粘度指数改进剂

1.前言随着汽车工业的发展，机器设备对润滑油的要求越来越高，单从炼制工艺提高润滑油质量已不能满足高速度、高负荷、大功率等苛刻条件的要求。添加剂是现代润滑油的精髓，对减摩抗磨，提高机器性能发挥着巨大的作用。粘度指数改进剂是用于制备多级内燃机油、液压油和齿轮油的主要添加剂，在润滑油中添加粘度指数改进剂，可获得低温起动性能好、高温下又能保持适当粘度的多级油，从而使油品四季通用、南北通用。2.常用的添加剂种类润滑油添加剂是加入基础油中的一种或几种化合物，使润滑油得到某种新的特性或改善基础油中已有的特性，是润滑油的重要组成部分。添加剂按功能分主要有清净分散剂、粘度指数改进剂、抗氧化剂、抗磨剂、降凝剂、摩擦改善剂等类型。3.主要作用目前普遍采用的粘度指数改进剂的作用机理是由塞尔贝(Selby)提出的。粘度指数改进剂通常是一种油溶性高分子聚合物，在室温下一般呈橡胶状或固体形态，其分子量从几万到几十万，而润滑油基础油的平均分子量仅为500左右。当把这种高分子聚合物溶解在基础油中后，会形成线团结构，且在溶剂中的线团体积比分子量较小的润滑油要大得多，因而使油品的粘度远大于基础油的粘度，这就是增稠作用的原因[[30,31]。在低温下，高分子聚合物以卷曲的线团状存在，对油品粘度影响不大;随着温度升高，其线团伸张，有效容积增大，从而对油品流动阻碍作用增大，导致油品粘度相对显著增大。粘度指数改进剂就是基于不同温度下具有不同形态，并对粘度产生不同的影响，以增加油品粘度和改进粘温性能的。4.作用原理人们在使用内燃机油时，都希望在较宽温度范围内其粘度变化不要太大，这样的内燃机油在低温时使发动机易于起动，而在高温时又具有足够的润滑性，也就是要求内燃机油具有较好的粘温性能[}2}}。通常这种粘温性能是用粘度指数VI(ViscosityIndex)来表示的，VI数值越大表示该油的粘温性能越好。采用溶剂精制生产的基础油，粘度指数一般在100左右，用其调制的内燃机油，粘温性能不能满足使用要求，为提高油品的粘度指数，就必须使用粘度指数改进剂。粘度指数改进剂是一种油溶性高分子聚合物，这种高分子聚合物溶解在基础油中后形成线团结构，且在溶剂中的线团体积比润滑油大得多，从而使油品的粘度远大于基础油的粘度，这就是增稠作用的原因[[30,31]。在低温下，高分子聚合物以卷曲的线团状存在，对油品粘度影响不大;温度升高，其线团伸展，有效容积增大，从而对油品流动阻碍作用增大，导致油品粘度相对显著增大，粘度指数改进剂就是基于不同温度下具有不同形态，并对粘度产生不同的影响，以增加油品粘度和改进粘温性能的。由Selby提出的这种机理对于PMA是适用的，但是OCP和HSD分子在烃类溶剂中随着温度升高其线团可能收缩，显然OCP和HSD分子在不同温度下的形态变化不同于PMA，不能起到改善粘温险能的作用。5.现状及进展为了改善发动机的低温起动性和在而后内宽的温度范围内油的泵送性，早在30年代就试图提高润滑油的粘度指数，在宽温液压油和大炮齿轮油中使用天然高分子物质，这种高分子物质后来被称之为粘度指数改进剂(VII。20世纪30年代末，Rohm&Haas公司研制了聚甲基丙烯酸醋(PMA)，并用于航空液压油和军用齿轮油，结果使航空液压油的粘度指数达到225，齿轮油的粘度指数达到200，使润滑油在极冷到高温很宽温度范围内使用成为可能。这实际上是最初的稠化机油。PMA低温性能最好，增稠能力一般，而抗剪切稳定指数及热稳定性能不理想，但仍是一种良好的VII，一直保留至今50年代开始合成聚异丁烯(PIB，用于多级内燃机油，如SW/20,10W/30,20W/40等，粘度指数改进剂开始受到重视。PIB的剪切稳定指数尚好，但低温性能最差，到80年代后已基本被淘汰。60年代后期又出现了氢化苯乙烯一双烯共聚物(HSD)和乙烯一丙烯共聚物(OCP或EPC)。其中氢化苯乙烯一双烯共聚物包括氢化苯乙烯异戊二烯共聚物(HSD)及氢化苯乙烯丁二烯共聚物(SD)等高分子化合物。这几种VII有很好的剪切稳定性、增稠能力及粘温性能，价格适中，适于配制功率较大的高速柴油机油。而OCP已工业化，销售量占60%以上。70年代，各国普遍使用低粘度油和多级油，同时也发展了通用油，鉴于乙丙共聚物原料丰富、价格较便宜，更主要的是，该剂具有优异的综合性能，适宜研制中高档多级内燃机油，故以无规乙丙共聚物为基础的乙丙共聚物型润滑油粘度指数改进剂(OCP得以迅速发展，例如，美国的Exxon,Texaco,Lubrizol,Ethyl公司均有OCP产品出售。为了避免用以解决低温油泥问题而增加无灰分散剂的用量，80年代初期引入带分散性的乙丙共聚物(MOCP,DOCP;中期开发OCP与PMA的混合聚合物(MP。具体有醋型:聚甲基丙烯酸醋(Aoryloid950系列)，苯乙烯聚醋(LZ3702,3715);烃型:乙丙共聚物(ECA8358,8586)，苯乙烯双烯共聚物及乙丙共聚物(OCP)与聚甲基丙烯酸醋(PMA)形成的混合型。其中ECA8358为高氮DOCP主要用于汽油机油，可减少配方中无灰分散剂用量的50%以上;ECA8586为低氮DOCP，主要用于柴油机油。这两种添加剂主要在亚洲销售，由于其良好的机械剪切稳定性和高温剪切粘度，同时具有优良的油泥分散性和粘度增长拟制能力，在多级油中广泛使用。90年代又开发出具有抗磨性能的分散剂。近年来，分散型粘度指数改进剂发展很快，除分散型聚甲基丙烯酸醋(PMA，OCP和丁苯共聚物外，以改进分散型乙丙共聚物的贮存稳定性、低温性能、剪切稳定性、分散性研究工作仍在进行。