研究。

3.1 聚異丁烯丁二酰亞胺引入羥基

制備的聚異丁烯丁二酰亞胺按照表1 的反應條件進行了引入環(huán)氧丙醇和硼酸的反應，產(chǎn)物的分析測試結(jié)果見表3。

表3 產(chǎn)物的分析測試結(jié)果

從表3 中的分析結(jié)果可見：產(chǎn)物的氮含量、堿值、分子量及SDT 的變化幅度不大；引入硼酸后，硼含量均在1～1.2%之間，由于使用聚異丁烯丁二酰亞胺直接與硼酸反應，硼含量在0.8～1%之間，可知無灰分散劑中引入環(huán)氧丙醇后，易與硼酸發(fā)生反應；引入環(huán)氧丙醇后產(chǎn)物的外觀發(fā)生混濁，混濁的原因可能與反應條件有一定的關(guān)系。

3.2 氨類化合物上引入羥基，再與聚異丁烯基烯酐反應

按照表2，氨類化合物先與環(huán)氧丙醇反應,再與聚異丁烯基烯酐反應制備無灰分散劑，產(chǎn)物的分析測試結(jié)果見表4。

表4 產(chǎn)物的分析測試結(jié)果

將表4 中的分析結(jié)果與表3 中的分析結(jié)果進行對比可知，產(chǎn)物的氮含量、堿值相當，產(chǎn)物的硼含量略低，產(chǎn)物的外觀依舊混濁。

圖1 四乙烯五胺與環(huán)氧丙醇的反應產(chǎn)物質(zhì)譜分析圖

對四乙烯五胺與環(huán)氧丙醇的反應產(chǎn)物進行質(zhì)譜分析，分解結(jié)果見圖1。

從圖1 可見，四乙烯五胺與環(huán)氧丙醇的反應產(chǎn)物的強度最高，但產(chǎn)物中仍有一定含量的四乙烯五胺原料，且產(chǎn)物中含有大量的四乙烯五胺與2 分子環(huán)氧丙醇及四乙烯五胺與3 分子環(huán)氧丙醇的反應產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物導致樣品渾濁。

為了減少四乙烯五胺與2 分子環(huán)氧丙醇及四乙烯五胺與3分子環(huán)氧丙醇的反應產(chǎn)物，降低四乙烯五胺與環(huán)氧丙醇的反應溫度，采用冰水浴進行反應，并改變與烯酐反應時氨的加入量，反應條件及產(chǎn)物的分析結(jié)果見表5。

表5 反應條件及產(chǎn)物的分析結(jié)果

從表5 中的結(jié)果可以看出，降低胺的加入量可以得到清澈透明的樣品，解決了樣品渾濁的問題，得到的產(chǎn)品氮含量均大于1.9%，堿值均大于40 mgKOH/g，酸值均小于3 mgKOH/g，外觀均清澈，但使用催化劑后沒有明顯好的改善。

3.3 硼化工藝考察

進行了硼化工藝的考察，加入不同比例的硼酸進行了硼化反應，反應條件和分析數(shù)據(jù)見表6。

表6 硼化工藝的考察

從表6 中結(jié)果可見，合成的產(chǎn)品硼含量較低，增加硼酸的加入量，并沒有明顯提高產(chǎn)物的硼含量。

4 結(jié)論

本文對含硼無灰分散劑的合成工藝進行了探索，研究結(jié)果表明：（1）聚異丁烯丁二酰亞胺引入羥基的方法制備硼化無灰分散劑時，再加入環(huán)氧丙烷后易造成溶液的渾濁；（2）若氨類化合物先與環(huán)氧丙烷反應，再與聚異丁烯基烯酐反應，降低反應溫度及胺的加入量，利于制備穩(wěn)定清澈的樣品。