
粘度指数改进剂:加入油品中能改进粘温性,提高粘度指数的添加剂。
一.粘度指数改进剂作用
粘度指数改进剂是一种油溶性的高分子聚合物,加入油品中能起到改善油品的粘温性能,提高油品的粘度指数,此外粘度指数改进剂还具有降低燃油消耗.维持低油耗及提高低温启动性的作用。使用分散型的粘度指数改进剂可以减少无灰分散剂的用量,避免为解决低温油泥的问题而增加无灰分散剂用量引起的低温粘度增加,因此近年来分散型粘度指数改进剂发展很快。
粘度指数改进剂是一种油溶性高分子聚合物,在室温下一般呈橡胶或固体形态,其相对分子质量从几万到几十万,而润滑油的平均相对分子质量仅为500左右。当这种高分子聚合物溶解在溶剂(润滑油)中后,会形成线团结构,且在溶剂中的线团体积与相对分子质量较小的溶剂油相比要大得多,因而使油品的粘度远大于溶剂的粘度,这就是增稠的原因。在低温下,高分子聚合物以线团状存在,高分子卷曲,对基础油的内摩擦相对减少,对油品粘度影响不大;随着温度升高,其线团伸张,有效容积增大由于分子溶长,流体力学体积和表面积增大,使基础油内摩擦显著增加,对油品流动阻碍作用增大,从而弥补了基础油由于温度上升而下降的粘度,导致油品粘度显著增大。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。
用粘度指数改进剂调成的稠化型内燃机油,液压油,齿轮油等具有良好的粘温性能,粘温曲线平滑,可同时满足多粘度级别要求。这种油具有较好的低温启动性能和高温润滑能力,可四季通用。与同粘度级别的单级油(如SAE 10W-30与SAE30)相比,润滑油消耗据报道可降低27%,而燃料油消耗可降低3%-5%。
二.粘度指数改进剂性能
1.稠化能力
粘度指数改进剂的稠化能力主要与粘度指数改进剂的种类及相对分子质量有关,相对分子质量越大,稠化能力越强。粘度指数改进剂的稠化能力决定多级发动机油中粘度指数改进剂的加入量。由于高分子化合物的热氧化分解,粘度指数改进剂的加入量对多级发动机油的清静性有明显影响。一般在多级发动机油中粘度指数改进剂的用量最好不要超过1%-1.5%。
2.低温性能
多级发动机油的低温性能主要反映在低温启动性与低温泵送性。粘度指数改进剂的低温增稠能力越低,低温性能越好。
3.剪切稳定性
剪切稳定性是粘度指数改进剂的一个重要的使用性能,它直接影响多级发动机油粘度的稳定性。剪切稳定性与粘度指数改进剂的相对分子质量.相对分子质量分布及聚合物结构有关,但主要由相对分子质量决定。同一类型的粘度指数改进剂相对分子质量越大,抗剪切安定性越差。改善剪切稳定性的方法有几种:一是降低粘度指数改进剂的相对分子质量以及使相对分子质量分布变窄;二是通过改善聚合物结构稳定性,使聚合物保持较高稠化能力的同时,具有较好的剪切稳定性。
三.粘度指数改进剂种类.品种和发展趋势
粘度指数改进剂一般为油溶性的链状高分子化合物。早期广泛使用的有聚甲基丙烯酸酯(PMA)和聚异丁烯(PIB),近年来配制多级油的有乙烯-丙烯共聚物(OCP)和苯乙烯-异戊二烯共聚物(HSD)。
1.聚异丁烯(PIB)
聚异丁烯的油溶性,热稳定性.抗机械剪切稳定性好,但低温性和增粘能力较差,不能配制粘度级别较低和跨度较大的多级内燃机油。用于多级发动机油的聚异丁烯,相对分子质量为50000左右,而低相对分子质量(10000左右)的聚异丁烯具有优良的剪切稳定性,可用于液压油和多级齿轮油。聚异丁烯的剪切稳定性和热氧化安定性较好,但低温性和增粘能力较差,不能配制粘度较低(W30及以下)和跨度较大的多级发动机油。这是由于PIB聚合物分子链有许多甲基侧链,所以比较刚硬,在低温状态下,它的粘度增长很快,因此低温性能不好。
PIB的剪切稳定指数尚好,但低温性能最差,到20世纪80年代后已逐渐被淘汰。用量很少。
2.聚甲基丙烯酸酯
采用不同碳数的甲基丙烯酸烷基酯单体,在引发剂和相对分子质量调解剂存在下,通过溶液聚和制备。如烷基碳链足够长,可增加降凝作用,与含氮极性单体共聚则兼有一定的分散作用。PMA是用得较早和较为广泛的品种之一,PMA的低温性能特别好,改进油品粘度指数的效果好,氧化安定性好,但增稠能力,热稳定性和低温机械剪切性能差。作为内燃机油的粘度指数改进剂,可以较好地满足低温性能要求,但由于其增稠能力差,加入量大,因此影响到内燃机油的清净性。PMA最适于配制高级汽车机油数控液压油和自动传动液等。
3.乙烯-丙烯共聚物
乙烯-丙烯共聚物(OCP)具有增粘能力和剪切稳定性较好,高温性能好及现场使用性能好等特点,价格也适中,是目前世界上用得较多的一个品种。OCP在发动机油中得到广泛应用,特别是柴油机油,在内燃机油粘度指数改进剂的用量中,占到80%以上。但其低温性能差一些,若用其配置低粘度的多级油,最好与酯型降凝剂复合来改善其低温性能。
4.氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物(HSD)
HSD是苯乙烯与异戊二烯或丁二烯的共聚物,然后再加氢使双烯单体中的剩余双键饱和,以提高其热氧化安定性。HSD相对分子质量一般为50W左右,其稠化能力和剪切稳定性都较好,能满足多级内燃机油的要求,特别是配制大跨度的多级内燃机油(10W-50,15W-50及20W-50)。由于HSD良好的增稠能力和剪切稳定性,其使用量越来越大。