化学工业与工程  2025, Vol. 42 Issue (1): 32-40
聚(甲基丙烯酸甲酯-1-癸烯)黏度指数改进剂的可控合成
丁丽芹1,2,3 , 刘思凡1 , 刘欣怡1 , 徐海升1,2 , 梁生荣3,4     
1. 西安石油大学化学化工学院, 西安 710065;
2. 西安石油大学陕西省绿色低碳能源材料与过程工程技术研究中心, 西安 710065;
3. 西安石油大学西安市高碳资源低碳化利用重点实验室, 西安 710065;
4. 西安石油大学现代分析检测中心, 西安 710065
摘要:以Schiff碱Ni配合物为催化剂, 二甲苯为溶剂, 研究偶氮二异丁腈(AIBN)引发甲基丙烯酸甲酯与1-癸烯自由基聚合的共聚反应。采用单因素法优化聚合反应的工艺条件, 通过GPC、FT-IR、1H NMR、TGA对聚合物进行结构表征和性能测试, 并考察其黏温性能。结果表明: 在90 ℃, 1-癸烯与MMA的质量比为1∶2, 引发剂用量占总单体质量的0.5%, 催化剂与引发剂物质的量之比为1∶100, 反应时间为10 h时, 催化活性为1.021×105 g·mol-1·h-1。共聚物(PDM)的数均相对分子质量范围为1.05×104~1.26×104, 多分散性指数PDI范围为1.31~1.82, 该反应具有可控性。共聚物在温度为264 ℃时开始分解, 说明聚合物具有良好的热稳定性。将PDM以0.5%的用量加入到玉门润滑油基础油中, 可使油品的黏度指数增加31, 共聚物PDM可作为一种黏度指数改进剂。
关键词Schiff碱    可控合成    1-癸烯    甲基丙烯酸甲酯    黏度指数改进剂    
Controllable synthesis of poly (methyl methacrylate-1-decene) as viscosity index improver
DING Liqin1,2,3 , LIU Sifan1 , LIU Xinyi1 , XU Haisheng1,2 , LIANG Shengrong3,4     
1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, China;
2. Shaanxi Engineering Research Center of Green Low-carbon Energy Materials and Processes, Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, China;
3. Xi'an Key Laboratory of Low-carbon Utilization for High-carbon Resources, Xi'an Shiyou University, Xi' an 710065, China;
4. Modern Analysis and Testing Center of Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, China
Abstract: The copolymerization of methyl methacrylate and 1-decene initiated by azodiisobutyronitrile (AIBN) in xylene solution was studied using Schiff base Ni complex as catalyst. The process conditions of the polymerization reaction were optimized by single factor method. The structure and properties of the polymer were characterized by GPC, FT-IR, 1H NMR and TGA, and its viscosity-temperature performance was evaluated. The results show that when the mass ratio of 1-decene to MMA is 1∶2, the amount of initiator is 0.5% of the total monomer mass, and the molar ratio of catalyst to initiator is 1∶100 at 90 ℃ for 10 h, the catalytic activity is 1.021×105 g·mol-1·h-1. The number average molecular weight of the copolymer (PDM) ranges from 1.05×104 to 1.26×104 and the polydispersity index PDI ranges from 1.31 to 1.82, the reaction is controllable. The initial decomposing temperature of copolymer is 264 ℃, indicating that the polymer has good thermal stability. Adding 0.5% copolymer to the Yumen lubricating base oil can increase the viscosity index by 31. Therefore, the copolymer PDM can be used as a viscosity index improver.
Keywords: Schiff-base    controllable synthesis    1-decene    methyl methacrylate    viscosity index improver    

黏度指数改进剂作为一种油溶性的高分子聚合物,能够改善润滑油的黏温特性。目前工业上主要使用的黏度指数改进剂主要有聚异丁烯(PIB)[1]、烯烃共聚物(OCP)[2]、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、氢化苯乙烯双烯共聚物(HSD)[3]等。与其他黏度指数改进剂相比,虽然PMA类黏度指数改进剂的热稳定性差,但在改善油品的黏度指数方面更加有优越性[4]。聚甲基丙烯酸酯一般采用自由基聚合,通过改变工艺条件的方法改变聚合物的相对分子质量,但其分子质量分布以及聚合度难以控制[5]。而Schiff碱类后过渡金属催化剂能够催化烯烃和极性单体(如甲基丙烯酸短链酯类)聚合,将自由基聚合和反向原子转移自由基聚合(ATRP)相结合,可灵活调节催化活性、聚合物的空间结构、相对分子质量以及分布,从而实现“活性”/可控自由基聚合[6-8]。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)俗称为有机玻璃,在有机溶剂以及油品中溶解性较差,引入长链癸烯,可使得所生成聚合物的支链碳数与基础油的碳数相似,从而提高聚合物在油品中的感受性,扩大其应用范围[9, 10]

近几年来,后过渡金属催化甲基丙烯酸甲酯与α-烯烃共聚的研究引起了学者的广泛关注,Takeyoshi等[11]采用NaBARF{BARF=[3, 5-(CF3)2C6H3]4B} 活化的Pd-二亚胺配合物催化剂,催化MMA与1-癸烯发生共聚。反应温度为25 ℃,n(Pd) ∶ n(MMA)=1 ∶100时,聚合物相对分子质量为11 000,相对分子质量分布为1.51。Bagherabadi等[12]采用单核(MNC1、2)和双核(BNC1、2)镍基催化剂,催化甲基丙烯酸甲酯与1-己烯发生共聚。以MMAO为助催化剂,BNC1在n(Al)/n(Ni)=1 500、25 ℃的聚合条件下催化活性最高为6.9×104 g ·mol-1 ·h-1。但将其应用到润滑油添加剂领域的研究较少。因此,本研究采用Schiff碱Ni配合物[Ni(L)]/AIBN催化体系催化甲基丙烯酸甲酯与1-癸烯共聚,考察后处理方法、催化剂与引发剂物质的量之比、单体比例、引发剂用量、反应时间以及温度等因素对聚合反应的影响,探讨了聚合物对基础油黏温性能的影响。

1 实验部分 1.1 实验材料

水杨醛(工业级,中国上海试剂有限公司)、二氯甲烷(工业级,天津福晨化学试剂有限公司)、无水乙醇(工业级,天津市天力化学试剂有限公司)、氢化钙(97.0%,天津市化学试剂研究所),邻苯二胺(工业级,天津市科密欧化学试剂有限公司)、2-羟基-3, 5-二叔丁基-苯甲醛(工业级,阿法埃莎公司产品),Ni(OAc)2 ·4H2O(工业级,天津富辰化学试剂有限公司),以上试剂可直接使用;1-癸烯(95.0%,上海麦克林生化科技有限公司)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)(工业级,天津市大茂化学试剂有限公司),使用前均需减压蒸馏精制,加入分子筛密封保存;二甲苯(工业级,天津致远化学试剂有限公司),使用前常压蒸馏;偶氮二异丁腈(AIBN)(工业级,天津市科密欧试剂有限公司),使用前重结晶。

1.2 催化剂合成

按照课题组合成催化剂的方法[13],将2-羟基-3, 5-二叔丁基-苯甲醛与邻苯二胺按照一定量在无水乙醇溶液中发生反应,生成配体;再将溶解于二氯甲烷中的Ni(OAc)2 ·4H2O与其混合,加热,回流30 min;冷却至室温,注射一定量的水杨醛混合均匀,室温下反应1 h,生成针状红色晶体,即为Schiff碱Ni配合物[Ni(L)],其合成路线如图 1

图 1 Schiff碱Ni配合物[Ni(L)]的合成路线图 Fig.1 Synthetic route of Schiff base Ni complex [Ni(L)]
1.3 聚合反应

聚合管中依次加入催化剂、MMA和1-癸烯(总单体M量为3 g),密封,与Schlenk装置连接,抽真空充氮气,重复3次。在氮气的保护下,将聚合管移入到已达到设定温度的油浴锅中,加入用二甲苯溶解的AIBN溶液。达到反应时间后,静置沉降12 h,在40 ℃的真空干燥箱中干燥12 h,得到聚(甲基丙烯酸甲酯-1-癸烯),计算反应的催化活性,即:催化活性=聚合产物的质量(g)/[主催化剂中金属的物质的量(mol)×反应时间(h)]。MMA与1-癸烯的合成,如图 2所示。

图 2 MMA与1-癸烯共聚反应 Fig.2 Copolymerization of MMA and 1-decene
1.4 表征与性能测试

美国Thermo Electron CORPORATION 5700型的傅里叶变换红外光谱仪,KBr压片法,测定波长范围为500~4 000 cm-1聚合物的FT-IR图;德国Bruker AVANCE400型核磁共振波谱仪测定聚合物的1H NMR图,CDCl3为溶剂,TMS为内标;美国Mettler Toledo TAG-DSC 1型的热重分析仪测定聚合物的热稳定性,测试条件:氮气环境,升温速率10 ℃/min,温度25~600 ℃;聚合物的相对分子质量(MnMw)及其分布(PDI)由美国安捷伦PL-GPC 50型的凝胶渗透色谱仪测定;按照《石油产品运动黏度测定法和运动黏度计算法》(GB/T 265—88)的方法,采用合肥欧特公司SNT-III型的石油产品运动黏度仪测量40和100 ℃的运动黏度;黏度指数(VI)按照《石油产品黏度指数计算方法》(GB/T 1995—1998)计算。

2 结果与讨论 2.1 工艺条件对聚合反应的影响

在聚合反应中,后处理、催化剂与引发剂物质的量之比、单体比例、引发剂用量、反应时间及温度等都会对反应产生影响。通过单因素法,考察工艺条件对催化活性、聚合物的数均相对分子质量(Mn)以及多分散性指数(PDI)的影响(如表 1~表 7),得出较适宜的工艺条件。

表 1 后处理对PDM合成的影响 Table 1 Effect of post-treatment on PDM synthesis
编号 溶剂 终止剂 沉降剂 收率/%
PDM-01 二甲苯 冰水浴 甲醇 5.95
PDM-02 二甲苯 5%的盐酸-乙醇溶液 工业酒精 7.95
Reaction condition: m(D) ∶m(MMA)=1 ∶1, n(Cat.) ∶n(AIBN)=1 ∶100, t=8 h, T=90 ℃, [AIBN]=1.0%, m(M)=3 g。
表 2 单体比例对PDM合成的影响 Table 2 Effect of monomer ratio on PDM synthesis
编号 m(D)∶ m(MMA) 催化活性/ (104 g·mol-1·h-1) Mn/ 104 PDI (Mw/Mn)
PDM-03 2∶1 0.07 1.13 1.81
PDM-02 1∶1 1.61 1.16 1.74
PDM-04 2∶3 1.71 1.18 1.56
PDM-05 1∶2 4.64 1.25 1.31
PDM-06 1∶4 5.00 1.26 1.45
Reaction condition: n(Cat.) ∶n(AIBN)=1 ∶100, [AIBN]= 1.0%, m(M)=3 g, T=90 ℃, t=8 h。
表 3 引发剂用量对PDM合成的影响 Table 3 Effect of initiator amount on PDM synthesis
编号 m(D)∶ m(MMA) 催化活性/ (104 g·mol-1·h-1) Mn/ 104 PDI (Mw/Mn)
PDM-03 2∶1 0.07 1.13 1.81
PDM-02 1∶1 1.61 1.16 1.74
PDM-04 2∶3 1.71 1.18 1.56
PDM-05 1∶2 4.64 1.25 1.31
PDM-06 1∶4 5.00 1.26 1.45
Reaction condition: m(D) ∶m(MMA)=1 ∶2, n(Cat.) ∶n(AIBN)=1 ∶100, t=8 h, T=90 ℃, m(M)=3 g。
表 4 聚合时间对PDM合成的影响 Table 4 Effect of time on PDM synthesis
编号 t/ h 催化活性/ (104 g·mol-1·h-1) Mn/ 104 PDI (Mw/Mn)
PDM-11 4 2.14 1.19 1.44
PDM-12 6 5.33 1.15 1.41
PDM-08 8 9.90 1.26 1.62
PDM-13 10 10.21 1.15 1.71
PDM-14 12 5.33 1.05 1.58
Reaction condition: m(D) ∶m(MMA)=1 ∶2, [AIBN]=0.5%, T=90 ℃, n(Cat.) ∶n(AIBN)=1 ∶100, m(M)=3 g。
表 5 聚合温度对PDM合成的影响 Table 5 Effect of temperature on PDM synthesis
编号 T/ ℃ 催化活性/ (104 g·mol-1·h-1) Mn/ 104 PDI (Mw/Mn)
PDM-15 70 7.79 1.07 1.53
PDM-16 80 9.24 1.12 1.64
PDM-13 90 10.21 1.15 1.71
PDM-17 100 9.98 1.24 1.68
PDM-18 110 9.50 1.10 1.82
Reaction condition: m(D) ∶m(MMA)=1 ∶2, [AIBN]=0.5%, t=10 h, n(Cat.) ∶n(AIBN)=1 ∶100, m(M)=3 g。
表 6 催化剂与引发剂的物质的量之比对PDM合成的影响 Table 6 Effect of malor ratio of catalyst and initiator on PDM synthesis
编号 n(Cat.)∶ n(AIBN) 催化活性/ (104 g·mol-1·h-1) Mn/ 104 PDI (Mw/Mn)
PDM-19 1∶50 2.60 1.07 1.32
PDM-20 1∶75 5.50 1.23 1.65
PDM-13 1∶100 10.21 1.15 1.71
PDM-21 1∶125 3.91 1.11 1.42
PDM-22 1∶150 3.61 1.09 1.38
Reaction condition: m(D) ∶m(MMA)=1 ∶2, [AIBN]=0.5%, t=10 h, T=90 ℃, m(M)=3 g。
表 7 催化剂对PDM合成的影响 Table 7 Effect of catalyst on PDM synthesis
编号 n(Cat.)∶ n(AIBN) 收率/ % Mn/ 104 PDI (Mw/Mn)
PDM-23 0 29.33 1.23 1.62
PDM-13 1∶100 35.09 1.15 1.71
Reaction condition: m(D) ∶m(MMA)=1 ∶2, [AIBN]=0.5%, t=10 h, n(Cat.) ∶n(AIBN)=1 ∶100, m(M)=3 g。
2.1.1 后处理的影响

在Schiff碱Ni配合物[Ni(L)]/AIBN催化体系中,当1-癸烯与MMA的质量比m(D) ∶m(MMA)=1 ∶1,AIBN占总单体质量的1.0%,催化剂与引发剂的物质的量之比n(Cat.) ∶n(AIBN)=1 ∶100,聚合时间为8 h,聚合温度为90 ℃时,考察不同后处理方法对聚(甲基丙烯酸甲酯-1-癸烯)合成的影响,结果见表 1

选择不同的终止剂和沉降剂对共聚物进行后处理,聚合物的收率会有所不同。可能是由于聚合物在不同终止剂/沉降剂/溶剂所组成的溶剂体系中溶解度不同[13]。同时,溶剂对引发剂有诱导分解作用,二甲苯中含有2个甲基,可使链自由基发生链转移的概率增加[5]。因此,采用5%的盐酸-乙醇溶液为终止剂,工业酒精为沉降剂,二甲苯为溶剂。

2.1.2 单体比例的影响

控制1-癸烯与MMA的质量比为2 ∶1、1 ∶1、2 ∶3、1 ∶2、1 ∶4,考察单体比例对聚(甲基丙烯酸甲酯-1-癸烯)合成的影响,如表 2

随着1-癸烯比例的减少,MMA比例的增加,聚合物的催化活性也随之增加;同时聚合物的数均相对分子质量也增加,相对分子质量分布较窄(PDI=1.31~1.81)。可能由于在进行自由基聚合的过程中,1-癸烯难以进行聚合[14],而MMA形成的自由基活性较高,随着MMA单体浓度的增加,反应体系中浓度较大的极性基团对催化剂的活性中心进攻几率增大,可与催化剂活性中心形成稳定的配合物。但MMA比例较高时,对共聚反应的影响不大,会出现副反应,比如MMA均聚,不利于共聚反应的进行[11]。因此,较适宜的m(D) ∶m(MMA)为1 ∶2。

2.1.3 引发剂用量的影响

控制引发剂用量占总单体质量的0.3%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%,考察引发剂(AIBN)用量对聚(甲基丙烯酸甲酯-1-癸烯)合成的影响,如表 3

随着AIBN用量的增加,聚合物的催化活性及数均相对分子质量均先增大后减小,当AIBN用量为0.5%时,催化剂的催化活性较高(9.90×104 g ·mol-1 ·h-1),数均相对分子质量较高(1.26×104)。可能是在溶液聚合中,引发剂用量较少,一部分分解的初级自由基被周围的溶液包围,产生笼蔽效应,难以与单体分子接触,从而导致催化活性较低[15]。随着引发剂用量增多,产生的自由基数量增加,因此反应体系的催化活性增加;但达到一定程度时,引发剂浓度的增加导致动力学链长减少,聚合度降低,链转移速率增加,从而使链终止速度加快[16]。因此,引发剂用量为0.5%时比较合适。

2.1.4 聚合时间的影响

控制聚合反应时间为4、6、8、10和12 h,考察聚合时间对聚(甲基丙烯酸甲酯-1-癸烯)合成的影响,如表 4

随着反应时间从4 h逐渐增加到12 h,聚合反应的催化活性先增加后减小,当聚合反应的时间为10 h时,催化活性较高(1.021×105 g ·mol-1 ·h-1),数均相对分子质量为1.15×104。随着反应时间的增加,产生的活性自由基越多,增加了单体与催化活性中心接触的几率,使得1-癸烯与MMA反应充分,从而提高了催化剂的催化活性。但反应时间达到一定程度时,催化剂的活性中心在较高温度(90 ℃)下容易出现失活现象,自由基发生碰撞的可能性降低,导致催化活性降低[17]。因此,较宜的反应时间为10 h。

2.1.5 聚合温度的影响

控制聚合反应温度为70、80、90、100和110 ℃,考察反应温度对聚(甲基丙烯酸甲酯-1-癸烯)合成的影响,如表 5

随着反应温度从70 ℃增加到110 ℃,聚合物的催化活性先增大后减小,在反应温度为90 ℃时,催化活性较高(1.021×105 g ·mol-1 ·h-1)。可能是随着反应温度的增加,自由基分子的数量与能量均不断增加,反应体系的黏度减小,使得自由基碰撞更加剧烈,增加了反应速率常数,从而使催化活性增加;但当温度达到一定程度时,活性中心容易失活,链转移反应速率加快,聚合度逐渐降低,从而催化活性以及数均相对分子质量降低[18]。因此,反应温度为90 ℃较为适宜。

2.1.6 催化剂与引发剂物质的量之比的影响

控制催化剂与引发剂的物质的量之比为1 ∶50、1 ∶75、1 ∶100、1 ∶125、1 ∶150,考察催化剂用量对聚(甲基丙烯酸甲酯-1-癸烯)合成的影响,如表 6

随着催化剂与引发剂物质的量之比的减小,聚合反应的催化活性、聚合物的数均分子质量与分子质量分布均呈先增大后减小趋势,当二者比例为1 ∶100时,催化活性较高为1.021×105 g ·mol-1 ·h-1,此时,数均相对分子质量为1.15×104,PDI为1.71。可能是因为催化剂用量过高,阻碍了自由基的及时转移,导致催化活性较低,当催化剂与引发剂物质的量之比减小到适宜比例,促进反应平稳进行,此时催化活性明显提高[19];但催化剂与引发剂物质的量之比降低到一定程度,反应中引发剂用量相对较高,过多的自由基使链终止和链转移速率大于链增长速率,数均相对分子质量反而减小。因此,选择催化剂与引发剂的比例为1 ∶100。

2.1.7 催化剂的影响

在引发剂与溶剂种类不变的情况下,当反应时间为10 h、反应温度90 ℃,引发剂用量为0.5%、m(D) ∶m(MMA)=1 ∶20时,考察有无催化剂对聚合反应的影响如表 7

有无催化剂的存在均可得到数均相对分子质量(Mn)较大、相对分子质量分布较窄(PDI)的聚合物,但在催化剂的作用下单体的收率得到提高,说明[Ni(L)]/AIBN组成催化体系能够有效催化PDM聚合。

综上,在Schiff碱Ni配合物[Ni(L)]/AIBN的催化体系中,以二甲苯为溶剂,制备共聚物PDM的较适宜工艺条件为:温度90 ℃,时间10 h,引发剂(AIBN)占单体总质量的0.5%,1-癸烯与MMA的质量比m(D) ∶m(MMA)=1 ∶2,催化剂与引发剂的物质量之比n(Cat.) ∶n(AIBN)=1 ∶100。此时,催化剂的催化活性为1.021×105 g ·mol-1 ·h-1,数均相对分子质量为1.15×104,多分散性指数为1.71。

2.2 聚合物的表征与分析 2.2.1 红外分析(FT-IR)

图 3 (a)图 3(b)分别是单体1-癸烯和优化后共聚物PDM-13的FT-IR图。

图 3 1-癸烯(a)和共聚物PDM (b)的FT-IR图 Fig.3 FT-IR spectra of 1-decene (a) and copolymer PDM (b)

图 3 (a)可看出,1 640 cm-1处是由1-癸烯上孤立的C=C伸缩振动产生的。由图 3 (b)可知,波数1 735 cm-1处是酯羰基C=O的伸缩振动特征吸收峰,波数为1 240、1 190和1 140 cm-1处是酯基C—O—C的伸缩振动特征吸收峰[20],而波数1 640 cm-1处的1-癸烯中C=C伸缩振动基本消失,说明聚合反应发生在1-癸烯的双键位置,共聚物PDM是甲基丙烯酸甲酯(MMA)与1-癸烯共聚所产生的。3 340 cm-1处是由于压片技术由水分引起的谱带。

2.2.2 1H NMR分析

图 4为共聚物PDM-13的1H NMR图。

图 4 共聚物PDM的1H NMR图 Fig.4 1H NMR spectrum of copolymer PDM

图 4可知:δ=3.61为共聚物中甲基丙烯酸甲酯上—OCH3的质子峰,δ=2.23为共聚物中MMA上—CH2—的质子峰,δ=1.00为共聚物中甲基丙烯酸甲酯上—CH3的质子峰[21]δ=1.70~2.07为共聚物中1-癸烯上—CH2—CH—基团的次甲基质子峰,δ=1.41为共聚物中1-癸烯与MMA单元相链接中亚甲基—CH2—的质子峰,δ=1.23为共聚物中1-癸烯上—CH2—(CH2)5—CH2—基团的亚甲基质子峰,δ=0.82为共聚物中1-癸烯上末端甲基的质子峰[22]。在δ=4.60~6.00处没有出现1-癸烯和甲基丙烯酸甲酯的双键质子特征峰[23],表明甲基丙烯酸甲酯和1-癸烯发生了共聚反应。

其中,共聚物中—OCH3基团上—CH3的特征峰a面积峰为S1,—CH2—(CH2)5—CH2—基团上—CH2—的特征峰f面积峰为S2。共聚物中1-癸烯与甲基丙烯酸甲酯物质的量之比为0.21{[D]/[MMA]=3S2/(2S1)}[24]

2.2.3 GPC分析

图 5是纯化后共聚物PDM-13的凝胶色谱图。

图 5 PDM的GPC分析曲线 Fig.5 GPC chromatogram of PDM

图 5可看出,聚合物的峰型较窄且呈现单峰分布,不存在其他峰,表明聚合产物是MMA和1-癸烯的共聚物[25]

2.2.4 热重分析

图 6 (a)图 6(b)分别为共聚物PDM和均聚物PMMA的热分析曲线TGA和DTG图。

图 6 共聚物PDM和均聚物PMMA的热分析曲线 Fig.6 Thermal analysis curves of copolymer PDM and homopolyer PMMA

图 6 (a)可知,共聚物PDM热分解质量损失分为3部分。第1段失质量是从155~264 ℃,可能是由于产物中残留的有机溶剂受热挥发所导致[26, 27];第2段失质量是从264~321 ℃,其中386 ℃时的分解速率达到最大,可能是由聚合物中丙烯酸酯基团键—C=O断裂所导致的失质量[28];第3段失质量是从321~427 ℃,可能是由于聚合物链内的随机断裂所导致的失质量[29];且共聚物PDM的热稳定性比均聚物PMMA的稳定性要高。从图 6 (b) DTG可知,第2段均聚物PMMA的失质量率大于共聚物PDM,由于DTG曲线中峰面积与失质量量成正比,因此均聚物中—C=O键的含量比共聚物多[30];第3段共聚物PDM的失质量率大于均聚物PMMA,可能是由于共聚物PDM中脂肪链含量较高。

2.3 共聚物对润滑油黏温性能的影响

将纯化后的甲基丙烯酸甲酯与1-癸烯的共聚物(PDM)以不同的比例加入到玉门润滑油基础油中,探究不同添加剂用量对其黏温性能的影响,如图 7所示。其中图 7 (a)是不同添加剂量对40和100 ℃运动黏度的影响,图 7(b)是不同添加剂量对黏度指数(VI)的影响。

图 7 添加剂量对油品黏温性能的影响 Fig.7 Effect of additive amount on viscosity-temperature properties of oil

图 7 (a)可看出,随着添加剂比例的不断增加,油品40和100 ℃时的运动黏度也随之增加。可能是由于共聚物PDM在低温条件下加入基础油中呈卷曲状态,其流体力学体积较小,在油溶液中的内摩擦力较小,因此,增黏效果较弱;在高温下共聚物的线圈结构从紧密状逐渐舒展膨胀,胶束体积不断增大,增黏效果增加[31]。从图 7 (b)可看出,黏度指数随着添加剂用量的增加也逐渐增加,当添加量为0.5%时,黏度指数增加量为31。可能是由于润滑油中聚合物添加剂量的增加导致油品中聚合物胶束总体积增加,从而使黏度指数(VI)也得到了提高[32]。考虑到添加剂用量的增多可能会影响油品的清洁性。因此,选择添加剂量为0.5%较为合适。

3 结论

(1) 采用Schiff碱Ni配合物[Ni(L)]/AIBN组成的催化体系,以二甲苯为溶剂,成功的合成了甲基丙烯酸甲酯与1-癸烯的共聚物(PDM)。共聚物的多分散性指数(PDI)较小(1.31~1.82),具有一定的可控性。

(2) 较适宜工艺条件:在90 ℃,反应10 h,引发剂占单体总质量的0.5%,1-癸烯与MMA的质量比为1 ∶2,催化剂与引发剂的物质的量之比为1 ∶100。此时,催化活性较高为1.021×105 g ·mol-1 ·h-1,数均相对分子质量为1.15×104

(3) 共聚物在264 ℃开始分解,说明该共聚物具有良好的热稳定性,且共聚物PDM的热稳定性比均聚物PMMA的稳定性高。

(4) 当添加剂比例为0.5%时,润滑油基础油的黏度指数增加了31。因此,聚合物PDM可作为一种有效的黏度指数改进剂。

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