一種黏度指數(shù)改進(jìn)劑的評(píng)價(jià)方法

賈藝峰,柯友勝,花卉

(中國(guó)石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司,新疆 克拉瑪依 834003)

一種黏度指數(shù)改進(jìn)劑的評(píng)價(jià)方法

賈藝峰,柯友勝,花卉

(中國(guó)石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司,新疆 克拉瑪依 834003)

不同廠家生產(chǎn)聚甲基丙烯酸酯性質(zhì)存在差異，對(duì)油品性質(zhì)改善作用不同，通常的評(píng)價(jià)方法，考察黏度指數(shù)改進(jìn)劑的增黏能力、低溫性能、抗剪切性能等，不能反映潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中發(fā)生的性質(zhì)變化，文中采用剪切與氧化評(píng)價(jià)方法結(jié)合，考察聚甲基丙烯酸酯的增黏能力、低溫性能、抗剪切性能、熱氧化安定性等變化，反映了潤(rùn)滑油的使用壽命。

增黏能力;低溫性;抗剪切性;熱氧化安定性;黏度指數(shù)

0 引言

黏度指數(shù)改進(jìn)劑又稱增黏劑或黏度劑，是一種高分子化合物。開(kāi)始于20世紀(jì)30 年代，在50-70年代間聚異丁烯(簡(jiǎn)稱：PIB)和聚甲基丙烯酸酯(簡(jiǎn)稱：PMA)占統(tǒng)治地位，70年代以后烯烴共聚物(簡(jiǎn)稱：OCP)變主導(dǎo)地位，近年SD、DOCP、CPMA及OCP與PMA復(fù)合，占較大份額。黏度指數(shù)改進(jìn)劑主要用在適應(yīng)寬溫度范圍的潤(rùn)滑油中，如內(nèi)燃機(jī)油、齒輪油、液壓油等。用黏度指數(shù)改進(jìn)劑配制的多級(jí)內(nèi)燃機(jī)油具有良好的低溫啟動(dòng)性和高溫潤(rùn)滑性，可簡(jiǎn)化用油品種,實(shí)現(xiàn)油品通用化，與不含黏度指數(shù)改進(jìn)劑的單級(jí)內(nèi)燃機(jī)油相比，多級(jí)內(nèi)燃機(jī)油能降低燃料油的消耗，并顯著降低軸承磨損。

一種好的黏度指數(shù)改進(jìn)劑應(yīng)具有增黏能力強(qiáng)、低溫性能好、抗剪切性能好和熱氧化安定性優(yōu)異四個(gè)主要性能。黏度指數(shù)改進(jìn)劑PMA是含有極性基的聚合物，增黏作用不如PIB和OCP，但改進(jìn)黏度指數(shù)作用優(yōu)異，同時(shí)具有降凝作用，被廣泛應(yīng)用于低溫性質(zhì)要求較高的潤(rùn)滑油中。

市場(chǎng)銷售的不同廠家生產(chǎn)的某種油品，可能存在某項(xiàng)性質(zhì)差別較小，但在使用一段時(shí)間后，油品的優(yōu)劣性質(zhì)顯現(xiàn)出來(lái)，這主要是由于嚴(yán)苛的條件下，油品中黏度指數(shù)改進(jìn)劑發(fā)生聚合或裂解反應(yīng)，導(dǎo)致油品性質(zhì)發(fā)生變化。通常的黏度指數(shù)改進(jìn)劑評(píng)價(jià)方法，可評(píng)價(jià)增黏能力、低溫性能、抗剪切性能，不能反應(yīng)出油品的使用壽命。評(píng)價(jià)幾種相同組成的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，通常的評(píng)價(jià)方法更難區(qū)分其優(yōu)劣性，本文采用不同廠家生產(chǎn)的同一種黏度指數(shù)改進(jìn)劑PMA，模擬潤(rùn)滑油的使用工況，建立一個(gè)抗氧化性評(píng)價(jià)方法，結(jié)合油品的抗剪切評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)黏度指數(shù)改進(jìn)劑性質(zhì)變化，可較好的評(píng)價(jià)出不同廠家生產(chǎn)的同一種黏度指數(shù)改進(jìn)劑的性質(zhì)差別。

1 稠化原理

黏度指數(shù)改進(jìn)劑在潤(rùn)滑油中，隨溫度的變化其分子呈不同狀態(tài)而影響油品的性能。高溫時(shí)，添加劑的分子溶脹，溶液內(nèi)摩擦增加，導(dǎo)致溶液的黏度有所增加。低溫時(shí)，添加劑分子收縮蜷曲，對(duì)溶液(油)的內(nèi)摩擦影響不大，對(duì)油的黏度影響較小。黏度指數(shù)改進(jìn)劑正是基于不同溫度下呈現(xiàn)不同的形態(tài)來(lái)影響潤(rùn)滑油的黏度，達(dá)到改善油品黏溫性能的目的。

2 黏度指數(shù)改進(jìn)劑評(píng)價(jià)

2.1原料性質(zhì)

PMA是用不同碳數(shù)的甲基丙烯酸酯單體為原料，以苯甲酰過(guò)氧化物或偶氮二異丁腈作為引發(fā)劑，以硫醇作為分子量調(diào)節(jié)劑，在甲苯或其他烴溶劑中進(jìn)行溶液聚合制備。PMA是用的較早較廣泛的品種之一，結(jié)構(gòu)烷基側(cè)鏈的R為碳數(shù)，對(duì)產(chǎn)品影響較大，通過(guò)改變R的平均碳數(shù)、碳數(shù)分布和聚合物分子量大小，得到一系列不同性能和用途的產(chǎn)品。見(jiàn)表1。

表1 聚甲基丙烯酸酯性質(zhì)

2.2基礎(chǔ)油性質(zhì)

試驗(yàn)室采用5號(hào)工業(yè)白油作為原料，進(jìn)行不同的聚甲基丙烯酸酯性質(zhì)考察。見(jiàn)表2。

表2 減震器油基礎(chǔ)油性質(zhì)分析

表2(續(xù))

2.3黏度指數(shù)改進(jìn)劑考察

對(duì)于黏度指數(shù)改進(jìn)劑或增黏劑來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有增黏能力大、低溫性能好、抗剪切性能好和熱氧化安定性好四個(gè)主要性能。試驗(yàn)室采用5號(hào)工業(yè)白油基礎(chǔ)油，考察潤(rùn)滑油黏度指數(shù)改進(jìn)劑A、B、C、D、E五個(gè)聚甲基丙烯酸酯，對(duì)基礎(chǔ)油黏度指數(shù)的改善作用，黏度指數(shù)改進(jìn)劑加量10%。見(jiàn)表3。

表3 黏度指數(shù)改進(jìn)劑考察

從表3可看出，增黏能力C最好，其次為B。黏溫性能 B最好，其次為D、A。

增黏能力：C>B>A>E>D。

黏度指數(shù)：B>D>A>E>C。

(1)抗氧化性評(píng)價(jià)

試驗(yàn)方法：在潤(rùn)滑油工作過(guò)程中，設(shè)備摩擦產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致局部溫度升高，高溫條件下油品發(fā)生氧化反應(yīng)，油品中含黏度指數(shù)改進(jìn)劑等聚合物，發(fā)生分子聚合反應(yīng)，油品黏度增大，導(dǎo)致工作效率降低，影響設(shè)備使用壽命。試驗(yàn)室模擬潤(rùn)滑油使用工況，設(shè)計(jì)黏度指數(shù)改進(jìn)劑評(píng)價(jià)方法，試驗(yàn)條件見(jiàn)表4，表5。

表4 氧化試驗(yàn)條件

注：本次試驗(yàn)條件根據(jù)減震器油使用工況制定，其他油品評(píng)價(jià)，可根據(jù)具體使用工況制定。

表5 黏度指數(shù)改進(jìn)劑抗氧化性考察

黏度變化率=(氧化后黏度-氧化前黏度)/氧化前黏度X100%，見(jiàn)圖6。

圖1 黏度指數(shù)改進(jìn)劑抗氧化性黏度變化

小結(jié)：黏度指數(shù)改進(jìn)劑抗氧化性考察，通過(guò)圖1可以看出，經(jīng)過(guò)氧化試驗(yàn)后，B樣品黏度變化最小，抗氧化性最好。C、E樣品黏度變化其次，D、A樣品抗氧化性較差。

抗氧化安定(穩(wěn)定)性評(píng)價(jià)結(jié)果：B>C>E>A>D。

(2)抗剪切性評(píng)價(jià)

將含黏度指數(shù)改進(jìn)劑的試樣，置于聚能頭中，試驗(yàn)樣品在40 ℃溫度，經(jīng)受600 s的超聲波剪切處理，測(cè)定其黏度的變化，最后計(jì)算試樣的黏度下降率，以樣品的黏度下降率來(lái)評(píng)價(jià)其剪切安定性。

試驗(yàn)方法：在潤(rùn)滑油工作過(guò)程中，在有活塞運(yùn)動(dòng)的情況下，油品分子受到剪切作用，發(fā)生分子鍵斷裂，特別是大分子的黏度指數(shù)改進(jìn)劑的影響較大，試驗(yàn)室模擬潤(rùn)滑油使用工況，設(shè)計(jì)黏度指數(shù)改進(jìn)劑評(píng)價(jià)方法，本次試驗(yàn)采用：共振頻率20 kHz,10 min，考察試驗(yàn)樣品性質(zhì)變化。見(jiàn)表6，表7，圖1。

表6 剪切試驗(yàn)條件

表7 黏度指數(shù)改進(jìn)劑抗剪切性考察

圖2 黏度指數(shù)改進(jìn)劑抗剪切性黏度變化

小結(jié)：黏度指數(shù)改進(jìn)劑抗剪切性考察，通過(guò)圖2可以看出，經(jīng)過(guò)剪切試驗(yàn)后，B樣品黏度變化最小，抗剪切性最好。A、E樣品黏度變化其次，C樣品抗剪切性較差。抗剪切性評(píng)價(jià)結(jié)果，抗剪切穩(wěn)定性依次：B>A>D>E>C。

(3)抗氧化、抗剪切評(píng)價(jià)

將含黏度指數(shù)改進(jìn)劑試驗(yàn)樣品，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)溫度110 ℃,72 h的氧化試驗(yàn)后，經(jīng)過(guò)剪切試驗(yàn)，共振頻率20 kHz,10 min，考察試驗(yàn)樣品性質(zhì)變化。見(jiàn)表8，圖3。

表8 黏度指數(shù)改進(jìn)劑抗氧化、抗剪切性考察

圖3 黏度指數(shù)改進(jìn)劑抗氧化、抗剪切性考察

小結(jié)：考察黏度指數(shù)改進(jìn)劑，試驗(yàn)室建立模擬方法評(píng)價(jià)，試驗(yàn)樣品經(jīng)過(guò)氧化試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)后，考察試驗(yàn)樣品性質(zhì)變化。通過(guò)考察可看出，B樣的黏度變化率最小，說(shuō)明黏度指數(shù)改進(jìn)劑B的抗氧化、抗剪切性最好。

總結(jié)：試驗(yàn)室采用5號(hào)工業(yè)白油為基礎(chǔ)油，考察潤(rùn)滑油黏度指數(shù)改進(jìn)劑A、B、C、D、E，對(duì)基礎(chǔ)油黏度指數(shù)的改善作用，黏度指數(shù)改進(jìn)劑加量10%。經(jīng)過(guò)黏度指數(shù)改進(jìn)劑增黏能力、低溫性能、抗剪切性能和熱氧化安定性四個(gè)主要性能考察，聚甲基丙烯酸酯(B、E)增黏能力大、低溫性能好、抗剪切性能和熱氧化安定好，B樣的增黏能力、低溫性能、抗剪切性能和熱氧化安定性最好，因此，選擇B作為汽車減震器油黏度指數(shù)改進(jìn)劑。

3 評(píng)價(jià)方法分析

本次試驗(yàn)所選用不同生產(chǎn)廠的聚甲基丙烯酸酯樣品，普通評(píng)價(jià)方法，不能反映潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中，受到剪切與氧化作用后，潤(rùn)滑油變稠或變稀過(guò)程，特別是低溫條件下的潤(rùn)滑油性質(zhì)變化。

本試驗(yàn)方法，通過(guò)模擬潤(rùn)滑油使用工況，進(jìn)行聚甲基丙烯酸酯抗氧化性考察，其意義在于，解決實(shí)際應(yīng)用中潤(rùn)滑油使用后黏度變大，即潤(rùn)滑油使用后變稠的問(wèn)題，特別是低溫條件下油品黏度變大的問(wèn)題。

本試驗(yàn)方法，通過(guò)模擬潤(rùn)滑油使用工況，進(jìn)行聚甲基丙烯酸酯抗剪切性考察，其意義在于，解決實(shí)際應(yīng)用中潤(rùn)滑油使用后黏度變小，即潤(rùn)滑油使用后變稀的問(wèn)題，特別是高溫條件下油品黏度變小的問(wèn)題。

本試驗(yàn)方法，通過(guò)模擬潤(rùn)滑油使用工況，進(jìn)行聚甲基丙烯酸酯抗氧化性、抗剪切性考察，其意義在于，解決實(shí)際應(yīng)用中潤(rùn)滑油使用后黏度變化，即潤(rùn)滑油使用后變稀或變稠的問(wèn)題，特別是高溫條件下油品黏度變小，低溫條件下油品黏度變大的問(wèn)題。

通過(guò)本次試驗(yàn)可以看出，不同廠家生產(chǎn)的聚甲基丙烯酸酯，增黏能力與黏溫性能沒(méi)有必然聯(lián)系，稠化能力強(qiáng)，但黏度指數(shù)不一定高，抗剪切性能與熱氧化安定性沒(méi)有必然聯(lián)系，抗剪切性好，熱氧化安定性不一定好。

4 結(jié)論

本文介紹一種評(píng)價(jià)油品的試驗(yàn)方法，特別是評(píng)價(jià)含黏度指數(shù)改進(jìn)劑及其他高分子物質(zhì)的樣品，由于不同油品使用環(huán)境不同，可根據(jù)實(shí)際情況，建立模擬評(píng)價(jià)條件。本次試驗(yàn)方法的好處在于，不需要增加特殊的儀器設(shè)備，采用超聲波剪切實(shí)驗(yàn)儀、恒溫烘箱，即可進(jìn)行油品抗剪切性、抗氧化性考察。通過(guò)黏度變化可評(píng)選出聚甲基丙烯酸酯的優(yōu)劣。

[1] 張景河.現(xiàn)代潤(rùn)滑油與燃料添加劑[M].北京:中國(guó)石化出版社,1991.

[2] 李洪燕, 武志強(qiáng).基礎(chǔ)油及黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)潤(rùn)滑油高溫清凈性的影響[J].石油煉制與化工,2001,32(10):53-55.

[3] 王國(guó)金, 朱和菊,葉元?jiǎng)P,等.OCP黏度指數(shù)改進(jìn)劑分子結(jié)構(gòu)對(duì)稠化性能的影響[J].潤(rùn)滑與密封,1999(6):19-21.

An Evaluation Method of Viscosity Index Improver

JIA Yi-feng, KE You-sheng, HUA Hui

(PetroChina Karamay Petrochemical Company, Karamay 834003, China)

The polymethacrylate of different manufacturers has different properties and different improving effect on oil property. In general, the thickening ability, low temperature performance and shear resistance of viscosity index improver are investigated, but it cannot reflect the change of nature of lubricants during use. In this paper, the method of shear and oxidation evaluation was used to study the change of thickening ability, low temperature performance, shear resistance, and thermal oxidation stability of polymethacrylate. It can reflect the service life of lubricating oil.

thickening ability; low temperature performance; shear stability; thermal oxidation stability; viscosity index

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.009

1002-3119(2017)05-0040-05

TE624.82

A

2017-04-24。

賈藝峰，工程師，2001年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)，主要從事潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑脂的研究，曾公開(kāi)發(fā)表論文8篇。E-mail:ypsjiayifeng@petrochina.com.cn