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摘要：简要介绍了利用聚异丁烯琥珀酸酐、妥尔油酸、聚乙二醇及甘油为主要原料，在催化剂作用下，进行一种新型有机减摩剂合成的工艺。考察了不同工艺参数对合成过程影响。
关键词：减摩剂；酯化；催化剂
Study on the synthesis of an friction modifier
LU Honghua
（Jiangsu Guoheng Safety Evaluation & Consulting Service corp.，LTD. Nanjing 210047，Jiangsu，China）
Abstract：A novel organic friction modifier was synthesized from polyisobutylene succinic anhydride，tall oil acid，polyethylene glycol and glycerol. The effects of different process parameters on the synthesis process were investigated .
Key words：Friction modifier；esterification；catalyst
1 前言
在发动机油中需要加入减摩剂用于降低引擎内的相对移动摩擦面的摩擦，防止引擎部件的磨损。正确选择减摩剂，能够提高燃油经济性，降低废气排放，延长换油周期和设备使用寿命。[1]减摩剂的发展从妥尔油到松节油，脂肪酸，单油酸甘油酯等已发展到基于聚合物化学的产品。目前国内市场上有来自美国、德国和英国进口减摩剂的价格较高，并且性能不佳，难以保证持久的油膜厚度，实现有效地润滑。传统吸附基团：以S、N、P、CN、-NCS、-NH2、-NHCH3、-NH3和–NROH为吸附基团，增加酸雨的发生；以COOH为吸附基团，腐蚀设备表面；以–COOR为吸附基团，附着力不足。因此市场需要寻找环境友好，高性价比的产品。[2]特殊设计的有机酸酯类产品，其优异性能能将发动机油的摩擦系数降到传统减摩剂所不能达到的程度，这使得配方师能够开发出提高燃油经济性和降低排放的发动机油。仅含有C，H和O，不含S，P和磺酸盐等灰分，比传统减摩剂具有更好的氧化稳定性，摩擦系数更低，产品有独到优势。[3]减摩剂种类繁多，最常用于发动机油的有机减摩剂是长链脂肪胺（油酸胺）和部分酯（Partial Ester）如甘油单油酸酯（GMO）。这两类减摩剂都是通过在摩擦表面形成易于剪切的吸附膜来达到减摩的作用。对有机减摩剂的研究发现，纳米流变性的改善是有机减摩剂减小粘附力、消除粘-滑现象和降低剪切应力的关键原因。发动机试验显示，有机减摩剂可明显改善边界润滑条件下的燃油经济性。[4]
2 实验部分
2.1 制备原理
产品为几种一元或多元醇/酸在催化剂作用下混合酯化得到的一类多元醇酯，根据相关文献，此类产品需在物料配比合适条件下，采用温和型催化剂，分段升温以得到符合要求的产品。[5]
2.2 主要试剂和仪器
聚异丁烯琥珀酸酐 北京LJTT化工有限公司 工业级；妥尔油酸 上海TY化工有限公司 工业级；聚乙二醇 工业级；甘油 工业级；十二烷基苯磺酸 南京化学试剂厂 AR；草酸亚锡 南京化学试剂厂 AR；亚磷酸 南京化学试剂厂 AR；氢氧化钠 南京化学试剂厂 AR；钛酸四丁酯 南京化学试剂厂 AR；氯化铁 南京化学试剂厂 AR；固體酸 南京化学试剂厂 AR；A型有机减摩剂（进口）。
三口烧瓶 1000ml；搅拌装置 1套；加热温控装置1套；旋片式真空泵1套。
3 结果与讨论
3.1 催化剂种类的选择
通过改变不同种类的催化剂对合成过程中产品的酯化率、反应速率为考察指标，在催化剂质量为总物料质量的1%，反应温度为220℃的条件下进行酯化反应，分别对多种催化剂的催化性能进行考察，设计如下实验：
实验结果表明，在产品合成过程中，在相同情况下，选用对甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸为催化剂可以得到更高的反应酯化率，同时反应速率优于其他催化剂合成的产品。综合考虑对生产装置的温和性，选择十二烷基苯磺酸作为反应催化剂。
3.2 催化剂用量的选择
采用十二烷基苯磺酸作为反应催化剂，反应温度为220℃的条件下，以酸值小于8mgKOH/g为反应终点，考察改变催化剂的用量（十二烷基苯磺酸/总物料）对反应过程的影响，设计如下实验：
实验结果表明，在催化剂用量较小（0.5%、0.75%）的情况下，达到中控指标需要酯化反应时间较长；在催化剂较多的情况下（1.0%、1.25%、1.5%），反应速率明显提高，但相差不大。因此综合考虑高效性和经济性，选用催化剂用量为1.0%为宜。
3.3 反应温度的选择
根据酯化反应特性，当增加反应温度时有利于反应正向进行，但过高的反应温度会增加反应能耗并缩短设备寿命，因此在合成过程中选择合适的温度是关键，现以十二烷基苯磺酸为催化剂，催化剂为1.0%，以酸值小于8mgKOH/g为反应终点，考察反应温度的变化对反应过程的影响
实验结果表明，反应温度对反应过程中反应时间影响较大，当温度在200℃以下时，为了得到更高的酯化率，需要反应15小时以上才能得到酯化率99%以上，随着温度的升高，反应时间
明显缩短.当温度达到220℃以上时，反应时间随温度的升高变化不再明显，因此通过上述数据选择反应温度控制在220℃左右为宜。
4 结论：
本工艺是以聚异丁烯丁二酸酐、妥尔油酸、聚乙二醇和甘油为起始原料，在催化剂作用下酯化制得减摩剂粗品，粗品再经过真空脱气，最终得到成品。工艺条件为采用十二烷基苯磺酸为催化剂、加入量为总物料质量的0.5%、反应温度为220℃条件下进行反应。通过应用性能实验，产品与常见油品相溶性较好，高温性能稳定。
参考文献
[1] 曹聪蕊，刘功德，张润香，佘海波. 无硫磷型有机减摩剂的研究与应用进展[J]. 润滑油，2011年，第26卷第4期.
[2] 贾宝军，韩宁张，克铮. 汽车的节能要求与润滑剂技术的发展[J]. 润滑与密封，2006年，第3期.
[3] 叶红，武志强. 内燃机油用减摩剂及其复配规律[J]. 润滑与密封，2005年，第6期
[4] 谢欣，邢建强. 有机减摩剂在节能发动机油中的应用[J]. 润滑与密封，2010年，第35卷第2期.
[5] 段庆华，冯亮. 一种减摩剂及其制备方法以及润滑油组合物[P] . 中国：CN101724491A，20100609.
（作者单位：江苏国恒安全评价咨询服务有限公司）
关键词：减摩剂；酯化；催化剂
Study on the synthesis of an friction modifier
LU Honghua
（Jiangsu Guoheng Safety Evaluation & Consulting Service corp.，LTD. Nanjing 210047，Jiangsu，China）
Abstract：A novel organic friction modifier was synthesized from polyisobutylene succinic anhydride，tall oil acid，polyethylene glycol and glycerol. The effects of different process parameters on the synthesis process were investigated .
Key words：Friction modifier；esterification；catalyst
1 前言
在发动机油中需要加入减摩剂用于降低引擎内的相对移动摩擦面的摩擦，防止引擎部件的磨损。正确选择减摩剂，能够提高燃油经济性，降低废气排放，延长换油周期和设备使用寿命。[1]减摩剂的发展从妥尔油到松节油，脂肪酸，单油酸甘油酯等已发展到基于聚合物化学的产品。目前国内市场上有来自美国、德国和英国进口减摩剂的价格较高，并且性能不佳，难以保证持久的油膜厚度，实现有效地润滑。传统吸附基团：以S、N、P、CN、-NCS、-NH2、-NHCH3、-NH3和–NROH为吸附基团，增加酸雨的发生；以COOH为吸附基团，腐蚀设备表面；以–COOR为吸附基团，附着力不足。因此市场需要寻找环境友好，高性价比的产品。[2]特殊设计的有机酸酯类产品，其优异性能能将发动机油的摩擦系数降到传统减摩剂所不能达到的程度，这使得配方师能够开发出提高燃油经济性和降低排放的发动机油。仅含有C，H和O，不含S，P和磺酸盐等灰分，比传统减摩剂具有更好的氧化稳定性，摩擦系数更低，产品有独到优势。[3]减摩剂种类繁多，最常用于发动机油的有机减摩剂是长链脂肪胺（油酸胺）和部分酯（Partial Ester）如甘油单油酸酯（GMO）。这两类减摩剂都是通过在摩擦表面形成易于剪切的吸附膜来达到减摩的作用。对有机减摩剂的研究发现，纳米流变性的改善是有机减摩剂减小粘附力、消除粘-滑现象和降低剪切应力的关键原因。发动机试验显示，有机减摩剂可明显改善边界润滑条件下的燃油经济性。[4]
2 实验部分
2.1 制备原理
产品为几种一元或多元醇/酸在催化剂作用下混合酯化得到的一类多元醇酯，根据相关文献，此类产品需在物料配比合适条件下，采用温和型催化剂，分段升温以得到符合要求的产品。[5]
2.2 主要试剂和仪器
聚异丁烯琥珀酸酐 北京LJTT化工有限公司 工业级；妥尔油酸 上海TY化工有限公司 工业级；聚乙二醇 工业级；甘油 工业级；十二烷基苯磺酸 南京化学试剂厂 AR；草酸亚锡 南京化学试剂厂 AR；亚磷酸 南京化学试剂厂 AR；氢氧化钠 南京化学试剂厂 AR；钛酸四丁酯 南京化学试剂厂 AR；氯化铁 南京化学试剂厂 AR；固體酸 南京化学试剂厂 AR；A型有机减摩剂（进口）。
三口烧瓶 1000ml；搅拌装置 1套；加热温控装置1套；旋片式真空泵1套。
3 结果与讨论
3.1 催化剂种类的选择
通过改变不同种类的催化剂对合成过程中产品的酯化率、反应速率为考察指标，在催化剂质量为总物料质量的1%，反应温度为220℃的条件下进行酯化反应，分别对多种催化剂的催化性能进行考察，设计如下实验：
实验结果表明，在产品合成过程中，在相同情况下，选用对甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸为催化剂可以得到更高的反应酯化率，同时反应速率优于其他催化剂合成的产品。综合考虑对生产装置的温和性，选择十二烷基苯磺酸作为反应催化剂。
3.2 催化剂用量的选择
采用十二烷基苯磺酸作为反应催化剂，反应温度为220℃的条件下，以酸值小于8mgKOH/g为反应终点，考察改变催化剂的用量（十二烷基苯磺酸/总物料）对反应过程的影响，设计如下实验：
实验结果表明，在催化剂用量较小（0.5%、0.75%）的情况下，达到中控指标需要酯化反应时间较长；在催化剂较多的情况下（1.0%、1.25%、1.5%），反应速率明显提高，但相差不大。因此综合考虑高效性和经济性，选用催化剂用量为1.0%为宜。
3.3 反应温度的选择
根据酯化反应特性，当增加反应温度时有利于反应正向进行，但过高的反应温度会增加反应能耗并缩短设备寿命，因此在合成过程中选择合适的温度是关键，现以十二烷基苯磺酸为催化剂，催化剂为1.0%，以酸值小于8mgKOH/g为反应终点，考察反应温度的变化对反应过程的影响
实验结果表明，反应温度对反应过程中反应时间影响较大，当温度在200℃以下时，为了得到更高的酯化率，需要反应15小时以上才能得到酯化率99%以上，随着温度的升高，反应时间
明显缩短.当温度达到220℃以上时，反应时间随温度的升高变化不再明显，因此通过上述数据选择反应温度控制在220℃左右为宜。
4 结论：
本工艺是以聚异丁烯丁二酸酐、妥尔油酸、聚乙二醇和甘油为起始原料，在催化剂作用下酯化制得减摩剂粗品，粗品再经过真空脱气，最终得到成品。工艺条件为采用十二烷基苯磺酸为催化剂、加入量为总物料质量的0.5%、反应温度为220℃条件下进行反应。通过应用性能实验，产品与常见油品相溶性较好，高温性能稳定。
参考文献
[1] 曹聪蕊，刘功德，张润香，佘海波. 无硫磷型有机减摩剂的研究与应用进展[J]. 润滑油，2011年，第26卷第4期.
[2] 贾宝军，韩宁张，克铮. 汽车的节能要求与润滑剂技术的发展[J]. 润滑与密封，2006年，第3期.
[3] 叶红，武志强. 内燃机油用减摩剂及其复配规律[J]. 润滑与密封，2005年，第6期
[4] 谢欣，邢建强. 有机减摩剂在节能发动机油中的应用[J]. 润滑与密封，2010年，第35卷第2期.
[5] 段庆华，冯亮. 一种减摩剂及其制备方法以及润滑油组合物[P] . 中国：CN101724491A，20100609.
（作者单位：江苏国恒安全评价咨询服务有限公司）