高碱值环烷酸复合钙镁清净剂、其制备方法及润滑油组合物

摘要

本发明提供了一种高碱值环烷酸复合钙镁清净剂、其制备方法及包含该清净剂的润滑油组合物。本发明的高碱值环烷酸复合钙镁清净剂，其制备方法包括：将环烷酸、氧化钙和/或氢氧化钙与溶剂混合，发生中和反应，然后加入氧化镁和/或氢氧化镁，通入二氧化碳进行碳酸化反应，在中和反应和/或碳酸化反应中加入促进剂，收集产物。本发明提供的高碱值环烷酸复合钙镁清净剂及包含该清净剂的润滑油组合物比起传统的钙盐、镁盐等金属清净剂产品及相应的润滑油组合物，具有更低的灰分、更高的碱值以及更好的酸中和能力，且可以避免不同金属盐清净剂复合时所出现的各种问题，能够得到不同钙/镁比例的清净剂，可以满足高档润滑油的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高碱值环烷酸金属清净剂，尤其涉及一种高碱值环烷酸复 合钙镁清净剂及其制备方法。

背景技术

金属清净剂是内燃机油中的主要添加剂之一，在内燃机油中通过增溶、分 散、中和作用，与其它添加剂一起抑制油品中积碳、漆膜和油泥的生成，保证 发动机的正常工作。环烷酸盐是历史上出现较早的一类清净剂，早期由于它的 清净性能较差，一直发展缓慢。但随着近年来高碱化技术的进步，高碱性环烷 酸盐的研究和生产也得到了相应的发展。利用从润滑油馏分获取的环烷酸为原 料，试制环烷酸钙、镁盐系列产品的技术日益成熟。由于环烷酸是一种重要的 天然资源，用其合成添加剂，工艺路线简单、成本低、污染少。而高碱性环烷 酸钙在具有良好的清净分散性、酸中和能力及良好的油溶性的同时，还具有优 异的扩散性能，它不仅可以在开发中高档内燃机油中广泛应用，更是开发高碱 性船用气缸油首选的性能改进剂。目前世界上有英国的Shell、法国的Elf和日 本的OSCA等几个公司生产此产品，国内仅新疆独山子石化公司在生产环烷酸 钙系列产品，主要有T112、T113和T114三个品种。关于环烷酸钙的制备研究， 主要有以下报道。在1991年第4期的《石油炼制》上报道了碱值为250mgKOH/g 的环烷酸钙产品，该产品使用甲醇作为促进剂。《新疆石油科技》2008年第1期 报道了超高碱值清净剂的的合成过程研究，研究了以克拉玛依石化公司生产的 减四线环烷酸为原料合成超碱值环烷酸钙过程中的影响因素，并对合成样品进 行了简单性能评定。中国专利CN1403435A、CN1465560A分别介绍了超高碱值 环烷酸镁和超高碱值环烷酸钙的制备方法。

在实际应用过程中，环烷酸钙使用较多的是其低、中碱值产品，环烷酸镁 使用较多的是其高碱值产品。环烷酸钙的优点在于其清净分散性强，环烷酸镁 的优点在于其灰分低、碱值高、酸中和能力强。钙盐比镁盐清净分散性好是因 为钙的金属性比镁强，因此其正盐所形成的胶团的清净性和分散性好；镁盐比 钙盐灰分低、碱值高、酸中和能力强是因为镁的分子量比钙小。对于环烷酸盐 清净剂而言，其清净分散性的好坏是由环烷酸正盐的性质决定的，而其碱值及 灰分的高低主要是由过碱化部分(即胶粒中金属碳酸盐及少量金属氢氧化物)的 多少决定的。

发明内容

本发明提供了一种高碱值环烷酸复合钙镁清净剂、其制备方法及包含该清 净剂的润滑油组合物。

本发明的高碱值环烷酸复合钙镁清净剂，其制备方法包括：将环烷酸、氧 化钙和/或氢氧化钙与溶剂混合，发生中和反应，然后加入氧化镁和/或氢氧化镁， 通入二氧化碳进行碳酸化反应，在中和反应和/或碳酸化反应中加入促进剂，收 集产物。

所述环烷酸为平均分子量在130-660之间、碳原子数在C7-C45之间的环烷 酸，优选分子量在250-600之间、碳原子数在C13-C40之间的环烷酸，最优选 分子量在350-500之间、碳原子数在C20-C30之间的环烷酸。

所述环烷酸可以是纯的环烷酸，也可以含有少量的脂肪酸和润滑基础油。

所述溶剂为馏程在60-180℃的有机溶剂，优选馏程在60-180℃的烷烃和/或 芳烃，例如120号溶剂汽油、苯、甲苯、二甲苯，最优选馏程在110-150℃的烷 烃和/或芳烃，例如120号溶剂汽油、甲苯。

所述促进剂包括主促进剂和/或助促进剂。

所述主促进剂为甲醇或其水溶液，优选甲醇。

所述助促进剂为低分子酸、低分子胺、低分子醇胺、无机氨和烷基取代苯 磺酸中的一种或多种。

所述低分子酸为C1-C6酸，例如甲酸、乙酸、乙二酸、丁酸和戊酸中的一 种或多种，优选C2-C4酸，最优选乙酸和/或乙二酸。

所述低分子胺为C1-C6胺，例如甲胺、乙胺、乙二胺、丙胺、丁胺、戊胺 和己胺中的一种或多种，优选C2-C4胺，最优选乙二胺。

所述低分子醇胺为C1-C6醇胺，例如甲醇胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇 胺中的一种或多种，优选二乙醇胺和/或三乙醇胺。

所述无机氨选自氨水、碳酸铵和尿素中的一种或多种，优选氨水和/或碳酸 铵，最优选氨水。

所述烷基取代苯磺酸为C2-C20烷基取代苯磺酸，例如十二烷基苯磺酸、十 四烷基苯磺酸、十六烷基苯磺酸和十八烷基苯磺酸中的一种或多种，优选 C10-C18烷基取代苯磺酸，最优选C12-C14烷基取代苯磺酸。

所述助促进剂优选低分子酸与低分子胺的混合物或烷基取代苯磺酸与低分 子胺和/或低分子醇胺的混合物，所述低分子酸与低分子胺之间的质量比为 1:1-1:4，所述烷基取代苯磺酸与低分子胺和/或低分子醇胺之间的质量比为 1:1-1:4。所述助促进剂最优选乙酸与乙二胺的混合物或C10-C18烷基取代苯磺 酸与乙二胺和/或三乙醇胺的混合物。

所述促进剂中主促进剂与助促进剂之间的质量比为1:5-5:1，优选1:3-3:1， 最优选1:2-2:1。

所述氧化钙和/或氢氧化钙的加入量为所述环烷酸质量的5-100%，优选 10-50%，最优选10-30%。

所述溶剂的加入量为所述环烷酸质量的50-300%，优选80-250%，最优选 100-200%。

所述促进剂的加入量为所述环烷酸质量10-100%，优选20-80%，最优选 30-70%。

所述中和反应的温度为30-150℃，优选40-120℃，最优选50-80℃。

所述中和反应的时间为0.5-3h，优选0.5-2.5h，最优选1-2h。

所述中和反应中可以加入水，也可以不加入水，所述水的加入量为所述环 烷酸质量的1-100%，优选2-70%，最优选5-40%。

所述中和反应和/或碳酸化反应中可以不加入稀释油，也可以加入稀释油。 所述稀释油是40℃运动粘度为5～50mm²/S的润滑基础油，优选40℃运动粘度 为7～40mm²/S的润滑基础油，最优选40℃运动粘度为10～35mm²/S的润滑基 础油。所述稀释油的加入量为所述环烷酸质量的20-200%，优选30-150%，最优 选50-100%。

所述氧化镁和/或氢氧化镁的加入量为所述环烷酸质量的20-200%，优选 30-150%，最优选40-100%。

所述碳酸化反应中二氧化碳的通入量为与反应体系中经中和反应后剩余的 氧化钙和/或氢氧化钙以及加入的氧化镁和/或氢氧化镁发生等当量反应所需理 论值的60～140%，优选80-120%，最优选90-110%。所述二氧化碳的通气速率 在50-150ml/min之间，优选60-130ml/min，最优选80-120ml/min。

所述碳酸化反应的温度为30-90℃，优选40-80℃，最优选50-70℃。

所述碳酸化反应的时间为0.5-4h，优选1-3h，最优选1-2.5h。

所述碳酸化反应优选分为多次进行，其中氧化镁和/或氢氧化镁以及二氧化 碳分为多次加入或通入，最优选分为二次或三次进行。

本发明优选的技术方案是所述氧化钙和/或氢氧化钙与所述氧化镁和/或氢 氧化镁之间的钙/镁质量比为1:4-4:1，优选1:3-2:1，最优选1:3-1:1。

本发明低灰分高碱值环烷酸复合钙镁清净剂经中和反应和碳酸化反应后， 蒸馏脱除溶剂、促进剂、水，除渣，得到最终产品。

本发明还提供了包含该高碱值环烷酸复合钙镁清净剂的润滑油组合物。本 发明润滑油组合物包括润滑基础油和该高碱值环烷酸复合钙镁清净剂，其中该 高碱值环烷酸复合钙镁清净剂占润滑油组合物总质量的0.1-10%，优选0.3-8%， 最优选0.5-5%。其中所述的润滑基础油选自API I、II、III、IV、V类润滑基础 油中的一种或多种。本发明润滑油组合物还可以加入其它种类的分散剂、抗氧 剂、抗磨剂、极压剂、粘度指数改进剂、降凝剂、抗泡剂等。

本发明提供的高碱值环烷酸复合钙镁清净剂及包含该清净剂的润滑油组合 物比起传统的钙盐、镁盐等金属清净剂产品及相应的润滑油组合物，具有更低 的灰分、更高的碱值以及更好的酸中和能力，且可以避免不同金属盐清净剂复 合时所出现的各种问题，能够得到不同钙/镁比例的清净剂，可以满足高档润滑 油的需要。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明。

环烷酸，平均分子量为450，中国石油新疆克拉玛依石化公司生产

十二烷基苯磺酸，无锡南方石油添加剂有限公司生产

T114，高碱值环烷酸钙，新疆蓝德精细石油化工股份有限公司生产

实施例1

在反应器中加入二甲苯150毫升，150SN中性油35克，水10克，氧化钙 10克，环烷酸65克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)，控制反应温度在60℃， 中和反应60min后，生成中性环烷酸钙。加入15克氧化镁，20克甲醇，10克 十二烷基苯磺酸，15克乙二胺，控制反应温度为55℃，通入二氧化碳，通气速 率在100ml/min左右，通入量达到理论值的50%时，加入15克氧化镁，通入二 氧化碳进行二次碳酸化反应，当二氧化碳的吸收率达到理论值的90%时，反应 结束。升温到130℃脱醇、水，然后加入溶剂稀释离心，将离心后的闪蒸物放入 带有减压设施的蒸馏瓶中，首先升温到120℃常压蒸馏，升温速度5℃/min，恒 温30min，然后给系统进行减压蒸馏，真空度控制在0.02Mpa以上。温度控制 在150℃，恒温30min，最后得到产品A1。

实施例2

在反应器中加入二甲苯150毫升，150SN中性油35克，水10克，氧化钙 10克，环烷酸65克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)，控制反应温度在50℃， 中和反应60min后，生成中性环烷酸钙。加入15克氧化镁，20克甲醇，10克 十二烷基苯磺酸，15克乙二胺，控制反应温度为50℃，通入二氧化碳，通气速 率在100ml/min左右，通入量达到理论值的50%时，加入15克氧化镁，通入二 氧化碳进行二次碳酸化反应，当二氧化碳的吸收率达到理论值的90%时，反应 结束。升温到130℃脱醇、水，然后加入溶剂稀释离心，将离心后的闪蒸物放入 带有减压设施的蒸馏瓶中，首先升温到120℃常压蒸馏，升温速度5℃/min，恒 温30min，然后给系统进行减压蒸馏，真空度控制在0.02Mpa以上。温度控制 在150℃，恒温30min，最后得到产品A2。

实施例3

在反应器中加入二甲苯150毫升，150SN中性油35克，水15克，氧化钙 15克，环烷酸65克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)，控制反应温度在60℃， 中和反应60min后，生成中性环烷酸钙。加入15克氧化镁，15克甲醇，6克十 二烷基苯磺酸，20克三乙醇胺，控制反应温度为55℃，通入二氧化碳，通气速 率在100ml/min左右，通入量达到理论值的50%时，加入15克氧化镁，通入二 氧化碳进行二次碳酸化反应，当二氧化碳的吸收率达到理论值的90%时，反应 结束。升温到130℃脱醇、水，然后加入溶剂稀释离心，将离心后的闪蒸物放入 带有减压设施的蒸馏瓶中，首先升温到120℃常压蒸馏，升温速度5℃/min，恒 温30min，然后给系统进行减压蒸馏，真空度控制在0.02Mpa以上。温度控制 在150℃，恒温30min，最后得到产品A3。

实施例4

在反应器中加入二甲苯150毫升，150SN中性油35克，水10克，氧化钙 10克，环烷酸65克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)，控制反应温度在60℃， 中和反应60min后，生成中性环烷酸钙。加入15克氧化镁，30克甲醇，10克 十二烷基苯磺酸，10克乙二胺，控制反应温度为55℃，通入二氧化碳，通气速 率在100ml/min左右，通入量达到理论值的50%时，加入15克氧化镁，通入二 氧化碳进行二次碳酸化反应，当二氧化碳的吸收率达到理论值的90%时，反应 结束。升温到130℃脱醇、水，然后加入溶剂稀释离心，将离心后的闪蒸物放入 带有减压设施的蒸馏瓶中，首先升温到120℃常压蒸馏，升温速度5℃/min，恒 温30min，然后给系统进行减压蒸馏，真空度控制在0.02Mpa以上。温度控制 在150℃，恒温30min，最后得到产品A4。

实施例5

在反应器中加入120#溶剂汽油150毫升，150SN中性油40克，水8克， 氧化钙10克，环烷酸60克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)，乙酸5克， 控制反应温度在60℃，中和反应60min后，生成中性环烷酸钙。加入15克氧 化镁，15克甲醇，15克乙二胺，控制反应温度为55℃，通入二氧化碳，通气速 率在100ml/min左右，通入量达到理论值的50%时，加入15克氧化镁，通入二 氧化碳进行二次碳酸化反应，当二氧化碳的吸收率达到理论值的90%时，反应 结束。升温到130℃脱醇、水，然后加入溶剂稀释离心，将离心后的闪蒸物放入 带有减压设施的蒸馏瓶中，首先升温到120℃常压蒸馏，升温速度5℃/min，恒 温30min，然后给系统进行减压蒸馏，真空度控制在0.02Mpa以上。温度控制 在150℃，恒温30min，最后得到产品A5。

实施例6

在反应器中加入120#溶剂汽油150毫升，150SN中性油40克，水8克， 氧化钙10克，环烷酸60克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)，乙酸8克， 控制反应温度在60℃，中和反应60min后，生成中性环烷酸钙。加入15克氧 化镁，20克甲醇，20克乙二胺，控制反应温度为55℃，通入二氧化碳，通气 速率在100ml/min左右，通入量达到理论值的50%时，加入15克氧化镁，通入 二氧化碳进行二次碳酸化反应，当二氧化碳的吸收率达到理论值的90%时，反 应结束。升温到130℃脱醇、水，然后加入溶剂稀释离心，将离心后的闪蒸物放 入带有减压设施的蒸馏瓶中，首先升温到120℃常压蒸馏，升温速度5℃/min， 恒温30min，然后给系统进行减压蒸馏，真空度控制在0.02Mpa以上。温度控 制在150℃，恒温30min，最后得到产品A6。

实施例7

在反应器中加入120#溶剂汽油150毫升，150SN中性油40克，水8克， 氧化钙10克，环烷酸60克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)，乙酸8克， 控制反应温度在60℃，中和反应40min后，生成中性环烷酸钙。加入15克氧 化镁，20克甲醇，20克乙二胺，控制反应温度为60℃，通入二氧化碳，通气速 率在100ml/min左右，通入量达到理论值的50%时，加入15克氧化镁，通入二 氧化碳进行二次碳酸化反应，当二氧化碳的吸收率达到理论值的90%时，反应 结束。升温到130℃脱醇、水，然后加入溶剂稀释离心，将离心后的闪蒸物放入 带有减压设施的蒸馏瓶中，首先升温到120℃常压蒸馏，升温速度5℃/min，恒 温30min，然后给系统进行减压蒸馏，真空度控制在0.02Mpa以上。温度控制 在150℃，恒温30min，最后得到产品A7。

对比例1

在反应器中加入二甲苯150毫升，150SN中性油35克，水10克，氧化钙 10克，环烷酸65克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)，控制反应温度在60℃， 中和反应60min后，生成中性环烷酸钙。加入15克氧化镁，15克甲醇，20克 丁醇，控制反应温度为55℃，通入二氧化碳，通气速率在100ml/min左右，通 入量达到理论值的50%时，加入15克氧化镁，通入二氧化碳进行二次碳酸化反 应，当二氧化碳的吸收率达到理论值的90%时，反应结束。升温到130℃脱醇、 水，然后加入溶剂稀释离心，将离心后的闪蒸物放入带有减压设施的蒸馏瓶中， 首先升温到120℃常压蒸馏，升温速度5℃/min，恒温30min，然后给系统进行 减压蒸馏，真空度控制在0.02Mpa以上。温度控制在150℃，恒温30min，最 后得到产品B1。

对比例2

在反应器中加入二甲苯150毫升，150SN中性油35克，水10克，氧化钙 10克，环烷酸65克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)，控制反应温度在60℃， 中和反应60min后，生成中性环烷酸钙。加入15克氧化镁，15克甲醇，20克 三乙醇胺，控制反应温度为55℃，通入二氧化碳，通气速率在100ml/min左右， 通入量达到理论值的50%时，加入15克氧化镁，通入二氧化碳进行二次碳酸化 反应，当二氧化碳的吸收率达到理论值的90%时，反应结束。升温到130℃脱醇、 水，然后加入溶剂稀释离心，将离心后的闪蒸物放入带有减压设施的蒸馏瓶中， 首先升温到120℃常压蒸馏，升温速度5℃/min，恒温30min，然后给系统进行 减压蒸馏，真空度控制在0.02Mpa以上。温度控制在150℃，恒温30min，最后 得到产品B2。

对比例3

在反应器中加入120#溶剂汽油150毫升，150SN中性油35克，水10克， 氧化钙5克，氧化镁5克，环烷酸65克(纯酸值118mgKOH/g，酸含量72%)， 控制反应温度在60℃，中和反应60min后，生成中性环烷酸盐。加入10克氧 化钙，7克氧化镁，15克甲醇，15克乙二胺，控制反应温度为55℃，通入二氧 化碳，通气速率在100ml/min左右，通入量达到理论值的50%时，加入10克氧 化钙，7克氧化镁，通入二氧化碳进行二次碳酸化反应，当二氧化碳的吸收率达 到理论值的90%时，反应结束。升温到130℃脱醇、水，然后加入溶剂稀释离心， 将离心后的闪蒸物放入带有减压设施的蒸馏瓶中，首先升温到120℃常压蒸馏， 升温速度5℃/min，恒温30min，然后给系统进行减压蒸馏，真空度控制在 0.02Mpa以上。温度控制在150℃，恒温30min，最后得到产品B3。

实施例1-7与对比例1-3清净剂的碱值采用SH/T0251方法测定。

分别实施例1-7与对比例1-3的清净剂及对比清净剂T114，加入到150SN 基础油中，调制成5%的润滑油组合物，按照Q/SH.018.0167方法，进行酸中和 性能评价试验。

清净剂碱值测定结果及相应的润滑油组合物的酸中和性能评定结果见表1。

表1合成样品清净性和酸中和性能评价结果

样品 碱值/(mgKOH/g) 酸中和时间/s A1 462 381 A2 437 430 A3 450 398 A4 422 420 A5 406 472 A6 428 445 A7 411 495 B1 375 560 B2 383 578 B3 350 710 T114 335 960

通过以上试验结果可以看出，与用现有促进剂合成的高碱值环烷酸钙产品、 市售商品以及相应的润滑油组合物相比，本发明的高碱值环烷酸复合钙镁清净 剂及润滑油组合物具有更高的碱值，更短的酸中和时间，说明其酸中和能力更 强，本发明清净剂是一种综合性能良好的金属清净剂。