2010年6月Jun.2010润滑油LUBR I CAT I NG O I L第25卷第3期Vo.l25,No.3ADD文章编号:1002-3119(2010)03-0041-02润滑油抗泡剂的类型和机理探讨邓广勇,刘红辉,李纯录(中国石油大连润滑油研究开发中心,辽宁大连116032)摘要:结合润滑油抗泡沫性能测定法及表面活性剂的基本理论对润滑油抗泡剂的作用机理进行了探讨。
认为润滑油抗泡剂的作用机理并非通常认为的是降低液体与空气界面间的表面张力,提出能够降低润滑油生成泡沫能力的抗泡剂应具有增加油品泡沫的表面张力或降低泡沫表面膜强度及韧性的性能,并对其原理进行了详细叙述。
本文还对目前广泛使用的三种类型润滑油抗泡剂,有机硅聚合物、非有机硅聚合物及复合抗泡剂进行了简单介绍。
关键词:抗泡剂;表面活性剂;机理;类型中图分类号:TE624.82文献标识码:AD i s cuss i o n on t he Type a nd M echan i s m o f Antif oam e r f o r Lub ri c a ti n g O il sDENG Guang-yong,L I U Hong-hu,i L I C hun-Lu(PetroChi n a Da li a n Lubricati n g O ilR&D I nstitute,Da li a n116032,China)Abstract:Accor ding to the deter m ina tion method of foam i n g characteristi c s for lubrica ting oils and the principl e s of surfac-tant,the defoam ing and antif oa m ingmechanis m ofantifoamer for lubricati n g oils is descri b ed.The author doesn c t think tha t the mechanis m of antifoamer for lubri c a ting oils is debas i n g the surf ace tens i o n of the interface of li q uid and air.It is pointed out tha t the antifoamer for lubrica ting oils should possess the abiliti e s of enhancing tension ordebasi n g i n tensity and tenac ity of foam surf ace.And its principle is described in deta i.l Finally,the properties of organic silicone antifoamer,non silicone an-tifoamer and co mpounded antifoa mer are presented bri e fly a lso.K ey words:antifoamer;surf actant;mechanis m;type0前言现代润滑油中,不论是发动机润滑油、工业润滑油或是传动润滑油都含有定量的添加剂,在油品的使用过程中由于油品的输送或油与机器部件的剧烈振动等原因,都会使油品有生成泡沫的倾向,而稳定泡沫的形成会造成极为不良的后果,不仅造成润滑油的浪费损失,还降低了油品的使用性能,造成机器的磨损。
润滑油抗泡沫性能的测定是按照美国试验与材料协会AST M D892标准实验方法进行的,在我国相应的标准为GB/T125795润滑油泡沫特性测定法6。
方法的概要为:将一定空气通入油内5m i n,然后静止10m in,分别测量这两个时间终了时的泡沫体积。
在规定的不同温度下,测出润滑油的泡沫体积,用来描述被测油品的起泡倾向和泡沫稳定性。
为了防止润滑油生成泡沫或尽快将生成的泡沫消除,在润滑油中使用了抗泡沫添加剂,本文对润滑油中使用的抗泡沫添加剂的作用机理进行了探讨并对抗泡剂的类型进行了简单介绍。
1抗泡剂作用机理关于抗泡剂作用机理的研究尽管目前尚不十分清楚,但也提出了若干机理,其中最广泛的理论认为主要作用是降低液体与空气界面间的表面张力,从而使泡沫破坏[1]。
结合润滑油抗泡沫性能测定法及表面活性剂的基本理论,本人亦对润滑油抗泡剂的作用机理进行探讨。
润滑油的起泡能力与表面张力密切相关,从能量观点考虑,低表面张力对泡沫形成有利,因为生成一定总表面积的泡沫,需要做较少的功(表面功),而表面张力较大情况下生成一定总表面积的泡沫,需做较多的功,不利于泡沫的形成,因此增加油液与空气界面的表面张力能够降低润滑油起泡倾向。
为了降低泡沫稳定性,必须降低泡沫表面膜的强度和韧性,表面膜的强度一方面与表面吸附分子间的相互作用有关,相互作用力大则表面膜强度也大。
另一方面与表面膜的厚度有关,表面膜越厚强度越大,生成的泡沫也越稳定,高粘度油品生成的泡沫较低粘度油品生成的泡沫表面膜要厚,泡沫也稳定;表面膜的韧性也与表面吸附分子间的相互作用有关,如膜中的分子不易自由流动,则韧性差,受到作用力泡沫易消除。
因此,笔者认为:为降低润滑油生成泡沫的能力,抗泡剂应具有增加油品泡沫的表面张力或降低泡沫表面膜强度及韧性的性能。
之所以许多文章及书籍介绍润滑油抗泡剂机理时认为是降低液体与空气界面间的表面张力,可能是根据表面活性剂的定义:表面活性剂是指一些在很低的浓度下,能显著降低液体表面张力(或界面张力)的物质。
该定义是指表面活性剂在纯物质中起的作用,而润滑油抗泡剂是添加在已含有许多表面活性物质,而且表面张力足够小,易生成泡沫的混合物体系中。
加入它的目的就是要改变体系的表面张力小易产生泡沫的倾向,由于表面活性剂的性质决定了其只能是在一定的含表面活性剂体系中适当的增加液体和空气界面间表面张力。
纯物质是不易起泡的,润滑油之所以易生成稳定的泡沫,是因为油品中通常含有定量的清净剂、分散剂及其他添加剂,它们大多数是表面活性物质,表面活性物质富集于气液界面,其非极性基团伸向气泡内,极性基团指向液体,形成单分子层膜,这种膜的形成降低了界面的张力而使气泡处于较稳定的热力学状态,当气泡在液体中上浮到液面并逸出时,气泡膜已形成双分子层膜了。
如再加入另一类表面活性剂,部分替代原气泡膜中的表面活性剂,从而改变膜层分子间引力,使膜强度降低,泡沫的稳定性下降,就可达到消泡的目的。
消除泡沫的另一种方式是使形成泡沫的液体受地心引力等的作用快速流走,使液膜变薄,从而降低强度,使气泡破裂。
液膜中液体粘度大则不易流走,还会使膜的强度增加,所以要求作为抗泡剂的表面活性剂具有非常好的粘温性能,在较宽的温度范围都有合适的粘度、良好的流动性能。
由于其非常好的粘温性能,许多抗泡剂还常被用来作为要求高粘温性能场合的润滑剂;此外,润滑油抗泡剂在相当低的浓度时就表现出其性能,这是其他润滑油添加剂所不具备的。
2常用抗泡剂类型润滑油抗泡剂为油溶性表面活性剂,它是由极性基团和非极性基团组成。
常用的润滑油抗泡剂有三类。
第一类是有机硅聚合物,最常用的是二甲基硅油,它是由带有极性基团的S i和非极性基团的烷基聚合而成,活性基团有OH、C HO、C OOH、NH2及SH等,常用的是带有OH基团,它由二甲基二氯硅烷[(C H3)2Si C l2]与少量三甲基一氯硅烷[(C H3)3Si C l]的混合物水解得到,产物经缩聚为含有S i-O键和甲基组成的烷基聚醚,即通常的甲基硅油。
有机硅类型抗泡剂的加量通常是(2~10) L g/g。
它能有效抑制泡沫的产生,降低机器磨损并延长油品使用寿命,有机硅聚合物抗泡剂并不溶解于油,它是通过高度分散稳定的胶体状态而分布于油中,如在酸性油品里,随着时间的延长,有机硅类型的抗泡剂会不稳定而沉降,聚积造成消泡性能的失效。
有机硅聚合物抗泡剂的作用机理为增加液体同空气的表面张力,使之不易生成气泡,因此含有机硅聚合物抗泡剂的油品空气释放性较差。
第二类是单独使用的非有机硅聚合物。
在汽轮机油及液压油等酸性油品中,长时间使用后有机硅聚合物会失去消泡性能,这种场合可以使用非硅聚合物抗泡剂。
应用最多的非有机硅聚合物润滑油抗泡剂是丙烯酸酯和烷基丙烯酸共聚物。
它们在矿物油中的溶解性好,对调合技术不敏感,用量也很少0.001%~0.05%(质量分数)。
这类抗泡剂的抗泡性能受体系已存在的表面活性物质影响较大,抗泡剂的作用效果取决于整个油品体系,因此同一种表面活性剂在一个油品体系中具有降低泡沫的能力,但在另一种情况下则可能完全没有抗泡性能,某些场合不仅没有抗泡性能,反而促进油品生成泡沫,在润滑油体系中存在清净剂时应特别注意这种情况。
这类抗泡剂和有机硅类型抗泡剂相比,能有效地改善油品的空气释放性。
因为这类非有机硅聚合物抗泡剂的作用机理为部分替代原气泡膜中的表面活性剂,从而改变膜层分子间引力,使膜强度降低,或韧性降低使泡沫的稳定性下降,达到消泡的目的,因此含这类非有机硅聚合物抗泡剂的油品中的空气能以气泡形式放出,具有良好的空气释放性。
(下转第46页)I TI VE续表项目发动机号A 故障原因橡胶圈破裂排故后一次,闪点/e115.2排故后二次,闪点/e145.33结论通过以上试验,得出可以利用闭口闪点测定仪定量测定航空润滑油的闪点,并根据混合油品闪点测定值在润滑油-燃油曲线图中找到对应的含量值即为8B润滑油中RP-3燃油含量。
试验表明,润滑油闪点测定在发动机修理中可迅速判断轻质油品是否混入润滑油品中,为及时准确了解故障所在、为故障排除提供依据。
参考文献:[1]G B/T261-2008石油产品闪点测定法[S].北京:中国标准出版社.[2]G B6537-20063号喷气燃料[S].北京:中国标准出版社.[3]GB439-90航空喷气机润滑油[S].北京:中国标准出版社.[4]颜志光.润滑剂性能测试技术手册[M].北京:中国石化出版社,2000:51-52.[5]周雍鑫,龚九峰.润滑材料使用手册[M].上海:上海科学技术出版社,1996:14-15.[6]姜学信.石油产品分析[M].北京:化学工业出版社,1999:40-46.[7]李斌才.航空润滑油与润滑脂[M].北京:烃加工出版社,1987:268-269.收稿日期:2009-03-04。
作者简介:李咏(1967-),女,工程师,1989年毕业于成都师范专科学校化学专业,主要从事油料、橡胶等非金属材料的检测工作,已公开发表文章5篇。