無灰分散劑制備與評價方法的發展現狀及趨勢

張歆婕　呂維華　石星麗　張海亮　王有朋

【摘 要】近年來，無灰分散劑的發展呈現多功能化的趨勢，即通過一種多功能化的低劑量的無灰分散劑，在表現出優異的分散性的同時，還可有效解決隨之引起的油品粘度增長等問題。本文主要調研了近年來美國專利中所報道的無灰分散劑，依據調研結果總結了無灰分散劑近幾年的發展方向。

【關鍵詞】無灰分散劑

中圖分類號： TE624.8 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0287-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.132

Development status and trend of ashless dispersant preparation and evaluation methods

ZHANG Xin-jie LV Wei-hua SHI Xing-li ZHANG Hai-liang WANG You-peng

（Lanzhou Petrochemical Polytechnic，Gansu Lanzhou，730060）

【Abstract】In recent years，the development of ashless dispersant shows a trend of multi-function，that is，through a multi-functional low-dose ashless dispersant，it can not only show excellent dispersion，but also effectively solve the problem of oil viscosity growth.This paper mainly investigates the ashless dispersants reported in American patents in recent years，and summarizes the development direction of ashless dispersants in recent years.

【Key words】Ashless diepersants

0 引言

發動機尾氣再循環（EGR）技術和正氣壓排氣（PVC）系統等一系列技術雖然會減少汽車尾氣對空氣的污染，但會加劇油品的不完全燃燒現象，導致煙炱污染物的增加。增大煙炱分散劑的劑量可提高煙炱在有油品中的分散性，但過多的劑量會導致油品的低溫流動性變差，影響發動機部件的耐磨性。因此，研究一種低成本、高效益、穩定性好以及具有優異的煙炱分散性的無灰分散劑具有十分重要的研究意義。本文調研了近些年國外主要添加劑生產商對無灰分散劑的研究，主要分為煙炱無灰分散劑的研制、磷硼化無灰分散劑的研制、生產工藝的優化和煙炱評價方法這四個方面。

1 煙炱分散型無灰分散劑

煙炱無灰分散劑是一種雙親性活性物質，可形成油溶性膠束，從而達到清潔的目的。近年來，國外幾家主要添加劑生產廠商對煙炱無灰分散劑的研究主要分為芳香胺型、雜原子環型、接枝型以及其他一些類型。芳香胺型無灰分散劑，不僅可以有效解決煙炱分散問題，還能控制油品在使用過程中的粘度增長，多家添加劑生廠商也將這一類分散劑的研究作為了重點研究方向。Gieselman等制備了含有多個芳香結構的無灰分散劑，該分散劑不僅具有良好的煙炱分散性，還可同時改善煙炱引起的潤滑劑粘度增長的問題[1]。雜原子環類化合物可彌補了芳香胺類無灰分散劑粘度過大的缺陷。Sauer等利用1-乙烯基咪唑制備了一種含有雜原子環的多功能接枝聚合物，不僅可有效避免添加劑配方中不同劑之間相互沖突的現象，還有效控制了煙炱、油泥和漆漬的產生[2]。目前，除了以上幾種主要類型的無灰分散劑以外，還有乙丙共聚物型、聚酯型、納米粒子型、甲基丙烯酸型和苯二胺型。

3 磷硼化無灰分散劑

自20世紀60年代，丁二酰亞胺型無灰分散劑逐漸被廣泛應用，隨著產品研發的不斷深入，研究者發現磷與硼的引入可以有效改善傳統丁二酰亞胺型無灰分散劑的抗磨性和高溫清凈性，磷硼化無灰分散劑還能夠改善油品的摩擦特性，在自動傳動液中可以降低油品的靜摩擦系數，保持動摩擦系數不下降，以保證動力的平穩轉遞。Goyal等將低硼含量的無灰分散劑與高分子量的芳香胺相結合，制備了一種可有效提高密封性、抗氧化性和預防潤滑劑熱降解沉積物產生的潤滑劑配方，該配方的潤滑油中硼含量僅為15～100ppm[3]。此外，針對傳動液的特殊使用要求，硼的抗氧性對自動傳動液和無極變速傳動液穩定性的提高有至關重要的作用。Watts等發現了一種聚烯烴多胺型摩擦改進劑，具有更好的熱穩定性和氧化穩定性，且不降低對摩擦的控制能力。通過與傳統摩擦改進劑比較，發現硼酸改性后的摩擦改進劑在500～10000個循環中，其靜摩擦僅減少了0.003，而傳統摩擦改進劑的靜摩擦減少0.008[4]。

4 丁二酰亞胺型無灰分散劑合成工藝的優化

近年來年，Huang等報道了對無灰分散劑生產工藝的研究[5～8]。聚異丁烯丁二酰亞胺的合成主要包括烴化和胺化兩個主要過程，其中烴化過程直接影響胺化后的最終產物性能。傳統合成PIBSA主要有兩種方法：（1）熱烯法和（2）氯化法。然而，方法（1）的反應溫度高、時間長，會導致馬來酸酐的分解和副產物的生成；方法（2）所制備的PIBSA中含有殘留的氯，對觸媒轉換器及環境具有毒性。為解決以上問題，雅富頓公司改進生產工藝，通過兩步法合成聚異丁烯馬來酸酐，以提高馬來酸酐的轉化率，從而減少副產物[5]。該方法中首先將聚異丁烯與琥珀酸酐加熱反應至有50%的PIB轉化為PIBSA；然后再將多余的琥珀酸酐加入上述混合液中，同時通氯氣，從而減少副產物的生成。該方法不僅可以獲得高琥珀酸官能化的產品，還可以控制PIBSA的分子量在1000～3000之間，減少副產物，提高分散性。

5 煙炱評價方法

煙炱無灰分散劑的分散效果通常是通過大型臺架（如Mark T-8E，6DL等）評價，實驗室主要通過SDT法對分散劑的分散效果進行初步評價。由于臺架試驗耗時長且造價高，尋求一種更加簡易、精確的評價煙炱分散效果的試驗方法十分重要。Gentile等報道了一種簡易、快捷、低成本的煙炱分散性評價方法，通過統計學的方式評價普通油與較好的油之間的差異，且更加簡易快捷[9]。然而從評價結果可以看出，該方法還存在一定的局限性，該方法并不能完全精準指導Mark T-8E的試驗結果。雖然該方法無法精準指導無灰分散劑的煙炱分散效果，但Gentile等的嘗試同時也說明建立一個完整的實驗室評價煙炱分散效果的方法具有十分重要的意義。在進行大型臺架試驗前，若能通過實驗室方法精準篩選出符合要求的樣品，可以有效節約資源，縮短評價所需的周期，進而提高生產的經濟效益。

6 無灰分散劑的發展趨勢

對近幾年無灰分散劑的文獻調研發現，無灰分散劑的發展逐漸趨向多功能化。為避免復合劑中單劑間相互沖突的問題，開發一種具有多種功能性的單劑（如抗磨、粘度改進、煙炱分散等）成為了研究熱點。此外，在原有復合劑的基礎上進一步改進單劑的性能，從而提高復合劑的整體性能和經濟效益也是主要發展方向。綜合目前具有優異的煙炱分散性的市售產品和近幾年文獻調研可發現，煙炱無灰分散劑的發展不僅趨向于多功能化，而且含有芳香胺結構或多種胺的復合配方也是無灰分散劑的主要研發方向。

【參考文獻】

[1]Gieselman；Matthew D.，Mannich post-treatment of PIBSA dispersants for improved dispersion of EGR soot，US 8，324，139，2012.

[2]Sauer；Richard P.，Multiple function graft polymer，US 8，703，873，2014.

[3]Goyal；Arjun Kumar，Farng；L.Oscar，LaFountain；Andrew R.，High performance lubricant containing high molecular weight aromatic amine antioxidant and low boron content dispersant，US 7，863，227，2011.

[4]Watts；Raymond F.，Noles，Jr.；Joe R.，Gorda；Keith R.Cogen； Kerry L.，Boron-containing lubricating oils having improved friction stability，US 8，623，797，2014.

[5]Huang；Chente，Loper；John T.，Process for the preparation of polyalkenyl succinic anhydrides，US 8，728，995，2014.

[6]Link；John，Eldin；Sherif，Use of polyalkenyl succinimides in acrylic acid production，US 7，880，029，2011.

[7]Kulkarni；Sanjay Tammaji，Raj；Balasundaram Dilly，Crystalline thermoplastic polyester resin composition for clear transparent products and process thereof，US 7，662，877，2010.

[8]Stokes；Casey D.，Simison；Kelby，Storey；Robson F.，Harrison； James J.，Method for preparing polyolefins containing a high percentage of exo-olefin chain ends，US 8，530，586，2013.

[9]Gentile；Mitchell（Chesterland，OH），Gieselman；Matthew D.（Wickliffe，OH），Henley；Matthew，Soot bench test，US 8，850，875，2014.