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  • 润滑油添加剂的原理


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    随着工业技术的发展,现代设备所要求的高速度、高性能、高自动化、高效率和长寿命,在润滑方面单纯用矿物油润滑材料已难以满足。在润滑材料中加入少量其他物质就能改善其性能,赋予它新的特性。这些物质叫做润滑油的添加剂。


    在油品中增加不同添加剂是改善油质的最经济最有效的手段。一般地说,润滑油的品种多少,质量好坏往往取决于添加剂的品种和质量,因而发展添加剂的生产和使用,已成为合理有效利用资源,提高设备性能和节约能源的一个重要途径。


    润滑油添加剂按作用可分为清净分散剂、抗氧抗腐剂、极压抗磨剂、油性剂和摩擦改进剂、抗氧剂和金属减活剂、黏度指数改进剂、防锈剂、降凝剂、抗泡沫剂等分组,下面来介绍常用润滑油添加剂的作用机理。


    01 清净分散剂


    清净分散剂包括清净剂分散剂两类。主要用于内燃机油(汽机油、柴机油、铁路内燃机车用油、二冲程汽机油和船用发动机油)。其主要作用是使发动机内部保持清洁,使生成的不溶性物质呈胶体悬浮状态,不致于进一步形成积碳、漆膜或油泥。具体说来,其作用可分为酸中和、增溶、分散和洗涤等四方面。


    酸中和作用:

    清净分散剂一般都有一定的碱性,有的甚至是高碱性,它可以中和润滑油氧化生成的有机酸和无机酸,阻止其进一步缩合,因而使漆膜减少,同时还可以防止这些酸性物质对发动机部件的腐蚀。


    增溶作用:

    清净分散剂都是一些表面活性剂,它能将本来在油中不能溶解的固体或液体物质增溶于由5-20个表面活性剂分子集合而成的胶束中心,在使用过程中,它将含有羟基、羰基、羧基的含氧化合物、含有硝基化合物、水分等,增溶到胶束中,形成胶体,防止进一步氧化与缩合,减少在发动机部件上有害沉积物的形成与聚集。


    分散作用:

    能吸附已经生成的积碳和漆膜等固体小颗粒,使之成为一种胶体溶液状态分散在油中,阻止这些物质进一步凝聚成大颗粒而黏附在机件上,或沉积为油泥。


    洗涤作用:

    能将已经吸附在部件表面上的漆膜和积碳洗涤下来,分散在油中,使发动机和金属表面保持清洁。

    清净分散剂的结构,基本上是由亲油、极性和亲水三个基团组成,由于结构的不同,导致清净分散剂的性能有所不同,一般来说,有灰添加剂的清净性较好,无灰添加剂的分散性突出。


    清净分散剂的典型代表有磺酸盐、烷基酚盐、水杨酸盐、丁二酰亚胺、丁二酸酯和聚合物。前三种也称有灰清净分散剂,后三种称无灰清净分散剂。


    02 抗氧剂


    抗氧剂和抗氧抗腐剂可以抑制油品氧化,主要用于工业润滑油、内燃机和工艺用油等。


    抗氧剂按其作用原理可分为二种类型:1)链反应终止剂;2)过氧化物分解剂。常用的屏蔽酚型和胺型化合物抗氧剂,属于链反应终止剂,可以和过氧化基(ROO.)生成稳定的产物(ROOH或ROOA),从而防止润滑油中烃类化合物的氧化反应,如2,6酚、4,4亚甲基双酚、α-萘胺、N,N-二仲丁基对苯二胺等。


    过氧化物分解剂能分解油品氧化反应中生成的过氧化物,使链反应不能继续发展而起到抗氧作用;能在热分解过程中产生无机络合物,在金属表面形成?;つざ鸬?span style="color:#E97C17;">抗腐作用;在极压条件下,在金属表面发生化学反应形成具有承载能力的硫化膜而起到抗磨作用,所以它是多效添加剂??寡蹩垢恋闹饕分钟卸榛虼姿嵝垦危╖DDP)、硫磷烷基锌盐、硫磷丁辛基锌盐及其系列产品。


    酚型和胺型抗氧剂多用于变压器油、工业润滑油、汽轮机油和液压油等。而二烷基二硫代磷酸锌盐等以及其它含硫、磷类或含有机硒类化合物常用于手工业润滑油、内燃机油及工艺用油。但含二硫代磷酸盐的润滑油不适合用于镀银肘节销的内燃机车及润滑发动机的连杆顶部钢套上,二烷基二硫代氨基甲酸盐能满足有镀银部件的机器使用要求。


    03 油性和极压抗磨剂

    1. 极压抗磨剂是指在高温、高压的边界润滑状态下,能和金属表面形成高熔点化学反应膜,以防止发生熔结、咬粘、刮伤的添加剂。它的作用是在摩擦高温下分解的产物能与金属起反应,生成剪切应力和熔点都比纯金属低的化合物,从而防止接触表面咬合和焊熔,有效地?;そ鹗舯砻?。极压抗磨剂主要用于工业齿轮油、液压油、导轨油、切削油等有极压要求的润滑油中,以提高油品的极压抗磨性能。


    极压抗磨剂一般分为有机硫化物、磷化物、氯化物、有机金属盐和硼酸盐型极压抗磨剂等。极压抗磨剂的主要品种有:氯化石蜡、酸性亚磷酸二丁酯、硫磷酸含氮衍生物、磷酸三甲酚酯、硫化异丁烯、二苄基二硫、环烷酸铅、硼酸盐等。


    2. 凡是能使润滑油增加油膜强度,减小摩擦系数,提高抗磨损能力,降低运动部件之间的摩擦和磨损的添加剂都叫油性剂。


    油性剂是一种表面活性剂,分子的一端带有极性基团,另一端为油溶性的烃基基团。含有这种极性基团的物质对金属表面具有很强的亲和力,它能牢固地定向吸附在金属表面上,在金属之间形成一种类似于缓冲垫的?;つ?,防止金属表面的直接接触,减小摩擦和磨损。


    油性剂具有很高的界面活性,它们在金属表面产生物理吸附或化学吸附。物理吸附是可逆的,在温度较低、负荷较小的情况下,物理吸附起作用;在高温高负荷下吸附剂会脱附而失去作用。脂肪酸型的油性剂除了物理吸附外,还有化学吸附,在较低的温度下与金属表面生成金属皂,提高抗磨性。


    常用的油性剂为高级脂肪酸(如硬脂酸、软脂酸、油酸、月桂酸、棕榈酸、蓖麻油酸等),脂肪酸的酯(如硬脂酸乙酯、油酸丁酯等),脂肪酸胺或酰胺化合物(如硬脂酸胺、N,N-二(聚乙二醇)十八胺、硬脂酰胺等),硫化鲸鱼油、硫化绵籽油,二聚酸、苯三唑脂肪胺盐及酸性磷酸酯类等。油性剂主要用于工业润滑油、液压油、导轨油、齿轮油等。


    04 粘度指数改进剂

    粘度指数改进剂又称增粘剂或粘度剂,其产量仅次于清净分散剂。粘度指数改进剂是油溶性的链状高分子聚合物,其分子量由几万到几百万大小不等。


    粘度指数改进剂溶解在润滑油中,在低温时它们以丝卷状存在,对润滑油的粘度影响不大,随着润滑油温度升高,丝卷伸张,有效容积增大,对润滑油流动阻力增大,导致润滑油的粘度相对显著增大。


    由于不同温度下粘度指数改进剂具有不同形态并对粘度产生不同影响,它可以增加粘度和改进粘温性能,故粘度指数改进剂主要用于提高润滑油的粘度指数、改善粘温性能、增大粘度。粘度指数改进剂可用来配制稠化机油,使配制的油品具有优良的粘温性能,使油品的低温起动性好、油耗低,具有一定的抗磨作用。


    粘度指数改进剂广泛用于内燃机油中,主要用于生产多级汽柴油机油,另外液压油和齿轮油也使用。常用的粘度指数改进剂有:聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯、乙烯/丙烯共聚物、苯乙烯与双烯共聚物和聚乙烯正丁基醚等。


    05 降凝剂


    油品温度下降到一定程度后,就要失去流动性而凝固,降凝剂的作用主要是降低油品的凝固点,并保证油品在低温下能够流动。油中含有蜡,在低温下,高熔点的石蜡烃,常以针状或片状结晶析出,并相互联结成立体网络结构,形成结晶骨架,将低熔点油吸附并包围其中,尤如吸水的海绵,致使整个油品丧失流动性。降凝剂有吸附和共晶两个作用,降凝剂虽不能阻止蜡晶的析出,但可以改变蜡的结构。


    降凝剂在蜡结晶表面的吸附或与其形成共晶,改变蜡结晶的形状和尺寸,防止蜡晶粒联结形成三维网状结构,从而保持油品在低温下的流动性。降凝剂广泛应用于各类润滑油中,典型代表是烷基萘、聚甲基丙烯酸酯和聚α烯烃。


    06 防锈剂


    防锈剂的作用是在金属表面形成牢固的吸附膜,以抑制氧及水特别是水对金属表面的接触,使金属不致锈蚀。作为石油添加剂的防锈剂,必须对金属有充分的吸附性和对油的溶解性,因此防锈剂均由很强的极性基和适当的亲油基组成。目前使用较广、效果较好的有以下几类:磺酸盐(磺酸钙、磺酸钠和磺酸钡)、羧酸及其盐类(十二烯基丁二酸、环烷酸锌、N-油酰肌氨酸十八胺盐)、有机磷酸盐类、咪唑啉盐、酯型防锈剂(羊毛脂及羊毛脂皂、司苯-60或80、氧化石油脂)、杂环化合物(苯并三氮唑)、有机胺类等。


    水溶性防锈剂主要有:亚硝酸钠、重铬酸钾、磷酸三钠、磷酸氢二铵、苯甲酸钠、三乙醇胺等。防锈剂主要用于工业润滑油和金属加工冷却润滑液、金属防护油等。


    07 抗乳化剂

    油品在使用过程中会受到水的污染,如机械设备漏水、为了冷却加工件而必须喷淋大量冷却水等情况,均会在油中进入一定水分,这就要求油品具有一定的分水性和不被水乳化成W/O(水/油)型乳化体。因为润滑油在乳化后或其抗乳化性差,会丧失流动性(W/O型乳化体会使油的粘度成倍地增加)和损失润滑性,也会引起金属腐蚀和磨损。工业齿轮油、汽轮机油、液压油(如含锌盐的油品)均易受水的污染,所以这些油品对抗乳化性能有较高的要求。


    造成润滑油分水性差或发生乳化的原因是多方面的。

    1.高粘度油中会含有一些极性组分

    2.在工业润滑油中加有各种添加剂,特别是清净分散剂、防锈剂、极压抗磨剂,这些添加剂大部分均属表面活性剂,加入后要降低油品的抗乳化性

    3.油品在使用中被氧化生成了羧酸等易乳化的化合物,使油抗乳化性变差


    加深基础油的精制深度,选择适宜的各种添加剂固然是一种应首先考虑的问题,但是加入抗乳化剂是提高润滑油抗乳化性的主要途径。在油品中加入抗乳化剂后能改变油/水界面张力,以达到改善油品的抗乳化性的目的。因为加入抗乳剂后可以消除分散相液滴结合的障碍(即消除液滴外面的?;つぃ?,使液滴容易结合在一起。另外,抗乳化剂能使乳化液发生转相作用,是W/O型变成O/W型,达到分水的目的。较常用的抗乳化剂有聚氧丙烷型的衍生物等。


    08 抗泡沫剂


    润滑油基础油经过精制后仍会残存少量极性物质,且随着润滑油使用各种各样的添加剂来满足各种机械设备的高性能要求,便会在循环润滑系统中,产生发泡现象,不但影响润滑油的泵送,也破坏了油膜强度和稳定性,造成不应有的磨损事故,或使机器无法正常运转,诸如断油、气阻、烧结等现象便会不断发生。


    抗泡剂的作用是抑制泡沫的产生,以免形成稳定的泡沫,它能吸附在泡膜上,形成不安定的膜,从而达到破坏泡沫的目的。


    最常用的抗泡剂是甲基硅油抗泡剂。它不溶于油,通过胶体磨等手段使之呈高度分散状态而分布于油中。它的用量一般为1-100ppm。另外还有一种非硅抗泡剂,属于聚丙烯酸酯型的高分子酯。它和硅油相比,能有效地改善油品的空气释放性。


    09 复合添加剂

    随着油品质量等级的提高,功能添加剂也逐渐由单剂向复合剂转变。复合添加剂的性能不仅要靠添加剂单剂质量的提高,还要通过添加剂复合规律研究确定添加剂相互协合作用的本质,以获得综合性能最佳的复合剂。使用复合添加剂可以减化配方筛选的难度,降低润滑油生产的成本并且稳定油品生产质量。现在,复合添加剂在润滑油中的地位愈来愈重要。

    复合添加剂的种类有:发动机油复合剂、齿轮油复合剂、液压油复合剂、工业润滑油复合剂等。



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