CN1098345C - 抗氧性丁二酰亚胺无灰分散剂 - Google Patents

Abstract

一种抗氧性丁二酰亚胺无灰分散剂，是按如下方法制备的：(1)在2，6-二叔丁基酚的存在下，将含αH的酚、多烯多胺和甲醛混合，进行曼尼希反应，分离产物，制得中间产品缩合胺；(2)将烯基丁二酸酐与上述缩合胺进行胺化反应，得到最终产品。该分散剂由于在引入抗氧基团的同时将多烯多胺偶联，提高了氮含量，因此不仅具有了良好的高温抗氧性能，还改善了分散性能，而且能保证良好的油溶性，可用于内燃机油或燃料油中。

Description

抗氧性丁二酰亚胺无灰分散剂

本发明涉及一种油品添加剂，确切地说是一种用于内燃机油或燃料油的具有抗氧化性能的丁二酰亚胺无灰分散剂。

丁二酰亚胺分散剂于60年代就开始大量使用，目前仍是应用最广和用量最大的一种分散剂，其制备方法是：先由分子量1000-3000的聚异丁烯与马来酸酐反应，生成聚异丁烯基马来酸酐，然后再与不同比例的多烯多胺反应，制得单、双和多聚异丁烯基丁二酰亚胺。

由于发动机的操作温度范围很宽，在冬季停停开开的操作条件下，汽车曲轴箱的温度低，燃料烃和湿气(水份)不易从润滑油中排出，导致发动机油产生大量的油泥，影响发动机的正常运转；夏季，连续驾驶导致操作温度升高，内燃机油易发生氧化，使粘度迅速增长，活塞上积炭和漆膜增加。为此，要求内燃机油既要有很好的低温油泥分散性，又要求具有优良的高温抗氧化能力。

US 4973412公开了一种多功能的润滑油添加剂，其制备方法是：先用有机二元酸偶联部分酰化的丁二酰亚胺，再用不饱和脂肪酸处理，最后再与具有抗氧化性能的亚硝基对苯二胺反应即得。该添加剂改进了丁二酰亚胺的抗氧化性能，但其制备工艺比较复杂。

US 4636322、4699724、4713189公开了偶联的丁二酰亚胺分散剂，是由苯酚、双酚A、间苯二酚、单壬基酚或β-萘酚通过曼尼希反应偶联丁二酰亚胺，再用羟基乙酸酰化部分多烯多胺制备而成。该添加剂改善了分散性和对橡胶密封圈的适应性，但没有提及改善氧化安定性问题。

本发明的目的是提供一种与已有技术结构不同的既能改善低温分散性能，又能增强抗氧化性能的丁二酰亚胺型无灰分散剂。

本发明提供的抗氧性丁二酰亚胺无灰分散剂结构上含有如下基团：烯基丁二酰基，酚偶联的多烯多胺基，与多烯多胺基相连的2，6-二叔丁基酚基。该分散剂是按如下方法制备的：

(1)在2，6-二叔丁基酚的存在下，将含αH的酚、多烯多胺和甲醛混

合，进行曼尼希反应，分离产物，制得中间产品缩合胺；

(2)将烯基丁二酸酐与上述缩合胺进行胺化反应，得到最终产品。

具体地说，本发明提供的分散剂可以按如下方法制备：

(1)在氮气保护下，将2，6-二叔丁基酚、含αH的酚、多烯多胺和甲醛混合，在搅拌下缓慢升温，在室温～150℃，优选60～120℃下反应1～10小时，优选2～8小时，减压蒸馏脱除水和未反应的物质，得到偶联的含抗氧基团的多烯多胺，即缩合胺。

其中，含αH的酚可以选自苯酚、对甲酚、对苯二酚、双酚A或β-萘酚之一，也可以是其中二种或二种以上的混合物，含αH的酚与多烯多胺的摩尔比为1∶1～4，含αH的酚与2，6-二叔丁基酚的摩尔比为1∶0.2～3，优选1∶0.5～2，这两种酚可以与甲醛和多烯多胺同时加入反应器，也可以后加入，加入的温度以不超70℃为宜。

所说多烯多胺的通式为H₂N(CH₂CH₂NH)_nH，式中n为1～6的整数，如乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)、四乙烯五胺(TEPA)、五乙烯六胺(DEHA)等。

所说甲醛可以是受热后可以分解为甲醛的多聚甲醛；也可以是甲醛水溶液，最好是浓度为36重％的甲醛饱和水溶液。如果是多聚甲醛，则可以与其它反应物同时混合；如果是甲醛水溶液，则最好是先将其它反应物混合后，再将甲醛水溶液逐步滴入。甲醛的用量应适当过量，最好是含αH的酚和2，6-二叔丁基酚中具有反应活性的H的总和的1～2倍。

该步骤制得的缩合胺的结构中，含αH的酚根据其所含具有反应活性的H的数量，可以与1～4个多烯多胺相连，可以连在伯氨基上，也可以连在仲氨基上。例如，苯酚不仅有两个邻位H，还有一个对位H也可参与反应，因此有三个具有反应活性的H。2，6-二叔丁基酚的对位上，可以与一个多烯多胺相连，同样可以连在伯氨基上，也可以连在仲氨基上。含αH的酚与2，6-二叔丁基酚在产物结构中的相对含量视投料比而定。

(2)在稀释油和氮气存在下，将步骤(1)制得的缩合胺与烯基丁二酸酐在60～160℃，优选80～140℃反应1～8小时，优选2～6小时，减压脱除反应生成的水，过滤，得最终产品无灰分散剂。其中烯基丁二酸酐的加入量为步骤(1)中多烯多胺摩尔数的0.6～3倍，优选0.7～2.5倍。另外，为了便于反应平稳进行，可以在氮气保护下，先将烯基丁二酸酐溶解在稀释油中，加热至60～90℃，再缓慢加入缩合胺进行反应。

所说烯基丁二酸酐中的烯基为C₂～C₁₀的烯烃共聚物或均聚物，最好是聚异丁烯。烯基的数均分子量可以为500～5000，优选900～2500，分子量分布一般为1.5～4.5，优选1.5～3.5。

在生成终产物时，烯基丁二酸酐可以连在一个伯氨基上，形成酰亚胺；也可以开环后连在两个仲氨基上，形成酰胺。烯基丁二酸酐是用长链烯烃聚合物与马来酸酐进行烃化反应制得，可自制，也可从市场购买。

本发明提供的无灰分散剂在引入抗氧基团的同时将多烯多胺偶联，提高了氮含量，因此不仅具有了良好的高温抗氧性能，还改善了分散性能，而且能保证良好的油溶性。

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1～8为缩合胺中间体的制备。

实施例1

在带有机械搅拌、控温热电偶和温度计的250ml的三口瓶中，加入56.8g(0.3mol)四乙烯五胺，和16.5g多聚甲醛，在氮气保护下，加热至90℃，保持1h，冷却至65℃加入20.6g(0.1mol)2，6-二叔丁基酚和9.4g(0.1mol)苯酚，保持0.5h，缓慢加热至120℃，保持3h，减压蒸馏脱除水和未反应的物质，制得的缩合胺中间体A。

实施例2

在带有机械搅拌、控温热电偶和温度计的250ml的三口瓶中，加入56.8g(0.3mol)四乙烯五胺，9.4g(0.1mol)苯酚，20.6g(0.1mol)2，6-二叔丁基酚和15g多聚甲醛，在氮气保护下，缓慢加热至90℃，保持2h后继续加热至110℃保持2h，减压蒸馏脱除水和未反应的物质，制得的缩合胺中间体B。

实施例3

在带有机械搅拌、控温热电偶和温度计的250ml的三口瓶中，加入38.0g(0.2mol)四乙烯五胺和12.0g多聚甲醛，在氮气保护下，加热至65℃，保持1小时，加入10.3g(0.05mol)2，6-二叔丁基酚(0.1mol)和9.4g(0.1mol)苯酚，保持1h，缓慢加热至120℃，保持1h，减压蒸馏脱除水和未反应的物质，制得的缩合胺中间体C。

实施例4

在带有机械搅拌、控温热电偶和温度计的250ml的三口瓶中，加入56.8g(0.3mol)四乙烯五胺，9.4g(0.1mol)苯酚，41.2g(0.2mol)2，6-二叔丁基酚和和19g多聚甲醛，在氮气保护下，缓慢加热至90℃，保持2h后继续加热至110℃保持2h，减压蒸馏脱除水和未反应的物质，制得的缩合胺中间体D。

实施例5

在带有机械搅拌、控温热电偶和温度计的250ml的三口瓶中，加入73g(0.5mol)三乙烯四胺，9.4g(0.1mol)苯酚，61.8g(0.3mol)2，6-二叔丁基酚，在氮气保护下，逐渐加入42ml甲醛溶液，然后，加热至100℃，回流4h后，减压蒸馏脱除水和未反应的物质，制得的缩合胺中间体E。

实施例6

在带有机械搅拌、控温热电偶和温度计的250ml的三口瓶中，加入75.7g(0.4mol)四乙烯五胺，9.4g(0.1mol)苯酚，30.9g(0.15mol)2，6-二叔丁基酚和15g多聚甲醛，在氮气保护下，缓慢加热至90℃，保持2h后继续加热至110℃保持2h，减压蒸馏脱除水和未反应的物质，制得的缩合胺中间体F。

实施例7

在带有机械搅拌、控温热电偶和温度计的250ml的三口瓶中，加入38.2g(0.2mol)四乙烯五胺，10.9g(0.1mol)对甲酚，20.6g(0.1mol)2，6-二叔丁基酚，在氮气保护下，逐渐滴入32ml甲醛水溶液，缓慢加热至100℃，回流4h后减压蒸馏脱除水和未反应的物质，制得的缩合胺中间体G。

实施例8

在带有机械搅拌、控温热电偶和温度计的250ml的三口瓶中，加入79.5(0.42mol)g四乙烯五胺，22.2g(0.1mol)双酚A，30.2g(0.15mol)2，6-二叔丁基酚，在氮气保护下，逐渐滴入32ml甲醛水溶液，缓慢加热至100℃，回流2h，减压蒸馏脱除水和未反应的物质，制得的缩合胺中间体H。

实施例9～16为抗氧性丁二酰亚胺无灰分散剂的制备。

实施例9

在带有机械搅拌、控温热电偶和温度计的250ml的三口瓶中，加入50g烯基丁二酸酐(聚异丁烯的分子量为2300)和50g150SN稀释油，氮气保护下加热至85℃，加入实施例1中的缩合胺中间体A 5.1g，保持1h，升温140℃，保持2h，真空脱水1h，经过滤得最终的无灰分散剂。

实施例10

胺化条件同实施例9，以实施例2中的缩合胺B代替缩合胺A，使烯酐与缩合胺(相当于四乙烯五胺)的摩尔比为1.5∶1，制得无灰分散剂，其性能评定见表1。

实施例11

胺化条件同实施例9，以实施例3中相同摩尔数的缩合胺C代替缩合胺A，制得无灰分散剂，性能评定见表1。

实施例12

胺化条件同实施例9，以实施例4中相同摩尔数的缩合胺D代替缩合胺A，采用聚异丁烯分子量为900的烯酐，制得无灰分散剂，性能评定见表1。

实施例13

胺化条件同实施例9，以实施例5中相同摩尔数的缩合胺E代替缩合胺A，制得无灰分散剂，其性能评定见表1。

实施例14

胺化条件同实施例9，以实施例6中相同摩尔数的缩合胺F代替缩合胺A，制得无灰分散剂，其性能评定见表1。

实施例15

胺化条件同实施例9，以实施例7中相同摩尔数的缩合胺G代替缩合胺A，采用聚异丁烯分子量为1300的烯酐，制得无灰分散剂，性能评定见表1。

实施例16

胺化条件同实施例9，以实施例8中的缩合胺F代替缩合胺A，使烯酐与缩合胺(相当于四乙烯五胺)的摩尔比为0.78∶1，制得无灰分散剂，其性能评定见表1。

对比例1

本对比例为普通单挂无灰分散剂的制备。

按照实施例9的反应条件，将5.1克缩合胺改为3.2克四乙烯五胺，制得普通单挂无灰分散剂，其性能评定见表1。

对比例2

本对比例为普通双挂无灰分散剂的制备。

按照实施例9的反应条件，将5.1克缩合胺改为1.7克四乙烯五胺，制得普通双挂无灰分散剂。其性能评定见表1。

实施例17

本实施例为分散性能评定。

采用逆流粘度增长法，用碳黑作烟炱模拟物，分散到含0.5％分散剂的150SN基础油中，碳黑用量为1％，测定粘度增长率，增长率小的分散性好。测试结果见表1。

实施例18

本实施例为抗氧性能评定。

采用PDSC压力差示扫描量热仪测定添加剂的氧化诱导期，该值越大说明抗氧性能越好。测试条件为：美国DuPont2100仪器，O₂气氛下，压力5kg/cm²，恒温220℃，样品量2mg。测试结果见表1。

从表1可以看出，本发明提供的抗氧性丁二酰亚胺无灰分散剂与普通单挂和双挂无灰分散剂相比，不仅具有了抗氧性能，还改善了分散性能。

表1

添加剂	粘度增长率，％	氧化诱导期，min
			实施例9	13.6	10.8
实施例10	16.7	6.4
			实施例11	15.4	9.8
实施例12	11.8	24.8
			实施例13	20.0	8.2
实施例14	14.4	15.5
			实施例15	13.8	25.2
实施例16	14.6	18.9
			对比例1	27.6	0
对比例2	69.3	0

Claims (9)

1.一种抗氧性丁二酰亚胺无灰分散剂，结构上含有如下基团：烯基丁二酰基，酚偶联的多烯多胺基，与多烯多胺基相连的2，6-二叔丁基酚基，其特征在于它是按如下方法制备的：(1)在2，6-二叔丁基酚的存在下，将含αH的酚、多烯多胺和甲醛混合，进行曼尼希反应，反应温度为室温～150℃，反应时间为1～10小时，分离产物，制得中间产品缩合胺；(2)将烯基丁二酸酐与上述缩合胺进行胺化反应，反应温度为60～160℃，反应时间为1～8小时，得最终产品。

2.按照权利要求1所说的分散剂，其特征在于，含αH的酚选自苯酚、对甲酚、对苯二酚，双酚A或β-萘酚之一，或其中二种或二种以上的混合物。

3.按照权利要求1或2所说的分散剂，其特征在于，含αH的酚与多烯多胺的摩尔比为1∶1～4，含αH的酚与2，6-二叔丁基酚的摩尔比为1∶0.2～3。

4.按照权利要求1所说的分散剂，其特征在于，甲醛选自多聚甲醛或甲醛水溶液，甲醛的用量为含αH的酚和2，6-二叔丁基酚中具有反应活性的H的总和的1～2倍。

5.按照权利要求1所说的分散剂，其特征在于，所说多烯多胺选自具有下述通式的化合物：H₂N(CH₂CH₂NH)_nH，式中n为1～6的整数。

6.按照权利要求1所说的分散剂，其特征在于，步骤(2)中烯基丁二酸酐的加入量为步骤(1)中多烯多胺摩尔数的0.6～3倍。

7.按照权利要求1所说的分散剂，其特征在于，烯基丁二酸酐中的烯基为C₂～C₁₀的烯烃共聚物或均聚物，其数均分子量为500～5000，分子量分布为1.5～4.5。

8.按照权利要求1或7所说的分散剂，其特征在于，烯基丁二酸酐中的烯基为聚异丁烯，数均分子量为900～2500，分子量分布为1.5～3.5。

9.按照权利要求1所说的分散剂，其特征在于，步骤(1)的反应温度为60～120℃，反应时间为2～8小时，步骤(2)的反应温度为80～140℃，反应时间为2～6小时。