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      漲知識 | 潤滑油清凈劑發展趨勢

      更新時間:2021-01-26 點擊數:217

      漲知識 | 潤滑油清凈劑發展趨勢



      能使發動機部件得到清洗并保持部件干凈的化學品稱為清凈劑。清凈劑是現代潤滑油使用的五大添加劑(清凈劑、分散劑、抗氧劑、極壓抗磨劑和黏度指數改進劑)之一。在潤滑劑添加劑中,清凈劑、分散劑和黏度指數改進劑(VII)是使用量最大的3種添加劑,占添加劑總消耗量的68%。

       



      清凈劑出現于20世紀30年代,當時隨著發動機向大馬力、高功率發展和換油期的延長,對發動機油的使用性能提出了更高的要求。原用的精制潤滑油已不能滿足發動機的潤滑要求,出現了活塞環積炭增多、黏環事故不斷發生等問題。美國于1943年發現加入油溶性脂肪酸或環烷酸等有機皂類的柴油機油可以解決黏環問題,于是借用一般水溶性肥皂具有“清凈性”,將這類油溶性金屬皂類命名為清凈劑。通常清凈劑中都含有鈣、鋇、鎂和鈉等金屬元素。比較常用的清凈劑有磺酸鹽、硫代磷酸鹽、硫化烷基酚鹽、烷基水楊酸鹽和環烷酸鹽等五大類。


      潤滑油在發動機中受熱和活塞環泄漏氣體混入曲軸箱中后,油就會變質生成漆膜、油泥等不溶物,并附著在發動機部件上,造成黏環和加快腐蝕磨損。清凈劑能清洗掉部件上的沉積物或使不溶物的粒子以膠態懸浮體分散在油中,同時中和被氧化生成的酸性物質來控制漆膜、活塞環的沉積物和腐蝕。


      清凈劑的作用機理


                                                  

      酸中和作用


      數清凈劑具有堿值,且堿值可高達400mgKOHg以上,具有很強的中和能力:


      • 中和潤滑油本身氧化和燃料不完全燃燒所生成的酸性氧化物或有機酸,使其失去活性,變為油溶性物質,并阻止這些物質進一步氧化縮合,從而減少漆膜沉積物的生成。

      • 中和含硫燃料燃燒后生成的so3,阻止其進一步磺化潤滑油。

      • 中和汽油燃燒后生成的鹽酸和硝酸,阻止其進一步對烴類產生作用。由于中和了這些有機酸和無機酸,既抑制其促進烴類氧化生成沉積物,又抑制了這些酸性產物對活塞環及缸套的腐蝕磨損。


      洗滌作用


      在潤滑油中呈膠束的清凈劑對生成的漆膜、膠質和積炭有很強的吸附能力,能將已經黏附在活塞上的漆膜、膠質和積炭洗滌下來,并分散在油中,以保持部件干凈,減少磨損。


      分散作用


      分散作用又可稱為懸浮或膠溶,即清凈劑能將已經形成的漆膜、膠質和積炭等固體小顆粒加以吸附,在其表面形成一層覆蓋膜而分散在油中,阻止這些非油溶性顆粒聚集成較大的顆粒沉積或黏附于氣缸上。清凈劑的分散作用機理見圖1。


                                      


      增溶作用


      所謂增溶作用是指借助于表面活性劑的作用,把原來不溶解的液態物質溶解于介質內。清凈劑是一些表面活性劑,常以膠束形式分散于潤滑油中,可溶解各種活性基團,如羰基、羧基、羥基和硝基等化合物。這些物質是生成漆膜、膠質和積炭的中間體。它們被增溶到膠束中心,外面包圍了形成此膠束的添加劑分子,因而阻止了進一步的氧化與縮合。


                                                 

                                             

      清凈劑的主要品種及性能


      磺酸鹽


      磺酸鹽按原料來源不同,磺酸鹽可分為石油磺酸鹽和合成磺酸鹽。二者性能和效果差不多,但合成磺酸鹽的成本較高。


      按堿值來分,磺酸鹽可分為:


      ◇中性或低堿值磺酸鹽:其總堿值(TBN)一般在530mgKOH/g;

      ◇中堿值磺酸鹽:TBN為150mgKOHg左右;

      ◇高堿值磺酸鹽:TBN為300mgKOHg左右;

      ◇超高堿值磺酸鹽:TBN為400mgKOHg左右。


      按金屬的種類分,有磺酸鈣鹽、磺酸鎂鹽、磺酸鈉和磺酸鋇,其中磺酸鈣鹽的用量較多。20世紀70年代以來,磺酸鎂鹽有所發展。這是因為磺酸鎂鹽灰分低,適應了發動機油低灰分化的要求;同時還具有較好的防銹性?;撬徭V鹽多用于高檔汽油機油。對于磺酸鋇鹽,由于鋇是重金屬,有毒,因而其應用量越來越少?;撬徜^鹽作為用于內燃機油的清凈劑,幾乎完全被淘汰。


      按合成途徑分,以潤滑油餾分作為原料生產的磺酸鹽為石油磺酸鹽;而以各種合成烷基苯為原料生產的磺酸鹽為合成磺酸鹽。石油磺酸鹽是以相對分子質量為380的潤滑油餾分為原料。合成磺酸鹽的制備(以鈣鹽為例)是以生產12-烷基苯的副產物重烷基苯或烯經與苯烷基化制得的合成烷基苯為原料,然后用發煙硫酸或So3進行磺化,得到石油磺酸或合成磺酸;再用石灰與磺酸反應(金屬化)生成中性磺酸鈣鹽;最后碳酸化,在醇類促進劑存在條件下,加入石灰并通入二氧化碳,得到中堿值或高堿值磺酸鈣鹽。合成磺酸鹽的制備工藝流程見圖2。



       


      低堿值磺酸鹽中的油溶性烷基為C18~C20或以上,對油有充分溶解性的磺酸分子量在450以上。高堿值磺酸鈣鹽是通過將過剩的堿以碳酸鈣的形式分散在膠束中,形成高堿性磺酸鹽。以碳酸鈣的形式分散的鈣鹽與磺酸鹽的鈣鹽之比超過30:1。


      低堿值磺酸鹽結構見圖3,中堿值或高堿值磺酸鹽結構見圖4,高堿值磺酸鈣鹽的膠束結構見圖5。



      低堿值磺酸鹽一般為鈣鹽,其化學組成基本上是中性磺酸鈣(皂)以及分散在其中的少量氫氧化鈣。中堿值和高堿值磺酸鈣鹽的主要區別在于膠束中被分散的無機堿性組分含量不同?;撬猁}中的無機堿性組分含量愈高,堿儲備愈好,中和能力愈強。清凈劑的清凈能力主要取決于中性鹽(皂含量)的多少,因而低堿值磺酸鈣鹽有很好的清凈性。而高堿值磺酸鹽有較好的中和能力和高溫清凈性。


      磺酸鹽能牢固地吸附于鐵金屬表面,形成不透水的保護膜,這保正了它具有良好的防銹性能,但抗氧性較差。與水楊酸和酚鹽比較,磺酸鹽的增溶和分散作用更好;但在苛刻的高溫條件下中和速度及清凈性又比水楊酸鹽和酚鹽差,尤其是所有磺酸鹽添加劑的抗氧抗腐性都差,高堿值磺酸鹽添加劑甚至還有促進氧化作用。為了彌補磺酸鹽抗氧性的缺陷,在現代發動機油中,除了將不同高、低堿值磺酸鹽復合使用外,更多的是將磺酸鹽與硫化烷基酚鹽、分散劑和抗氧抗腐劑復合使用。


      總之,磺酸鹽具有高溫清凈性好、中和能力強、防銹性好、有一定的分散性、原料易得、價格便宜等優點,其與其他添加劑復合,能配制各種內燃機油,也可用于船用氣缸油和發動機油。


      硫化烷基酚鹽

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