發(fā)布時間:2018-03-23
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代設(shè)備所要求的高速度、高性能、高自動化、高效率和長壽命,在潤滑方面單純用礦物油潤滑材料已難以滿足。在潤滑材料中加入少量其他物質(zhì)就能改善其性能,賦予它新的特性。這些物質(zhì)叫做潤滑油的添加劑。
在油品中增加不同添加劑是改善油質(zhì)的最經(jīng)濟(jì)最有效的手段。一般地說,潤滑油的品種多少,質(zhì)量好壞往往取決于添加劑的品種和質(zhì)量,因而發(fā)展添加劑的生產(chǎn)和使用,已成為合理有效利用資源,提高設(shè)備性能和節(jié)約能源的一個重要途徑。
潤滑油添加劑按作用可分為清凈分散劑、抗氧抗腐劑、極壓抗磨劑、油性劑和摩擦改進(jìn)劑、抗氧劑和金屬減活劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑、防銹劑、降凝劑、抗泡沫劑等分組,下面來介紹常用潤滑油添加劑的作用機(jī)理。
一、清凈分散劑
清凈分散劑包括清凈劑和分散劑兩類。主要用于內(nèi)燃機(jī)油(汽機(jī)油、柴機(jī)油、鐵路內(nèi)燃機(jī)車用油、二沖程汽機(jī)油和船用發(fā)動機(jī)油)。其主要作用是使發(fā)動機(jī)內(nèi)部保持清潔,使生成的不溶性物質(zhì)呈膠體懸浮狀態(tài),不致于進(jìn)一步形成積碳、漆膜或油泥。具體說來,其作用可分為酸中和、增溶、分散和洗滌等四方面。
1)酸中和作用:清凈分散劑一般都有一定的堿性,有的甚至是高堿性,它可以中和潤滑油氧化生成的有機(jī)酸和無機(jī)酸,阻止其進(jìn)一步縮合,因而使漆膜減少,同時還可以防止這些酸性物質(zhì)對發(fā)動機(jī)部件的腐蝕。
2)增溶作用:清凈分散劑都是一些表面活性劑,它能將本來在油中不能溶解的固體或液體物質(zhì)增溶于由5-20個表面活性劑分子集合而成的膠束中心,在使用過程中,它將含有羥基、羰基、羧基的含氧化合物、含有硝基化合物、水分等,增溶到膠束中,形成膠體,防止進(jìn)一步氧化與縮合,減少在發(fā)動機(jī)部件上有害沉積物的形成與聚集。
3)分散作用:能吸附已經(jīng)生成的積碳和漆膜等固體小顆粒,使之成為一種膠體溶液狀態(tài)分散在油中,阻止這些物質(zhì)進(jìn)一步凝聚成大顆粒而黏附在機(jī)件上,或沉積為油泥。
4)洗滌作用:能將已經(jīng)吸附在部件表面上的漆膜和積碳洗滌下來,分散在油中,使發(fā)動機(jī)和金屬表面保持清潔。
清凈分散劑的結(jié)構(gòu),基本上是由親油、極性和親水三個基團(tuán)組成,由于結(jié)構(gòu)的不同,導(dǎo)致清凈分散劑的性能有所不同,一般來說,有灰添加劑的清凈性較好,無灰添加劑的分散性突出。
清凈分散劑的典型代表有磺酸鹽、烷基酚鹽、水楊酸鹽、丁二酰亞胺、丁二酸酯和聚合物。前三種也稱有灰清凈分散劑,后三種稱無灰清凈分散劑。
二、抗氧劑
抗氧劑和抗氧抗腐劑可以抑制油品氧化,主要用于工業(yè)潤滑油、內(nèi)燃機(jī)和工藝用油等。
抗氧劑按其作用原理可分為二種類型:1)鏈反應(yīng)終止劑;2)過氧化物分解劑。常用的屏蔽酚型和胺型化合物抗氧劑,屬于鏈反應(yīng)終止劑,可以和過氧化基(ROO.)生成穩(wěn)定的產(chǎn)物(ROOH或ROOA),從而防止?jié)櫥椭袩N類化合物的氧化反應(yīng),如2,6酚、4,4亞甲基雙酚、α-萘胺、N,N-二仲丁基對苯二胺等。
過氧化物分解劑能分解油品氧化反應(yīng)中生成的過氧化物,使鏈反應(yīng)不能繼續(xù)發(fā)展而起到抗氧作用;能在熱分解過程中產(chǎn)生無機(jī)絡(luò)合物,在金屬表面形成保護(hù)膜而起到抗腐作用;在極壓條件下,在金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成具有承載能力的硫化膜而起到抗磨作用,所以它是多效添加劑。抗氧抗腐劑的主要品種有二烷基二硫代磷酸鋅鹽(ZDDP)、硫磷烷基鋅鹽、硫磷丁辛基鋅鹽及其系列產(chǎn)品。
酚型和胺型抗氧劑多用于變壓器油、工業(yè)潤滑油、汽輪機(jī)油和液壓油等。而二烷基二硫代磷酸鋅鹽等以及其它含硫、磷類或含有機(jī)硒類化合物常用于手工業(yè)潤滑油、內(nèi)燃機(jī)油及工藝用油。但含二硫代磷酸鹽的潤滑油不適合用于鍍銀肘節(jié)銷的內(nèi)燃機(jī)車及潤滑發(fā)動機(jī)的連桿頂部鋼套上,二烷基二硫代氨基甲酸鹽能滿足有鍍銀部件的機(jī)器使用要求。
三、油性和極壓抗磨劑
1)極壓抗磨劑是指在高溫、高壓的邊界潤滑狀態(tài)下,能和金屬表面形成高熔點化學(xué)反應(yīng)膜,以防止發(fā)生熔結(jié)、咬粘、刮傷的添加劑。它的作用是在摩擦高溫下分解的產(chǎn)物能與金屬起反應(yīng),生成剪切應(yīng)力和熔點都比純金屬低的化合物,從而防止接觸表面咬合和焊熔,有效地保護(hù)金屬表面。極壓抗磨劑主要用于工業(yè)齒輪油、液壓油、導(dǎo)軌油、切削油等有極壓要求的潤滑油中,以提高油品的極壓抗磨性能。
極壓抗磨劑一般分為有機(jī)硫化物、磷化物、氯化物、有機(jī)金屬鹽和硼酸鹽型極壓抗磨劑等。極壓抗磨劑的主要品種有:氯化石蠟、酸性亞磷酸二丁酯、硫磷酸含氮衍生物、磷酸三甲酚酯、硫化異丁烯、二芐基二硫、環(huán)烷酸鉛、硼酸鹽等。
2)凡是能使?jié)櫥驮黾佑湍?qiáng)度,減小摩擦系數(shù),提高抗磨損能力,降低運動部件之間的摩擦和磨損的添加劑都叫油性劑。
油性劑是一種表面活性劑,分子的一端帶有極性基團(tuán),另一端為油溶性的烴基基團(tuán)。含有這種極性基團(tuán)的物質(zhì)對金屬表面具有很強(qiáng)的親和力,它能牢固地定向吸附在金屬表面上,在金屬之間形成一種類似于緩沖墊的保護(hù)膜,防止金屬表面的直接接觸,減小摩擦和磨損。
油性劑具有很高的界面活性,它們在金屬表面產(chǎn)生物理吸附或化學(xué)吸附。物理吸附是可逆的,在溫度較低、負(fù)荷較小的情況下,物理吸附起作用;在高溫高負(fù)荷下吸附劑會脫附而失去作用。脂肪酸型的油性劑除了物理吸附外,還有化學(xué)吸附,在較低的溫度下與金屬表面生成金屬皂,提高抗磨性。
常用的油性劑為高級脂肪酸(如硬脂酸、軟脂酸、油酸、月桂酸、棕櫚酸、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),硫化鯨魚油、硫化綿籽油,二聚酸、苯三唑脂肪胺鹽及酸性磷酸酯類等。油性劑主要用于工業(yè)潤滑油、液壓油、導(dǎo)軌油、齒輪油等。
四、粘度指數(shù)改進(jìn)劑
粘度指數(shù)改進(jìn)劑又稱增粘劑或粘度劑,其產(chǎn)量僅次于清凈分散劑。粘度指數(shù)改進(jìn)劑是油溶性的鏈狀高分子聚合物,其分子量由幾萬到幾百萬大小不等。
粘度指數(shù)改進(jìn)劑溶解在潤滑油中,在低溫時它們以絲卷狀存在,對潤滑油的粘度影響不大,隨著潤滑油溫度升高,絲卷伸張,有效容積增大,對潤滑油流動阻力增大,導(dǎo)致潤滑油的粘度相對顯著增大。
由于不同溫度下粘度指數(shù)改進(jìn)劑具有不同形態(tài)并對粘度產(chǎn)生不同影響,它可以增加粘度和改進(jìn)粘溫性能,故粘度指數(shù)改進(jìn)劑主要用于提高潤滑油的粘度指數(shù)、改善粘溫性能、增大粘度。粘度指數(shù)改進(jìn)劑可用來配制稠化機(jī)油,使配制的油品具有優(yōu)良的粘溫性能,使油品的低溫起動性好、油耗低,具有一定的抗磨作用。
粘度指數(shù)改進(jìn)劑廣泛用于內(nèi)燃機(jī)油中,主要用于生產(chǎn)多級汽柴油機(jī)油,另外液壓油和齒輪油也使用。常用的粘度指數(shù)改進(jìn)劑有:聚異丁烯、聚甲基丙烯酸酯、乙烯/丙烯共聚物、苯乙烯與雙烯共聚物和聚乙烯正丁基醚等。
五、降凝劑
油品溫度下降到一定程度后,就要失去流動性而凝固,降凝劑的作用主要是降低油品的凝固點,并保證油品在低溫下能夠流動。油中含有蠟,在低溫下,高熔點的石蠟烴,常以針狀或片狀結(jié)晶析出,并相互聯(lián)結(jié)成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),形成結(jié)晶骨架,將低熔點油吸附并包圍其中,尤如吸水的海綿,致使整個油品喪失流動性。降凝劑有吸附和共晶兩個作用,降凝劑雖不能阻止蠟晶的析出,但可以改變蠟的結(jié)構(gòu)。
降凝劑在蠟結(jié)晶表面的吸附或與其形成共晶,改變蠟結(jié)晶的形狀和尺寸,防止蠟晶粒聯(lián)結(jié)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而保持油品在低溫下的流動性。降凝劑廣泛應(yīng)用于各類潤滑油中,典型代表是烷基萘、聚甲基丙烯酸酯和聚α烯烴。
六、防銹劑
防銹劑的作用是在金屬表面形成牢固的吸附膜,以抑制氧及水特別是水對金屬表面的接觸,使金屬不致銹蝕。作為石油添加劑的防銹劑,必須對金屬有充分的吸附性和對油的溶解性,因此防銹劑均由很強(qiáng)的極性基和適當(dāng)?shù)挠H油基組成。目前使用較廣、效果較好的有以下幾類:磺酸鹽(磺酸鈣、磺酸鈉和磺酸鋇)、羧酸及其鹽類(十二烯基丁二酸、環(huán)烷酸鋅、N-油酰肌氨酸十八胺鹽)、有機(jī)磷酸鹽類、咪唑啉鹽、酯型防銹劑(羊毛脂及羊毛脂皂、司苯-60或80、氧化石油脂)、雜環(huán)化合物(苯并三氮唑)、有機(jī)胺類等。
水溶性防銹劑主要有:亞硝酸鈉、重鉻酸鉀、磷酸三鈉、磷酸氫二銨、苯甲酸鈉、三乙醇胺等。防銹劑主要用于工業(yè)潤滑油和金屬加工冷卻潤滑液、金屬防護(hù)油等。
七、抗乳化劑
油品在使用過程中會受到水的污染,如機(jī)械設(shè)備漏水、為了冷卻加工件而必須噴淋大量冷卻水等情況,均會在油中進(jìn)入一定水分,這就要求油品具有一定的分水性和不被水乳化成W/O(水/油)型乳化體。因為潤滑油在乳化后或其抗乳化性差,會喪失流動性(W/O型乳化體會使油的粘度成倍地增加)和損失潤滑性,也會引起金屬腐蝕和磨損。工業(yè)齒輪油、汽輪機(jī)油、液壓油(如含鋅鹽的油品)均易受水的污染,所以這些油品對抗乳化性能有較高的要求。
造成潤滑油分水性差或發(fā)生乳化的原因是多方面的。
1)高粘度油中會含有一些極性組分;
2)在工業(yè)潤滑油中加有各種添加劑,特別是清凈分散劑、防銹劑、極壓抗磨劑,這些添加劑大部分均屬表面活性劑,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,使油抗乳化性變差。
加深基礎(chǔ)油的精制深度,選擇適宜的各種添加劑固然是一種應(yīng)首先考慮的問題,但是加入抗乳化劑是提高潤滑油抗乳化性的主要途徑。在油品中加入抗乳化劑后能改變油/水界面張力,以達(dá)到改善油品的抗乳化性的目的。因為加入抗乳劑后可以消除分散相液滴結(jié)合的障礙(即消除液滴外面的保護(hù)膜),使液滴容易結(jié)合在一起。另外,抗乳化劑能使乳化液發(fā)生轉(zhuǎn)相作用,是W/O型變成O/W型,達(dá)到分水的目的。較常用的抗乳化劑有聚氧丙烷型的衍生物等。
八、抗泡沫劑
潤滑油基礎(chǔ)油經(jīng)過精制后仍會殘存少量極性物質(zhì),且隨著潤滑油使用各種各樣的添加劑來滿足各種機(jī)械設(shè)備的高性能要求,便會在循環(huán)潤滑系統(tǒng)中,產(chǎn)生發(fā)泡現(xiàn)象,不但影響潤滑油的泵送,也破壞了油膜強(qiáng)度和穩(wěn)定性,造成不應(yīng)有的磨損事故,或使機(jī)器無法正常運轉(zhuǎn),諸如斷油、氣阻、燒結(jié)等現(xiàn)象便會不斷發(fā)生。
抗泡劑的作用是抑制泡沫的產(chǎn)生,以免形成穩(wěn)定的泡沫,它能吸附在泡膜上,形成不安定的膜,從而達(dá)到破壞泡沫的目的。最常用的抗泡劑是甲基硅油抗泡劑。它不溶于油,通過膠體磨等手段使之呈高度分散狀態(tài)而分布于油中。它的用量一般為1-100ppm。另外還有一種非硅抗泡劑,屬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氣釋放性。
九、復(fù)合添加劑
隨著油品質(zhì)量等級的提高,功能添加劑也逐漸由單劑向復(fù)合劑轉(zhuǎn)變。復(fù)合添加劑的性能不僅要靠添加劑單劑質(zhì)量的提高,還要通過添加劑復(fù)合規(guī)律研究確定添加劑相互協(xié)合作用的本質(zhì),以獲得綜合性能最佳的復(fù)合劑。使用復(fù)合添加劑可以減化配方篩選的難度,降低潤滑油生產(chǎn)的成本并且穩(wěn)定油品生產(chǎn)質(zhì)量?,F(xiàn)在,復(fù)合添加劑在潤滑油中的地位愈來愈重要。
復(fù)合添加劑的種類有:發(fā)動機(jī)油復(fù)合劑、齒輪油復(fù)合劑、液壓油復(fù)合劑、工業(yè)潤滑油復(fù)合劑等。
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