硫化烷基酚盐碱值对润滑油过滤性结果影响的研究

张志鹏，李瑞，施美玲，瞿燕

(1.中国石油润滑油公司大连分公司，辽宁 大连 116032；2.中国石油润滑油公司，北京 100028)

0 引言

硫化烷基酚盐是一种应用广泛的清净剂，具有良好的酸中和能力、高温清洁性和抑碳能力，兼有抗水性、抗氧化性，广泛用于液压油、船舶用的润滑油及中高档内燃机油[1-3]。在内燃机油中应用硫化烷基酚盐，能有效地防止发动机腐蚀、磨损，减少活塞环和裙部的沉积物量，并能防止活塞环发生烧结。硫化烷基酚盐尤其对改善柴油机顶环沉积物量具有优异的效果，所以被广泛地应用与其他剂复合生产各种高档内燃机油。

不同硫化烷基酚盐具有不同的碱性，而碱性不同其过滤性结果也截然不同，对不同碱值硫化烷基酚盐进行过滤性分析，可以说明碱值对油品过滤性的影响。

1 金属清净剂概述

金属清净剂主要用来防止或抑制机油氧化而减少沉积物生成，将活塞及缸壁上形成的漆膜和积炭“洗涤”下来。近年来出现的清净剂新品种主要有中碱值和高碱值硫化烷基酚钙，中、高碱值硫化烷基酚钙热值稳定性好，是重负荷柴油机急需的添加剂；改性的中碱值烷基水杨酸钙，高温清净性好，胶体粒子粒径小且均匀，胶体稳定性好，与高碱值硫酸盐复合后无沉淀生成，有较佳的分散能力和抗氧性能[4]；此外，还增加了低碱值和高碱值烷基水杨酸钙两个品种，都具有优异的清净性能，抗氧性比较优越，可部分代替中碱值烷基水杨酸钙，用于中高档内燃机油中[5-6]。

2 化学反应机理

合成硫化烷基酚钙是气相、液相、固相三相共存的反应，其反应机理十分复杂，简化的反应如下：

(1)硫化、钙化反应

式中：R=C8～35；X=1～5整数；n=0～15整数；Y=H，1/2M0；M0=碱土金属。

(2)碳酸化反应

使用醇类促进剂时，碱土金属化合物首先与醇生成醇钙，然后醇再与硫化烷基酚和二氧化碳反应。

醇钙：

酚钙：

其中：R=C12H25为最多。

碳酸化：

最终的产品结构式为：

3 过滤性实验方法

3.1实验过程

实验仪器如图1所示，用镊子夹住过滤膜的边缘放在培养皿中，以后操作同此法。松松地盖上盖子，置于烘箱中10 min，烘箱温度(70±2)℃。安装过滤仪器，将过滤膜按正确地朝向放置，确保系统不漏气，量筒放在过滤器下方适当位置。

1.气体入口;2.气体开关;3.压力表;4.调压阀;5.过滤仪器;6.量筒

关闭控制阀，根据试样的黏度等级将气体压力调节到指定压力。以下是试样黏度和试验压力之间的关系：

GB/T 3141 黏度等级小于32，50 kPa

GB/T 3141 黏度等级是32和46，100 kPa

GB/T 3141 黏度等级是68和100，200 kPa

在(60±10)s时间内颠倒晃动装试样的容器30次，使试样混合均匀。每次颠倒晃动之间要有间隔。量取(320±10)mL试样立即倒入过滤容器，用橡皮塞堵住过滤器出油口，防止油品流出。(60±10)s后移去橡皮塞，打开控制阀，调整到正确的压力。当试样滴入量筒时开始计时。

使用计时器的双停功能记录过滤到10 mL、50 mL、200 mL、300 mL试样所用的时间T10、T50、T200、T300。当过滤到50 mL试样时计算TV，TV=6×(T50-T10)+T10，几个参数之间关系如图2所示。记录在TV时间内所过滤试样的体积数。

图2 典型的过滤性试验过程的示意

3.2计算

按式(1)计算阶段Ⅰ过滤性FⅠ：

(1)

式中：

V——所记录在Tv时间内过滤的试样的体积数，mL。

TV——所示时间TV=6×(T50-T10)+T10，s。

按式(2)计算阶段Ⅱ过滤性FⅡ：

(2)

4 实验结果与讨论

选取不同碱值清净剂进行过滤性实验，样品见表1所示，实验结果如表2所示,体积对比如图3所示。

表1 不同碱值清净剂列表

表2 清净剂过滤性实验结束时体积

图3 不同碱值清净剂过滤性结束体积对比

通过实验数据可以分析：清净剂结构不同，合成工艺不同，导致清净剂碱值不同。清净剂碱值越高，过滤性实验结束时的体积越小，相近碱值清净剂的

结束体积相差不大。清净剂与润滑油中的水反应，随着碱值的增大，反应会愈加明显，生成小颗粒堵塞过滤性实验滤膜，宏观表现为过滤性实验结束体积就越大。

5 结论

(1)硫化烷基酚盐是一种广泛用于润滑油中的清净剂，不同合成工艺会合成不同碱值的清净剂，一般来说分为超高碱值、高碱值、低碱值清净剂。

(2)不同碱值清净剂在过滤性实验中，与水接触发生化学反应，会生成颗粒状物体，从而堵塞过滤性实验滤膜，导致过滤性实验中断。

(3)不同碱值清净剂过滤性实验结束体积不同，碱值越高，过滤性实验结束体积越小；碱值越低，过滤性实验结束体积越大。

参考文献：

[1] 许敬文.硫化烷基酚钙添加剂制备工艺研究[J].石油炼制与化工,1987(2):38-47.

[2] 段连春.高碱值硫化烷基酚钙的合成研究[J].辽宁化工,2000(5):10-13.

[3] 姜皓.国外硫化烷基酚钙清净剂述评[J].研究与开发,1986,17(3):31-46.

[4] 宁永成.有机化合物结构鉴定与有机波谱学[M].北京:科学出版社,2003.

[5] Ernoe PS, et al. Tables of Spectral Data for Structure Determination of Organic Compounds[M].Berlin: Springer-Verlag, 1989.

[6] 王桂琴.高碱值硫化烷基酚钙的研制[J].润滑油, 2003, 18(5):49-52.

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