一種含硼無灰分散劑的工藝條件探索

張歆婕 夏璐笛

（1、蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州730060 2、國網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 的轉化率，減少副產物的產生[1]。

該方法中，首先將PIB 與SA 加熱反應至有50%的PIB 轉化為PIBSA；然后再將多余的SA 加入上述混合液中，同時通以氯氣，從而有效減少副產物的生成。Watts 等發現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，具有更好的熱穩定性和氧化穩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化成相應的硼酸酯或硼酸鹽。

在傳統摩擦改進劑和與硼酸反應后的摩擦改進劑的靜態摩擦的對比試驗中發現，在500～10000 個循環中，傳統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]，具有更優異的穩定性。

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氧丙醇和硼酸。

表1 引入環氧丙醇和硼酸的反應條件

氨類化合物先與環氧丙醇反應，產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 引入環氧丙醇和硼酸的反應條件

3 結果與討論

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。將氨類化合物與環氧化合物進行開環反應是引入羥基的較好的方式，常見的環氧化合物為環氧乙烷、環氧丙烷及環氧丙醇等，由于使用環氧丙醇可以引入兩個羥基，因此進行了環氧丙醇的開環研究。

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氧丙醇和硼酸的反應，產物的分析測試結果見表3。

表3 產物的分析測試結果

從表3 中的分析結果可見：產物的氮含量、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氧丙醇后，易與硼酸發生反應；引入環氧丙醇后產物的外觀發生混濁，混濁的原因可能與反應條件有一定的關系。

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，氨類化合物先與環氧丙醇反應,再與聚異丁烯基烯酐反應制備無灰分散劑，產物的分析測試結果見表4。

表4 產物的分析測試結果

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

圖1 四乙烯五胺與環氧丙醇的反應產物質譜分析圖

對四乙烯五胺與環氧丙醇的反應產物進行質譜分析，分解結果見圖1。

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

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

表5 反應條件及產物的分析結果

從表5 中的結果可以看出，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，反應條件和分析數據見表6。

表6 硼化工藝的考察

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

4 結論

本文對含硼無灰分散劑的合成工藝進行了探索，研究結果表明：（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，再加入環氧丙烷后易造成溶液的渾濁；（2）若氨類化合物先與環氧丙烷反應，再與聚異丁烯基烯酐反應，降低反應溫度及胺的加入量，利于制備穩定清澈的樣品。