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            上海道普化學有限公司

            道普化學
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            聚異丁烯在潤滑油及其添加劑中的應用

            低分子聚丁烯具有良好的煎切穩定性、適宜的氧化安定性及優良的高溫清凈性;能夠牢固的吸附在金屬表面,降低摩擦系數,改善極端條件下的潤滑,并保護金屬表面,防止腐蝕。低分子聚丁烯能夠提高油膜厚度及油膜強度,吸收沖擊載荷,降低齒輪噪音,減振效果明顯。由于黏附性良好,可以防止啟動時缺油,消除粘滑現象。低分子聚丁烯是光亮油的理想替代產品。

            一、低分子聚丁烯的性能

            通過研究發現,低分子聚丁烯可以改善潤滑油的潤滑性能,減少積碳形成,降低設備能耗,延長使用壽命。

            1) 低分子聚丁烯的煎切安定性

            應用比較廣泛的低分子聚丁烯一般是指分子量為600—2400的低分子聚丁烯。在實際使用過程中,采用PB1300和PB2400稠化的460號合成烴工業齒輪油在礦山中速磨煤機磨輥軸上運行一年,其粘度變化不明顯。采用PB1300調配的80W/90GL-5齒輪油,能夠完全通過臺架實驗,而采用PB2400稠化的車輛齒輪油在運行一年后,其粘度有明顯的變化。因此在工業齒輪油中能夠使用的PB2400,在車用齒輪油中應用時應該謹慎,至少應該控制用量。

            2) 低分子聚丁烯的氧化安定性

            低分子聚丁烯的加入對基礎油的抗氧化性能沒有不利影響。

            3) 低分子聚丁烯的氧化清凈性與積碳趨勢

            隨著分子量的增加,低分子聚丁烯的清凈性變差。低分子聚丁烯在高溫下分解問自由基單體,在二沖程發動機潤滑過程中可充分燃燒,排煙低,積碳輕,漆膜疏松。不采用低分子聚丁烯的二沖程油在這方面的性能較差。在中性油,光亮油和合成油中,低分子聚丁烯可以減少積碳的效果是一致的。在二沖程潤滑油中一般采用PB950,在空壓機油及高溫油品中采用PB1300。齒輪油中采用PB1300及PB2400。

            4) 低分子聚丁烯的磨擦性能

            隨著低分子聚丁烯的分子量的增大,磨跡下降,這是由于油品粘度差異而導致油膜厚度不同造成的。

            二、低分子聚丁烯在潤滑油中的應用

            1) 在四沖程發動機油中的應用

            在較早的四沖程內燃機油配方中,低分子聚丁烯被考慮用作增粘劑。但因為它的低溫性能較差,這主要局限在單級油及對低溫性能要求不高的多級油(如15W/40,20W/50等)中。隨著III類基礎油的發展,高粘度基礎油(如150BS)的供應將越來越緊張,作為150BS最經濟實用的替代品,聚丁烯將被重新評估其在內燃機油中的作用。從經濟性及性能考慮,一般推薦如下:

            • 單級油:較低粘度基礎油+PB2400;
            • 20W/50:較低粘度基礎油+PB2400;
            • 15W/40:較低粘度基礎油+OCP+PB2400;

            這里,PB2400不僅是粘度指數改進劑,還能夠有效增加產品的油膜強度。在15W/40的油品配方中,采用PB2400可以減少OCP的用量,改善油品的煎切穩定性。對于低溫性能要求更苛刻的10W多級油品,不推薦采用低分子聚丁烯。

            2) 在二沖程發動機油中的應用

            二沖程發動機潤滑方式獨特,需要廣泛采用低分子聚丁烯配方,以保護環境及機車本身。

            一般在配方中采用分子量950左右的低分子聚丁烯。

            3) 在工業齒輪油中的應用

            綜合性價比來看,一般推薦采用PB2400用于工業齒輪油中。采用500SN添加不同比例的PB2400,可以調配ISO 150到ISO 1000各個粘度級別的工業齒輪油,可以避免采用昂貴的150BS基礎油,從而降低整個配方的成本。

            4) 在車用齒輪油中的應用

            由于車用齒輪油比工業齒輪油具有更苛刻的煎切穩定性的要求,推薦用PB1300完全替代150BS光亮油,從而滿足油品對煎切穩定性的要求。但是,如果要采用PB2400,建議適當比例的150BS,降低PB2400的用量(最好控制在5%以內),以滿足煎切穩定性的要求。

            5) 在高溫鏈條油中的應用

            采用PB1300和酯類油,烷基二苯醚,PAO油品調整到適宜的粘度,并加入TCP,DW7007等添加劑可以調配出不同類型的高溫鏈條油。

            6) 在空壓機油中的應用

            采用低分子聚丁烯和PAO及酯類油(5%--15%)在配合適宜的添加劑復合物調配而成的合成空壓機油,清凈性能好,不產生積碳,使用壽命可以達到8000h。

            7) 在金屬加工油中的應用

            低分子聚丁烯在金屬加工中應用廣泛。如,PB2400和PB1300可以用于淬火油中起到催冷劑及光亮劑的作用。PB2400用于切削油中還可以降低煙霧。在有色金屬拉拔中采用低分子聚丁烯可以減少沉積物從而免去后續的清洗工藝。

            8) 在潤滑脂中的應用

            在潤滑脂中采用低分子聚丁烯(PB1300,PB2400)可以改善油品的粘附性能,如礦山的球蘑機大齒輪潤滑脂。

            總之,低分子聚丁烯具有良好的煎切穩定性、適宜的氧化安定性及優良的高溫清凈性;能夠牢固的吸附在金屬表面,降低摩擦系數,改善極端條件下的潤滑,并保護金屬表面,防止腐蝕。低分子聚丁烯能夠提高油膜厚度及油膜強度,吸收沖擊載荷,降低齒輪噪音,減振效果明顯。由于黏附性良好,可以防止啟動時缺油,消除粘滑現象。低分子聚丁烯是光亮油的理想替代產品。

            三、潤滑油添加劑

            1)硫磷聚異丁烯鋇鹽

            硫磷聚異丁烯鋇鹽是以相對分子質量850-1000的PIB與五硫化二磷進行硫磷化反應,生成無水聚異丁烯硫代磷酸,加烷基酚促進劑,同氫氧化鋇反應制成。

            硫磷聚異丁烯鋇鹽具有一定的增溶和分散作用,低溫分散性較好,但耐熱性較差。適用于作普通內燃機油的清凈分散劑。與T202復合使用可調制普通汽油機油和柴油機油,在汽油機油中加入量為2%-2.5%,柴油機油中加入量3%-3.5%。

            我國硫磷聚異丁烯鋇鹽清凈劑,按鋇含量和總堿值分T108和T108A兩個品種,T108屬中堿值,T108A屬高堿值。

            T108相當于美國Exxon公司的Paranox 351;T108A相當Paranox 361。

            2) 聚異丁烯丁二酰亞胺

            目前,我國有多家生產、銷售汽油清凈劑,基本上屬于丁二酰亞胺類,如T151(單聚異丁烯丁二酰亞胺),T152(雙聚異丁烯丁二酰亞胺),T153(多丁二烯亞胺),T154(高氮聚異丁烯丁二酰亞胺)等,大多處于第三代水平,有的廠家還達不到第三代產品的性能標準,其性能較差。在國外,丁二酰亞胺類汽油清凈劑屬于即將被淘汰的產品,極少使用,因為含丁二酰亞胺的汽油遇水時會迅速乳化。

            聚異丁烯丁二酰亞胺由相對分子質量800-1000的PIB與馬亞酸酐按一定比例經氯化法(熱合法)加合反應生產烯酐,然后同多亞乙基多胺進行酰胺化及亞酰胺化制得。

            丁二酰亞胺分散劑具有優良的增溶作用、膠溶作用和分散作用,并具有一定的中和能力和吸附能力。由于該系列產品不含金屬,使用后幾乎不殘留灰分,可避免因灰分過多而引起發動機部件的磨損。

            3)聚異丁烯丁二酸季戊四醇酯

            聚異丁烯丁二酸季戊甲醇酯無灰分散劑具有良好的抗氧性和高溫穩定性,在高強度發動機運轉中(如1G2)可有效控制大量沉積物的生成,是繼丁二酰亞胺型無灰分散劑之后另一新品種。國內季戊四醇來源廣泛且價格低廉,對開發生產酯類無灰分散劑十分有利,可緩解多烯多胺貨源的不足。蘭州煉油化工總廠進行了聚異丁烯丁二酸季戊甲醇酯無灰分散劑的制備,并進行了模擬評定、臺架和工業放大試驗,其性能與國外產品LZ936相當,在油品配方中,可與聚異丁烯丁二酰亞胺類分散劑復合使用,高低溫性能均好,可用于中、高檔內燃機油。

            4)抗氧無灰清凈分散劑

            利用Manniek反應在聚異丁烯型無灰清凈分散劑分子結構中引入酚類基團,可改善其分散性能和提高其氧化安全性。高活性聚異丁烯HRPIB還可與一氧化碳、氫氣在一定的壓力和溫度下發生羧基化反應得到聚異丁烯醇再與氨在一定的壓力下反應制得聚異丁烯胺(Polyisobuteneamine,縮寫為PIBA),這是一類非常有效的汽油清凈劑。HRPIB與苯酚等羥基芳香化合物反應生成聚異丁烯基酚(polyisobutyl hydroxyaromatic)。

            5)汽油清凈分散劑

            隨著汽車工業的發展,汽油清凈分散劑的重要性日趨顯著。因為加入清凈分散劑后,該劑吸附在膠質物上,將其分散成細小的顆粒,從而可防止在發動機進氣系統和噴油嘴上因沉積物的形成所造成的噴射、霧化、燃燒的失常,改善了汽車性能和尾氣污染。此類清凈分散劑主要聚異丁烯胺化物。

            聚異丁烯胺化物是氯化聚異丁烯與二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯亞胺等多烯多胺胺化而得。當聚異丁烯胺化物的極性端基與非極性端基比為1:2時,具有優良的清凈分散性能。聚異丁烯胺化物也是潤滑油的高效清凈分散劑。

            6)改善汽油燃燒性能的添加劑

            高分子量PIB直接添加汽油中可以改善汽油燃燒性能。

            聚異丁烯汽油添加劑是由美國華盛頓的1所大學與通用技術應用公司(GTA)共同開發成功的,現正在加利福尼亞州、馬里蘭州和威斯康星州以及中國、日本和愛爾蘭進行試驗。

            當汽油與氧氣在發動機內混合點火時產生CO2和H2O,釋放出啟動發動機的能量,但是由于空氣中含有的氧氣不足以使汽油不完全燃燒,一部分烴處于沒有燃燒的狀態,造成污染。

            PIB不是簡單地增加氧含量,而是改變汽油的物理性能,它對包括柴油機在內的各種發動機起作用。當把汽油噴入到汽車發動機的燃燒室時,小分子的烴立即與大分子的烴分離,且首先燃燒,大分子的烴則燃燒不完全。汽油中加入少量高分子量PIB就減少大分子烴與小分子烴的分離,可使汽油在較低的溫度下更均勻地燃燒,大大提高燃料的辛烷值,減少未燃燒烴的量。加入PIB不僅減少烴和一氧化碳污染物的產生,使燃燒更充分,同時還能減少氮氧化物排放量。

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