无灰分散剂制备与评价方法的发展现状及趋势

张歆婕　吕维华　石星丽　张海亮　王有朋

【摘 要】近年来，无灰分散剂的发展呈现多功能化的趋势，即通过一种多功能化的低剂量的无灰分散剂，在表现出优异的分散性的同时，还可有效解决随之引起的油品粘度增长等问题。本文主要调研了近年来美国专利中所报道的无灰分散剂，依据调研结果总结了无灰分散剂近几年的发展方向。

【关键词】无灰分散剂

中图分类号： TE624.8 文献标识码： A 文章编号： 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

发动机尾气再循环（EGR）技术和正气压排气（PVC）系统等一系列技术虽然会减少汽车尾气对空气的污染，但会加剧油品的不完全燃烧现象，导致烟炱污染物的增加。增大烟炱分散剂的剂量可提高烟炱在有油品中的分散性，但过多的剂量会导致油品的低温流动性变差，影响发动机部件的耐磨性。因此，研究一种低成本、高效益、稳定性好以及具有优异的烟炱分散性的无灰分散剂具有十分重要的研究意义。本文调研了近些年国外主要添加剂生产商对无灰分散剂的研究，主要分为烟炱无灰分散剂的研制、磷硼化无灰分散剂的研制、生产工艺的优化和烟炱评价方法这四个方面。

1 烟炱分散型无灰分散剂

烟炱无灰分散剂是一种双亲性活性物质，可形成油溶性胶束，从而达到清洁的目的。近年来，国外几家主要添加剂生产厂商对烟炱无灰分散剂的研究主要分为芳香胺型、杂原子环型、接枝型以及其他一些类型。芳香胺型无灰分散剂，不仅可以有效解决烟炱分散问题，还能控制油品在使用过程中的粘度增长，多家添加剂生厂商也将这一类分散剂的研究作为了重点研究方向。Gieselman等制备了含有多个芳香结构的无灰分散剂，该分散剂不仅具有良好的烟炱分散性，还可同时改善烟炱引起的润滑剂粘度增长的问题[1]。杂原子环类化合物可弥补了芳香胺类无灰分散剂粘度过大的缺陷。Sauer等利用1-乙烯基咪唑制备了一种含有杂原子环的多功能接枝聚合物，不仅可有效避免添加剂配方中不同剂之间相互冲突的现象，还有效控制了烟炱、油泥和漆渍的产生[2]。目前，除了以上几种主要类型的无灰分散剂以外，还有乙丙共聚物型、聚酯型、纳米粒子型、甲基丙烯酸型和苯二胺型。

3 磷硼化无灰分散剂

自20世纪60年代，丁二酰亚胺型无灰分散剂逐渐被广泛应用，随着产品研发的不断深入，研究者发现磷与硼的引入可以有效改善传统丁二酰亚胺型无灰分散剂的抗磨性和高温清净性，磷硼化无灰分散剂还能够改善油品的摩擦特性，在自动传动液中可以降低油品的静摩擦系数，保持动摩擦系数不下降，以保证动力的平稳转递。Goyal等将低硼含量的无灰分散剂与高分子量的芳香胺相结合，制备了一种可有效提高密封性、抗氧化性和预防润滑剂热降解沉积物产生的润滑剂配方，该配方的润滑油中硼含量仅为15～100ppm[3]。此外，针对传动液的特殊使用要求，硼的抗氧性对自动传动液和无极变速传动液稳定性的提高有至关重要的作用。Watts等发现了一种聚烯烃多胺型摩擦改进剂，具有更好的热稳定性和氧化稳定性，且不降低对摩擦的控制能力。通过与传统摩擦改进剂比较，发现硼酸改性后的摩擦改进剂在500～10000个循环中，其静摩擦仅减少了0.003，而传统摩擦改进剂的静摩擦减少0.008[4]。

4 丁二酰亞胺型无灰分散剂合成工艺的优化

近年来年，Huang等报道了对无灰分散剂生产工艺的研究[5～8]。聚异丁烯丁二酰亚胺的合成主要包括烃化和胺化两个主要过程，其中烃化过程直接影响胺化后的最终产物性能。传统合成PIBSA主要有两种方法：（1）热烯法和（2）氯化法。然而，方法（1）的反应温度高、时间长，会导致马来酸酐的分解和副产物的生成；方法（2）所制备的PIBSA中含有残留的氯，对触媒转换器及环境具有毒性。为解决以上问题，雅富顿公司改进生产工艺，通过两步法合成聚异丁烯马来酸酐，以提高马来酸酐的转化率，从而减少副产物[5]。该方法中首先将聚异丁烯与琥珀酸酐加热反应至有50%的PIB转化为PIBSA；然后再将多余的琥珀酸酐加入上述混合液中，同时通氯气，从而减少副产物的生成。该方法不仅可以获得高琥珀酸官能化的产品，还可以控制PIBSA的分子量在1000～3000之间，减少副产物，提高分散性。

5 烟炱评价方法

烟炱无灰分散剂的分散效果通常是通过大型台架（如Mark T-8E，6DL等）评价，实验室主要通过SDT法对分散剂的分散效果进行初步评价。由于台架试验耗时长且造价高，寻求一种更加简易、精确的评价烟炱分散效果的试验方法十分重要。Gentile等报道了一种简易、快捷、低成本的烟炱分散性评价方法，通过统计学的方式评价普通油与较好的油之间的差异，且更加简易快捷[9]。然而从评价结果可以看出，该方法还存在一定的局限性，该方法并不能完全精准指导Mark T-8E的试验结果。虽然该方法无法精准指导无灰分散剂的烟炱分散效果，但Gentile等的尝试同时也说明建立一个完整的实验室评价烟炱分散效果的方法具有十分重要的意义。在进行大型台架试验前，若能通过实验室方法精准筛选出符合要求的样品，可以有效节约资源，缩短评价所需的周期，进而提高生產的经济效益。

6 无灰分散剂的发展趋势

对近几年无灰分散剂的文献调研发现，无灰分散剂的发展逐渐趋向多功能化。为避免复合剂中单剂间相互冲突的问题，开发一种具有多种功能性的单剂（如抗磨、粘度改进、烟炱分散等）成为了研究热点。此外，在原有复合剂的基础上进一步改进单剂的性能，从而提高复合剂的整体性能和经济效益也是主要发展方向。综合目前具有优异的烟炱分散性的市售产品和近几年文献调研可发现，烟炱无灰分散剂的发展不仅趋向于多功能化，而且含有芳香胺结构或多种胺的复合配方也是无灰分散剂的主要研发方向。

【参考文献】

[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.