Понимание моющих присадок в моторных маслах: обзор

Содержание

Что такое моющее средство для моторных масел внутреннего сгорания?

Функции моющих средств

Способность нейтрализовать кислоту

Моющая способность

Рассеивание

Солюбилизация

Сравнение эффективности основных моющих средств

Типы моющих средств для смазочных материалов.

сульфонат

Алкилфенаты и сульфурированные алкилфенаты

 

Что такое моющее средство для моторных масел внутреннего сгорания?

 

 

Моющее средство (для моторных масел внутреннего сгорания) — это химическое вещество, которое может очищать детали двигателя и содержать его в чистоте, а также помогает суспендировать нежелательные твердые частицы в моторном масле. Моющее средство выполняет четыре функции: нейтрализация кислоты, моющее действие, диспергирование и солюбилизация.

В составах моторных масел в большинстве моющих средств используются мыла щелочных металлов для нейтрализации органических или неорганических кислот, образующихся при окислении или сгорании.

Моющие средства обычно сочетаются сдиспергаторыиЗДДПи в основном используются в моторных маслах внутреннего сгорания.

 

• В 1943 году Соединенные Штаты обнаружили, что дизельное моторное масло с добавлением металлических мыл органических карбоновых кислот, таких как маслорастворимые жирные кислоты или нафтеновые кислоты, может решить проблему повышенного нагарообразования в канавках поршневых колец. маслорастворимое металлическое мыло обладает моющими свойствами, аналогичными водорастворимому мылу.
• Исследования моющих средств начались сметаллическое мыло, и стал популярным благодаря мылам с жирными кислотами и нафтеновой кислотой. Из-за того, что большинство солей металлов жирных кислот и солей металлов нафтеновой кислоты также являются катализаторами окисления смазочного масла, они были заменены сульфонатами, фенатами и фосфатами с развитием смазочной промышленности.
• В современных присадках к смазочным материалам наиболее популярными являются детергенты.сульфонаты, сульфированные алкилфенаты, Фосфоноттиолат, Алкилсалицилатыи нафтенаты. Пять типов моющих средств первоначально применяются с нейтральными солями.
• В конце 1940-х и начале 1950-х годов, с увеличением мощности дизельных двигателей с наддувом и увеличением количества серосодержащих топлив, а также более глубоким пониманием нейтрализации детергентов, люди начали разрабатыватьмоющие средстваисверхосновные моющие средства.
• В конце 1950-х годов были разработаны моющие средства с щелочным числом 250 мг КОН/г.
• В настоящее время количество продуктов с высоким щелочным числом составляет большинство современных присадок к смазочным материалам, и базовое значение может достигать 400~500 мг КОН/г. Более 75% детергентов используются в бензиновых и дизельных двигателях. Дозировка детергента в моторном масле для автомобилей может достигать 3-15%, а содержание в моторном масле для судовых двигателей будет еще выше. Судовые цилиндровые масла (TBN 100) содержат до 30 процентов присадок, большинство из которых являются моющими средствами.

 

 

Функции моющих средств

 

Способность нейтрализовать кислоту
Большинство моющих средств имеют базовое число, а некоторые имеют высокое щелочное число, которое называетсяОбщее щелочное число (TBN), и TBN представляет собой способность нейтрализовать кислоты. Различные соли металлов обладают разной способностью нейтрализовать кислоту.

Щелочные сульфонатные и фосфатные детергенты являются сильными кислотно-щелочными солями, и только сверхщелочная часть детергента, то есть карбонат и гидроксид, может нейтрализовать кислотную способность, в то время как нейтральные сульфонаты и фосфаты являются мылами и не обладают способностью нейтрализовать кислоты. . Однако основные карбоксилаты, салицилаты и фенаты представляют собой соли сильных оснований и слабых кислот, что делает их основаниями Льюиса. Не только сверхщелочная часть обладает нейтрализующей способностью, но и мыло обладает способностью нейтрализовать кислоту.

Моющие средства с высоким щелочным числом обычно представляют собой комбинацию карбонатов (CaCO₃, БаСО₃, МгСО₃, На₂СО₃, Ли₂СО₃и др.) и гидроксиды металлов [Ca(OH)₂, Ва(ОН)₂, Мг (ОН)₂, NaOH, LiOH] и другие коллоиды в состоянии суперчастиц диспергируются в нейтральных моющих средствах на основе металлов.

Сверхщелочные моющие средства с высоким запасом щелочи могут непрерывно нейтрализовать образующиеся в результате окисления кислоты смазочного масла и мазута, предотвращая их дальнейшую окислительную конденсацию и тем самым уменьшая смолистые отложения в двигателе. В то же время он также может нейтрализовать оксид серы, образующийся после сжигания серосодержащих топлив, предотвращая сульфирование смазочного масла;

Он также может нейтрализовать карбоновую кислоту, серную кислоту, азотную кислоту и т. д., образующиеся после сгорания бензина, и предотвратить их дальнейшее воздействие на углеводороды.

За счет нейтрализации этих неорганических кислот и органических кислот предотвращается коррозия этих кислых веществ на металлических деталях двигателя, что особенно важно для дизельных моторных масел и судовых масел, использующих высокосернистые топлива.

 

Моющая способность

Моющее средство находится в форме мицелл в масле и обладает сильной адсорбцией на нежелательной смолистой пленке и углеродистых отложениях. Может смывать смолистую пленку и нагар на поршне и рассеивать их в масле.

Как правило, чем сильнее диспергирующие свойства, тем сильнее свойства.

 

Рассеивание

Моющее средство может поглощать образовавшиеся мелкие твердые частицы, такие как коллоидные и углеродистые частицы, и диспергировать их в масле, предотвращая их агломерацию с образованием крупных частиц, которые прилипают к цилиндру или оседают в виде шлама.

 

Солюбилизация

Солюбилизация — это явление, при котором жидкие растворенные вещества, изначально нерастворимые в масле, растворяются благодаря добавлению небольшого количества поверхностно-активного вещества.

Детергентами являются некоторые поверхностно-активные вещества, часто диспергированные в масле в виде мицелл, способные растворять кислородсодержащие соединения, содержащие гидроксильные и карбонильные группы, нитросодержащие соединения, шлам, сажу, воду. Эти вещества являются промежуточными продуктами для формирования пленки краски. Они солюбилизированы в центре мицелл и окружены молекулами добавок, образующими мицеллы, тем самым предотвращая дальнейшее окисление и конденсацию, а также уменьшая образование пленки краски и нагара. Действительно, солюбилизация предшественников отложений детергентами, т.е. способность делать эти высокореакционноспособные функциональные группы менее активными, тем самым предотвращая их превращение в отложения, является гораздо менее растворимой, чем многие беззольные диспергаторы.

 

В основном, моющее средство состоит изЛипофильная группа, полярная группа и гидрофильная группа.В виде следующей таблицы:

 

ЭЛЕМЕНТ	Липофильная группа	Полярная группа	Гидрофильная группа	Молекулярная структура
сульфонат	Алкиларил	Группа сульфоновой кислоты	Ca, Mg, Ba, Na
Алкилфенолы и сульфированные алкилфенаты	Алкиларил	Фенольный гидроксил	Ка, Ба
Алкилсалицилаты	Алкиларил	салицилат	Са, Мг, Ва
тиофосфат	Полиизобутилен n=17-20	фосфоротиоат или фосфорная кислота	Ка, Ба

 

Моющие и диспергирующие свойства основных детергентов и диспергаторов

Смазочные добавки	Способность к солюбилизации		Рассеивающая способность			Моющая способность
	Твердый / процент	Пируват/(ммоль/кг)	продукты разложения органических кислот/%	асфальт/процент	сажа / процент	Предотвратить адсорбцию сажи / процент	очистить адсорбированный технический углерод / процент	Предотвратить адсорбцию сажи под действием электрического поля/%
Алкилсалицилат кальция	0-3	37	——	30-60	10	10	2-4	90-100
Алкилфенат	3.6	32	30-70	30-50	20-30	——	3	90
тиофосфат бария	——	346	——	——	40	——	——	90
Сульфид алкилфенола кальция	——	24	——	——	38	——	——	50
сульфонат магния	——	——	70	——	90	——	——	20
сульфонат кальция	6-10	20	60-100	70-90	100	34	6	10
сукцинимид	8-20	360	——	80-100	100	85	53	0

 

 

Сравнение эффективности основных моющих средств

ЭЛЕМЕНТ	Рассеивание	Кислотная нейтрализация	Солюбилизация	Антикоррозийная	Антиокисление
Нейтральный, Базовый сульфонат	середина	середина	середина	да	нет
Высокоосновные сульфонаты	середина	высокий	середина	да	нет
Нейтральный, базовый фенат	низкий	середина	низкий	нет	да
Высокоосновной алкилфенат	низкий	высокий	низкий	нет	да
Алкилсалицилат	низкий	середина	низкий	нет	да
тиофосфат	середина	середина	середина	нет	да

 

Типы моющих средств для смазочных материалов.

 

По источнику сырья сульфонатные моющие средства можно разделить на:

• нефтяной сульфонат;
• Синтетический сульфонат.

 

По щелочному числу сульфонаты делятся на:

• нейтральный сульфонат;
• сульфонат со средним щелочным числом;
• сульфонат с высоким щелочным числом;
• Сульфонат со сверхвысоким щелочным числом.

 

По типу металла:

• сульфонат кальция;
• сульфонат магния;
• сульфонат натрия;
• и сульфонат лития.

 

сульфонат

 

сульфонат кальцияявляется наиболее используемым сульфонатным моющим средством.

 

Из-за низкой зольностисульфонат магния, оно соответствует требованиям малозольного смазочного масла и обладает хорошей коррозионной стойкостью. Оно в основном используется в высококачественном бензиновом моторном масле, и оно относительно легко проходит испытание на коррозию MS Ⅱ D.

 

Так как соль бария является тяжелым металлом и токсична, ее применение все меньше и меньше, иСульфонат барияпочти полностью исключается из использования в качестве детергента для смазочных масел. Но сульфонат бария обладает отличными антикоррозионными свойствами на различных металлах и подходит для использования в качествеАнтикоррозийная добавка.

 

Сульфонат кальция с повышенной щелочностью образуется путем диспергирования избыточного основания в мицеллах в форме карбоната кальция (CaCO3) с образованием сульфоната с повышенной щелочностью. Отношение кальциевой соли (m), диспергированной в виде карбоната кальция, к кальциевой соли сульфоната (n) превышает 30:1.

 

Нейтральные или низкоосновные сульфонаты лучше диспергируют сажу и другие вещества, а сверхосновные сульфонаты обладают лучшей нейтрализующей способностью и моющими свойствами при высоких температурах.
Сульфонат может прочно адсорбироваться на поверхности металлического железа с образованием непроницаемой защитной пленки, что обеспечивает егохорошие антикоррозионные характеристики.

По сравнению с салицилатом и фенатом сульфонат лучше, чем салицилат и фенат, с точки зрения солюбилизации и диспергирования, но в суровых высокотемпературных условиях скорость нейтрализации и моющая способность хуже, чем у салицилата и фената.
В частности, всесульфонатные присадки обладают плохими антиокислительными и антикоррозионными свойствами, ивысокоосновные сульфонатные присадки даже способствуют окислению.
Чтобы компенсировать недостаток антиокислительных свойств, помимо смешения различных высоко- и низкоосновных сульфонатов в современных моторных маслах, более важно использовать сульфонаты в сочетании с сульфурированными алкильными солями, диспергаторами, антиоксидантами и антисептиками. - антикоррозионные присадки.

Как правило, сульфонатыхорошая моющая способность при высоких температурах, сильная нейтрализующая способность,хорошая устойчивость к ржавчине, инекоторая дисперсность. Его сырье легко получить, а цена дешевая. Его можно смешивать с другими добавками для приготовления различных масел для двигателей внутреннего сгорания. Он также используется для морских цилиндров и моторных масел.

 

Алкилфенаты и сульфурированные алкилфенаты

 

Моющее средство Alkypphenplte — одно из моющих средств для моторных масел, появившееся в конце 1930-х годов. С самого начала этот тип добавок был быстро преобразован в различные производные, такие как сульфурированный алкилфенат, алкилфенат конденсации формальдегида, алкилфенат конденсации аминоформальдегида.

С 1950-х годов, с развитием различных мощных дизельных двигателей и применением топлива с высоким содержанием серы, для эффективного решения проблем повышенного нагарообразования на поршнях, коррозии и износа гильз цилиндров алкилфенольные моющие средства постепенно развивались в направлении продукты с высоким содержанием щелочи с TBN 200~250.

Наиболее часто используемыми солями алкилфенолов являются соли кальция и соли магния, а наиболее часто используемыми солями являются соли кальция.
Однако характеристики чистого алкилфената плохие, и его трудно металлизировать для получения высокоосновных продуктов, поэтому алкилфенат сульфурированной соли и алкилфенат появляются почти одновременно и становятся наиболее широко используемыми в мире сегодня. Он имеет широкий спектр видов, и его потребление уступает только сульфонатам, а щелочные фенолы составляют одну треть рынка моющих присадок к смазочным материалам.

 

По основному числу к сульфурированным алкилфенатам относятся:

 

 

• Низкоосновный сульфированный алкилфенат (TBN100);
• Среднеосновной сульфированный алкилфенат (TBN150);
• Алкифенат с высоким содержанием щелочи (TBN250);
• Алкилфенат кальция со сверхвысоким содержанием оснований (TBN300).

 

 

Характеристики сульфурированного фената:

 

• Сульфированный алкилфенат легко диссоциирует в масляной среде, поэтому он обладает особеннохорошая нейтрализующая способностьиотличные антиокислительные и антикоррозийные свойствахарактеристики.

• Сульфированный алкилфенат особеннохорошая моющая способность при высоких температурах, и особенно эффективен для подавления углеродистых отложений в верхней кольцевой канавке дизельного моторного масла с наддувом. Это одна из незаменимых присадок к дизельному моторному маслу с наддувом;

• Сульфированный алкилфенат широко используется в различных сортах моторного масла внутреннего сгорания из-за егохорошая способность удерживать щелочь и отделять воду, и до сих пор является одной из основных добавок судового смазочного масла.

 

Разница между фенатными моющими средствами и сульфонатными моющими средствами:

 

Как высокоосновный сульфонат, так и высокоосновный алкилфенат обладают хорошимикислотонейтрализующая способность.

Высокоосновные сульфонаты могут снижать антиоксидантные свойства смазочных материалов. Но высокоосновный алкилфенат обладает антиоксидантными свойствами.

 

Сульфированный алкилфенат смешивается с другими детергентами, диспергаторами и ZDDP и широко используется в различных маслах для двигателей внутреннего сгорания, особенно в маслах для дизельных двигателей с наддувом, для уменьшения углеродистых отложений. Он сохраняет хорошую щелочность и хорошо используется в судовых цилиндровых маслах, поэтому он был широко разработан в западных странах и в настоящее время стал одной из наиболее важных присадок к смазочным материалам.