润滑油的清净添加剂

一、润滑油的清净性添加剂

    清净剂是现代润滑剂的重要添加剂之一。20世纪30年代，因高功率柴油机发展引起的活塞环槽积炭增多及粘环等问题，清净添加剂随之而出现。由于发现加有有机羧酸金属皂类的柴油机油解决积炭、粘环有效，故而借用一般水溶性肥皂具有“清净性”这一术语，对此类油溶性金属皂类添加剂取名为清净剂。
    清净剂基本上是由亲油基、极性基和亲水基团三部分组成。从脂肪酸和环烷酸皂起始，发展至现有的磺酸盐、烷基水杨酸盐、烷基酚盐、硫化烷基酚盐和环烷酸盐等多个品种，最初应用的均为它们的中性盐。伴随着高功率增压柴油机的日益增多和含硫燃料的增加，以及对清净剂中和作用机理的了解和认识之提高，清净剂开始向碱式盐或高碱性盐方向发展，各种清净剂中高碱性产品的用量逐趋占据多数。
    清净剂一般与分散剂、抗氧抗腐剂复合主要应用于内燃机油（包括汽油机油、柴油机油、二冲程汽油机油、铁路机车用油、船用发动机油等），起到酸中和、洗涤、分散和增溶等四个方面的作用。

⒈ 酸中和作用

    清净剂所具有的碱性、高碱性的碱值，以总碱值TBN表示，用以中和润滑油和燃料油氧化生成的含氧酸，阻止它们进一步氧化缩合，从而减少漆膜的的生成。也用以中和含硫燃料燃烧后生成的氧化硫，阻止它磺化润滑油。中和了这些无机酸和有机酸，则也防止了对发动机金属部件的腐蚀。

⒉ 洗涤作用

    在油中呈胶束的清净剂对生成的胶质和积炭有很强的吸附能力，能将粘附在活塞上的漆膜和积炭洗涤下来并分散在油中。

⒊ 分散作用

    已由清净剂吸附并分散在油中的胶质和炭粒等固体小颗粒，清净性功能添加剂、，可以防止小颗粒凝聚形成大颗粒而粘附在汽缸上或沉降为油泥。特别是磺酸盐，通过自身可以形成的两类屏障进行防止：对0～20nm直径的粒子形成延迟凝聚的吸附膜；对500～1500nm真径的粒子则导致离子表面获得同类电荷，使之相互排斥而分散在油中，这种现象被称作双电子效应。

⒋ 增溶作用

    把油中不溶解的液体溶质溶解到胶束中去即是增溶作用。清净剂是一些表面活性剂常以胶束分散于油中，它可溶解含羟基、羰基的含氧化合物，含硝基化合物、水分等这些物质却是生成漆膜的中间体，当被增溶到胶束中心，外面又包围着形成此胶束的添加剂分子，因而阻止了进一步氧化、缩合，减少了漆膜与积炭的生成。但清净剂的增溶作用较之无灰分散剂要小得多。

    清净剂的增溶作用、本征清净作用、稳定分散作用主要与清净分散剂基质的化学结构（包括有机酸官能团与烃基）有密切关系，而酸中和作用则主要与碱性组分的含量（碱度）和物理化学结构（晶形、粒度等）有关。

二、清净性添加剂磺酸盐

    磺酸盐是清净剂中使用较早、应用较广和使用量最多的一种。按原料来源不同，可分为石油磺酸盐和合成磺酸盐两大类。按碱值来分，有中性或低碱值磺酸盐，中碱值磺酸盐和高碱性磺酸盐。按金属种类分则有磺酸钙盐、磺酸镁盐、磺酸钠盐和磺酸钡盐，作为清净剂以磺酸钙盐用量最多，廿世纪七十年代以来，磺酸镁盐因其灰分重量较轻适应低灰油要求、燃烧后生成的积炭比较松软，加之防锈性好、用于高档汽油机油容易通达MSⅡD锈蚀试验，因而逐步开始发展。

    磺酸盐的合成是把烷基芳烃用发烟硫酸或SO3气体磺化，在促进剂的作用下再金属化生成各种碱性的磺酸盐。石油磺酸盐磺化原料一般来自石油的润滑油馏份的硫酸精制副产物，合成磺酸盐的磺化原料则源自洗涤剂厂的副产物、重烷基苯以及用α-烯烃与苯烷基化后的产物（即烷基苯）。

    磺酸盐的生产工艺在金属清净剂中属於研究得最为领先的，尤其是磺酸盐金属化工艺的研究工作可称得相当充分。金属化一般多采用活性较高且价廉的甲醇（或乙醇）为主要促进剂，并可采用同时通入NH3等强化措施，使金属化和碳酸化反应能更顺利地进行。

    磺酸盐的碱性组分含量（或碱值等）可有较大的伸缩范围。其金属比由1～20以上都能相当稳定。因此，磺酸盐可以较容易地改变其金属比、以及烃基结构来进一步适当调整其各方面的清净分散性能，以适应不同使用要求。如低碱度的磺酸盐对烟灰等的分散作用更好些，而高碱度的磺酸盐则具有较好的中和能力和高温清净性。此外，磺酸盐能牢固吸附铁金属表面形成不易透水的保护膜，保证它具有了良好的防锈性能，带有较短侧链的磺酸盐的防锈性更好些。

    在使用性能方面，磺酸盐的主要缺陷是其抗氧化性能差。在苛刻的高温条件下，中和速度不如水杨酸盐和酚盐。遇有水分时抗乳化性或分水能力也较差些。高碱度盐的胶团不太稳定，当与胶团较为稳定的水杨酸盐或硫化烷基酚盐等混对时，较易引起胶团受到一定破坏而产生少量沉淀。当以磺酸盐作为主要金属清净剂调制复合配方时，要考虑与其他添加剂组分的恰当复合，以保证磺酸盐添加剂的全面良好的使用效能。