ＦＣ級可生物降解二沖程汽油機油的研究

張　峰　王振濤

摘要：為滿足國內外日益嚴格的環保要求，開發研制了FC級可生物降解二沖程汽油機油。以酯類油、聚異丁烯、礦物油為基礎油，加入4.5%的復合添加劑，考察了添加劑與基礎油的相溶性，并對油品的可生物降解性能、清凈性能、潤滑性能進行模擬評定，確定配方。研制油品通過了FC級二沖程汽油機油全套臺架評定，并且可生物降解率超過了60%。油品具有良好的使用性能和可生物降解性能。

關鍵詞：可生物降解；二沖程汽油機油；配方；添加劑；臺架試驗

中圖分類號：TE626.32 文獻標識碼：A

Study on a FC Biodegradable Two-Stroke Gasoline Engine Oil

ZHANG Feng1, WANG Zhen-tao2

(1.Research Institute of Petroleum Processing, SINOPEC, Beijing 100083,China; 2.PetroChina Dalian Blending Plant, Dalian 116032, China)

Abstract:To meet the increasingly stringent requirements in environmental protection, a FC biodegradable two-stroke gasoline engine oil was developed by taking PIB, ester oil and mineral oil as base stock and adding 4.5% of additive package. The inter-solubility between base stock and additives was studied. And the biodegradability, detergency and lubricity were evaluated by bench tests. The developed oil has passed all the required engine tests. Results showed that it has good performances and biodegradability, with over 60% biodegradation rate.

Key words:biodegradable; two-stroke gasoline engine oil; formula; additive; bench test

0 前言

近年來二沖程汽油發動機生產技術在不斷發展，功率不斷提高，使發動機熱負荷增大，同時越來越嚴格的環保要求使二沖程汽油機油要具有優良的潤滑性、清凈性、低溫流動性及低排煙性能。

國外為了解決環境污染，在二沖程汽油機油方面做了大量的工作，美國的幾大石油公司，如Exxon，Lubrizol公司，特別是Pennzoil公司^［1］，研制出了生物降解性大于66%的二沖程汽油機油。

我國是摩托車生產大國，產量和社會保有量為世界第一，摩托車帶來的環境污染問題已經引起全社會的重視，為此進行了可生物降解的二沖程汽油機油的研究。

1 產品規格及試驗方法

所研制的FC級可生物降解二沖程汽油機油不僅要滿足FC級二沖程汽油機油的規格標準，而且還要滿足生物降解性大于50%的條件。

FC級可生物降解二沖程汽油機油的指標、發動機臺架試驗、生物降解性試驗方法分別列于表1和表2。

試驗所用模擬評定試驗條件如下：

成焦板試驗：

板溫330 ℃、油溫100 ℃，攪拌15 s，停45 s,試驗0.5 h。

四球機試驗：

磨斑試驗：室溫、294 N，1420 r/min條件下運轉30 min，測磨斑直徑d；

承載能力測定：按GB 3142-82方法測定最大無卡咬負荷P_B。

摩擦系數試驗：室溫、30 min、147 N條件下運轉，測f。

2 結果及討論

2.1 油品基礎油的選擇

2.1.1 基礎油和添加劑的生物降解性

由于對生物降解性的要求，我們考查了各種基礎油和添加劑的生物降解性，結果見表3。

從表3可以看出，要求達到生物降解性大于50%,只能用酯類油作為基礎油的主要組分。

2.1.2 基礎油中聚異丁烯對油品性能的影響

聚異丁烯(PIB)在高溫下能分解為低分子烯烴,易燃燒干凈,可降低尾氣排放^［2］,所以在FC級二沖程汽油機油基礎油中必須加入一定量的聚異丁烯(PIB)以保證油品有較好的排放性能,考查PIB加入量對油品性能的影響，結果列于表4。

從表4 看，隨著PIB加入量的增加，潤滑性及排煙性能都變好，但增加到30%后，變化不明顯。

2.1.3 酯類油和添加劑的互溶性

在確定酯類油為基礎油的主要組成后，在試驗中發現不同酯類油和添加劑存在著互溶性問題，因此考察了配方中常用的無灰分散劑和金屬清凈劑在酯類油中的溶解度和穩定性，結果見表5。

由表5可見，酯類油與無灰分散劑不互溶，金屬清凈劑A與酯類油可互溶，但靜放1個月后有沉淀，酯類油與金屬清凈劑B互溶性能較好。

試驗考察了復合添加劑在不同酯類油中溶解性，結果見表6。

由表6可見，酯類油和復合添加劑互溶性優劣的順序是：酯類油A>酯類油B>酯類油C。

試驗選用與復劑互溶性相對較好的酯類油A作為基礎油的主要組分。

2.1.4 基礎油配方的確定

對基礎油中主要組分酯類油和聚異丁烯(PIB)的比例進行考察，同時為進一步解決酯類油和添加劑的互溶性問題，在基礎油配方中加入一定量的礦物油或PAO，結果列于表7。

從表7看，加入一定量的礦物油能解決酯類油與添加劑的互溶問題，因此采用不同的基礎油配比，進一步考察基礎油和復劑的溶解性及油品的清凈性，以確定基礎油配方的組成。結果列于表8。

從表8可看出，1號配方高溫清凈性較好，粘度較理想，溶解性能也好，選擇1號配方中的基礎油配比為確定的基礎油配方。

2.2 添加劑復合配方的考察

確定了基礎油后，對配方進行篩選，主要對配方中的不同金屬清凈劑和無灰分散劑及用量的配伍進行研究^［3］。

2.2.1 金屬清凈劑用量對油品清凈性的影響

金屬清凈劑的用量將影響產品的清凈性能，但用量過多會增加硫酸鹽灰分，影響發動機的堵塞性能，所以要對清凈劑用量進行考察。實驗中基礎油、添加劑總量都不變，僅改變金屬清凈劑和分散劑用量，結果見表9。

從表9可以看出，雖然增加金屬清凈劑可改善油品的清凈性，但硫酸鹽灰分也隨之增加，而規格要求硫酸鹽灰分不大于0.18%。所以對產品中金屬清凈劑的用量要進行控制。

2.2.2 不同堿值金屬清凈劑的復配考查

以不同堿值的金屬清凈劑A1、A2、A3復配作為清凈劑組分，并與無灰分散劑復配進行了配方考查，試驗結果見表10。

從試驗結果看，用清凈劑A1和清凈劑A3復配，既能保持良好的清凈性，也能達到硫酸鹽灰分不大于0.18%的規格要求。

2.2.3 復合劑配方的確定

采用清凈劑A1和清凈劑A3復配作為配方金屬清凈劑主要組成，為進一步提高油品的高溫清凈性，在配方加入清凈劑B，對復合劑配方中各組分用量進行進一步考察，結果見表11。

根據試驗結果，選擇各項性能較好的B-9配方進行油品臺架評定。

2.3 臺架實驗結果

將研制的FC級可生物降解二沖程汽油機油進行發動機臺架評定，結果見表12。

從表12可知，研制的可生物降解FC級二沖程汽油機油各項性能均達到質量指標要求，臺架評定結果表明研制油品具有良好的潤滑性、清凈性、排煙性能。

3 結論

(1)研制的FC級可生物降解二沖程汽油機油是以酯類油、HVI150及聚異丁烯為基礎油，添加金屬清凈劑、無灰分散劑等調制而成，產品通過了JASO四個程序臺架評定試驗，油品質量符合ISO FC級二沖程汽油機油規格標準要求。

(2)研制油品可生物降解性超過了50%，大大降低了對環境的污染程度，符合當前我國大力提倡的環保要求。

(3)FC級可生物降解二沖程汽油機油具有良好的潤滑性、清凈性、排煙性能，適用于各種功率、各種排量的二沖程汽油機。

參考文獻：

［1］ Morrison, David S. Biodegradable Lubricant: US, 5378249［P］. 1993.

［2］ Stover, William H. Prevention of Gel Formation in Two-Cycle Oils: US, 5304315［P］. 1992.

［3］ Alexander A, Gordon，Alan G. Lubricating Composition for Two-Cycle Internal Combustion Engines: US, 5321172［P］. 1993.

收稿日期:2008-12-11。

作者簡介：張峰（1974-），男，工程師，1996年畢業于撫順石油學院石油加工專業，多年從事潤滑油配方研制工作。