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碳酸镁在润滑油清净分散剂制备中的应用
润滑油清净剂是各种内燃机油中不可缺少的添加剂,是一种由溶于稀释油的表面活性剂与大量的纳米粒子(通常是无机物的碱性化合物)形成的胶体分散体系。分散体系中的表面活性剂具有增溶、胶溶或清净分散作用,可抑制内燃机中燃料燃烧不完全与润滑油氧化造成的严重污染;碱性纳米组分能有效中和燃料和润滑油在使用工况下生成的有害无机酸和有机酸,减缓油品氧化过程,减少发动机腐蚀磨损,延长油品和发动机使用寿命。
提供碱性贮备的胶核中的金属碳酸盐应为纳米级(一般小于80 X 10-9 m)。纳米粉体的制备及应用是纳米技术的一个分支。许多纳米粉体,尤其是无机盐和金属氧化物的纳米粉体,由于巨大的表面能,十分容易聚集成团,从而影响其应用性能。用表面活性剂改性,降低表面能,是抑制纳米粉体聚集的重要手段。润滑油清净分散剂用纳米碳酸镁的制备工艺,所得产品为石油磺酸镁改性的纳米碳酸镁油溶性分散体系,它具有良好的胶体稳定性、热氧化安定性及清净分散性。
由于镁的金属性比钙弱,润滑油清净分散剂制备中纳米级碳酸镁的碳酸化工艺难度比钙盐更大,且纳米粒子由于具有大的比表面积,常常团聚成二次粒子,形成所谓的“胶冻”。以前曾采用两步法或多步法,随着各种促进剂的不断开发,现多采用一步法工艺。经过对各种方法的初步考察及比较,最终确定了工艺路线:在反应烧瓶中加入中性磺酸铵、二甲苯、氧化镁、促进剂,搅拌升温至反应温度,先形成石油磺酸镁正盐表面活性剂,然后在石油磺酸镁、水及助促进剂的作用下,过量氧化镁与二氧化碳进行碳酸化反应,生成纳米碳酸镁微粒;反应结束后蒸出促进剂和水,稀释,离心分离出未反应的过量氧化镁,蒸脱溶剂,即得透明的由石油磺酸镁改性的纳米级碳酸镁油溶性分散体系。
制备润滑油清净分散剂用纳米碳酸钙时,一般在正盐表面活性剂生成阶段加水(先加水),而不是在碳酸化时加水(后加水)。在制备高碱值石油磺酸镁中的纳米碳酸镁时分别对2种方式进行了考察,所得产品性质如表1所示。

从反应机理看,由于氢氧化镁和碳酸镁在水中的溶度积分别为1.8×10-11 和3.5×10-8,因此它们在水中的浓度分别为1.7×10-4和1.871×10-4 mol/L,两者比较接近,使得胶团中的氢氧化镁再转化为碳酸镁的过程不易进行。若在生成正盐表面活性剂阶段先加水,则会生成许多氢氧化镁,并且由于氢键作用,氢氧化镁之间很易聚集成较大粒子,甚至凝聚成沉淀,使产品粘度增大,胶体稳定性变差,大大影响产品性能;而在碳酸化时采用独特的加水方式,可使生成的氢氧化镁在相互缔合前即与二氧化碳反应生成碳酸镁并分散到油相中形成胶团,从而保证了胶粒的尺寸及产品的性能。由表1可见,采用后加水方式,产品运动粘度和粒径明显小于先加水方式。
结论:
(1)利用磺酸铵、二甲苯、氧化镁、促进剂可制备润滑油清净分散剂用纳米碳酸镁。
(2)制备此类清净分散剂用纳米碳酸镁时应在碳酸化时加人水,即采用后加水方式。


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