润滑油添加剂发展趋势与方向
针对添加剂的主要品种改进与开发的方向是:
发动机油中的硫、磷及灰分主要来自添加剂(部分来自于基础油)如清净剂、ZDDP抗氧抗磨剂等。
1.清净分散剂:
从含硫有灰型向无硫无灰型发展,包括:
①对现有清净剂的改性(如硼化清净剂与硼化改性丁二酰亚胺类分散剂),改性产品达到多功能、高性能、低灰分、无毒性;以镁盐代替钙盐以减少灰分;以不含硫的水杨酸镁(LZL112)更多地代替磺酸盐以降低硫含量而保持高碱值。
②开发新型高效多功能清净分散剂,使其同时具有良好的抗氧化、抗磨减摩与高温稳定性,如专利US5454843报道了一种冠醚型清净分散剂;专利DE4425835合成了一种聚合度为5—100的C2—C5烯烃聚合物再与氮氧化合物反应的产物作为燃油添加剂,具有良好的清净分散效果,其次还有聚醚胺类汽油分散剂,脲基氨基甲酸酯汽油清净分散剂等都具有良好的清净分散效果。
③注重不同种类清净分散剂的复配应用研究,充分发挥协同增效作用,可降低添加剂使用量。
2.抗氧抗腐抗磨剂ZDDP
随着润滑油基础油(Ⅱ/Ⅲ类)中硫含量的降低,使基础油的自身抗氧化性降低,这就需要在配制润滑油时添加更多的抗氧化剂,而硫、磷含量的限制,使得ZDDP类抗氧剂用量下降,因此需要更多的非硫磷类的抗氧剂。
润滑油新标准还对抗磨损提出了更高的要求,就需要更多更强的抗磨剂,又因为硫、磷的限制使传统的抗磨剂ZDDP的用量受到限制。也需要更多的新型的非硫磷型高效抗磨剂。
近年来,发现硼酸酯类具有良好的抗氧抗磨性能,特别是含氮杂环类硼酸酯,通过分子设计引入抗氧、抗磨基团,有望成为ZDDP类添加剂的替代品,成为近年来研发热点。
研究表明,含氮杂环化合物及其衍生物作为润滑油添加剂具有良好的极压抗磨减摩性,较高的热稳定性,以及良好的抗氧化和抗腐蚀性,能够满足现代机械和环境方面日益苛刻的要求。
3.极压抗磨减摩剂
极压抗磨剂传统产品主要是 一些含硫、磷、氯活性元素的化合物。如硫化异丁烯(T321)抗磨剂、ZDDP类抗氧抗磨剂、氯化石蜡等,均处于使用受限和淘汰之中。
未来发展在硼酸盐、硼酸酯、有机钼化合物上做了大量工作。另一方面,纳米微粒(包括金属铜、镍、稀土化合物及非金属的TiO2、SiO2、MoS2、硼酸盐、石墨、金刚石等)作为润滑油抗磨添加剂的研究,近年来也成为国内外关注的焦点之一。
纳米颗粒作为高温固体润滑剂是一个极有发展前景的应用领域。纳米颗粒在耐高温、高承载能力、无毒、环境友好和自动修复(磨损)性能方面具有特殊功能。只要解决了它们在油品中的分散与稳定性问题,将成为优异的抗磨剂。
4.粘度指数改进剂(PMA或PAA)的多功能化
粘度指数改进剂作为润滑油添加剂,能够稠化基础油,改善油品的粘温性能。
通过各种化学改性手段(共聚、接枝、加成等)引入具有分散、降凝、抗氧化、抗磨性基团,发展多功能高效粘度指数改进剂也是未来发展趋势。
5.低毒、无毒、易生物降解,并有助于基础油生物降解的绿色环保型添加剂的发展。
如N-月桂酰基丙氨酸与N-月桂酰基谷氨酸,用作矿物基础油的添加剂,具有良好的抗磨减摩性及优良的防锈性。
不仅自身易生物降解,还表现出极好的提高矿物基础油的生物降解性(提高60%以上),是一种环境友好的绿色添加剂。
6.功能化离子液体润滑剂
近年来,离子液体作为一种高效溶剂倍受关注。它具有熔点低,挥发性极低,热稳定性高,不易燃易爆等特点。与理想的润滑剂所期望的性能极为吻合,是一类极具发展前景的新型润滑剂。
研究表明:1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EAMIM]·BF4)和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMMIM]·BF4)离子液体润滑剂的摩擦磨损实验研究表明,离子液体润滑剂具有很好的承载能力,比含氟润滑剂PFPE的摩擦系数还要低,同时具有优异的极压抗磨减摩性能。功能性离子液体润滑剂极有可能成为未来润滑剂的发展方向之一。
润滑油与添加剂发展的多元化
由于能源结构的变化与环境要求的日趋苛刻,其它燃料的发动机增加,如燃气发动机,氢能源发动机、电动机等的增加,它们对润滑油的要求也不同,这就必将促进发动机油及添加剂发展的多元化趋势。
随着发动机功率的不断提高,燃料经济性将促使润滑油性能的不断升级换代,环境友好的要求将推动润滑油更加清洁化。节能、低排放、无污染、长寿命也将成为我国润滑油及添加剂的发展方向。顺应潮流,开发节能、环保、无灰、无污染的高性能、多功能添加剂必将成为未来的发展趋势。