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聚异丁烯在润滑油及其添加剂中的应用

低分子聚丁烯具有良好的煎切稳定性、适宜的氧化安定性及优良的高温清净性;能够牢固的吸附在金属表面,降低摩擦系数,改善极端条件下的润滑,并保护金属表面,防止腐蚀。低分子聚丁烯能够提高油膜厚度及油膜强度,吸收冲击载荷,降低齿轮噪音,减振效果明显。由于黏附性良好,可以防止启动时缺油,消除粘滑现象。低分子聚丁烯是光亮油的理想替代产品。

一、低分子聚丁烯的性能

通过研究发现,低分子聚丁烯可以改善润滑油的润滑性能,减少积碳形成,降低设备能耗,延长使用寿命。

1) 低分子聚丁烯的煎切安定性

应用比较广泛的低分子聚丁烯一般是指分子量为600—2400的低分子聚丁烯。在实际使用过程中,采用PB1300和PB2400稠化的460号合成烃工业齿轮油在矿山中速磨煤机磨辊轴上运行一年,其粘度变化不明显。采用PB1300调配的80W/90GL-5齿轮油,能够完全通过台架实验,而采用PB2400稠化的车辆齿轮油在运行一年后,其粘度有明显的变化。因此在工业齿轮油中能够使用的PB2400,在车用齿轮油中应用时应该谨慎,至少应该控制用量。

2) 低分子聚丁烯的氧化安定性

低分子聚丁烯的加入对基础油的抗氧化性能没有不利影响。

3) 低分子聚丁烯的氧化清净性与积碳趋势

随着分子量的增加,低分子聚丁烯的清净性变差。低分子聚丁烯在高温下分解问自由基单体,在二冲程发动机润滑过程中可充分燃烧,排烟低,积碳轻,漆膜疏松。不采用低分子聚丁烯的二冲程油在这方面的性能较差。在中性油,光亮油和合成油中,低分子聚丁烯可以减少积碳的效果是一致的。在二冲程润滑油中一般采用PB950,在空压机油及高温油品中采用PB1300。齿轮油中采用PB1300及PB2400。

4) 低分子聚丁烯的磨擦性能

随着低分子聚丁烯的分子量的增大,磨迹下降,这是由于油品粘度差异而导致油膜厚度不同造成的。

二、低分子聚丁烯在润滑油中的应用

1) 在四冲程发动机油中的应用

在较早的四冲程内燃机油配方中,低分子聚丁烯被考虑用作增粘剂。但因为它的低温性能较差,这主要局限在单级油及对低温性能要求不高的多级油(如15W/40,20W/50等)中。随着III类基础油的发展,高粘度基础油(如150BS)的供应将越来越紧张,作为150BS最经济实用的替代品,聚丁烯将被重新评估其在内燃机油中的作用。从经济性及性能考虑,一般推荐如下:

  • 单级油:较低粘度基础油+PB2400;
  • 20W/50:较低粘度基础油+PB2400;
  • 15W/40:较低粘度基础油+OCP+PB2400;

这里,PB2400不仅是粘度指数改进剂,还能够有效增加产品的油膜强度。在15W/40的油品配方中,采用PB2400可以减少OCP的用量,改善油品的煎切稳定性。对于低温性能要求更苛刻的10W多级油品,不推荐采用低分子聚丁烯。

2) 在二冲程发动机油中的应用

二冲程发动机润滑方式独特,需要广泛采用低分子聚丁烯配方,以保护环境及机车本身。

一般在配方中采用分子量950左右的低分子聚丁烯。

3) 在工业齿轮油中的应用

综合性价比来看,一般推荐采用PB2400用于工业齿轮油中。采用500SN添加不同比例的PB2400,可以调配ISO 150到ISO 1000各个粘度级别的工业齿轮油,可以避免采用昂贵的150BS基础油,从而降低整个配方的成本。

4) 在车用齿轮油中的应用

由于车用齿轮油比工业齿轮油具有更苛刻的煎切稳定性的要求,推荐用PB1300完全替代150BS光亮油,从而满足油品对煎切稳定性的要求。但是,如果要采用PB2400,建议适当比例的150BS,降低PB2400的用量(最好控制在5%以内),以满足煎切稳定性的要求。

5) 在高温链条油中的应用

采用PB1300和酯类油,烷基二苯醚,PAO油品调整到适宜的粘度,并加入TCP,DW7007等添加剂可以调配出不同类型的高温链条油。

6) 在空压机油中的应用

采用低分子聚丁烯和PAO及酯类油(5%--15%)在配合适宜的添加剂复合物调配而成的合成空压机油,清净性能好,不产生积碳,使用寿命可以达到8000h。

7) 在金属加工油中的应用

低分子聚丁烯在金属加工中应用广泛。如,PB2400和PB1300可以用于淬火油中起到催冷剂及光亮剂的作用。PB2400用于切削油中还可以降低烟雾。在有色金属拉拔中采用低分子聚丁烯可以减少沉积物从而免去后续的清洗工艺。

8) 在润滑脂中的应用

在润滑脂中采用低分子聚丁烯(PB1300,PB2400)可以改善油品的粘附性能,如矿山的球蘑机大齿轮润滑脂。

总之,低分子聚丁烯具有良好的煎切稳定性、适宜的氧化安定性及优良的高温清净性;能够牢固的吸附在金属表面,降低摩擦系数,改善极端条件下的润滑,并保护金属表面,防止腐蚀。低分子聚丁烯能够提高油膜厚度及油膜强度,吸收冲击载荷,降低齿轮噪音,减振效果明显。由于黏附性良好,可以防止启动时缺油,消除粘滑现象。低分子聚丁烯是光亮油的理想替代产品。

三、润滑油添加剂

1)硫磷聚异丁烯钡盐

硫磷聚异丁烯钡盐是以相对分子质量850-1000的PIB与五硫化二磷进行硫磷化反应,生成无水聚异丁烯硫代磷酸,加烷基酚促进剂,同氢氧化钡反应制成。

硫磷聚异丁烯钡盐具有一定的增溶和分散作用,低温分散性较好,但耐热性较差。适用于作普通内燃机油的清净分散剂。与T202复合使用可调制普通汽油机油和柴油机油,在汽油机油中加入量为2%-2.5%,柴油机油中加入量3%-3.5%。

我国硫磷聚异丁烯钡盐清净剂,按钡含量和总碱值分T108和T108A两个品种,T108属中碱值,T108A属高碱值。

T108相当于美国Exxon公司的Paranox 351;T108A相当Paranox 361。

2) 聚异丁烯丁二酰亚胺

目前,我国有多家生产、销售汽油清净剂,基本上属于丁二酰亚胺类,如T151(单聚异丁烯丁二酰亚胺),T152(双聚异丁烯丁二酰亚胺),T153(多丁二烯亚胺),T154(高氮聚异丁烯丁二酰亚胺)等,大多处于第三代水平,有的厂家还达不到第三代产品的性能标准,其性能较差。在国外,丁二酰亚胺类汽油清净剂属于即将被淘汰的产品,极少使用,因为含丁二酰亚胺的汽油遇水时会迅速乳化。

聚异丁烯丁二酰亚胺由相对分子质量800-1000的PIB与马亚酸酐按一定比例经氯化法(热合法)加合反应生产烯酐,然后同多亚乙基多胺进行酰胺化及亚酰胺化制得。

丁二酰亚胺分散剂具有优良的增溶作用、胶溶作用和分散作用,并具有一定的中和能力和吸附能力。由于该系列产品不含金属,使用后几乎不残留灰分,可避免因灰分过多而引起发动机部件的磨损。

3)聚异丁烯丁二酸季戊四醇酯

聚异丁烯丁二酸季戊甲醇酯无灰分散剂具有良好的抗氧性和高温稳定性,在高强度发动机运转中(如1G2)可有效控制大量沉积物的生成,是继丁二酰亚胺型无灰分散剂之后另一新品种。国内季戊四醇来源广泛且价格低廉,对开发生产酯类无灰分散剂十分有利,可缓解多烯多胺货源的不足。兰州炼油化工总厂进行了聚异丁烯丁二酸季戊甲醇酯无灰分散剂的制备,并进行了模拟评定、台架和工业放大试验,其性能与国外产品LZ936相当,在油品配方中,可与聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂复合使用,高低温性能均好,可用于中、高档内燃机油。

4)抗氧无灰清净分散剂

利用Manniek反应在聚异丁烯型无灰清净分散剂分子结构中引入酚类基团,可改善其分散性能和提高其氧化安全性。高活性聚异丁烯HRPIB还可与一氧化碳、氢气在一定的压力和温度下发生羧基化反应得到聚异丁烯醇再与氨在一定的压力下反应制得聚异丁烯胺(Polyisobuteneamine,缩写为PIBA),这是一类非常有效的汽油清净剂。HRPIB与苯酚等羟基芳香化合物反应生成聚异丁烯基酚(polyisobutyl hydroxyaromatic)。

5)汽油清净分散剂

随着汽车工业的发展,汽油清净分散剂的重要性日趋显著。因为加入清净分散剂后,该剂吸附在胶质物上,将其分散成细小的颗粒,从而可防止在发动机进气系统和喷油嘴上因沉积物的形成所造成的喷射、雾化、燃烧的失常,改善了汽车性能和尾气污染。此类清净分散剂主要聚异丁烯胺化物。

聚异丁烯胺化物是氯化聚异丁烯与二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯亚胺等多烯多胺胺化而得。当聚异丁烯胺化物的极性端基与非极性端基比为1:2时,具有优良的清净分散性能。聚异丁烯胺化物也是润滑油的高效清净分散剂。

6)改善汽油燃烧性能的添加剂

高分子量PIB直接添加汽油中可以改善汽油燃烧性能。

聚异丁烯汽油添加剂是由美国华盛顿的1所大学与通用技术应用公司(GTA)共同开发成功的,现正在加利福尼亚州、马里兰州和威斯康星州以及中国、日本和爱尔兰进行试验。

当汽油与氧气在发动机内混合点火时产生CO2和H2O,释放出启动发动机的能量,但是由于空气中含有的氧气不足以使汽油不完全燃烧,一部分烃处于没有燃烧的状态,造成污染。

PIB不是简单地增加氧含量,而是改变汽油的物理性能,它对包括柴油机在内的各种发动机起作用。当把汽油喷入到汽车发动机的燃烧室时,小分子的烃立即与大分子的烃分离,且首先燃烧,大分子的烃则燃烧不完全。汽油中加入少量高分子量PIB就减少大分子烃与小分子烃的分离,可使汽油在较低的温度下更均匀地燃烧,大大提高燃料的辛烷值,减少未燃烧烃的量。加入PIB不仅减少烃和一氧化碳污染物的产生,使燃烧更充分,同时还能减少氮氧化物排放量。

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