آشنایی با مواد افزودنی شوینده در روغن موتور: مروری بر

فهرست

شوینده روغن موتورهای احتراق داخلی چیست؟

عملکرد مواد شوینده

توانایی خنثی سازی اسید

قابلیت شویندگی

پراکندگی

حل شدن

مقایسه عملکرد مواد شوینده اصلی

انواع مواد شوینده برای روان کننده ها.

سولفونات

آلکیل فنات ها و آلکیل فنات های سولفوره شده

 

شوینده روغن موتورهای احتراق داخلی چیست؟

 

 

شوینده (برای روغن موتورهای احتراق داخلی) یک ماده شیمیایی است که می تواند قطعات موتور را تمیز کند و قطعات موتور را تمیز نگه دارد و به تعلیق ذرات جامد نامطلوب در روغن موتور کمک کند. مواد شوینده دارای چهار عملکرد خنثی سازی اسید، شوینده، پراکندگی و حل شدن هستند.

در فرمولاسیون روغن موتور، بیشتر شوینده ها از صابون های فلزی قلیایی برای خنثی کردن اسیدهای آلی یا معدنی تولید شده در طی اکسیداسیون یا احتراق استفاده می کنند.

مواد شوینده به طور کلی باپراکنده کننده هاوZDDP ( ZDDP )و عمدتاً در روغن موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود.

 

• در سال 1943، ایالات متحده کشف کرد که روغن موتور دیزل اضافه شده با صابون های فلزی کربوکسیلیک اسید آلی، مانند اسیدهای چرب محلول در روغن یا اسیدهای نفتنیک می تواند مشکل افزایش رسوب کربن در شیارهای رینگ پیستون را حل کند، مردم آن را شوینده می نامند زیرا این نوع صابون فلزی محلول در روغن توانایی تمیز کنندگی مشابه صابون محلول در آب را دارد.
• تحقیق روی مواد شوینده با شروع شدصابون های فلزی، و با اسیدهای چرب و صابون های اسید نفتنیک محبوب شد. با توجه به اینکه بیشتر نمک‌های فلزات اسید چرب و نمک‌های فلزی اسید نفتنیک نیز کاتالیزورهای اکسیداسیون روغن روان‌کننده هستند، با توسعه صنعت روان‌سازی جایگزین سولفونات‌ها، فنات‌ها و فسفات‌ها شدند.
• در افزودنی های روان کننده مدرن، محبوب ترین مواد شوینده عبارتند ازسولفونات ها, آلکیل فنات های سولفوره شده, فسفونوتيولات, آلکیل سالیسیلات هاو نفتنات ها پنج نوع شوینده در ابتدا با نمک های خنثی استفاده می شوند.
• در اواخر دهه 1940 و اوایل دهه 1950، با افزایش موتورهای دیزلی پرقدرت سوپرشارژ و افزایش سوخت های حاوی گوگرد و همچنین درک بیشتر از خنثی سازی مواد شوینده، مردم شروع به توسعه کردند.شوینده های پایهوشوینده های بیش از حد پایه.
• در اواخر دهه 1950، محصولات شوینده با ارزش پایه 250 میلی گرم KOH/g تولید شد.
• در حال حاضر، مقدار پایه بالای محصولات اکثر مواد افزودنی روان کننده مدرن را می گیرد و ارزش پایه می تواند تا 400 ~ 500 میلی گرم KOH / گرم برسد. بیش از 75 درصد مواد شوینده در روغن موتور بنزینی و روغن موتور دیزل استفاده می شود. دوز مواد شوینده در روغن موتور خودرو می تواند به 3 تا 15 درصد برسد و محتوای روغن موتور دریایی حتی بیشتر خواهد بود. روغن‌های سیلندر دریایی (TBN 100) حاوی حداکثر 30 درصد مواد افزودنی هستند که بیشتر این افزودنی‌ها مواد شوینده هستند.

 

 

عملکرد مواد شوینده

 

توانایی خنثی سازی اسید
بیشتر مواد شوینده دارای ارزش پایه و برخی دارای ارزش پایه بالایی هستند که به آن a می گویندتعداد کل پایه (TBN), و TBN نشان دهنده توانایی خنثی سازی اسیدها است. نمک های فلزی مختلف توانایی های خنثی سازی اسیدی متفاوتی دارند.

شوینده های قلیایی سولفونات و فسفات، نمک های قلیایی قوی اسیدی هستند و فقط قسمت بیش از حد قلیایی ماده شوینده، یعنی کربنات و هیدروکسید، می تواند توانایی اسیدی را خنثی کند، در حالی که سولفونات ها و فسفات های خنثی صابون هستند و توانایی خنثی کردن اسیدها را ندارند. . با این حال، کربوکسیلات‌های بازی، سالیسیلات‌ها و فنات‌ها نمک‌های اسیدی قوی نسبت به باز ضعیف هستند که آنها را به بازهای لوئیس تبدیل می‌کند. نه تنها قسمت بیش از حد قلیایی آن دارای قابلیت خنثی سازی است، بلکه صابون نیز توانایی خنثی سازی اسید را دارد.

مواد شوینده با ارزش پایه بالا معمولاً ترکیبی از کربنات ها (CaCO) هستند₃، BaCO₃، MgCO₃، نا₂شرکت₃، لی₂شرکت₃و غیره) و هیدروکسیدهای فلزی [Ca(OH)₂، Ba(OH)₂، Mg (OH)₂، NaOH، LiOH] و سایر کلوئیدهای حالت ابرذره ای در شوینده های مبتنی بر فلز خنثی پراکنده می شوند.

شوینده های بیش از حد با ذخایر قلیایی بالا می توانند به طور مداوم اسیدهای مشتق شده از اکسیداسیون روغن روان کننده و روغن سوخت را خنثی کنند و از تراکم اکسیداتیو بیشتر آنها جلوگیری کنند و در نتیجه رسوبات رزینی در موتور را کاهش دهند. در عین حال، می تواند اکسید گوگرد تولید شده پس از احتراق سوخت های حاوی گوگرد را خنثی کند و از سولفون شدن روغن روان کننده جلوگیری کند.

همچنین می تواند اسید کربوکسیلیک، اسید سولفوریک، اسید نیتریک و غیره تولید شده پس از احتراق بنزین را خنثی کند و از اثر بیشتر آنها بر روی هیدروکربن ها جلوگیری کند.

به دلیل خنثی شدن این اسیدهای معدنی و اسیدهای آلی، از خوردگی این مواد اسیدی بر روی قطعات فلزی موتور جلوگیری می شود که این امر به ویژه برای روغن موتورهای دیزلی و روغن های دریایی که از سوخت های گوگرد بالا استفاده می کنند، اهمیت دارد.

 

قابلیت شویندگی

ماده شوینده به شکل میسل در روغن است و جذب قوی روی لایه های رزینی نامطلوب و رسوبات کربن دارد. این می تواند فیلم رزینی و رسوب کربن چسبیده به پیستون را بشویید و آنها را در روغن پخش کند.

به طور کلی، هر چه خواص پراکندگی قوی تر باشد، خواص قوی تر است.

 

پراکندگی

مواد شوینده می تواند ذرات جامد کوچک مانند ذرات کلوئیدی و کربنی تولید شده را جذب کرده و آنها را در روغن پراکنده کند و از تجمع آنها برای تشکیل ذرات بزرگ که به سیلندر می چسبند یا در لجن ته نشین می شوند جلوگیری می کند.

 

حل شدن

حل شدن پدیده ای است که املاح مایع که در اصل در روغن نامحلول هستند به دلیل افزودن مقدار کمی سورفکتانت حل می شوند.

مواد شوینده برخی از سورفکتانت‌ها هستند که اغلب به صورت میسل در روغن پراکنده می‌شوند، که می‌توانند ترکیبات حاوی اکسیژن حاوی گروه‌های هیدروکسیل و کربونیل، ترکیبات حاوی نیترو، لجن، دوده و آب را حل کنند. این مواد واسطه تشکیل لایه رنگ هستند. آنها در مرکز میسل ها حل می شوند و توسط مولکول های افزودنی که میسل ها را تشکیل می دهند احاطه می شوند، در نتیجه از اکسیداسیون و تراکم بیشتر جلوگیری می کنند و تشکیل لایه های رنگی و رسوبات کربن را کاهش می دهند. در واقع، حل شدن پیش سازهای رسوبی توسط مواد شوینده، یعنی توانایی کمتر فعال کردن این گروه های عملکردی بسیار واکنش پذیر، در نتیجه جلوگیری از تبدیل آنها به رسوبات، بسیار کمتر از پراکنده کننده های بدون خاکستر حل می شود.

 

اساسا مواد شوینده ازگروه چربی دوست، گروه قطبی و گروه هیدروفیل.به صورت جدول زیر:

 

آیتم	گروه چربی دوست	گروه قطبی	گروه هیدروفیل	ساختار مولکولی
سولفونات	آلکیلاریل	گروه اسید سولفونیک	Ca، Mg، Ba، Na
آلکیل فنل ها و آلکیل فنات های سولفوره شده	آلکیلاریل	هیدروکسیل فنولیک	Ca، با
آلکیل سالیسیلات ها	آلکیلاریل	سالیسیلات	Ca، Mg، Ba
تیوفسفات	پلی ایزوبوتیلن n=17-20	فسفورتیوات یا اسید فسفریک	Ca، با

 

عملکرد شوینده و پراکندگی مواد شوینده و پخش کننده اصلی

مواد افزودنی روان کننده	قابلیت حل شدن		قابلیت پراکندگی			قابلیت شویندگی
	جامد / درصد	پیرووات/(mmol/kg)	محصولات تجزیه اسید آلی / درصد	آسفالت / درصد	کربن سیاه / درصد	جلوگیری از جذب کربن سیاه / درصد	کربن سیاه جذب شده / درصد را تمیز کنید	جلوگیری از جذب کربن سیاه تحت میدان الکتریکی / درصد
کلسیم آلکیل سالیسیلات	0-3	37	——	30-60	10	10	2-4	90-100
آلکیل فنات	3.6	32	30-70	30-50	20-30	——	3	90
باریم تیوفسفات	——	346	——	——	40	——	——	90
کلسیم آلکیل فنل سولفید	——	24	——	——	38	——	——	50
سولفونات منیزیم	——	——	70	——	90	——	——	20
سولفونات کلسیم	6-10	20	60-100	70-90	100	34	6	10
سوکسینیمید	8-20	360	——	80-100	100	85	53	0

 

 

مقایسه عملکرد مواد شوینده اصلی

آیتم	پراکندگی	خنثی سازی اسید	حل شدن	ضد زنگ	آنتی اکسیداسیون
خنثی، سولفونات پایه	وسط	وسط	وسط	آره	نه
سولفونات های پایه بالا	وسط	بالا	وسط	آره	نه
خنثی، فنات پایه	کم	وسط	کم	نه	آره
آلکیل فنات با پایه بالا	کم	بالا	کم	نه	آره
آلکیل سالیسیلات	کم	وسط	کم	نه	آره
تیوفسفات	وسط	وسط	وسط	نه	آره

 

انواع مواد شوینده برای روان کننده ها.

 

با توجه به منبع مواد اولیه، شوینده های سولفونات را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

• سولفونات نفت؛
• سولفونات مصنوعی.

 

با توجه به عدد پایه، سولفونات ها به دو دسته تقسیم می شوند:

• سولفونات خنثی؛
• سولفونات عدد پایه میانی;
• سولفونات با عدد پایه بالا.
• سولفونات با شماره پایه فوق العاده بالا.

 

با توجه به نوع فلز:

• سولفونات کلسیم؛
• سولفونات منیزیم؛
• سولفونات سدیم؛
• و لیتیوم سولفونات

 

سولفونات

 

سولفونات کلسیمپرمصرف ترین شوینده سولفونات است.

 

به دلیل محتوای خاکستر کمسولفونات منیزیم، نیازهای روغن روانکاری کم خاکستر را برآورده می کند و مقاومت خوبی در برابر زنگ زدگی دارد. بیشتر در روغن موتور بنزینی با درجه بالا استفاده می شود و گذراندن تست زنگ زدگی MS Ⅱ D نسبتاً آسان است.

 

از آنجایی که نمک باریم فلزی سنگین و سمی است، کاربرد آن کمتر و کمتر می شود وباریم سولفوناتتقریباً به طور کامل به عنوان یک شوینده روغن روان کننده حذف می شود. اما باریم سولفونات عملکرد ضد زنگ بسیار خوبی بر روی فلزات مختلف دارد و برای استفاده به عنوان مناسب استافزودنی ضد زنگ.

 

سولفونات کلسیم بیش از حد با پراکندگی باز اضافی در میسل ها به شکل کربنات کلسیم (CaCO3) برای تشکیل سولفونات بیش از حد تشکیل می شود. نسبت نمک کلسیم (m) پراکنده به صورت کربنات کلسیم به نمک کلسیم سولفونات (n) بیش از 30:1 است.

 

سولفونات های خنثی یا کم پایه اثر پخش بهتری روی دوده و سایر مواد دارند، در حالی که سولفونات های بیش از حد دارای توانایی خنثی سازی بهتر و شویندگی دمای بالا هستند.
سولفونات را می توان به طور محکم بر روی سطح فلز آهن جذب کرد تا یک لایه محافظ غیرقابل نفوذ تشکیل دهد که آن را تضمین می کند.عملکرد ضد زنگ خوب.

در مقایسه با سالیسیلات و فنات، سولفونات از نظر انحلال و پراکندگی بهتر از سالیسیلات و فنات است، اما در شرایط سخت دمای بالا، سرعت خنثی‌سازی و پاک‌کنندگی بدتر از سالیسیلات و فنات است.
به طور خاص، همهافزودنی های سولفونات خاصیت ضد اکسیداسیون و ضد خوردگی ضعیفی دارند، وافزودنی های سولفونات با ارزش پایه بالا حتی باعث اکسیداسیون می شوند.
به منظور جبران کمبود آنتی اکسیدان، علاوه بر ترکیب سولفونات های پایه بالا و پایین مختلف در روغن موتورهای مدرن، استفاده از سولفونات ها در ترکیب با نمک های آلکیل سولفوره، پخش کننده ها و آنتی اکسیدان ها و آنتی اکسیدان ها اهمیت بیشتری دارد. -افزودنی های خوردگی

به طور کلی سولفونات داردشوینده خوب در دمای بالا, توانایی خنثی سازی قوی,مقاومت خوب در برابر زنگ زدگی، ومقداری پراکندگی. مواد اولیه آن آسان به دست می آید و قیمت آن ارزان است. می توان آن را با افزودنی های دیگر برای تهیه انواع روغن موتورهای احتراق داخلی ترکیب کرد. همچنین برای سیلندر دریایی و روغن موتور استفاده می شود.

 

آلکیل فنات ها و آلکیل فنات های سولفوره شده

 

شوینده Alkylphenplte یکی از شوینده های روغن موتور است که در اواخر دهه 1930 ظاهر شد. از ابتدا، این نوع افزودنی به سرعت به مشتقات مختلفی مانند آلکیل فنات سولفوره، آلکیل فنات تراکم فرمالدئید، آلکیل فنات تراکم آمین فرمالدئید تبدیل شد.

از دهه 1950، با توسعه موتورهای مختلف دیزلی پرقدرت و استفاده از سوخت‌های با گوگرد بالا، به منظور حل مؤثر مشکلات افزایش رسوبات کربن روی پیستون‌ها و خوردگی و سایش آستر سیلندرها، مواد شوینده آلکیل فنول به تدریج به سمت توسعه یافتند. محصولات پایه بالا با TBN 200 ~ 250.

رایج ترین نمک های آلکیل فنل نمک های کلسیم و نمک های منیزیم و پرمصرف ترین نمک های کلسیم هستند.
با این حال، عملکرد آلکیل فنات خالص ضعیف است و فلز کردن برای تولید محصولات با پایه بالا دشوار است، بنابراین آلکیل فنات نمک سولفوره شده و آلکیل فنات تقریباً همزمان ظاهر می شوند و امروزه بیشترین استفاده را در جهان دارند. این دارای طیف گسترده ای از گونه ها است و مصرف آن پس از سولفونات ها در رتبه دوم قرار دارد و فنات های قلیایی یک سوم بازار افزودنی مواد شوینده روان کننده را تشکیل می دهند.

 

با توجه به عدد پایه، آلکیل فنات های سولفوره شده عبارتند از:

 

 

• آلکیل فنات سولفوره کم پایه (TBN100)؛
• آلکیل فنات سولفوره شده با پایه متوسط ​​(TBN150).
• آلکیفنات سولفوره شده با پایه بالا (TBN250);
• کلسیم آلکیل فنات سولفوره شده با پایه فوق العاده بالا (TBN300).

 

 

ویژگی های فنات سولفوره شده:

 

• آلکیل فنات سولفوره به راحتی در محیط روغن تفکیک می شود، بنابراین دارای خاصیت ویژه ای است.توانایی خنثی سازی خوبوضد اکسیداسیون و ضد خوردگی عالیخواص

• آلکیل فنات سولفوره شده به ویژه داردشوینده خوب در دمای بالاو به ویژه در سرکوب رسوبات کربن در شیار حلقه بالایی روغن موتور دیزل سوپرشارژ موثر است. این یکی از افزودنی های ضروری برای روغن موتور دیزل سوپرشارژ است.

• آلکیل فنات سولفوره به طور گسترده ای در گریدهای مختلف روغن موتور احتراق داخلی استفاده می شود.حفظ قلیایی خوب و توانایی جداسازی آب، و هنوز هم یکی از مواد افزودنی اصلی روغن روان کننده دریایی است.

 

تفاوت بین مواد شوینده فنات و مواد شوینده سولفونات:

 

هم سولفونات با پایه بالا و هم آلکیل فنات پایه بالا خوب استتوانایی خنثی سازی اسید

سولفونات با پایه بالا ممکن است عملکرد آنتی اکسیدانی در روان کننده ها را کاهش دهد. اما آلکیل فنات با پایه بالا دارای خواص آنتی اکسیدانی است.

 

آلکیل فنات سولفوره شده با سایر مواد شوینده، پخش کننده ها و ZDDP ترکیب می شود و به طور گسترده در روغن های موتورهای احتراق داخلی مختلف، به ویژه در روغن موتورهای دیزلی سوپرشارژ برای کاهش رسوب کربن استفاده می شود. قلیائیت خوبی را حفظ می کند و به خوبی در روغن سیلندر دریایی استفاده می شود، بنابراین در کشورهای غربی در مقیاس وسیع توسعه یافته است و در حال حاضر به یکی از مهم ترین افزودنی های روان کننده تبدیل شده است.