一种含硼无灰分散剂的工艺条件探索

张歆婕 夏璐笛

（1、兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州730060 2、国网甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州730070）

1 概述

国外各大润滑油公司从20 世纪80 年代初对丁二酰亚胺类无灰分散剂进行硼化改性，开始开发了具有良好分散性及高温清净性能的硼化无灰分散剂，美国Exxon 化工公司、Ethyl 公司等国外公司新推出的内燃机油复合剂、二冲程油复合剂、ATF复合剂中大部分含有此类分散剂。

在硼化工艺的研究中，硼化无灰的加入方式、反应温度、反应时间、溶剂及促进剂的选择是硼化工艺的研究重点。雅富顿公司在专利US 8,728,995 B2 中通过两步法合成了PIBSA，从而提高SA 的转化率，减少副产物的产生[1]。

该方法中，首先将PIB 与SA 加热反应至有50%的PIB 转化为PIBSA；然后再将多余的SA 加入上述混合液中，同时通以氯气，从而有效减少副产物的生成。Watts 等发现了一种聚烯烃多胺型摩擦改进剂，能够有效弥补上述两种方法的不足，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。该摩擦改进剂与硼酸反应，使得至少一个二级胺被转化成相应的硼酸酯或硼酸盐。

在传统摩擦改进剂和与硼酸反应后的摩擦改进剂的静态摩擦的对比试验中发现，在500～10000 个循环中，传统摩擦改进的静摩擦减少了0.008，而含有硼改性的摩擦改进剂的静摩擦减少了0.003[2]，具有更优异的稳定性。

2 实验部分

含硼无灰分散剂的制备：

使用聚异丁烯基烯酐与四乙烯五胺反应，制备了聚异丁烯丁二酰亚胺，并按照表1 的反应条件再引入环氧丙醇和硼酸。

表1 引入环氧丙醇和硼酸的反应条件

氨类化合物先与环氧丙醇反应，产物再与聚异丁烯基烯酐反应制备无灰分散剂的反应工艺，反应条件见表2。

表2 引入环氧丙醇和硼酸的反应条件

3 结果与讨论

在无灰分散剂中引入羟基，有利于进行硼化反应。引入羟基有两种方式：第一种方式为在聚异丁烯丁二酰亚胺的基础上引入羟基，第二种方式为在氨类化合物上引入羟基，然后与聚异丁烯基烯酐反应制备无灰分散剂。将氨类化合物与环氧化合物进行开环反应是引入羟基的较好的方式，常见的环氧化合物为环氧乙烷、环氧丙烷及环氧丙醇等，由于使用环氧丙醇可以引入两个羟基，因此进行了环氧丙醇的开环研究。

3.1 聚异丁烯丁二酰亚胺引入羟基

制备的聚异丁烯丁二酰亚胺按照表1 的反应条件进行了引入环氧丙醇和硼酸的反应，产物的分析测试结果见表3。

表3 产物的分析测试结果

从表3 中的分析结果可见：产物的氮含量、碱值、分子量及SDT 的变化幅度不大；引入硼酸后，硼含量均在1～1.2%之间，由于使用聚异丁烯丁二酰亚胺直接与硼酸反应，硼含量在0.8～1%之间，可知无灰分散剂中引入环氧丙醇后，易与硼酸发生反应；引入环氧丙醇后产物的外观发生混浊，混浊的原因可能与反应条件有一定的关系。

3.2 氨类化合物上引入羟基，再与聚异丁烯基烯酐反应

按照表2，氨类化合物先与环氧丙醇反应,再与聚异丁烯基烯酐反应制备无灰分散剂，产物的分析测试结果见表4。

表4 产物的分析测试结果

将表4 中的分析结果与表3 中的分析结果进行对比可知，产物的氮含量、碱值相当，产物的硼含量略低，产物的外观依旧混浊。

图1 四乙烯五胺与环氧丙醇的反应产物质谱分析图

对四乙烯五胺与环氧丙醇的反应产物进行质谱分析，分解结果见图1。

从图1 可见，四乙烯五胺与环氧丙醇的反应产物的强度最高，但产物中仍有一定含量的四乙烯五胺原料，且产物中含有大量的四乙烯五胺与2 分子环氧丙醇及四乙烯五胺与3 分子环氧丙醇的反应产物，这些副产物导致样品浑浊。

为了减少四乙烯五胺与2 分子环氧丙醇及四乙烯五胺与3分子环氧丙醇的反应产物，降低四乙烯五胺与环氧丙醇的反应温度，采用冰水浴进行反应，并改变与烯酐反应时氨的加入量，反应条件及产物的分析结果见表5。

表5 反应条件及产物的分析结果

从表5 中的结果可以看出，降低胺的加入量可以得到清澈透明的样品，解决了样品浑浊的问题，得到的产品氮含量均大于1.9%，碱值均大于40 mgKOH/g，酸值均小于3 mgKOH/g，外观均清澈，但使用催化剂后没有明显好的改善。

3.3 硼化工艺考察

进行了硼化工艺的考察，加入不同比例的硼酸进行了硼化反应，反应条件和分析数据见表6。

表6 硼化工艺的考察

从表6 中结果可见，合成的产品硼含量较低，增加硼酸的加入量，并没有明显提高产物的硼含量。

4 结论

本文对含硼无灰分散剂的合成工艺进行了探索，研究结果表明：（1）聚异丁烯丁二酰亚胺引入羟基的方法制备硼化无灰分散剂时，再加入环氧丙烷后易造成溶液的浑浊；（2）若氨类化合物先与环氧丙烷反应，再与聚异丁烯基烯酐反应，降低反应温度及胺的加入量，利于制备稳定清澈的样品。