Tìm hiểu về các chất phụ gia tẩy rửa trong dầu động cơ: Tổng quan

nội dung

Chất tẩy rửa cho dầu động cơ đốt trong là gì?

Chức năng của chất tẩy rửa

Khả năng trung hòa axit

khả năng tẩy rửa

phân tán

hòa tan

So sánh hiệu suất của chất tẩy rửa chính

Các loại chất tẩy rửa Dầu nhớt.

sulfonat

Các alkyl phenat và các alkyl phenat lưu huỳnh hóa

 

Chất tẩy rửa cho dầu động cơ đốt trong là gì?

 

 

Chất tẩy rửa (dành cho Dầu động cơ đốt trong) là một loại hóa chất có thể làm sạch các bộ phận động cơ và giữ cho các bộ phận động cơ luôn sạch sẽ, đồng thời giúp loại bỏ các hạt rắn không mong muốn trong dầu động cơ. Chất tẩy rửa có bốn chức năng: trung hòa axit, tẩy rửa, phân tán và hòa tan.

Trong công thức dầu động cơ, hầu hết các chất tẩy rửa sử dụng xà phòng kim loại kiềm để trung hòa axit hữu cơ hoặc vô cơ được tạo ra trong quá trình oxy hóa hoặc đốt cháy.

Chất tẩy rửa thường được kết hợp vớichất phân tánVàZDDPvà chủ yếu được sử dụng trong dầu động cơ đốt trong.

 

• Năm 1943, Hoa Kỳ phát hiện ra rằng dầu động cơ diesel được bổ sung xà phòng kim loại axit cacboxylic hữu cơ, chẳng hạn như axit béo hòa tan trong dầu hoặc axit naphthenic có thể giải quyết vấn đề tăng cặn carbon trong rãnh vòng piston, người ta gọi nó là chất tẩy rửa vì loại này xà phòng kim loại tan trong dầu có khả năng làm sạch tương tự như xà phòng tan trong nước.
• Việc nghiên cứu về chất tẩy rửa bắt đầu vớixà phòng kim loại, và trở nên phổ biến với axit béo và xà phòng axit naphthenic. Do hầu hết các muối kim loại axit béo và muối kim loại axit naphthenic cũng là chất xúc tác oxy hóa dầu bôi trơn, chúng đã được thay thế bằng sulfonat, phenate và phốt phát với sự phát triển của ngành công nghiệp dầu nhờn.
• Trong các chất phụ gia bôi trơn hiện đại, chất tẩy rửa phổ biến nhất bao gồmsulfonat, Alkylphenat lưu huỳnh hóa, photphonotthiolate, alkylsalicylatvà Naphthenat. Năm loại chất tẩy rửa ban đầu được áp dụng với muối trung tính.
• Vào cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950, với sự gia tăng của động cơ diesel tăng áp công suất cao và sự gia tăng của nhiên liệu chứa lưu huỳnh, cũng như hiểu biết nhiều hơn về quá trình trung hòa chất tẩy rửa, người ta bắt đầu phát triểnchất tẩy rửa cơ bảnVàchất tẩy rửa quá cơ bản.
• Vào cuối những năm 1950, các sản phẩm tẩy rửa có giá trị cơ bản là 250 mg KOH/g đã được phát triển.
• Hiện tại, số lượng sản phẩm có số lượng cơ sở cao chiếm phần lớn trong các chất phụ gia bôi trơn hiện đại và giá trị cơ bản có thể đạt tới 400 ~ 500mgKOH / g. Hơn 75 phần trăm chất tẩy rửa được sử dụng trong dầu động cơ xăng và dầu động cơ diesel. Liều lượng chất tẩy rửa trong dầu động cơ ô tô có thể đạt tới 3% ~ 15% và hàm lượng trong dầu động cơ hàng hải sẽ còn cao hơn. Dầu xi lanh hàng hải (TBN 100) chứa tới 30 phần trăm chất phụ gia, hầu hết các chất phụ gia này là chất tẩy rửa.

 

 

Chức năng của chất tẩy rửa

 

Khả năng trung hòa axit
Hầu hết các chất tẩy rửa đều có giá trị cơ bản và một số có giá trị cơ bản cao, được gọi làTổng số cơ sở (TBN), và TBN thể hiện khả năng trung hòa axit. Các muối kim loại khác nhau có khả năng trung hòa axit khác nhau.

Chất tẩy rửa kiềm sulfonat và phốt phát là muối kiềm mạnh có tính axit mạnh và chỉ phần quá kiềm của chất tẩy rửa, tức là cacbonat và hydroxit, mới có thể trung hòa khả năng Axit, trong khi sulfonat và phốt phát trung tính là xà phòng và không có khả năng trung hòa axit . Tuy nhiên, cacboxylat bazơ, salicylat và phenat là muối của bazơ mạnh-axit yếu, khiến chúng trở thành bazơ Lewis. Không chỉ phần quá kiềm mới có khả năng trung hòa mà xà phòng cũng có khả năng trung hòa axit.

Chất tẩy rửa có giá trị bazơ cao nói chung là sự kết hợp của cacbonat (CaCO₃, BaCO₃, MgCO₃, Na₂khí CO₃, Lý₂khí CO₃, v.v.) và hydroxit kim loại [Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, Mg(OH)₂, NaOH, LiOH] và các chất keo trạng thái siêu hạt khác được phân tán trong chất tẩy rửa dựa trên kim loại trung tính.

Các chất tẩy rửa có hàm lượng kiềm cao có thể liên tục trung hòa các axit có nguồn gốc từ quá trình oxy hóa của dầu bôi trơn và dầu nhiên liệu, ngăn không cho chúng ngưng tụ oxy hóa hơn nữa, và do đó làm giảm cặn nhựa trong động cơ. Đồng thời, nó cũng có thể trung hòa oxit lưu huỳnh được tạo ra sau quá trình đốt cháy nhiên liệu có chứa lưu huỳnh, ngăn không cho dầu bôi trơn sulfon hóa;

Nó cũng có thể trung hòa axit cacboxylic, axit sunfuric, axit nitric, v.v. được tạo ra sau quá trình đốt cháy xăng và ngăn chúng tiếp tục tác dụng với hydrocacbon.

Nhờ khả năng trung hòa các axit vô cơ và axit hữu cơ này, ngăn ngừa sự ăn mòn của các chất axit này trên các bộ phận kim loại của động cơ, điều này đặc biệt quan trọng đối với dầu động cơ diesel và dầu hàng hải sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao.

 

khả năng tẩy rửa

Chất tẩy rửa ở dạng mixen trong dầu và nó có khả năng hấp phụ mạnh trên màng nhựa và cặn carbon không mong muốn. Nó có thể rửa sạch màng nhựa và cặn carbon bám vào pít-tông và phân tán chúng trong dầu.

Nói chung, tính chất phân tán càng mạnh thì tính chất càng mạnh.

 

phân tán

Chất tẩy rửa có thể hấp thụ các hạt rắn nhỏ như keo và các hạt carbon đã được tạo ra và phân tán chúng trong dầu, ngăn không cho chúng kết tụ thành các hạt lớn bám vào xi lanh hoặc lắng thành cặn.

 

hòa tan

Hòa tan là hiện tượng các chất hòa tan lỏng ban đầu không hòa tan trong dầu được hòa tan do bổ sung một lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt.

Chất tẩy rửa là một số chất hoạt động bề mặt, thường phân tán trong dầu dưới dạng mixen, có thể hòa tan các hợp chất chứa oxy có chứa các nhóm hydroxyl và carbonyl, các hợp chất chứa nitro, bùn, bồ hóng và nước. Các chất này là chất trung gian để tạo thành màng sơn. Chúng được hòa tan vào trung tâm của mixen và được bao quanh bởi các phân tử phụ gia tạo nên mixen, do đó ngăn chặn quá trình oxy hóa và ngưng tụ tiếp theo, đồng thời giảm sự hình thành màng sơn và cặn carbon. Thật vậy, quá trình hòa tan tiền chất lắng đọng bằng chất tẩy rửa, tức là khả năng làm cho các nhóm chức có hoạt tính cao này kém hoạt động hơn, do đó ngăn cản sự biến đổi của chúng thành cặn lắng, ít hòa tan hơn nhiều so với nhiều chất phân tán không tro.

 

Về cơ bản, chất tẩy rửa bao gồmNhóm Lipophilic, Nhóm Polar và Nhóm Hydrophilic.Như bảng sau:

 

MỤC	Nhóm ưa mỡ	Nhóm cực	Nhóm ưa nước	Cấu trúc phân tử
sulfonat	alkylaryl	Nhóm axit sunfonic	Ca, Mg, Ba, Na
Alkylphenol và Alkylphenate lưu huỳnh hóa	alkylaryl	Hydroxyl phenolic	Cả, Bá
Alkyl salicylat	alkylaryl	salicylat	Ca, Mg, Ba
Thiophotphat	Polyisobutylen n=17-20	phosphorothioate hoặc axit photphoric	Cả, Bá

 

Hiệu suất tẩy rửa và phân tán của các chất tẩy rửa và phân tán chính

phụ gia bôi trơn	Khả năng hòa tan		khả năng phân tán			khả năng tẩy rửa
	Rắn / phần trăm	Pyruvat/(mmol/kg)	sản phẩm phân hủy axit hữu cơ / phần trăm	nhựa đường/ phần trăm	muội than / phần trăm	Ngăn chặn sự hấp thụ carbon đen / phần trăm	làm sạch muội than bị hấp phụ / phần trăm	Ngăn chặn sự hấp thụ carbon đen dưới điện trường / phần trăm
Canxi alkyl salicylat	0-3	37	——	30-60	10	10	2-4	90-100
alkyl phenat	3.6	32	30-70	30-50	20-30	——	3	90
Bari thiophotphat	——	346	——	——	40	——	——	90
Canxi alkyl phenol sunfua	——	24	——	——	38	——	——	50
Magiê sulfonat	——	——	70	——	90	——	——	20
Canxi sulfonat	6-10	20	60-100	70-90	100	34	6	10
Succinimide	8-20	360	——	80-100	100	85	53	0

 

 

So sánh hiệu suất của chất tẩy rửa chính

MỤC	phân tán	trung hòa axit	hòa tan	Chống gỉ	chống oxy hóa
Trung tính, cơ sở sulfonat	ở giữa	ở giữa	ở giữa	Đúng	KHÔNG
Sulfonat bazơ cao	ở giữa	cao	ở giữa	Đúng	KHÔNG
Phenate trung tính, bazơ	thấp	ở giữa	thấp	KHÔNG	Đúng
Alkyl Phenate gốc cao	thấp	cao	thấp	KHÔNG	Đúng
alkylsalicylat	thấp	ở giữa	thấp	KHÔNG	Đúng
Thiophotphat	ở giữa	ở giữa	ở giữa	KHÔNG	Đúng

 

Các loại chất tẩy rửa Dầu nhớt.

 

Theo nguồn nguyên liệu, chất tẩy rửa sulfonate có thể được chia thành:

• Sulfonate dầu mỏ;
• Sulfonate tổng hợp.

 

Theo số cơ sở, sulfonat được chia thành:

• Sulfonate trung tính;
• Số cơ sở giữa Sulfonate;
• Số cơ sở cao Sulfonate;
• Số cơ sở siêu cao Sulfonate.

 

Theo loại kim loại:

• Canxi Sulfonat;
• Magiê Sulfonate;
• Natri sulfonat;
• và Liti Sulfonat.

 

sulfonat

 

Canxi Sulfonatelà chất tẩy sulfonat được sử dụng nhiều nhất.

 

Vì hàm lượng tro thấp củaMagie sulfonat, nó đáp ứng các yêu cầu của dầu bôi trơn tro thấp và có khả năng chống gỉ tốt. Nó chủ yếu được sử dụng trong dầu động cơ xăng cao cấp và tương đối dễ dàng vượt qua bài kiểm tra rỉ sét MS Ⅱ D.

 

Vì muối bari là một kim loại nặng và độc hại nên ứng dụng của nó ngày càng ít đi vàBari sulfonatgần như được loại bỏ hoàn toàn dưới dạng chất tẩy rửa dầu bôi trơn. Nhưng Barium Sulfonate có hiệu suất chống gỉ tuyệt vời trên các kim loại khác nhau và phù hợp để sử dụng làm chất tẩy rửa.Phụ gia chống gỉ.

 

Canxi sulfonat trên cơ sở được hình thành bằng cách phân tán lượng bazơ dư thừa trong mixen ở dạng canxi cacbonat (CaCO3,) để tạo thành sulfonat trên cơ sở. Tỷ lệ muối canxi (m) phân tán dưới dạng canxi cacbonat với muối canxi sulfonat (n) vượt quá 30:1.

 

Các sulfonat trung tính hoặc bazơ thấp có tác dụng phân tán tốt hơn đối với bồ hóng và các chất khác, trong khi các sulfonat trên nền có khả năng trung hòa tốt hơn và khả năng tẩy rửa ở nhiệt độ cao.
Sulfonate có thể được hấp phụ chắc chắn trên bề mặt kim loại sắt để tạo thành một lớp màng bảo vệ không thấm nước, đảm bảohiệu suất chống gỉ tốt.

So với salicylate và phenate, sulfonate tốt hơn salicylate và phenate về khả năng hòa tan và phân tán, nhưng trong điều kiện nhiệt độ cao khắc nghiệt, tốc độ trung hòa và tẩy rửa kém hơn salicylate và phenate.
Đặc biệt, tất cảphụ gia sulfonate có đặc tính chống oxy hóa và chống ăn mòn kém, Vàcác chất phụ gia sulfonat có giá trị cơ bản cao thậm chí còn thúc đẩy quá trình oxy hóa.
Để bù đắp cho việc thiếu chất chống oxy hóa, ngoài việc kết hợp các sulfonat có nồng độ cao và thấp khác nhau trong dầu động cơ hiện đại, điều quan trọng hơn là sử dụng sulfonat kết hợp với muối alkyl lưu huỳnh, chất phân tán, chất chống oxy hóa và chống oxy hóa. -phụ gia ăn mòn.

Nói chung, sulfonat cóchất tẩy rửa nhiệt độ cao tốt, khả năng trung hòa mạnh,chống gỉ tốt, Vàmột số phân tán. Nguyên liệu thô của nó rất dễ kiếm và giá rẻ. Nó có thể được kết hợp với các chất phụ gia khác để điều chế các loại dầu động cơ đốt trong khác nhau. Nó cũng được sử dụng cho các loại dầu xi lanh và động cơ hàng hải.

 

Các alkyl phenat và các alkyl phenat lưu huỳnh hóa

 

Chất tẩy rửa Alkylphenplte là một trong những chất tẩy rửa dầu động cơ xuất hiện vào cuối những năm 1930. Ngay từ đầu, loại phụ gia này đã nhanh chóng được điều chế thành nhiều dẫn xuất khác nhau, chẳng hạn như alkylphenate lưu huỳnh hóa, alkylphenate ngưng tụ formaldehyde, alkyl phenate ngưng tụ amin formaldehyde.

Kể từ những năm 1950, với sự phát triển của nhiều loại động cơ diesel công suất cao và ứng dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao, để giải quyết hiệu quả các vấn đề về tăng cặn cacbon trên pít-tông và ăn mòn & mài mòn lớp lót xi-lanh, chất tẩy rửa alkylphenol đã dần dần phát triển theo hướng sản phẩm cơ sở cao với TBN 200 ~ 250.

Các muối alkylphenol được sử dụng phổ biến nhất là muối canxi và muối magiê, và loại được sử dụng phổ biến nhất là muối canxi.
Tuy nhiên, hiệu suất của alkyl phenate tinh khiết kém và khó kim loại hóa để tạo ra các sản phẩm có tính cơ bản cao, do đó, muối sunfur hóa Alkyl Phenate và alkyl phenate xuất hiện gần như đồng thời và được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới hiện nay. Nó có nhiều loại và mức tiêu thụ của nó chỉ đứng sau sulfonat và phenat kiềm chiếm một phần ba thị trường phụ gia tẩy rửa bôi trơn.

 

Theo số cơ sở, các alkyl phenat được lưu huỳnh hóa bao gồm:

 

 

• Alkyl phenate lưu huỳnh hóa bazơ thấp (TBN100);
• Alkyl phenate lưu huỳnh hóa bazơ trung bình (TBN150);
• Alkyphenate lưu huỳnh hóa bazơ cao (TBN250);
• Canxi alkyl phenate lưu huỳnh có tính bazơ siêu cao (TBN300).

 

 

Đặc điểm của phenate lưu huỳnh hóa:

 

• Alkylphenate lưu huỳnh hóa dễ phân ly trong môi trường dầu, vì vậy nó có đặc tínhkhả năng trung hòa tốtVàchống oxy hóa và chống ăn mòn tuyệt vờicủa cải.

• Alkylphenate lưu huỳnh hóa có đặc biệtchất tẩy rửa nhiệt độ cao tốt, và đặc biệt hiệu quả trong việc triệt tiêu cặn cacbon ở rãnh vòng trên cùng của dầu động cơ diesel tăng áp. Nó là một trong những chất phụ gia không thể thiếu cho dầu động cơ diesel tăng áp;

• Alkylphenate lưu huỳnh hóa được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại dầu động cơ đốt trong do đặc tính của nókhả năng giữ kiềm và tách nước tốt, và vẫn là một trong những chất phụ gia chính của dầu bôi trơn hàng hải.

 

Sự khác biệt giữa Chất tẩy rửa Phenate và Chất tẩy rửa Sulfonate:

 

Cả sulfonat bazơ cao và alkyl phenate bazơ cao đều tốtkhả năng trung hòa axit.

Sulfonate gốc cao có thể làm giảm hiệu suất chống oxy hóa trong Chất bôi trơn. Nhưng alkyl phenate gốc cao có đặc tính chống oxy hóa.

 

Alkylphenate lưu huỳnh hóa được kết hợp với các chất tẩy rửa, chất phân tán và ZDDP khác, và được sử dụng rộng rãi trong các loại dầu động cơ đốt trong khác nhau, đặc biệt là trong dầu động cơ diesel tăng áp để giảm cặn carbon. Nó duy trì độ kiềm tốt và được sử dụng tốt trong dầu xi lanh hàng hải, vì vậy nó đã được phát triển trên quy mô lớn ở các nước phương Tây và trở thành một trong những chất phụ gia bôi trơn quan trọng nhất hiện nay.