一種新型減摩劑的合成研究

路紅華

摘要：簡要介紹了利用聚異丁烯琥珀酸酐、妥爾油酸、聚乙二醇及甘油為主要原料，在催化劑作用下，進行一種新型有機減摩劑合成的工藝。考察了不同工藝參數(shù)對合成過程影響。

關(guān)鍵詞：減摩劑；酯化；催化劑

Study on the synthesis of an friction modifier

LU Honghua

（Jiangsu Guoheng Safety Evaluation & Consulting Service corp.，LTD. Nanjing 210047，Jiangsu，China）

Abstract：A novel organic friction modifier was synthesized from polyisobutylene succinic anhydride，tall oil acid，polyethylene glycol and glycerol. The effects of different process parameters on the synthesis process were investigated .

Key words：Friction modifier；esterification；catalyst

1 前言

在發(fā)動機油中需要加入減摩劑用于降低引擎內(nèi)的相對移動摩擦面的摩擦，防止引擎部件的磨損。正確選擇減摩劑，能夠提高燃油經(jīng)濟性，降低廢氣排放，延長換油周期和設(shè)備使用壽命。[1]減摩劑的發(fā)展從妥爾油到松節(jié)油，脂肪酸，單油酸甘油酯等已發(fā)展到基于聚合物化學(xué)的產(chǎn)品。目前國內(nèi)市場上有來自美國、德國和英國進口減摩劑的價格較高，并且性能不佳，難以保證持久的油膜厚度，實現(xiàn)有效地潤滑。傳統(tǒng)吸附基團：以S、N、P、CN、-NCS、-NH2、-NHCH3、-NH3和–NROH為吸附基團，增加酸雨的發(fā)生；以COOH為吸附基團，腐蝕設(shè)備表面；以–COOR為吸附基團，附著力不足。因此市場需要尋找環(huán)境友好，高性價比的產(chǎn)品。[2]特殊設(shè)計的有機酸酯類產(chǎn)品，其優(yōu)異性能能將發(fā)動機油的摩擦系數(shù)降到傳統(tǒng)減摩劑所不能達到的程度，這使得配方師能夠開發(fā)出提高燃油經(jīng)濟性和降低排放的發(fā)動機油。僅含有C，H和O，不含S，P和磺酸鹽等灰分，比傳統(tǒng)減摩劑具有更好的氧化穩(wěn)定性，摩擦系數(shù)更低，產(chǎn)品有獨到優(yōu)勢。[3]減摩劑種類繁多，最常用于發(fā)動機油的有機減摩劑是長鏈脂肪胺（油酸胺）和部分酯（Partial Ester）如甘油單油酸酯（GMO）。這兩類減摩劑都是通過在摩擦表面形成易于剪切的吸附膜來達到減摩的作用。對有機減摩劑的研究發(fā)現(xiàn)，納米流變性的改善是有機減摩劑減小粘附力、消除粘-滑現(xiàn)象和降低剪切應(yīng)力的關(guān)鍵原因。發(fā)動機試驗顯示，有機減摩劑可明顯改善邊界潤滑條件下的燃油經(jīng)濟性。[4]

2 實驗部分

2.1 制備原理

產(chǎn)品為幾種一元或多元醇/酸在催化劑作用下混合酯化得到的一類多元醇酯，根據(jù)相關(guān)文獻，此類產(chǎn)品需在物料配比合適條件下，采用溫和型催化劑，分段升溫以得到符合要求的產(chǎn)品。[5]

2.2 主要試劑和儀器

聚異丁烯琥珀酸酐 北京LJTT化工有限公司 工業(yè)級；妥爾油酸 上海TY化工有限公司 工業(yè)級；聚乙二醇 工業(yè)級；甘油 工業(yè)級；十二烷基苯磺酸 南京化學(xué)試劑廠 AR；草酸亞錫 南京化學(xué)試劑廠 AR；亞磷酸 南京化學(xué)試劑廠 AR；氫氧化鈉 南京化學(xué)試劑廠 AR；鈦酸四丁酯 南京化學(xué)試劑廠 AR；氯化鐵 南京化學(xué)試劑廠 AR；固體酸 南京化學(xué)試劑廠 AR；A型有機減摩劑（進口）。

三口燒瓶 1000ml；攪拌裝置 1套；加熱溫控裝置1套；旋片式真空泵1套。

3 結(jié)果與討論

3.1 催化劑種類的選擇

通過改變不同種類的催化劑對合成過程中產(chǎn)品的酯化率、反應(yīng)速率為考察指標，在催化劑質(zhì)量為總物料質(zhì)量的1%，反應(yīng)溫度為220℃的條件下進行酯化反應(yīng)，分別對多種催化劑的催化性能進行考察，設(shè)計如下實驗：

實驗結(jié)果表明，在產(chǎn)品合成過程中，在相同情況下，選用對甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸為催化劑可以得到更高的反應(yīng)酯化率，同時反應(yīng)速率優(yōu)于其他催化劑合成的產(chǎn)品。綜合考慮對生產(chǎn)裝置的溫和性，選擇十二烷基苯磺酸作為反應(yīng)催化劑。

3.2 催化劑用量的選擇

采用十二烷基苯磺酸作為反應(yīng)催化劑，反應(yīng)溫度為220℃的條件下，以酸值小于8mgKOH/g為反應(yīng)終點，考察改變催化劑的用量（十二烷基苯磺酸/總物料）對反應(yīng)過程的影響，設(shè)計如下實驗：

實驗結(jié)果表明，在催化劑用量較?。?.5%、0.75%）的情況下，達到中控指標需要酯化反應(yīng)時間較長；在催化劑較多的情況下（1.0%、1.25%、1.5%），反應(yīng)速率明顯提高，但相差不大。因此綜合考慮高效性和經(jīng)濟性，選用催化劑用量為1.0%為宜。

3.3 反應(yīng)溫度的選擇

根據(jù)酯化反應(yīng)特性，當增加反應(yīng)溫度時有利于反應(yīng)正向進行，但過高的反應(yīng)溫度會增加反應(yīng)能耗并縮短設(shè)備壽命，因此在合成過程中選擇合適的溫度是關(guān)鍵，現(xiàn)以十二烷基苯磺酸為催化劑，催化劑為1.0%，以酸值小于8mgKOH/g為反應(yīng)終點，考察反應(yīng)溫度的變化對反應(yīng)過程的影響

實驗結(jié)果表明，反應(yīng)溫度對反應(yīng)過程中反應(yīng)時間影響較大，當溫度在200℃以下時，為了得到更高的酯化率，需要反應(yīng)15小時以上才能得到酯化率99%以上，隨著溫度的升高，反應(yīng)時間

明顯縮短.當溫度達到220℃以上時，反應(yīng)時間隨溫度的升高變化不再明顯，因此通過上述數(shù)據(jù)選擇反應(yīng)溫度控制在220℃左右為宜。

4 結(jié)論：

本工藝是以聚異丁烯丁二酸酐、妥爾油酸、聚乙二醇和甘油為起始原料，在催化劑作用下酯化制得減摩劑粗品，粗品再經(jīng)過真空脫氣，最終得到成品。工藝條件為采用十二烷基苯磺酸為催化劑、加入量為總物料質(zhì)量的0.5%、反應(yīng)溫度為220℃條件下進行反應(yīng)。通過應(yīng)用性能實驗，產(chǎn)品與常見油品相溶性較好，高溫性能穩(wěn)定。

參考文獻

[1] 曹聰蕊，劉功德，張潤香，佘海波. 無硫磷型有機減摩劑的研究與應(yīng)用進展[J]. 潤滑油，2011年，第26卷第4期.

[2] 賈寶軍，韓寧張，克錚. 汽車的節(jié)能要求與潤滑劑技術(shù)的發(fā)展[J]. 潤滑與密封，2006年，第3期.

[3] 葉紅，武志強. 內(nèi)燃機油用減摩劑及其復(fù)配規(guī)律[J]. 潤滑與密封，2005年，第6期

[4] 謝欣，邢建強. 有機減摩劑在節(jié)能發(fā)動機油中的應(yīng)用[J]. 潤滑與密封，2010年，第35卷第2期.

[5] 段慶華，馮亮. 一種減摩劑及其制備方法以及潤滑油組合物[P] . 中國：CN101724491A，20100609.

（作者單位：江蘇國恒安全評價咨詢服務(wù)有限公司）