[金属清净剂在内燃机油中的抗泡性能研究] 高温金属有灰清净剂

　　摘要：主要对清净剂在内燃机油中的抗泡性能进行研究。研究结果表明，绝大多数基础油都具有较强泡沫倾向性，但是泡沫稳定性均较低。金属清净剂在不同的基础油中抗泡性能各不相同。问题最严重的是HVIWH300和T106-B之间会形成很大的泡沫倾向性和稳定性，且很难消除。研究发现不同品牌T106在HVIWH300中的抗泡性能具有很大差异，因此可以利用不同品牌T106复配解决上述问题。��
　　关键词：金属清净剂；抗泡性能；协同作用；T106
　　中图分类号：TE624.82 文献标识码：A��
　　
　　0 前言�
　　
　　内燃机油在使用过程中，会由于多种因素产生泡沫。泡沫的产生及增多给内燃机及其润滑油带来许多危害，会造成机器部件干摩擦，还可能产生气阻使油泵中断供油，导致机器的部件磨损增加直至损坏。进入90年代以来，由于汽车工业的迅猛发展，发动机设计日益向小型化、大功率、高速度方向看齐，因此对润滑油的性能要求越来越高。为了保证润滑油能够在内燃机中发挥正常的作用，国标和企业标准中都分别对其抗泡性能做出了严格限制。例如在中国石油润滑油公司SL/GF-3润滑油标准中做出了严格限定：高温下泡沫倾向性不能超过100 mL，泡沫稳定性均为0。为了消除内燃机系统工作时产生的泡沫，人们经过长期的观察和研究，找到了多种消泡方法，如物理消泡法、机械消泡法、化学消泡法等，其中化学消泡法中加入抗泡剂效果最好，方法简单，因此，被国内外广泛采用。但是在部分内燃机油产品中单纯依靠加入消泡剂并不能完全解决生产和研究中出现的实际问题。�
　　泡沫的产生和稳定性能与表面活性物质或起泡物质有着重要关系。在润滑油中影响泡沫的因素很多，基础油和添加剂中都或多或少含有表面活性物质或起泡物质，且这些物质间有着复杂的协同作用和对抗作用。但是在以上诸多影响因素中，金属清净剂是影响润滑油泡沫性能的主要因素［1］。因此研究不同类型金属清净剂在基础油中的抗泡性能，对润滑油的研发和生产有着重要意义和价值。�
　　
　　1 实验部分�
　　
　　1.1 主要原材料�
　　实验所用的基础油和金属清净剂的主要理化性能见表1和表2。��
　　1.2 主要实验方法�
　　实验中所用的理化分析方法见表3。��
　　
　　2 实验结果与讨论�
　　
　　2.1 不同类型基础油的抗泡性能研究�
　　在实际工作中，经常会遇到由于基础油的来源、批次以及加工工艺等条件的变化，造成润滑油调制过程中抗泡性能不合格。这给实际生产带来了诸多不便，因此对不同油源、批次的基础油进行了抗泡性能测试。实验结果表明：绝大多数基础油都会有较强泡沫倾向性，但是泡沫稳定性均较低，基本上都为0；HVIWH300起泡性较高，各批次之间有一定差异但并不明显；从现有数据分析，不同油源基础油具有同一规律，即随粘度增加起泡性先增大后减小；低粘度合成油（PAO-6）抗泡性能好，这和该基础油组分相对单一，粘度较低有直接关系。�
　　2.2 不同类型金属清净剂在HVIWH300中的抗泡性能研究�
　　实验选择了中碱值烷基水杨酸钙T109、高碱值硫化烷基酚钙T115B、高碱值烷基苯磺酸钙T106、低碱值烷基苯磺酸钙T104四种类型金属清净剂。其中由于T106在实际中产生的问题比较多，故选择了两个品牌的T106作为研究对象。将上述清净剂按不同加剂量调入HVIWH300基础油，对其抗泡性能进行测试。不同类型金属清净剂在HVIWH300基础油中的泡沫倾向性和稳定性差异较大，但是各类清净剂在前24 ℃，93.5 ℃，后24 ℃和150 ℃的变化趋势一致。下面以前24 ℃，加剂量1%时不同类型金属清净剂在HVIWH300基础油中的泡沫倾向性和稳定性为例加以分析，结果如图1所示。�
　　由图1可知，T106-B、T115B与T104的泡沫倾向性和泡沫稳定性均较高，既易起泡又难消泡。其中以T106-B的起泡性最高且极难消泡。T109和T106-D均可以降低基础油的泡沫倾向性，其中T106-D的效果较好。也就是说T106-D在HVIWH300基础油中，不但没有增加泡沫，反而具有较好的消泡作用。加剂量对泡沫的影响较大，且具有不同的变化趋势。具体变化以前24 ℃泡沫倾向性为例，分析见图2。��
　　由图2可以明显看出，T109、T115B、T104和T106-B随着加剂量的增加泡沫倾向性变大。然而，T106-D的变化趋势相反，随着加剂量的增加泡沫倾向性变小。这一规律和图1所示相一致，即T106-D在HVIWH300基础油中具有一定消泡作用，且随加剂量越大消泡效果越好。其他温度条件下的泡沫倾向性和稳定性具有大体相同的变化规律，这里不再赘述。�
　　2.3 不同品牌T106在HVIWH300中的抗泡性能特点研究�
　　T106-D与T106-B在HVIWH300中的抗泡性能大相径庭，因此非常有必要对不同品牌的T106在HVIWH300中的抗泡性能进行详细考察，实验及结果如表4所示。�
　　以空白样为基准，可以将表4中的结果分为三类。（1）与空白样相比泡沫倾向性变化不大或有所增高，但泡沫稳定性保持不变，仍为0。例如：T106-C、T106-A。（2）与空白样相比泡沫倾向性明显减小，甚至为0，泡沫稳定性保持不变，仍为0。例如：T106-H、T106-G和T106-D。（3）与空白样相比泡沫倾向性明显增高，且泡沫稳定性很高。例如：T106-B和T106-F。�
　　
　　由表4可知，当加入T106-C等第一类添加剂，泡沫性质无明显变化。这说明：新加入T106中的表面活性剂与原基础油中的表面活性剂之间作用很弱，没有明显影响泡沫界面的性质。当加入T106-G等第二类添加剂，泡沫显著减少，甚至为0。这说明T106-G等添加剂中的表面活性剂破坏了原基础油中表面活性剂在气液界面间的有序定向排列，从而较难形成泡沫。或者说，有效地降低了发泡速度，同时提高了破泡速度。当加入T106-B等第三类添加剂，泡沫大幅增加，且泡沫稳定性由原来的0突变为660 mL、40 mL、690 mL，使得24 ℃时泡沫稳定性数据和泡沫倾向性数据几乎相等，同时泡沫的倾向性也大幅增加。也就是说，由于新表面活性剂的加入，形成了稳定的气液界面结构，泡沫由原来的不稳定体系变成了现在相对稳定的体系。结合上述实验结果可知，某些特定表面活性剂的引入，与原有的表面活性剂可能产生协同作用，大大增加泡沫的稳定性。这时，就会使原来不够稳定的泡沫，变得液膜排液缓慢，成为比较稳定的泡沫。类似的体系都会有一个明显的转移温度，在转移温度之上，液膜排液迅速。缓慢排液的现象，说明存在着相当硬度的表面结构。转移温度的存在，意味着表面结构中各成分之间存在着某种协同作用［2］。�
　　
　　三类T106的抗泡性质不同可能和烷基苯磺酸链长度分布有一定关系。实验中对T106-B、T106-C和T106-G进行质谱分析。烷基链碳数分布比较如图3所示。��
　　通过比较可以看出，三类T106的烷基链长度有明显差异。从图3的比较可以看出，相对来讲T106-G中所含长链较多，T106-C居中，T106-B较少。这一结果和抗泡性能（T106-B较差、T106-C居中和T106-G较好）相吻合。由此初步推断，烷基链长度对T106在HVIWH300中的抗泡性能有一定的影响。�
　　综上所述，不同品牌的T106在HVIWH300中的表面活性差异很大。这可能和不同品牌T106的组分及烷基苯磺酸的结构不同有关。这种较大甚至截然相反的差异在给我们的使用带来不便的同时，也提供了相应的解决方案和不同的选择。�
　　2.4 T106混兑体系在润滑油产品中的应用�
　　由以上实验结果和分析可以知道，T106-G可以有效降低T106-B和HVIWH300体系中的泡沫倾向性和泡沫稳定性。我们将这一结果应用于某级别15W/40汽油机油中加以检验。用T106-G按不同比例替换部分T106-B，基础油选用HVIWH300，其余添加剂均按照配方调合。实验结果如表5所示。��
　　表5表明：利用T106-G和T106-B按质量比1∶1混兑可以有效降低油品中产生的泡沫，并可以达到相应的指标。实验结果亦说明，虽然T106-B等第三类添加剂的加入，会在油品中形成稳定的气液界面结构及相对稳定的泡沫体系，抗泡性能下降，但是在加入一定量T106-G等第二类添加剂情况下，T106-G中的表面活性剂可以有效破坏油品中稳定气液界面的有序定向排列，从而有效降低了油品的泡沫，提高了内燃机油产品的抗泡性能。�
　　
　　3 结论�
　　
　　(1)绝大多数基础油都具有较强泡沫倾向性，但是泡沫稳定性均较低。�
　　(2)基础油中加入清净剂后抗泡性能变化很大，绝大多数清净剂不但会使泡沫倾向增大，而且还会明显加强泡沫的稳定性。�
　　(3)泡沫稳定性的增强对润滑油的抗泡性能有显著的负面影响，抗泡剂对这类泡沫问题作用有限。�
　　(4)金属清净剂在不同基础油中的抗泡性能大相径庭。其中比较典型的泡沫问题是HVIWH300和T106-B之间会形成较大的泡沫倾向性和稳定性。该问题可用通过混兑具有不同泡沫性能的不同品牌T106加以解决。
　　
　　参考文献：�
　　［1］ 王宁, 朱元琪. 润滑油泡沫性能的研究［J］.石油炼制与化工, 2000, 31(3)：9-12.�
　　［2］ 马洛平.消除有害泡沫［M］. 北京：化学工业出版社,1987：22-24.��