常用潤滑油添加劑的作用機理
時間：2018-11-10
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代設備所要求的高速度、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、油性劑和摩擦改進劑、抗氧劑和金屬減活劑、黏度指數(shù)改進劑、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)燃機油（汽機油、柴機油、鐵路內(nèi)燃機車用油、二沖程汽機油和船用發(fā)動機油）。其主要作用是使發(fā)動機內(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酸和無機酸，阻止其進一步縮合，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，防止進一步氧化與縮合，減少在發(fā)動機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)進一步凝聚成大顆粒而黏附在機件上，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組成，由于結(jié)構(gòu)的不同，導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，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中生成的過氧化物，使鏈反應不能繼續(xù)發(fā)展而起到抗氧作用；能在熱分解過程中產(chǎn)生無機絡合物，在金屬表面形成保護膜而起到抗腐作用；在極壓條件下，在金屬表面發(fā)生化學反應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)潤滑油、汽輪機油和液壓油等。而二烷基二硫代磷酸鋅鹽等以及其它含硫、磷類或含有機硒類化合物常用于手工業(yè)潤滑油、內(nèi)燃機油及工藝用油。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)燃機車及潤滑發(fā)動機的連桿頂部鋼套上，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反應膜，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，生成剪切應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，有效地保護金屬表面。極壓抗磨劑主要用于工業(yè)齒輪油、液壓油、導軌油、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硫化物、磷化物、氯化物、有機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)櫥驮黾佑湍姸龋瑴p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，另一端為油溶性的烴基基團。含有這種極性基團的物質(zhì)對金屬表面具有很強的親和力，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)生物理吸附或化學吸附。物理吸附是可逆的，在溫度較低、負荷較小的情況下，物理吸附起作用；在高溫高負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、導軌油、齒輪油等。
四、粘度指數(shù)改進劑
粘度指數(shù)改進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粘溫性能，故粘度指數(shù)改進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)改進劑可用來配制稠化機油，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)改進劑廣泛用于內(nèi)燃機油中，主要用于生產(chǎn)多級汽柴油機油，另外液壓油和齒輪油也使用。常用的粘度指數(shù)改進劑有：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的極性基和適當?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、金屬防護油等。
七、抗乳化劑
油品在使用過程中會受到水的污染，如機械設備漏水、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。
加深基礎油的精制深度，選擇適宜的各種添加劑固然是一種應首先考慮的問題，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械設備的高性能要求，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，也破壞了油膜強度和穩(wěn)定性，造成不應有的磨損事故，或使機器無法正常運轉(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合劑轉(zhuǎn)變。復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合劑。使用復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，復合添加劑在潤滑油中的地位愈來愈重要。
復合添加劑的種類有：發(fā)動機油復合劑、齒輪油復合劑、液壓油復合劑、工業(yè)潤滑油復合劑等。
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