烷基水杨酸盐的胶体结构与其稳定性关系研究

烷基水杨酸盐的胶体结构与其稳定性关系研究 烷基水杨酸盐的胶体结构与其稳定性关系 研究 2001年4月 Apr2001 润滑油 Iubricating】 第16卷第2期 V0l_16.No2 文章编号:1002—3119{2001)02—0055—05 烷基水杨酸盐的胶体结构与其稳定性关系研究 姚文钊,付兴国,李群芳 (中国石油兰州润滑i由研究开发中心,甘肃兰州730060) 摘要:介绍了国内外几种不同碱值烷基水扬酸钙盐金属清净剂的性能.考察了不同碱值烷基水杨酸盐产品的胶体 粒子结构及粒子分布状态,胶体粒子的稳定性及与高碱值磺酸钙的复合效果.结果明.添加剂中睦体粒子的 结构是影响其睦体稳定性的重要因素.胶体粒子的粒径越小,粒子分散越均匀,其睦体稳定性越好.兰炼已全面 生产的改性中碱值产品及高碱值产品,与磺酸盐相容性良好.混兑后无沉淀生成 关键词:金属清净剂;烷基水扬酸钙i胶体粒子;胶体稳定性 中围分类号:TE62482文献标识码:A 1前言 烷基水杨酸盐作为一种重要的金属清净剂,在 润滑油添加剂领域占有重要的地位.由于它具有优 良的高温清净性,一定的抗氧抗腐性以及与其它添 加剂具有良好的协合作用等特点,因而目前仍保持 了强劲的发展势头,形成了不同碱值(包括低碱值, 中碱值,高碱值,超高碱值),不同金属盐(钙盐,镁盐 等)的系列产品.然而由于该剂与磺酸盐复合使用, 在一定条件下会产生共沉淀,因而在一定程度上制 约了两类剂的普及和推广使用;同时也阻碍了磺酸 盐/水杨酸盐类型复合添加剂的开发和研制…. 烷基水扬酸盐作为兰炼的特色产品,通过多年 的不断发展和创新,已占据了较大的国内市场.该 类清净剂是由碳酸盐与吸附在碳酸盐表面上的表面 活性剂所组成的稳定的载荷胶团和游离的表面活性 剂分子及其胶束,基础油等所构成.一般来说.载荷 胶团的粒径较大时.容易在碳酸盐的重力作用下而 沉降下来形成沉淀,因此载荷胶团粒子粒径必须小 于80llm.且分布均匀,胶体才能稳定存在l2_3j. 本文通过对不同碱值烷基水杨酸盐的胶体结构 与其稳定性,相窑性关系的研究,发现添加剂中胶体 粒子的结构是影响其稳定性的重要因素.烷基水杨 酸盐与磺酸盐复合产生共沉淀,不是由于两种剂中 胶体粒子带有异种电荷而引起的,沉淀量随体系中 胶体粒子粒径的增大而增大,从而为烷基水扬酸盐 系列产品在各级润滑油中的广泛应用奠定了基础. 2主要原材料及试验方法 2.1试验所用主要原材料及其性质 试验所用不同类型烷基水杨酸钙性质如表1所 示. 2.2主要试验方法 (1)内燃机油相容性试验法LzJs.3005 (2)石油产品总碱值测定法sH/T0251 (3)内燃机油成焦试验法sH/T0180235 (4)石油产品运动粘度测定法和运动粘度计算法 GB/T265 (5)润滑油清净性(热管氧化法)测定法 Q/SH018.0159 (6)冷冻蚀刻电镜观测法:将冷冻割断器和样品 冷冻到液氮温度(一196?),置入真空喷镀仪内,抽 真空.当残压达到0.004Pa,温度为一150?时.断 裂样品.将样品台升温至一90?,保持10rain,进 行蚀刻.然后喷铂复型,喷碳成膜.取出佯品.用= 甲苯洗净.铜同捞膜.于电镜下观察. (7)斑点分散(SDT)试验:将10g油泥.9g基 础油和1g添加剂在一定温度下搅拌90rain,然后 测量油泥扩散百分比. (8)贮存稳定性试验法:将试样以10%浓度溶入 基础油中,取100mL置于特制的有刻度的锥形玻管 收箱日期:2o00一叫一2. 作者简介:姚文割(1969一),男,1994年毕业于四Iil大学化学幕, 现在中国石油兰州润滑油研究开发中心从事润滑油盘属清净荆的 已在国内外会议厦期刊上发表论文多篇. 研究工作. 润精油2001年第l6卷 中.放在烘箱内于一定温度下贮存7d.观察记录其 中由于剂中不稳定的胶粒而沉降于锥形底部处的沉 淀物量(以体积百分数记).数值愈大,稳定性愈差. (9)对甲醇稳定性测试法:将试样以5%浓度溶 入基础油中.再加入5%分析纯甲醇,于一定温度下 调合均匀.取100mL该调合样置于特制的有刻度 的锥形玻管中,一定温度下贮存7d,观察记录其沉 淀物量(以体积百分数记). (10)对水稳定性测试法:将试样以5%浓度溶 入基础油中,再加入5%水.于一定温度下调合均 匀.取100mL该调合样置于特制的有刻度的锥形 玻管中,放在烘箱内于一定温度下贮存7d.观察记 录其沉淀物量(以体积百分数记). 3结果与讨论 3.1烷基水杨酸盐系列产品的性能特点 不同烷基水杨酸盐的理化分折及性能特点,见 表2. 衰1不同类型烷基水扬酸钙性质殛产地 衰2不同烷基水扬酸盐的理化分析殛性能特点 从表2中结果可知,随着产品碱值的增大(改性 T109例外),产品中碱性组分碳酸盐含量的增大.产 品粘度增大,成焦量增加,但热管氧化试验评级呈下 降趋势,说明产品的高温清净性增强;同等碱值产品 中,国内剂的成焦板试验结果较好.但产品的浊度和 分散性与碱值关系不明显;改性中碱值烷基水杨酸 .因而清净性, 钙(改性T109)由于引入表面活性剂 分散性明显增强.正是由于碱值的变化对其性能产 生了较大的影响.因而不同碱值的产品有着不同的 使用范围. 3.2烷基水杨酸盐的胶体稳定性研究 3.2.1烷基水杨酸盐的胶体结构 为了研究胶体粒子的结构与其稳定性的关系, 实验中采用冷冻蚀刻电镜法对其胶体粒子的结构与 第2期姚文钊普.烷基水场酸盐竹胶}#结构蜞稳定性关系研究57 分布状态进行了观测.不同产品的电镜观测结果如 图l,图3所示. 围1T109电镜照片 固2改性T109电镜照片 圈3LAN109B电镜照片 从电镜照片可看出.在相同工艺下得到的产品. 随营产品碱值的增大.胶体粒子的粒径呈减小趋势 (T109的粒径40nm,改性Tl09的粒径40nm+ LA.N109B的粒径8m),各种产品的胶体粒子粒径 均小于80nm.且粒子分布均匀,因而保征产晶具有 良好的性能. 32.2烷基水扬酸盐的肢体稳定性及其与磺酸盐 的相客性试验 润滑油金属清净荆首要的基本性能是胶体稳定 性和清净分散性.而胶体稳定性是保证金属清净剂 其他性能的基础l.不同碱值烷基水杨酸盐的 胶体稳定性及其与高碱值磺酸盐的相容性试验结累 见表3,表4. 表3不同烷基木插酸盐的肢体稳定性试验结果 润滑油2001年第16卷 裘4不同烷基水杨酸盐与毫碱值 磺酸盐的相窖性试验结果 烷基术扬馥盐粪壅相窖性{100?.4d)/% +E6l1+T106 注:E611为美国Ethyl公司生产的高碱值磺馥钙~T106为锦州 石化公司生产的高碱值确酸钙. 表3,表4结果表明,不同碱值烷基水扬酸钙产 品在高温下贮存7d,均无沉淀生成;在对甲醇,水的 稳定性能上,不同粒径的产品具有不同的稳定性,国 内剂较国外同类剂好,国外剂对水稳定性较差;在与 磺酸盐的相容性上,粒径较大的T109较差.而兰炼 已全面生产的改性中碱值产品及粒径较小的高碱值 产品与磺酸盐相容性良好. 33中碱值烷基水杨酸钙与磷酸盐混兑贮存试验 改性T109及T109与磺酸盐共存沉淀量与时 间的关系,以及以其调制的932,932D复合剂与磺 酸盐共存沉淀量的大小关系见表5,表6. 裘5中碱值垸基水杨酸钙与磺酸盐共存沉淀?与时间的关系% 注:932厦932D复合刺与磺酸盐各5.0%调^MVI30O基础油中. 从表中结果可知,原T109及其调制的932, 932D复合荆与磺酸盐复合贮存时均有一定量的沉 淀生成,但改性T109及其调制的932,932D复合剂 与磺酸盐复合贮存时均无沉淀生成,说明引入表面 活性剂后制备的改性T109与原T109相比,不但具 有较好的分散性及抗氧抗腐能力,而且在胶体稳定 性,与磺酸盐的相容性以及与其他添加剂的协合性 上,均表现出了明显的优势. 3.4高碱度烷基水杨酸盐在船用油中的稳定性考 察 由于高碱度烷基水杨酸盐具有碱值高,分水性, 清净性较好等特点.因此特别适合于调制船甩汽缸 油.实验中对用高碱值烷基水扬酸钙调制的 40TBN和70TBN船用汽缸油的胶体稳定性进行了 考察.结果见表7. 第2期墟文制等烷基承畅酸盐的胶体结构与其稳定性关系研究 表7船用汽缸油的秘定考察 表中结果可知,以高碱值烷基水杨酸钙与硫化 烷基酚钙,T152,"1"203等添加剂复台,调制的40 TBN和70TBN船用汽缸油具有优良的稳定性及 其他使用性能,从而证明该类清净剂与无灰分散剂, 抗氧抗腐剂及极压抗磨剂等不同类型的添加剂具有 良好的协合作用,复合使用无沉淀生成. 4结论 (1)本文研究了烷基水杨酸盐系列产品的胶体 结构与稳定性,相容性之间的关系.清净剂中胶体粒 子粒径越小,其胶体稳定性,与磺酸盐的相容性越 好;不同碱值的产品与无灰分散剂,抗氧抗腐剂等之 间均有良好的协合作用,复合使用无沉淀生成. (2)兰炼已全面生产的改性中碱值产品及高碱 值产品,与磺酸盐相容性良好. 参考文献: [1]付兴国润滑油添加荆相互弗用的研究[J】糠精油, 1995.t0(2):31—35 ,2]付国,匡囊九,等.润滑油清净荆胶体结}蚵与性能关系 研究[J].石油炼{目I与化工,1996.27C3):58—64. .金属清净荆研究的最新进展[J]润 [3]付国,匿囊九,等 滑油.1994,9(5):43—46 [4]付国,牛成继,等烷基水扬酸盐系列产品的研翻[J】. 润滑油,1996,11(3):粥一44. [5J付兴国,匡奕九,等.润滑油清净剂间相互作用机理的研 竞[J].石油,l996,12(1):53—62. 【61YAOWen—zhao.ProceedingsoftheFirst触Interna. tionalConferenceonTribolcgy[C],1998.189—193. STUDYoNTHERELAT10NSHIPBETWEENTHEC0LLoIDAL sTRUCTUREANDSTABILITY0FALKYLSALICYLATES YAOWen—zhao.FUXing—guo,LIQon—fang (PecroChinaLanzhouLubricatingOilRe:s~rchandlX,velopmenzInstitute.Landmu73006 0,cHa) Abstmct:ThepropertiesofSerereddomestieandabroadcalciumaikylsalicy|ateswithdiffere nt删 Whichaleusedasmetaldetergentswereintroduced.Thestructure,distributionandstabilityofthe~~olloidpatti— desaswel1ascompatibilitywithhighTBNcalciumsulfohatewereinvestigated.Theresultsrevealedthatthe struCtureofcolloidparticleisanimportantfactoraffectingitsstability.Thesmallerthedia2ileterisandthemore evenpaltidesdistributionis,thebetterperformanceofcolloidstabilitybehave.Inaddition,theimprovedmedl— umandhigh阳 NT109havebeenmanufacturinginLPPCC.Thesepr~luctshaveexcellentcompatibilitywith sulphormteswithoutprecipitateaftermixing. KeyWords:metaldetergent;calciumalkylsalicylate;colloidparticle;colloidstability