Розуміння детергентних присадок у моторних оливах: огляд

Зміст

Що таке миючий засіб для олив двигунів внутрішнього згоряння?

Функції миючих засобів

Здатність нейтралізувати кислоту

Миюча здатність

дисперсія

Солюбілізація

Порівняння ефективності основних миючих засобів

Види миючих засобів для мастил.

Сульфонат

Алкілфенати та сульфуровані алкілфенати

 

Що таке миючий засіб для олив двигунів внутрішнього згоряння?

 

 

Миючий засіб (для моторних олив внутрішнього згоряння) — це хімічна речовина, яка очищає деталі двигуна та підтримує чистоту деталей двигуна, а також допомагає суспендувати небажані тверді частинки в моторному маслі. Мийний засіб виконує чотири функції: нейтралізація кислоти, миючий засіб, дисперсія та солюбілізація.

У складі моторної оливи більшість мийних засобів використовують мило лужних металів для нейтралізації органічних або неорганічних кислот, що утворюються під час окислення або горіння.

Миючі засоби, як правило, поєднуються здиспергаториіЗДДПі в основному використовуються в маслах для двигунів внутрішнього згоряння.

 

• У 1943 році в Сполучених Штатах було виявлено, що масло для дизельних двигунів, додане до органічних мильних розчинів карбонової кислоти, таких як маслорозчинні жирні кислоти або нафтенові кислоти, може вирішити проблему збільшення вуглецевих відкладень у канавках поршневих кілець. Люди називають це миючим засобом, оскільки цей тип маслорозчинне металеве мило має миючу здатність, подібну до водорозчинного мила.
• Дослідження миючих засобів почалося зметалеві мила, і став популярним завдяки жирним кислотам і милам нафтенової кислоти. Оскільки більшість солей металів жирних кислот і солей металів нафтенової кислоти також є каталізаторами окислення мастильного масла, їх замінили сульфонати, фенати та фосфати з розвитком промисловості мастильних матеріалів.
• До сучасних мастильним присадкам відносяться найпопулярніші миючі засобиСульфонати, Сульфуровані алкілфенати, Фосфонотіолат, Алкілсаліцилатиі нафтенати. П'ять типів миючих засобів спочатку застосовуються з нейтральними солями.
• Наприкінці 1940-х і на початку 1950-х років, зі збільшенням потужних дизельних двигунів із наддувом і збільшенням кількості сірковмісного палива, а також більшого розуміння нейтралізації мийних засобів, люди почали розвиватибазові миючі засобиінадосновні мийні засоби.
• Наприкінці 1950-х років були розроблені мийні засоби з базовим значенням 250 мг КОН/г.
• В даний час кількість продуктів з високим лужним числом займає більшість сучасних мастильних присадок, і базове значення може досягати 400~500 мг КОН/г. Понад 75 відсотків миючих засобів використовуються в маслі для бензинових і дизельних двигунів. Дозування миючого засобу в маслі для автомобільних двигунів може досягати 3-15 відсотків, а в маслі для суднових двигунів вміст буде ще вищим. Морські циліндрові масла (TBN 100) містять до 30 відсотків присадок, більшість з яких є миючими засобами.

 

 

Функції миючих засобів

 

Здатність нейтралізувати кислоту
Більшість мийних засобів мають базову вартість, а деякі мають високу базову вартість, яка називається aЗагальне базове число (TBN), і TBN представляє здатність нейтралізувати кислоти. Різні солі металів мають різну здатність нейтралізувати кислоту.

Лужні сульфонати та фосфати є сильними кислотно-лужними солями, і лише надлужна частина миючого засобу, тобто карбонат і гідроксид, може нейтралізувати кислотну здатність, тоді як нейтральні сульфонати та фосфати є милом і не мають здатності нейтралізувати кислоти. . Однак основні карбоксилати, саліцилати та фенати є сильними слабоосновними кислотними солями, що робить їх основами Льюїса. Не тільки надлужна частина має нейтралізуючу здатність, але й мило має здатність нейтралізувати кислоту.

Миючі засоби з високою базовою цінністю, як правило, є комбінацією карбонатів (CaCO₃, BaCO₃, MgCO₃, Na₂СО₃, Лі₂СО₃та ін.) і гідроксиди металів [Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, Mg (OH)₂, NaOH, LiOH] та інші колоїди у стані суперчастинок диспергують у нейтральних детергентах на основі металів.

Мийні засоби з підвищеним вмістом лугу можуть безперервно нейтралізувати кислоти, що утворюються в результаті окислення мастила та палива, запобігаючи їх подальшій окислювальній конденсації та, таким чином, зменшуючи смолисті відкладення в двигуні. У той же час він також може нейтралізувати оксид сірки, що утворюється після згоряння палива, що містить сірку, запобігаючи сульфування мастила;

Він також може нейтралізувати карбонову кислоту, сірчану кислоту, азотну кислоту тощо, що утворюються після спалювання бензину, і запобігати їх подальшій дії на вуглеводні.

Завдяки нейтралізації цих неорганічних кислот і органічних кислот запобігає корозії цих кислотних речовин на металевих частинах двигуна, що особливо важливо для олив для дизельних двигунів і суднових олив, які використовують паливо з високим вмістом сірки.

 

Миюча здатність

Миючий засіб знаходиться у формі міцел в олії та має сильну адсорбцію на небажаній смолистій плівці та вуглецевих відкладеннях. Він може змити смолисту плівку та нагар, що прилип до поршня, і розсіяти їх у маслі.

Загалом, чим сильніші диспергуючі властивості, тим сильніші властивості.

 

дисперсія

Миючий засіб може поглинати дрібні тверді частинки, такі як частинки колоїду та вуглецю, які утворилися, і диспергувати їх у маслі, запобігаючи їх агломерації з утворенням великих частинок, які прилипають до циліндра або осідають у відстій.

 

Солюбілізація

Солюбілізація - це явище, коли рідкі розчинені речовини, які спочатку нерозчинні в олії, розчиняються внаслідок додавання невеликої кількості поверхнево-активної речовини.

Детергенти - це деякі поверхнево-активні речовини, часто дисперговані в олії у вигляді міцел, які можуть розчиняти кисневмісні сполуки, що містять гідроксильні та карбонільні групи, нітровмісні сполуки, шлам, сажу та воду. Ці речовини є проміжними продуктами для утворення плівки фарби. Вони солюбілізуються в центрі міцел і оточуються молекулами добавки, що утворюють міцели, тим самим запобігаючи подальшому окисленню та конденсації, а також зменшуючи утворення плівки фарби та вуглецевих відкладень. Дійсно, солюбілізація попередників відкладень за допомогою детергентів, тобто здатність робити ці високореакційноздатні функціональні групи менш активними, таким чином запобігаючи їх перетворенню в відкладення, є набагато меншою розчинністю, ніж багато інших беззольних диспергаторів.

 

В основному миючий засіб складається зЛіпофільна група, полярна група та гідрофільна група.У вигляді наступної таблиці:

 

ПУНКТ	Ліпофільна група	Полярна група	Гідрофільна група	Молекулярна структура
Сульфонат	Алкіларил	Група сульфонової кислоти	Ca, Mg, Ba, Na
Алкілфеноли та сульфуровані алкілфенати	Алкіларил	Фенольний гідроксил	Ca, Ba
Алкілсаліцилати	Алкіларил	Саліцилат	Ca, Mg, Ba
Тіофосфат	Поліізобутилен n=17-20	фосфоротіоат або фосфорна кислота	Ca, Ba

 

Мийні та дисперсійні властивості основних миючих засобів та диспергаторів

Присадки до мастил	Здатність до солюбілізації		Здатність до дисперсії			Миюча здатність
	Твердий / відсоток	Піруват/(ммоль/кг)	продуктів розпаду органічних кислот/ проц	асфальт/ проц	технічний вуглець / проц	Запобігання адсорбції сажі / відсоток	чистої адсорбованої сажі / відс	Запобігання адсорбції сажі в електричному полі/відсоток
Алкілсаліцилат кальцію	0-3	37	——	30-60	10	10	2-4	90-100
Алкілфенат	3.6	32	30-70	30-50	20-30	——	3	90
Тіофосфат барію	——	346	——	——	40	——	——	90
Алкілфенолсульфід кальцію	——	24	——	——	38	——	——	50
Магнію сульфонат	——	——	70	——	90	——	——	20
Кальцію сульфонат	6-10	20	60-100	70-90	100	34	6	10
Сукцинімід	8-20	360	——	80-100	100	85	53	0

 

 

Порівняння ефективності основних миючих засобів

ПУНКТ	дисперсія	Нейтралізація кислоти	Солюбілізація	Антикорозійний	Антиокислення
Нейтральний, основний сульфонат	середина	середина	середина	так	немає
Високоосновні сульфонати	середина	висока	середина	так	немає
Нейтральний, базовий фенат	низький	середина	низький	немає	так
Високоосновний алкілфенат	низький	висока	низький	немає	так
Алкілсаліцилат	низький	середина	низький	немає	так
Тіофосфат	середина	середина	середина	немає	так

 

Види миючих засобів для мастил.

 

За джерелом сировини сульфонатні миючі засоби можна розділити на:

• нафтовий сульфонат;
• Синтетичний сульфонат.

 

За основним числом сульфонати поділяються на:

• нейтральний сульфонат;
• Сульфонат із середнім основним числом;
• Сульфонат з високим лужним числом;
• Сульфонат із надвисоким лужним числом.

 

За типом металу:

• сульфонат кальцію;
• магнію сульфонат;
• сульфонат натрію;
• і сульфонат літію.

 

Сульфонат

 

Сульфонат кальціює найбільш використовуваним сульфонатним миючим засобом.

 

Через низьку зольністьСульфонат магнію, воно відповідає вимогам мастила з низьким вмістом золи та має гарну стійкість до іржі. Здебільшого використовується у високоякісному бензиновому моторному маслі, і воно відносно легко проходить тест на іржу MS Ⅱ D.

 

Оскільки сіль барію є важким металом і токсична, її застосування стає все рідшеСульфонат баріюмайже повністю виключається як детергент мастила. Але сульфонат барію має чудові антикорозійні властивості на різних металах і підходить для використання якАнтикорозійна добавка.

 

Надосновний сульфонат кальцію утворюється шляхом диспергування надлишкової основи в міцелах у формі карбонату кальцію (CaCO3) з утворенням надосновного сульфонату. Співвідношення кальцієвої солі (m), диспергованої у вигляді карбонату кальцію, до кальцієвої солі сульфонату (n) перевищує 30:1.

 

Нейтральні або низькоосновні сульфонати мають кращий ефект диспергування сажі та інших речовин, тоді як сульфонати з більшою основою мають кращу здатність до нейтралізації та миючі властивості при високій температурі.
Сульфонат може міцно адсорбуватися на поверхні металевого заліза з утворенням непроникної захисної плівки, яка забезпечує йогохороші антикорозійні характеристики.

У порівнянні з саліцилатом і фенатом, сульфонат кращий, ніж саліцилат і фенат, з точки зору солюбілізації та диспергування, але в суворих умовах високої температури швидкість нейтралізації та мийні властивості гірші, ніж саліцилат і фенат.
Зокрема, всіСульфонатні присадки мають слабкі антиокислювальні та антикорозійні властивості, івисокоосновні сульфонатні добавки навіть сприяють окисленню.
Для того, щоб заповнити недолік антиокислення, на додаток до змішування різних високо- та низькоосновних сульфонатів у сучасних моторних оливах, важливіше використовувати сульфонати в поєднанні з сульфурованими алкільними солями, диспергаторами, антиоксидантами та антиокислювачами. - антикорозійні добавки.

Як правило, сульфонат маєхороша миюча здатність при високій температурі, сильна нейтралізуюча здатність,хороша стійкість до іржі, ідеяка диспергируемость. Його сировину легко отримати, а ціна невисока. Його можна поєднувати з іншими присадками для приготування різних масел для двигунів внутрішнього згоряння. Він також використовується для морських циліндрових і моторних олив.

 

Алкілфенати та сульфуровані алкілфенати

 

Детергент Alkylphenplte — один із миючих засобів для моторного масла, який з’явився наприкінці 1930-х років. З самого початку цей тип добавки швидко перетворювався на різні похідні, такі як сульфурований алкілфенат, алкілфенат конденсації формальдегіду, алкілфенат конденсації формальдегіду аміну.

Починаючи з 1950-х років, з розвитком різноманітних потужних дизельних двигунів і застосуванням палива з високим вмістом сірки, для ефективного вирішення проблем збільшення вуглецевих відкладень на поршнях і корозії та зносу гільз циліндрів алкілфенольні миючі засоби поступово розвивалися в напрямку продукти високої бази з TBN 200~250.

Найбільш часто використовуваними солями алкілфенолів є солі кальцію та солі магнію, а найбільш часто використовуваними є солі кальцію.
Однак продуктивність чистого алкілфенату є поганою, і його важко металізувати для отримання високоосновних продуктів, тому алкілфенат сульфурованої солі та алкілфенат з’являються майже одночасно та стають найбільш широко використовуваними у світі сьогодні. Він має широкий спектр видів, і його споживання поступається лише сульфонатам, а лужні фенати складають одну третину ринку добавок до мастил.

 

За лужним числом до сульфованих алкілфенатів відносяться:

 

 

• Низькоосновний сульфурований алкілфенат (TBN100);
• Середньоосновний сульфурований алкілфенат (TBN150);
• Високоосновний сульфурований алкіфенат (TBN250);
• Надвисокоосновний сульфурований алкілфенат кальцію (TBN300).

 

 

Характеристики сульфурованого фенату:

 

• Сірчистий алкілфенат легко дисоціює в масляному середовищі, тому має особливухороша нейтралізуюча здатністьічудові антиокислювальні та антикорозійні властивостівластивості.

• Особливо сульфурований алкілфенатхороша миюча здатність при високій температурі, і особливо ефективний у придушенні вуглецевих відкладень у верхній кільцевій канавці масла для дизельних двигунів із наддувом. Це одна з незамінних присадок до оливи для дизельних двигунів з наддувом;

• Сульфурований алкілфенат широко використовується в різних сортах оливи для двигунів внутрішнього згоряння завдяки своїйдобре утримує луг і здатність відокремлювати воду, і досі є однією з основних добавок до суднової мастила.

 

Різниця між фенатними миючими засобами та сульфонатними миючими засобами:

 

Як високоосновний сульфонат, так і високоосновний алкілфенат мають хороші властивостіздатність нейтралізувати кислоту.

Високоосновний сульфонат може знизити антиоксидантну дію мастильних матеріалів. Але високоосновний алкілфенат має антиоксидантні властивості.

 

Сульфурований алкілфенат поєднується з іншими детергентами, диспергаторами та ZDDP і широко використовується в різних маслах для двигунів внутрішнього згоряння, особливо в маслах для дизельних двигунів з наддувом для зменшення вуглецевих відкладень. Воно зберігає хорошу лужність і добре використовується в маслі для суднових циліндрів, тому воно було розроблено у великих масштабах у західних країнах і стало однією з найважливіших мастильних присадок на даний момент.