金屬清凈劑膠體穩(wěn)定性與膠體結(jié)構(gòu)的關(guān)系

金屬清凈劑膠體穩(wěn)定性與膠體結(jié)構(gòu)的關(guān)系

0添加劑的選擇添加劑在提高潤(rùn)滑劑性能、節(jié)能和減少污染方面發(fā)揮著重要作用。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)苛,發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提升和換油周期的延長(zhǎng),潤(rùn)滑油規(guī)格也在不斷地升級(jí),對(duì)潤(rùn)滑油添加劑的要求也越來(lái)越高,添加劑之間的相互作用也更復(fù)雜。因此在內(nèi)燃機(jī)油配方中,對(duì)添加劑及添加劑之間的穩(wěn)定性研究越來(lái)越重要。內(nèi)燃機(jī)油金屬清凈劑是由碳酸鹽(鈣、鎂等)與所吸附的表面活性劑組成的載荷膠團(tuán)與游離表面活性劑分子在油中形成的穩(wěn)定的膠體分散體系1金屬清凈劑的膠片穩(wěn)定性對(duì)于金屬清凈劑來(lái)說(shuō),膠體穩(wěn)定性是最基本的性能,研究金屬清凈劑的膠體穩(wěn)定性主要就是研究金屬清凈劑膠體粒子的結(jié)構(gòu)。在內(nèi)燃機(jī)油中,金屬清凈劑膠體粒子的粒徑須小于80nm,最好在20nm以下且分布均勻,其膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1膠體粒子的結(jié)構(gòu)對(duì)金屬清凈劑的酸中和能力、膠體穩(wěn)定性和清凈分散能力都有重要的影響。Cizaire等對(duì)磺酸鈣膠束的大小和成分進(jìn)行了分析,確定了清凈劑各組分的種類(lèi)及其在膠體粒子上的位置Bearchell等通過(guò)朗格繆爾膜吸附和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法表征了一系列表面活性劑膠體粒子的相互作用,發(fā)現(xiàn)了影響膠體粒子形狀的因素,如堿性組分的含量、表面活性劑及助表面活性劑的種類(lèi)等付興國(guó)等對(duì)水楊酸鹽、磺酸鹽及硫化烷基酚鹽進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)膠體穩(wěn)定性與清凈劑的類(lèi)型有關(guān),同類(lèi)清凈劑的膠體穩(wěn)定性與其膠粒粒徑有關(guān)Montanari等通過(guò)核磁和質(zhì)譜對(duì)磺酸鈣清凈劑的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,測(cè)得了磺酸鈣清凈劑烷基鏈的數(shù)目,在苯環(huán)上的位置以及數(shù)目Chen等發(fā)現(xiàn)了烷基鏈的長(zhǎng)度和數(shù)量對(duì)磺酸鹽清凈劑的性能有重要的影響,長(zhǎng)鏈和雙烷基苯磺酸不僅抑制表面活性劑的聚集過(guò)程,而且可阻止無(wú)機(jī)核的相轉(zhuǎn)變梁依經(jīng)等對(duì)不同結(jié)構(gòu)的烷基水楊酸鈣的膠體穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)烷基碳數(shù)為8和10時(shí),烷基水楊酸鈣儲(chǔ)存時(shí)會(huì)有產(chǎn)生沉淀;烷基碳數(shù)為12～22時(shí),烷基水楊酸鈣的膠體穩(wěn)定性較好Giasson等運(yùn)用小角度x射線散射(SAXS)研究了膠束大小以及膠束之間的相互作用,發(fā)現(xiàn)在碳酸鈣含量較高(33%質(zhì)量分?jǐn)?shù))的情況下,膠束之間存在立體排斥現(xiàn)象,但是在低含量下的相互作用較弱Tricaud等將清凈劑溶解在異辛烷中,通過(guò)超速離心發(fā)現(xiàn),堿性組分、堿金屬的種類(lèi)以及溶劑對(duì)膠束的大小都有影響姚文釗等考察了不同的烷基水楊酸鹽中堿性組分含量與堿值的對(duì)應(yīng)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)隨著烷基水楊酸鹽中堿性組分碳酸鹽含量的增加,膠體粒子的粒徑減小,粒子分布更均勻,膠體穩(wěn)定性更好,烷基水楊酸鹽的高溫清凈性及氧化安定性均有顯著的改善由此可以看出,金屬清凈劑的膠體穩(wěn)定性與膠體結(jié)構(gòu)息息相關(guān),金屬清凈劑的膠體結(jié)構(gòu)和膠束形態(tài)取決于表面活性劑,堿性組分的類(lèi)型和含量等?？傮w來(lái)說(shuō),清凈劑中膠體粒子越小越均勻,膠體的穩(wěn)定性就越好。膠體粒徑較大,粒徑分布較寬的清凈劑膠體穩(wěn)定性較差。2金屬清凈劑穩(wěn)定性影響因素內(nèi)燃機(jī)油中一般加入了多種清凈劑來(lái)保證內(nèi)燃機(jī)油對(duì)高性能的要求,清凈劑在復(fù)合使用時(shí)存在不同程度的協(xié)同效應(yīng)或?qū)剐?yīng),從而影響到內(nèi)燃機(jī)油的使用性能。如磺酸鹽具有良好的酸中和能力,優(yōu)良的增溶和高溫清凈分散能力及一定的防銹能力;水楊酸鹽則具有優(yōu)良的高溫清凈分散性能和抗氧化抗腐蝕能力,磺酸鹽與水楊酸鹽復(fù)合使用可賦予內(nèi)燃機(jī)油更優(yōu)異的性能。但有時(shí)清凈劑復(fù)合使用會(huì)產(chǎn)生對(duì)抗效應(yīng),沉淀是對(duì)抗效應(yīng)表現(xiàn)最極端的形式之一。由于清凈劑所使用的表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同,在膠體結(jié)構(gòu)和形態(tài)上存在差異。當(dāng)金屬清凈劑與其它添加劑相互作用時(shí),膠體結(jié)構(gòu)和形態(tài)會(huì)發(fā)生重組,膠體粒子重新組合而引起其性質(zhì)改變,從而影響到金屬清凈劑的穩(wěn)定性。內(nèi)燃機(jī)油體系中存在大量的膠體粒子和極性物質(zhì),在電場(chǎng)作用下,吸附電荷的粒子作定向運(yùn)動(dòng),金屬清凈劑之間若無(wú)相互作用,其電導(dǎo)率應(yīng)為各單劑之代數(shù)和;若有相互作用,將會(huì)發(fā)生變化。付興國(guó)等用電導(dǎo)法發(fā)現(xiàn)磺酸鹽與水楊酸鹽復(fù)合后電導(dǎo)率比計(jì)算值高出10倍左右,說(shuō)明了磺酸鹽與水楊酸鹽之間存在很強(qiáng)的相互作用;而烷基水楊酸鹽與ZDDP(二烷基二硫代磷酸鋅)的相互作用較弱;丁二酰亞胺與烷基水楊酸鹽及ZDDP的相互作用較強(qiáng)張倩等對(duì)柴油機(jī)油復(fù)合劑中常用添加劑單劑及復(fù)配體系的穩(wěn)定性進(jìn)行考察,并對(duì)其相互作用的機(jī)理進(jìn)行了探索蔣明俊等考察了清凈劑,分散劑和ZDDP共存時(shí)的相互作用,結(jié)果表明磺酸鹽與水楊酸鹽的相容性差,混合后有沉淀物生成;水楊酸鹽與丁二酰亞胺,ZDDP有較弱的相互作用,添加量小時(shí)無(wú)沉淀物生成,添加量大時(shí)有沉淀物生成Naman等用x射線光電子能譜(x-RayPhotoelectronSpectroscopy,XPS)和能量色散x射線光譜儀(EnergyDispersivex-RaySpectroscopy,EDX)等方法分析了二烷基硫磷酸酯,三芳基一硫代磷酸酯與磺酸鈣金屬清凈劑的相互作用,發(fā)現(xiàn)金屬清凈劑與抗磨劑混合使用降低了抗磨性能總體來(lái)說(shuō),金屬清凈劑之間由于表面活性劑的種類(lèi)不同,存在著不同程度的協(xié)同或?qū)剐?yīng)。金屬清凈劑與無(wú)灰分散劑,ZDDP,丁二酰亞胺等相互作用較弱,其中無(wú)灰分散劑在一定程度上可以提高金屬清凈劑的穩(wěn)定性。金屬清凈劑與抗磨劑之間存在一定的對(duì)抗效應(yīng)。3烷基酚烷基苯磺酸鹽復(fù)合清凈劑的結(jié)構(gòu)針對(duì)金屬清凈劑之間及與其他添加劑之間的協(xié)同或?qū)剐?yīng),以及滿足環(huán)保、長(zhǎng)換油周期等需求,新型金屬清凈劑的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)聚焦在穩(wěn)定性、兼容性以及環(huán)保高效等方面。通過(guò)研究,認(rèn)為合理地改善金屬清凈劑的結(jié)構(gòu)才能從根本上提高金屬清凈劑的性能。研究金屬清凈劑的膠體結(jié)構(gòu)和膠束形態(tài)對(duì)研究金屬清凈劑的穩(wěn)定性有著重要的指導(dǎo)意義。張敬成等對(duì)金屬清凈劑的膠束形態(tài)進(jìn)行了研究,對(duì)清凈劑的膠束結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證許敬文等探討了烷基水楊酸鈣與烷基苯磺酸鈣復(fù)配時(shí)產(chǎn)生沉淀的原因,提出了不同堿值烷基水楊酸鈣和烷基苯磺酸鈣的結(jié)構(gòu)示意式和膠體膠束形態(tài),提出了經(jīng)濟(jì)有效的新工藝是在碳酸化前加入膠溶劑[膠溶劑有聚烯烴取代的烯酐(PIBSA),丁二酰亞胺(PIBSAD)及酯類(lèi)無(wú)灰分散劑]來(lái)增進(jìn)清凈劑間的相容性Bearchell等研究發(fā)現(xiàn),助表面活性劑可使膠體粒子接近球形,所形成的膠束更穩(wěn)定Blundell等研究了鎂鹽金屬清凈劑的水解安定性,發(fā)現(xiàn)加入烯酐,烷基酚脂等物質(zhì)后鎂鹽的水解安定性會(huì)顯著提升Chang等發(fā)現(xiàn),可通過(guò)加入烷基酚來(lái)改善烷基苯磺酸鈣清凈劑的水解安定性,儲(chǔ)存穩(wěn)定性以及相容穩(wěn)定性付興國(guó)等采用紅外光譜研究了磺酸鹽與水楊酸共存時(shí)的沉淀過(guò)程,并闡述了其相互作用的機(jī)理姚文釗等用烷基水楊酸與烷基苯磺酸兩種不同的表面活性劑同時(shí)參與反應(yīng),形成一種混合型的表面活性劑膠束,既可克服磺酸鹽和水楊酸鹽在使用性能上的不足,還可以很好地解決兩種產(chǎn)品復(fù)配時(shí)出現(xiàn)沉淀的問(wèn)題通過(guò)膠束結(jié)構(gòu)和形態(tài)的研究,對(duì)于復(fù)配沉淀問(wèn)題的解決和新型金屬清凈劑的開(kāi)發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。根據(jù)烷基水楊酸鹽和烷基苯磺酸鹽的膠體結(jié)構(gòu),可采用加入膠溶劑和助表面活性劑的方式來(lái)解決復(fù)配時(shí)的沉淀和穩(wěn)定性問(wèn)題,開(kāi)發(fā)出新型的金屬清凈劑。4