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加大硼酸盐添加剂研发推广力度
浏览: 发布日期:2017-02-27
青岛利宝石油添加剂有限公司总工马国光
 
    随着我国汽车工业跨跃式发展和动力机械不断更新,润滑油剂也发展迅猛。对改善机械摩擦性能,节省石油、金属资源,减轻大气、水土污染,构建陆空河海立体交通体系,实现大功率、高速度、重载荷、长距离、更快捷、舒适的交通运输现代化,推动经济、社会快速发展,满足人民物质精神生活新需要做出了历史性贡献。
但本世纪以来我们越来越清楚地看到,人类在发展经济、享受文明过程,过早地耗掉了石油资源,过快地恶化了生态环境,过多地引发出自然灾难。迫使我们不得不思考一个严肃问题:继续这样下去,人类在地球上还能延续多久?当今人类创造的文明与辉煌会不会也像古巴比伦、哈拉帕及玛雅文明那样,由于环境遭到破坏而在盛极一时之后,湮灭于荒漠或大海之中。当我们站在这个高度审视润滑油剂现状时,便不难看到还有不少节能减排问题亟待解决。
一是内燃机油低硫无磷化进展速度缓慢,汽车尾气污染不迅速解决,到2020年我们有可能需要背着氧气瓶上街。
二是以硫磷为主剂的齿轮油,如不向低硫磷高钼硼型升级,齿轮箱油温高,氧化变质快,换油周期短,冷起动阻力大,燃油消耗多,臭气冲天,带动碳排放增长,就会加重环境污染。
三是短链氯化石蜡既致癌,又破坏生态环境,欧盟和美国都早已限制生产、进口、加工、分销、出口和使用,而我国却仍在使用,不能不令人惊奇。
四是大量流入市场的非标劣质基础油,缺乏技术条件加以检控,造成我国润滑油市场性价比混乱,伪劣假冒猖獗,损坏动力机械,浪费石油资源,污染生态环境,使节能减排雪上加霜。
五是节能润滑油推广坚决不普遍,燃油浪费仍较严重。加摩擦和粘度指数改进剂生产低粘多级油,是最基本的方法。加纳米钼、硼节能效果会更显著。
在磷、硫、氯极压抗磨剂受节能减排法规限制以后,迫切需要找到节能环保的化合物替代。
硼酸盐自上世纪70年代被国外应用以来已有近40年历史,据近20本中外著作介绍,可得出以下结论:它是迄今为止我们已知的润滑剂中唯一同时具备优异极压抗磨减摩性、抗氧抗腐性、清净分散性、无毒无味安全性、节能减排环保性、与其他油剂相容性、密封材料适应性、凈化系统耐久性、资源丰富成本低的润滑油添加剂。其主要特点如下:
1、抗磨性能好,可延长机械使用寿命一倍以上。油膜厚度是硫磷剂的10-20倍,负荷同在784N时的磨斑直径比同级别硫磷剂内燃机油减小52.7%。
2、承载能力强,可防止烧结事故。加入硼酸盐的SAE90齿轮油烧结负荷是硫/磷系极压剂的2倍。
3、摩擦系数低,可调制节能润滑油。硼酸盐调的油摩擦系数小到0.05-0.06之间。在内燃机油中节油0.4%-4%,齿轮油中节能1.0%-6.0%,比有机钼节油率还。
4、粘度越小抗磨、抗烧结性能越好。硫磷剂40℃粘度低于200mm2/s抗磨性和负载能力急剧下降,而硼剂油仍然很好。可充分利用低粘度基础油开发节能润滑油。
5、抗氧化温度高,可减少积炭、胶质和油泥。硼酸盐齿轮油的抗氧化性能比硫磷齿轮油高好几倍。硫磷型齿轮油使用温度上限仅为130℃,而硼酸盐齿轮油到150℃并不产生油泥和胶质。
6、平衡油温低,换油周期长。硼酸盐能使低粘度油有更好的极压抗磨减摩性、流动散热性,使后桥齿轮油温从95℃降至60℃,变速箱油温从110℃降至80℃,换油里程内燃机油达2.5万公里,车辆齿轮油近10万公里。
7、摩擦过程“牺牲” 慢,能延长机械和添加剂使用寿命。硫、磷、氯剂靠摩擦热化学反应,不断牺牲金属表层和添加剂,换取暂时的极压抗磨性能。硼酸盐和金属基本不发生化学反应,靠硼原子外层电子轨道空穴形成的引力,吸附沉积在摩擦副上起作用,被机械剪切下来很快会通过“电泳”再吸附上去,极少消耗金属和添加剂。
8、有极好的清净分散性,能及时清除积炭、胶质和油泥。实验证明,硼酸钙不但具有优良的极压、抗磨、抗氧、防锈性能,还有很好的清净分散性。[4]
9、抗高速冲击负荷能力强,耐低速高扭矩效果好。在四代齿轮油极压剂中,硫铅剂低速高扭矩性能很好,高速冲击负荷下性能不好;硫磷锌剂(ZDDP)高速冲击负荷下性能勉强,低速高扭矩下性能不好;硫磷剂高速冲击负荷下性能很好,低速高扭矩下性能很差;唯独硼酸盐两种情况下性能都很好。[5、6]
10、防腐蚀金属范围广,温度范围宽。硼酸盐对碳钢、硼钢、铸铁、铸铝及铬镍钼合金等,在高低温下都有很好的抗磨损、耐腐蚀性能,而硫、磷、氯剂对不同金属在不同温度下,这两性能好坏不一,差别很大。
11、密封适应性强,漏油泄压事故少。硼酸盐对橡胶、塑料等轴封、油封材料既无腐蚀,也不过度溶胀,能防止软化、硬化和龟裂,减少停机检修换件时间和费用。[7]
12、无毒无异味,是理想的环境友好产品。目前内燃机油中的 ZDDP含磷,阻碍高端节能减排内燃机油的推广,严重妨碍三效转换装置发挥废气净化作用,还使监测空燃比的氧气传感器失灵。而硼酸盐可调制无磷低硫汽机油和多种环保润滑油。
13、相容性好,适用范围广。硼酸钙添加剂是一种无异味、颜色浅、粘度低、闪点高、无沉淀的透明油状液体。与各类基础油及多种添加剂都有好的相容性和协同增效作用,可应用于多种润滑油、脂中。
14、加剂量小功能全,资源丰富成本低。在过去10年间,内燃机油加剂量(不含增粘、降凝剂)能从10%-12%降至5%-9%,主要靠技术创新,即对单剂多效性的选择和对复剂协同性的优化。硼酸盐功能齐全,藏量丰富,成本较低,加量较少,作用却很大,并可降低油剂成本5%-20%。 
 近些年来,经过我们团队在济南和青岛利宝公司的研发试验和生产应用,证明在当前要求润滑油节能减排方面至少可解决以下问题:
一是加入内燃机油,可减少或替代ZDDP,实现内燃机油低硫无磷或低硫低磷化。
二是加入车辆和工业齿轮油,可减少或替代硫化烯烃,减轻腐蚀,延长齿轮点蚀寿命,改善低速高扭矩工况,提高齿轮传达效率,降低齿轮油温,延长换油里程,明显节省燃油或电能,减轻硫氧化物对环境的污染和大气中碳的排放。
三是替代低碳氯化石蜡,减少油剂致癌组分,减轻氯对生态环境的严重破坏。
四是加入非标基础油,在每吨基础油提高约200-300元成本的前提下,改善其多项性能,防止大量低劣成品油流入市场带来的各种危害。
五是利用硼酸盐低粘度油有更好极压抗磨性能的独有特点,通过减摩性优化,大力推广低粘度、高指数、低摩擦、长寿命的节能环保润滑油,减轻污染,节省能源,缓和燃油紧张局面。
硼酸盐是天然或人工合成的无机盐,天然资源丰富,以三氧化二硼(B2O3)计,全球探明储量二亿七千万吨。我国储产量仅次于美国、土耳其和俄罗斯,位居世界第四,分布于辽宁、吉林等13省区。已加工的硼化物产品60种,应用于冶金、机械、建材、化工、电子、轻纺、能源、医疗、国防和农林等领域。作为硼酸盐,除天然硼砂外,主要靠硼酸与碱金属或碱土金属
氢氧化物人工合成。碱金属有钠、钾等6种,是一族元素,原子内电子层稳定,外电子层只有1个电子,易于失去而呈+1价,其氢氧化物易溶于水呈碱性,因此硼酸钠、钾不抗水解。碱土金属有钙、钡、镁等6种,原子内层电子也很稳定,外电子层有2个电子,易于失去而呈+2价,其化学活泼性仅次于碱金属,它的氢氧化物不溶于或基本不溶于水。不抗水解的硼酸钾、硼酸钠不能用于接触水和要求定期排水的机械设备中。抗水解的硼酸钙、硼酸镁等有更宽广的应用领域。
制造纳米硼酸盐润滑剂剂的关键,除选用哪种金属硼酸盐,采用何种制造工艺及如何同现有添加剂配伍非常重要。此前国内外对硼酸盐润滑剂的制造方法主要有:A乳化脱水法,将硼酸钾或硼酸钠或它们的混合物溶解于去离子水中形成透明饱和液,再用烯基丁二酰亚胺无灰分散剂,将其分散到石油或合成磺酸钙或者基础油中,高速剪切乳化成乳状液,于129℃减压蒸馏脱水,得含游离水约5%的硼酸钾钠润滑油极压抗磨剂。B化学反应法,用高碱值石油或合成磺酸钙与硼酸反应生成硼磺酸钙,再与氢氧化钠或氢氧化钾在甲醇溶液中反应,生成偏硼酸钠和硼磺酸钙的混合液,过滤除渣,将滤液分散在基础油中,蒸除甲醇得产品。C溶剂分散法,将硼酸盐微粒,先分散在三氯甲烷溶剂中,再分散到液体石蜡中,在280℃高速搅拌8-10小时,自然冷却到室温得产品(本法有环境污染问题)。D超分散法,将硼酸盐制成的纳米或亚纳米(50-1000nm)微粒,用带铆固基团两性结构的超分散剂,通过高速剪切或超声波分总之,笔者相信只要对硼酸盐的应用感兴趣,经过大胆技术和配方创新,一定还会创造出更多更好的其他制造方法。
 
参考文献
      [1]黄文轩 “八十年代节能润滑剂—硼酸盐”文章    [2]  欧风 «石油产品应用技术手册»[M].北京:中石化出版社,2003:238  [3] 北京联合润华科技公司«车用润滑油宝典»[M].北京:中国石化出版社,2003:82   [4] 孙新华 «硼酸钙的研究与应用»[M].北京:现代化工出版社,1996:24。
 

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