[发明专利]一种高碱值的合成烷基苯磺酸钙纳米清净剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于润滑组合物制备领域，更具体地说，涉及一种高碱值的合成烷基苯磺酸钙纳 米清净剂及其制备方法。

背景技术

金属清净剂是汽车、船舶等内燃机润滑油中最主要的添加剂之一。其作用在于：抑制并 清除活塞表面的高温沉积物，降低机械表面磨损；中和燃油不完全燃烧及油品高温氧化所产 生的酸性物质，防止器件腐蚀，从而达到大幅延长油品和发动机使用寿命目的。该类清净剂 通常由表面活性剂(磺酸盐、烷基水杨酸盐、硫化烷酸盐等)、碳酸盐(或硼酸盐)及稀释油 (合成油、矿物油)复合构成。其中，表面活性剂为分散剂，以胶束形式稳定分散碳酸盐(或 硼酸盐)颗粒，增溶汽缸内存在的漆膜、胶质及积碳；碳酸盐(或硼酸盐)为中和剂，提供 中和酸性副产物所必需的碱；稀释油则作为载荷胶团、胶束的油溶剂，起分散介质的作用。 目前，工业上广泛采用总碱值(TBN)来评价清净剂产品的碱含量，以当量氢氧化钾毫克数 (mgKOH/g)为单位，并采用ASTMD2896、GB/T0251等相关标准进行测定。

由于高碱值磺酸钙清净剂原料易得、金属化工艺简单、且兼具优异的清净性、防锈性及 热稳定性，经过几十年的发展，它已成为内燃机润滑油中应用最为广泛、产量最大的润滑油 清净剂之一。它不仅可以用于调配具有各种特殊性能的汽缸润滑油(ZL96105367.4润滑油组 合物；CN1524936A一种船用中速筒状柴油机油；ZL200410013726.5一种节能环保润滑油； ZL200610042979.4天然气与汽油两用燃料发动机润滑油)及其添加剂(CN1293230A一种控 制汽车尾气排放的燃油添加剂；CN1320682A一种油品添加剂；CN101100624A一种润滑油 的添加剂及其制备方法)，还可以进一步改性转化为具有极压抗磨、耐高低温、高机械和胶体 安定性的复合磺酸钙基润滑脂(ZL02130820.9一种高碱值复合磺酸钙润滑脂及其制备方法； ZL200310113489.5复合锂基润滑脂及其制备方法；ZL200510073101.2一种复合磺酸钙润滑 脂及其制备方法)。因此，如何高效、低耗地制得超高碱值磺酸钙清净剂受到广泛关注。

总体而言，高碱值磺酸钙清净剂主要有两种制备工艺：一步法合成工艺和多步法合成工 艺。一步法合成工艺是采用一次碳酸化得到高碱值清净剂的方法；多步法合成工艺则先通过 初步碳酸化获得中低碱值的清净剂产品，再继续补加物料通过后续碳酸化提高碱值制得高碱 值清净剂的方法。早在1960年美国专利US2937991就公开了使用磺酸盐在非极性溶剂中稳 定分散碳酸钙的方法。在随后的30多年里，发达国家的科学家们通过优化投料比例、工艺流 程，优选原料及促进剂，相继公开了多种高碱值磺酸钙类清净剂及其制备方法专利(如 US4810396；US4929373；US4995993和US5011618)。与之相比，国内相关研究起步较晚， 直到上个世纪90年代才陆续有磺酸盐类清净剂的制备及应用的专利公开。出现了使用混合表 面活性剂制备高碱值磺酸钙盐清净剂的方法(ZL03104813.7低浊度高碱值石油磺酸钙添加剂 及其制备方法；ZL97195134.9高碱性含金属清净剂)；提出了采用超重力旋转床技术替代传 统的机械搅拌釜式制备法获得粒径窄分布磺酸钙清净剂的方法(ZL200410037885.9高碱值磺 酸钙润滑油清净剂的制备方法；CN101451087B一种制备润滑油金属清净剂的方法)。

典型的磺酸钙清净剂制备方案如下：使用氧化钙对磺酸进行中和，获得磺酸钙；在磺酸 钙及其它辅料存在的情况下，用二氧化碳对碱性钙盐进行碳酸化，使生成的碳酸钙在磺酸钙 表面活性剂的包裹下稳定地储备在产品中，从而获得高碱值磺酸钙清净剂。目前公开的发明 专利中所涉及的以及工业化的磺酸钙清净剂产品中的碳酸钙颗粒全部是以无定型态存在 (JournalofColloidandInterfaceScience,1991,144:324-339)。由于结晶态碳酸钙较无定型碳 酸钙具有更好的极压、耐磨性(TribologyLetters,2004,17:715-721；2008,29:33-44)。因此， 如果能制得碳酸钙以结晶态纳米颗粒分散于油相中的清净剂产品将有望改进磺酸盐清净剂的 摩擦性能和降低粘度。但通常的过碳酸化条件下，无定型碳酸钙会转化为方解石结晶大颗粒 沉淀析出，破坏产品的碱值储备，得不到结晶型的清净剂产品(JournalofColloidandInterface Science,1991,144:324-339)。