一种制备烷基萘的方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及润滑基础油领域，更具体来说，本发明涉及烷基萘的合成及其作为第V 类烷基萘型润滑基础油的应用。
【背景技术】
[0002] 作为普遍用于矿山、机械、建筑、冶金等领域的润滑油的基础油主要包括矿物基础 油和合成基础油两大类。矿物基础油是指由原油提炼加工而成的基础油。虽然矿物基础油 被非常广泛地用于润滑油领域，而且市场所占份额高达95 %以上，但是在一些对润滑基础 油的高温稳定性、流变性等性能具有特别要求的领域中，现有的矿物基础油均无法有效地 满足人们所需的要求。从这个意义上来说，合成基础油对矿物基础油是有益的补充。合成基 础油指通过化学工艺合成的基础油，合成基础油有很多种类，常见的有聚a-烯烃（PAO)、 聚丁烯、烷基芳烃以及合成环烷烃等。美国API根据基础油组成的主要特性把基础油分成 5类：第I类为溶剂精制基础油，有较高的硫含量和不饱和烃（主要是芳烃）含量；第II类 主要为加氢处理基础油，其硫氮含量和芳烃含量较低；第III类主要是加氢异构化基础油， 不仅硫、芳烃含量低，而且粘度指数很高；第IV类为聚a -烯烃（PAO)合成油基础油；第V 类则是除I-IV类以外的各种基础油。类别I :硫含量>0.03%，饱和烃含量〈90%，粘度指 数80-120 ;类别II :硫含量〈0.03%，饱和烃含量>90%，粘度指数80-120 ;类别III :硫含 量〈0.03%，饱和烃含量>90%，粘度指数>120 ;类别IV:聚a-烯烃（PAO)合成油。由于人 们在制备合成润滑油的时候可以根据最终产物所需的性能要求对原料、反应历程和工艺条 件进行选择和调节，由此可以获得在热氧化稳定性、高温/低温性能、闪点、倾点、稠度、凝 固点等性质明显优于矿物基础油的合成润滑油。
[0003] 第IV类润滑油聚a -烯烃（PAO)是润滑油市场具有重要地位的合成烃类润滑油， 相比于天然矿物油，其具有良好的低温流动性，较高的热稳定性、优良的氧化安定性、较低 的蒸发损失率以及较高的粘度指数等特点（美国专利u. S. Pat. NO. 3, 149, 178Hamilton ; 中国专利CN 102070733 A;中国专利CN 101723780 A)。然而，在添加剂溶解性能方 面，其相比于第V类烷基萘型润滑基础油则具有较为明显的劣势。因为在分子结构组成 方面，具有长碳链烷烃类的PA0极性相对较小，而大多数添加剂都是极性结构化合物， 根据相似相容原理，烷基萘型润滑基础油具有天然的优势，因为这样可以使添加剂更好 地均勾分散在金属表面而不受基础油的干扰（Germany :Tribology and Lubrication Engineering. 2004. 55-60)，同一粘度的烷基萘基础油的苯胺点要远低于PAO。
[0004] 烷基萘型润滑基础油包含烷基化的萘，由于萘环具有10电子的大Jr共轭结构和 链接的烷基基团，使其也具有非常高的热稳定性、氧化安定性、水解稳定性和抗乳化性等特 点。原因是烷基萘基础油中富电子的萘环可以吸收氧从而中断氧化链的传递，阻止烃的继 续氧化，防止氧化的发生（JACS. 1992. 114. 7719-7726)。
[0005] 烷基萘合成润滑基础油即可单独使用，也可以作为调和组分与其他类的基础油调 和在一起使用，主要用于生产高档润滑油和润滑脂。例如为了减少PA0对于助剂的抗性，美 国专利第5, 602, 086号建议添加5%至45%的烷基萘型合成基础油进行改善，其也提到使 用酯类基础油调和PAO抗助剂性，但热稳定性和水解稳定性会有一定的降低。因此，本领域 迫切需要高效的烷基萘合成技术。
[0006] 随着工业的发展，人们对芳香烃的烷基化反应进行了大量的研宄，其中催化剂是 决定烷基化反应技术水平的关键因素，最早使用的催化剂主要是无机酸和Lewis酸等（美 国专利第2, 939, 890号和第3, 173, 965号），这些催化剂由于其强酸性对设备和环境都有严 重影响，不在符合当今我国工业发展的要求。另外，美国专利第4, 604, 491号报道了使用硅 铝白土作烷基化催化剂进行烷基化反应，但由于此类催化剂较低催化活性导致烷基化温度 高达200°C，同时反应6小时才能达到较高的转化率，不利于工业化生产。近年来使用非均 相催化剂作为芳香烃的烷基化反应催化剂的报道较多，如分子筛（美国专利第4, 551，573 号）、改性硅铝（美国专利第6, 491，809号）等。然而，这些催化剂在制备和使用寿命以及 催化剂再生方面都存在诸多仍待解决的问题。
[0007] 国内也对萘的长碳链烷基化反应也进行了一定的研宄，赵忠奎等人（赵忠奎等， 长碳链烷基甲基萘的合成，大连理工大学学报，2004, 28, 311-315)对甲基萘的长碳链烷基 化反应进行了细致的研宄，得出了三氯化铝催化下的最佳反应条件，然而三氯化铝催化剂， 由于其回收困难，环境污染严重，不符合现代工业生产要求。另外杨士钊等人（杨士钊等， 一种高性能烷基萘合成基础油，化工中间体，2009,07,66-70)进行了三种不同烷基萘的化 学性质的比较研宄，所有的烷基萘均表现出了优于PAO的热氧化安定性。不仅如此，在物理 性质方面，多烷基萘在高真空度下还具有较低的挥发性和良好的热稳定性，但其使用的烷 基化催化剂仍然是高污染性的路易斯酸催化剂。到目前为止，本领域尚未开发出兼具绿色、 安全、高效、廉价等优点的理想的催化剂。
【发明内容】
[0008] 本发明的发明人通过深入研宄，开发了一种可以有效地进行萘的烷基化反应的方 法，该方法使用的催化剂是一种有机盐，具有良好的水溶性，简单处理后可以重复使用，对 设备没有明显的腐蚀性，同时具有良好的烷基化活性，从而克服了现有技术中反应条件苛 亥IJ，催化剂对设备腐蚀严重，污染环境等问题。另外，该方法制备的烷基萘产物具有较高的 收率和良好的物理化学性质，能满足不同牌号的润滑油品的要求，既可以单独使用，也可以 添加到其他基础油中使用。
[0009] 具体来说，本发明提供了一种制备烷基萘的方法，所述烷基萘包含一个或多个彼 此相同或不同的c4-c22烷基取代基，所述方法包括以下步骤：在存在三氟甲磺酸镓催化剂 的条件下，使得萘或a-甲基萘或萘与a-甲基萘的混合物与C 4-C22 a-烯烃发生烷基化反 应，生成所述烷基萘产物。优选地，所述烷基萘包含一个或多个彼此相同或不同的C6-C 2(l烷 基取代基，所使用的a _烯烃是C6-C2(l a _烯烃；更优选地，所述烷基萘包含一个或多个彼此 相同或不同的C8_C16烷基取代基，所使用的a -烯烃是C 8_C16 a -烯烃。
[0010] 根据本发明的一个实施方式，所述烷基化反应的温度为100-180°C，优选为 120-140°C ;所述烷基化反应的压力为0. 1-1. 5atm，优选为0. 8-1. Oat