常用潤(rùn)滑油添加劑的作用機(jī)理
時(shí)間：2018-11-10
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(dòng)化、高效率和長(zhǎng)壽命，在潤(rùn)滑方面單純用礦物油潤(rùn)滑材料已難以滿足。在潤(rùn)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(rùn)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(shuō)，潤(rùn)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(gè)重要途徑。
潤(rùn)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(lái)介紹常用潤(rùn)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(chē)用油、二沖程汽機(jī)油和船用發(fā)動(dòng)機(jī)油）。其主要作用是使發(fā)動(dòng)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(shuō)來(lái)，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(rùn)滑油氧化生成的有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸，阻止其進(jìn)一步縮合，因而使漆膜減少，同時(shí)還可以防止這些酸性物質(zhì)對(duì)發(fā)動(dòng)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(lái)在油中不能溶解的固體或液體物質(zhì)增溶于由5-20個(gè)表面活性劑分子集合而成的膠束中心，在使用過(guò)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(dòng)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(lái)，分散在油中，使發(fā)動(dòng)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(gè)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(lái)說(shuō)，有灰添加劑的清凈性較好，無(wú)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(wú)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(rùn)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(guò)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(guò)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(duì)苯二胺等。
過(guò)氧化物分解劑能分解油品氧化反應(yīng)中生成的過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生無(wú)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?？寡蹩垢瘎┑闹饕贩N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(rùn)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(rùn)滑油、內(nèi)燃機(jī)油及工藝用油。但含二硫代磷酸鹽的潤(rùn)滑油不適合用于鍍銀肘節(jié)銷(xiāo)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)及潤(rùn)滑發(fā)動(dòng)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(rùn)滑狀態(tài)下，能和金屬表面形成高熔點(diǎn)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(diǎn)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(rùn)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(yùn)動(dòng)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(duì)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?cè)诮饘俦砻娈a(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(huì)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(jí)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(yú)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(rùn)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?jī)H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(wàn)到幾百萬(wàn)大小不等。
粘度指數(shù)改進(jìn)劑溶解在潤(rùn)滑油中，在低溫時(shí)它們以絲卷狀存在，對(duì)潤(rùn)滑油的粘度影響不大，隨著潤(rùn)滑油溫度升高，絲卷伸張，有效容積增大，對(duì)潤(rùn)滑油流動(dòng)阻力增大，導(dǎo)致潤(rùn)滑油的粘度相對(duì)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(duì)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(rùn)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(lái)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(dòng)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(jí)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(dòng)性而凝固，降凝劑的作用主要是降低油品的凝固點(diǎn)，并保證油品在低溫下能夠流動(dòng)。油中含有蠟，在低溫下，高熔點(diǎn)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(diǎn)油吸附并包圍其中，尤如吸水的海綿，致使整個(gè)油品喪失流動(dòng)性。降凝劑有吸附和共晶兩個(gè)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(dòng)性。降凝劑廣泛應(yīng)用于各類潤(rùn)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(duì)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(duì)金屬有充分的吸附性和對(duì)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(rùn)滑油和金屬加工冷卻潤(rùn)滑液、金屬防護(hù)油等。
七、抗乳化劑
油品在使用過(guò)程中會(huì)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(huì)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?yàn)闈?rùn)滑油在乳化后或其抗乳化性差，會(huì)喪失流動(dòng)性（W/O型乳化體會(huì)使油的粘度成倍地增加）和損失潤(rùn)滑性，也會(huì)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(duì)抗乳化性能有較高的要求。
造成潤(rùn)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(huì)含有一些極性組分；
2）在工業(yè)潤(rùn)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(wèn)題，但是加入抗乳化劑是提高潤(rùn)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?yàn)榧尤肟谷閯┖罂梢韵稚⑾嘁旱谓Y(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(rùn)滑油基礎(chǔ)油經(jīng)過(guò)精制后仍會(huì)殘存少量極性物質(zhì)，且隨著潤(rùn)滑油使用各種各樣的添加劑來(lái)滿足各種機(jī)械設(shè)備的高性能要求，便會(huì)在循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)中，產(chǎn)生發(fā)泡現(xiàn)象，不但影響潤(rùn)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(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，諸如斷油、氣阻、燒結(jié)等現(xiàn)象便會(huì)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(guò)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(jí)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(guò)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(rùn)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(rùn)滑油中的地位愈來(lái)愈重要。
復(fù)合添加劑的種類有：發(fā)動(dòng)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(rùn)滑油復(fù)合劑等。
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