船用發動機油水分離性能影響因素研究

鞠媛媛

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

船用發動機油水分離性能是指船用發動機油與水接觸時不易發生乳化，或發生乳化形成的乳化液不穩定，在循環油柜中停留一定時間或經分油機后即可發生油水分離的能力[1]。水分離性能是船用柴油機油與陸用柴油機油最重要的區別之一。

船用發動機油配方中的主要添加劑，如清凈劑、分散劑等均為表面活性劑，同時具有親水的極性基團和親油的非極性基團。船用發動機油在使用過程中難免與水接觸，油水混合物經攪拌將發生不同程度的乳化，破壞油膜強度，降低船用發動機油的潤滑性能和防銹性能，造成磨損及軸承故障。

本文考察了船用發動機油水分離性能的影響因素，為船用發動機油產品的開發及應用提供技術支持。

試驗部分

試驗原料

API I、II類基礎油（以下分別簡稱I、II類基礎油）、丁二酰亞胺分散劑、磺酸鹽清凈劑、烷基水楊酸鹽清凈劑、硫化烷基酚鹽清凈劑等。

試驗概述

采用SH/T 0619《船用發動機油水分離性測定法》，考察I/II類基礎油、分散劑加劑量、清凈劑配伍性對船用發動機油水分離性能的影響。該方法規定了試樣在有水存在的條件下，油與水分離能力的測定方法，適用于船用低速十字頭柴油機油及中速筒狀柴油機油。于錐型離心管試管中加入98 mL試樣和2 mL蒸餾水，在18 ℃，以特定的攪拌器在3600 r/min條件下攪拌30 s，然后將油水混合物在相對離心力為700的條件下分離2 h，通過觀測離心分離后的水層、乳化層體積來評價油品的水分離能力。水層越多、乳化層越少，表明油品的水分離性能越好；水層越少、乳化層越多，表明油品的水分離性能越差。

結果與討論

I/II類基礎油

在船用發動機油產品A中考察I、II類基礎油對水分離性能的影響，結果見圖1。

由圖1可見，當添加劑種類及加劑量相同時，單I類、單II類、I+II類基礎油的水分離性能表現各不相同。單I類基礎油配方的水分離性能表現相對最差，單II類基礎油配方的水分離性能相對最好，I類+II類基礎油配方的水分離性能介于這兩者之間。這主要是因為I類、II類基礎油中芳烴、膠質等極性組分的含量不同[2]。

圖1 I、II類基礎油對水分離性能的影響

分散劑加劑量

分散劑是一種在分子內同時具有親油性和親水性兩種相反性質的表面活性劑，極易形成膠團，具有較好的分散作用和增溶作用。船用發動油產品中常用的分散劑以丁二酰亞胺為主，其化學結構由親油基（烴基）、極性基和連接基團三部分組成。在船用發動機油產品A中考察丁二酰亞胺分散劑加劑量對水分離性能的影響，結果見圖2。

由圖2可見，當基礎油和其他添加劑種類及加劑量相同時，船用發動機油產品A水分離性能隨著丁二酰亞胺分散劑加劑量的提高而變差。

圖2 分散劑加劑量對水分離性能的影響

分散劑單劑的水分離性能主要是由其具體結構決定的。丁二酰亞胺分散劑具有離子型親水基團，同時具有親油基團聚異丁烯，可以形成較穩定的油包水乳化液。隨著丁二酰亞胺分散劑加劑量的提高，表面活性劑的含量增加，與水的結合能力增強，因此水分離性能變差。

清凈劑配伍性

添加劑分子間存在著各種相互作用，如協同作用、拮抗作用等[3，4]，合理利用添加劑的配伍性對發動機油產品開發具有重要指導意義。

清凈劑的基本結構是由油性的M部分、親水基N部分及兩者連接的極性基O部分組成，其中M為烴鏈，N為磺酸基、酚羥基、水楊酸基等，O為金屬鹽粒子，清凈劑是典型的表面活性劑，具有酸中和、洗滌、分散、增溶作用[5]。船用發動機油產品中常用的清凈劑包括磺酸鹽、烷基水楊酸鹽、硫化烷基酚鹽等。

烷基水楊酸鹽和硫化烷基酚鹽相對加劑量

烷基水楊酸鹽和硫化烷基酚鹽復配具有較好的協同效應，在性能方面可以優缺點互補，硫化烷基酚鹽可以彌補烷基水楊酸鹽的抗氧抗腐性，而烷基水楊酸鹽可以彌補硫化烷基酚鹽的清凈性。在船用發動機油產品A中考察烷基水楊酸鹽和硫化烷基酚鹽相對加劑量對水分離性能的影響，結果見圖3。

由圖3可見，當基礎油和其他添加劑種類及加劑量相同時，船用發動機油產品A水分離性能隨烷基水楊酸鹽和硫化烷基酚鹽相對加劑量的變化而不同，當烷基水楊酸鹽和硫化酚鹽相對加劑量為b時，水分離性能最好。

圖3 水楊酸鹽和酚鹽相對加劑量對水分離性能的影響

磺酸鹽和硫化烷基酚鹽相對加劑量

磺酸鹽和硫化烷基酚鹽復配同樣具有較好的協同效應，硫化烷基酚鹽可以彌補磺酸鹽的抗氧化性，而磺酸鹽可以補償硫化烷基酚鹽的增溶和分散作用。在船用發動機油產品B中考察磺酸鹽和硫化烷基酚鹽相對加劑量對水分離性能的影響，結果見圖4。

由圖4可見，當基礎油和其他添加劑種類及加劑量相同時，船用發動機油產品B水分離性能隨磺酸鹽和硫化烷基酚鹽相對加劑量的變化而不同，當磺酸鹽和硫化酚鹽相對加劑量為b時，水分離性能最好。

圖4 磺酸鹽和酚鹽相對加劑量對水分離性能的影響

清凈劑單劑的水分離性能主要是由其具體結構和加劑量決定的。由于表面活性的差異，不同類型的清凈劑會表現出不同的水分離性能。當兩種及以上不同類型的清凈劑復配時，必須考慮不同類型清凈劑間的配伍性對水分離性能的影響。

結論

船用發動機油水分離性能的影響因素較復雜。I/II類基礎油、分散劑加劑量、烷基水楊酸鹽和硫化烷基鹽相對加劑量、磺酸鹽和硫化烷基酚鹽相對加劑量均會影響水分離性能。在產品開發中需綜合考慮各方面影響因素，以確保船用油具有良好的水分離性能。