据统计,我国产值能源单耗及润滑油单耗均列世界第一。因此,提高润滑油质量和节约能源的潜力很大[1]。而正确选用和合理加入添加剂,是保证润滑油质量的关键。为了满足润滑油对防锈性能的要求,必须加入一定数量的防锈剂。防锈剂的基本极性基团为羧基(-COOH),羧基酸离子(-COO-),磺酸离子(R-SO-3),醇性羟基,胺(-NH-)和(NH+)等。其中防锈性能最好的为R-SO-3,COO-;其次为-COOH等[2]。可以预见,如果某一有机物既含有R-SO-3,又含有-COO-,则其防锈性能必定好。据此,笔者研制了新型的防锈剂硫酸化油酸盐(代号为SMO)。
1 SMO的制备
1.1 制备原料油酸为无色或浅黄色油状液体,露置空气中逐渐变为棕色,可溶于乙醇、乙醚、苯和汽油等有机溶剂中,但不溶于水,具有有机羧酸的一般化学通性及不饱和双键的化学特性。油酸可用作润滑油的油性剂,一般温度下可在金属表面形成吸附膜,减少金属的摩擦和磨损[3]。硫酸、某金属氢氧化物和乙醇(95%)等均为化学纯试剂。
1.2 制备方法1)硫酸化油酸的制备 将盛油酸的烧杯置于冷水浴中冷却,再将浓硫酸慢慢地滴加到油酸中,搅拌、加冰以调节冷水浴温度,颜色渐由浅黄变为暗褐,其粘度也不断增加。2)硫酸化油酸盐的制备 将制得的硫酸化油酸用饱和的硫酸钠溶液洗涤数次,至洗液的pH值到7为止。将上层褐色液体置于反应器内,并加入新配制的某金属氢氧化物饱和溶液,在100～105℃下皂化2～3h,至无水蒸出,降温冷却,得到深褐色的粘稠液体。它不溶于水,但可溶于基础油中。硫酸化及皂化两个反应都是可逆反应,产品中将含有少量油酸及硫酸化油酸。此外,若温度高,还可能生成磺酸盐及10羟基硬脂酸。磺酸盐和油酸盐是熟知的防锈剂。油酸和硫酸化油酸具有防锈、助溶和分散作用,10羟基硬脂酸具有防锈、润滑作用,因此这些物质不影响产品的应用,不必进行分离。
1.3 影响油酸硫酸化反应的因素油酸硫酸化是制备SMO的关键一步,因此把硫酸化油酸的产率作为试验指标,产率越高越好。通过正交试验(共9次)确定了影响硫酸化油酸产率的3个主要因素为油酸与硫酸配料比、反应温度和反应时间,结果见表1～表3(理论产量均为42.38g)。
由表1可知,随着硫酸用量的增加,硫酸化油酸的产率增大。另据资料介绍,此反应的产率还与硫酸的浓度有关,浓度增大,其产率提高[4]。但硫酸过量太多,给产品硫酸化油酸的洗涤带来更多的麻烦,因此选定油酸与硫酸的配料比以1:1.5为好。由表2可以看出,随着温度升高,其产率降低。油 酸在较高温度时,在硫酸的催化下可发生氧化、聚合及磺化等反应,因而导致产率下降。由表3可以看到,当反应时间由3h增加到7h时,产率略有增加。若时间过长,部分未反应的油酸在空气中易氧化,产率反而降低。反应时间与反应温度有着密切的关系,反应温度高,反应时间将减少。
2 防锈性能评价参照国家标准GB236180的试验方法[5],在室温(20～25℃)条件下,将含有不同浓度的SMO的基础油对A3钢进行了防锈性能测试。10d后取下试片,用石油醚擦洗,除去试片表面油脂,仔细观察并记录试片表面锈蚀情况,然后用含有1%乌洛托品的盐酸清洗,除去铁锈,吹干后称重。测试结果见表4。由表4可以看出,随着SMO在基础油中含量的增大,润滑油防锈性能提高,当SMO含量达2%时,金属腐蚀速度下降了97.5%,防锈效果相当好。就其原理来说,SMO不但具有-R-SO3,COO-极性基团,而且油酸分子键长适中,本身就具有一定的防锈作用[6]。
3 结 语通过本研究表明,硫酸化油酸盐是一种新型的润滑油防锈添加剂;其制备的优化条件为,油酸与硫酸配料比1:1.5,反应温度低温,反应时间约4h;且腐蚀速度大为下降;制备工艺比较简单(不用分离未反应的油酸、硫酸化油酸以及副产品)。据笔者初步文献检索,尚未见到有关SMO制备的报道。
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