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各種潤滑油添加劑的作用機理

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、油耗低和具有一定的抗磨作用。

　　粘度指數(shù)改進劑廣泛用于內(nèi)燃機油料中，主要用于生產(chǎn)多級汽柴油機油，另外液壓油和齒輪油也要使用。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。

　　油性和極壓抗磨劑

　　1、極壓抗磨添加劑是指在高溫、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(yīng)膜，以防止發(fā)生熔結(jié)、咬粘、刮傷的添加劑。它的作用是分解的產(chǎn)物在摩擦高溫下能與金屬起反應(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。極壓磨劑的主要品種有：氯化石蠟、酸性亞磷酸二丁脂、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、凡是能使用潤滑油增加油膜強度，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，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。

　　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(汽油機油、柴油機油、鐵路內(nèi)燃機車用油、二沖程汽油機油和船用發(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炭、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)生成的積炭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炭洗滌下來，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石油磺酸鹽、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。

　　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。

　　抗氧化添加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2，6-二叔丁基對甲酚、4，4-亞甲基雙酚、a-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)生無機絡(luò)合物，在金屬表面形成保護膜而起到抗腐作用;能在極壓條件下在金屬表面發(fā)生化學反應(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。

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　　抗乳化劑

　　油品在使用過程中會受到水的污染，如機械設(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，使油抗乳化性變壞。

　　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如D114等。

　　抗泡沫劑

　　潤滑油基礎(chǔ)油經(jīng)過精致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(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，也破壞了油膜強度和穩(wěn)定性，造成不應(yīng)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。

　　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)。降凝劑通過在蠟結(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a烯烴。

　　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。

　　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：汽油機油復合劑、柴油機油復合劑、通用內(nèi)燃機油復合劑、二沖程汽油機油復合劑、鐵路機車復合劑、船用發(fā)動機油復合劑、工業(yè)齒輪油復合劑、車輛齒輪油復合劑、通用齒輪油復合劑、液壓油復合劑、工業(yè)潤滑油復合劑、防銹油復合劑等。

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