陳玉，張秀娟，蒙猛，李菊芳

（1.中國(guó)石油克拉瑪依潤(rùn)滑油廠，新疆克拉瑪依 834003;2.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，

新疆克拉瑪依 834003;3.中國(guó)石油克拉瑪依石化公司，新疆克拉瑪依 834003）

影響潤(rùn)滑油傾點(diǎn)的靜電降凝理論

陳玉1，張秀娟2，蒙猛2，李菊芳3

（1.中國(guó)石油克拉瑪依潤(rùn)滑油廠，新疆克拉瑪依 834003;2.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，

新疆克拉瑪依 834003;3.中國(guó)石油克拉瑪依石化公司，新疆克拉瑪依 834003）

傾點(diǎn)是考察潤(rùn)滑油產(chǎn)品低溫流動(dòng)性能的常規(guī)技術(shù)指標(biāo)之一。實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)使用濾紙過(guò)濾后，潤(rùn)滑油的傾點(diǎn)會(huì)降低，對(duì)多種潤(rùn)滑油產(chǎn)品測(cè)試后發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象的普遍性。為了解釋其原因，文章從油品凝固的機(jī)理出發(fā)，提出了靜電降凝的理論模型，并通過(guò)對(duì)濾紙和油品分別處理后多組實(shí)驗(yàn)的傾點(diǎn)變化，驗(yàn)證了該理論，同時(shí)證明，油品中的靜電來(lái)源于過(guò)濾所用的濾紙。

傾點(diǎn);降凝;靜電;濾紙;過(guò)濾

0 引言

許多潤(rùn)滑油產(chǎn)品會(huì)在低溫環(huán)境下使用，因此潤(rùn)滑油的產(chǎn)品指標(biāo)中均有低溫流動(dòng)性要求。傾點(diǎn)是用來(lái)衡量潤(rùn)滑油低溫流動(dòng)性的常規(guī)技術(shù)指標(biāo)之一。在對(duì)某些潤(rùn)滑油產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試過(guò)程中觀察到油品在使用濾紙過(guò)濾后傾點(diǎn)會(huì)降低，并通過(guò)對(duì)多種不同類型的潤(rùn)滑油產(chǎn)品測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象的普遍性。

目前，關(guān)于蠟含量和熱歷史對(duì)油品低溫流動(dòng)性影響的文獻(xiàn)報(bào)道較多［1－4］，但關(guān)于用濾紙過(guò)濾這一操作對(duì)油品傾點(diǎn)的影響還未見(jiàn)報(bào)道。有人分析認(rèn)為，過(guò)濾后油品傾點(diǎn)降低是因?yàn)檫^(guò)濾除去了油品中的水分。本文通過(guò)測(cè)試油品經(jīng)濾紙過(guò)濾后的微水值，排除了水分對(duì)傾點(diǎn)的影響這種觀點(diǎn)，并通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)，從油品凝固的機(jī)理出發(fā)，解釋了過(guò)濾這一操作對(duì)油品傾點(diǎn)產(chǎn)生影響的原因。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)室選取了5種典型油樣，其中1#、2#和3#為環(huán)烷基油，4#和5#為石蠟基油。所有樣品均未添加降凝劑，濾紙為整卷狀的工業(yè)濾紙。為了研究濾紙過(guò)濾影響傾點(diǎn)的原因，首先測(cè)試了樣品過(guò)濾前后的常規(guī)數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 過(guò)濾前后油品的基礎(chǔ)理化性質(zhì)

續(xù)表

從表1可以看出，5種油品在過(guò)濾前后的黏度、微水、碳型等測(cè)試項(xiàng)目均未發(fā)生變化，但傾點(diǎn)卻明顯降低。

由于油品的運(yùn)動(dòng)黏度和碳型未發(fā)生改變，過(guò)濾過(guò)程中也無(wú)人為摻入其他油品組分，可認(rèn)為油品組分在過(guò)濾前后并未發(fā)生改變。微水值在過(guò)濾前后也未發(fā)生變化，由此可以排除水分對(duì)油品傾點(diǎn)的影響。

要研究?jī)A點(diǎn)變化的原因，首先要了解油品凝固的原理。目前，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，環(huán)烷基油的凝固屬于黏溫凝固，即環(huán)烷基油在溫度不斷降低的情況下，黏度逐漸增大，油品流動(dòng)性變差，直至油品整體不能流動(dòng)時(shí)，可以認(rèn)為其達(dá)到凝固狀態(tài)。而石蠟基油由于含蠟量高，其凝固屬于構(gòu)造凝固。構(gòu)造凝固多采用結(jié)晶學(xué)原理來(lái)解釋。結(jié)晶學(xué)一般認(rèn)為，油品凝固主要是油品中的蠟在低溫條件下結(jié)晶析出，形成針狀或片狀結(jié)晶并相互聯(lián)結(jié)，構(gòu)成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將油通過(guò)吸附或溶劑化包于其中，致使整個(gè)油品失去流動(dòng)性［5］。凝固過(guò)程一般分為三個(gè)步驟:（1）晶核形成;（2）蠟晶生長(zhǎng);（3）蠟晶顆粒鏈接［6］。各種不同類型降凝劑的加入，無(wú)論結(jié)構(gòu)如何，其作用原理都是阻礙或延緩了凝固過(guò)程的某個(gè)階段，從而達(dá)到降凝的目的。

環(huán)烷基油雖然含蠟量低，但并不是完全不含蠟，在溫度不斷降低的過(guò)程中，油品黏度不斷增大，流動(dòng)性逐漸變差，同時(shí)油品中的少量蠟也會(huì)隨之結(jié)晶析出。因此環(huán)烷基油品的凝固是黏溫凝固和構(gòu)造凝固共同作用的結(jié)果。GB/T 3535中指出，在傾點(diǎn)測(cè)試時(shí)，要盡量減少傾斜試管的時(shí)間和次數(shù)，以免破壞油品已形成的結(jié)構(gòu)，這也說(shuō)明環(huán)烷基油的凝固不僅僅受黏度的影響，它也受油品中蠟的影響。石蠟基油在溫度不斷降低的過(guò)程中，黏度也不斷增大，油品流動(dòng)性變差，因此無(wú)論是環(huán)烷基油還是石蠟基油，在溫度很低的情況下，其凝固都是黏溫凝固和構(gòu)造凝固共同作用的結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)分析

由于本實(shí)驗(yàn)中油品傾點(diǎn)降低發(fā)生在過(guò)濾后，分析認(rèn)為，過(guò)濾后油品組分中的分子表面狀態(tài)發(fā)生的某些變化，使過(guò)濾這一過(guò)程對(duì)油品起到了“降凝”的作用。因此可能是濾紙的特性對(duì)油品產(chǎn)生了影響。

濾紙?jiān)谑褂们?，由于摩擦、滾壓等作用，表面上產(chǎn)生了一定的靜電荷。變壓器油由于油流帶電的原因，在研究其帶電度時(shí)也提到過(guò)濾會(huì)影響其測(cè)試結(jié)果［7］，為此，本文提出了靜電降凝的觀點(diǎn)。

由于濾紙表面帶一定的靜電荷，油品在過(guò)濾的過(guò)程中不斷地將靜電荷攜帶走，使部分靜電荷轉(zhuǎn)移到油品分子表面，而顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)將決定顆粒之間的作用力表現(xiàn)為吸引或排斥［6］。通過(guò)濾紙過(guò)濾的油品，由于油品分子表面帶有同種靜電荷，使分子間的靜電力表現(xiàn)為排斥力，凝固過(guò)程中晶核的生長(zhǎng)和蠟晶顆粒的連接均受阻，使油品凝固的溫度降低，從而使其傾點(diǎn)降低。

如果以上假設(shè)的機(jī)理正確，那么由于濾紙上的靜電荷有限，油品在不斷過(guò)濾后，濾紙表面靜電荷會(huì)逐漸被帶走，其帶電量會(huì)逐漸減少到不能再影響傾點(diǎn)（如圖1），此時(shí)，再過(guò)濾的油品傾點(diǎn)應(yīng)恢復(fù)到過(guò)濾前。

圖1 過(guò)濾時(shí)油品帶走濾紙上的靜電荷模型

為了驗(yàn)證此假設(shè)，實(shí)驗(yàn)室對(duì)以上5種油品在分別連續(xù)使用同一濾紙不斷過(guò)濾的情況下，對(duì)過(guò)濾不同次數(shù)的油品進(jìn)行了傾點(diǎn)測(cè)試，每次過(guò)濾量為60 mL，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 油品通過(guò)不同過(guò)濾次數(shù)后傾點(diǎn)的變化℃

由表2可以看出，隨著過(guò)濾次數(shù)的增加，油品的傾點(diǎn)逐漸升高，直至恢復(fù)到過(guò)濾前，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合前期假設(shè)，并排除了靜電是在油品流動(dòng)的過(guò)程中分子之間摩擦產(chǎn)生，從而影響了油品傾點(diǎn)的可能性。

為了進(jìn)一步研究靜電對(duì)傾點(diǎn)的影響，根據(jù)摩擦起電的原理，對(duì)濾紙進(jìn)行了兩種方式的處理。第一種方式是先將濾紙進(jìn)行進(jìn)一步的摩擦，增加其帶電量，然后使用摩擦過(guò)的濾紙來(lái)持續(xù)過(guò)濾樣品，每次過(guò)濾60 mL，并測(cè)試過(guò)濾后油樣的傾點(diǎn)。

第二種方式是實(shí)驗(yàn)前，使用一次性塑料手套對(duì)濾紙進(jìn)行摩擦。塑料手套在使用前沒(méi)有靜電現(xiàn)象，但摩擦后，手套上明顯帶有靜電現(xiàn)象，此時(shí)再用摩擦后的濾紙過(guò)濾以上油樣，對(duì)過(guò)濾后油樣進(jìn)行傾點(diǎn)測(cè)試。兩種方式的傾點(diǎn)測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 油品通過(guò)摩擦濾紙過(guò)濾多次后傾點(diǎn)的變化℃

表3顯示，油樣在通過(guò)第一種方式處理的濾紙過(guò)濾后，傾點(diǎn)下降程度與沒(méi)有摩擦?xí)r相同，但1#和2#樣品在－57℃升高到－54℃時(shí)所需的過(guò)濾次數(shù)變多了，這可能是由于摩擦使濾紙上積聚的靜電荷增加，但增加的電荷量還不足以改變油品的傾點(diǎn)，或者是濾紙上原有的靜電荷對(duì)油品傾點(diǎn)的影響已經(jīng)達(dá)到極限，所以增加的電荷量也不能使油品的傾點(diǎn)繼續(xù)降低，但多余的靜電荷使油品傾點(diǎn)上升所需的過(guò)濾次數(shù)增加了。對(duì)于3#、4#和5#樣品來(lái)說(shuō)，靜電荷對(duì)其傾點(diǎn)的影響本來(lái)就不如1#和2#顯著，摩擦所產(chǎn)生的靜電荷量太少，對(duì)其傾點(diǎn)的影響也不如1#和2#明顯。

油樣在通過(guò)第二種方式處理的濾紙過(guò)濾后，傾點(diǎn)的下降沒(méi)有前期未處理的濾紙明顯，3#、4#和5#油樣的傾點(diǎn)甚至沒(méi)有發(fā)生變化，這是由于塑料手套的摩擦轉(zhuǎn)移了濾紙上的部分靜電荷，使濾紙上的靜電對(duì)油品傾點(diǎn)的影響變?nèi)酢?/p>

同種物質(zhì)或不同種物質(zhì)之間的摩擦都會(huì)產(chǎn)生靜電，這兩組摩擦實(shí)驗(yàn)都會(huì)改變?yōu)V紙表面的電荷狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，靜電的確會(huì)對(duì)油品的傾點(diǎn)產(chǎn)生影響。過(guò)濾后油品中的靜電正是過(guò)濾過(guò)程中攜帶了濾紙上的靜電而得到的。

為了進(jìn)一步研究靜電對(duì)油品傾點(diǎn)的影響，在5種油樣過(guò)濾前和過(guò)濾后分別加入了一定濃度的抗靜電劑杜邦T450，在室溫下過(guò)濾后，靜置過(guò)夜，再測(cè)試其傾點(diǎn)，與未加劑的傾點(diǎn)比較，其結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 加抗靜電劑后油品傾點(diǎn)的變化℃

由表4可以看出，油品無(wú)論在過(guò)濾前還是過(guò)濾后加入抗靜電劑，其傾點(diǎn)都會(huì)恢復(fù)到未經(jīng)任何處理時(shí)的結(jié)果，這是由于抗靜電劑在油品中釋放了過(guò)濾時(shí)攜帶的濾紙上的靜電。由此可以證明，油品過(guò)濾后傾點(diǎn)降低的原因的確是濾紙上的靜電產(chǎn)生的影響。

靜電也可以通過(guò)別的方式導(dǎo)出，本實(shí)驗(yàn)將處理后的油分別儲(chǔ)存在玻璃燒杯、銅取樣器和塑料壺3種不同種類的容器中，輕微震蕩后再測(cè)試其傾點(diǎn)，其結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同種類容器儲(chǔ)存的油品傾點(diǎn)的變化℃

由表5可以看出，由于銅具有導(dǎo)電性，在用銅器儲(chǔ)存中的油樣靜電被導(dǎo)出，傾點(diǎn)值也恢復(fù)到未經(jīng)任何處理時(shí)的結(jié)果。

3 討論

通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)，靜電會(huì)對(duì)潤(rùn)滑油的傾點(diǎn)產(chǎn)生影響。濾紙表面由于摩擦和滾壓作用產(chǎn)生的靜電，通過(guò)過(guò)濾轉(zhuǎn)移到潤(rùn)滑油中，油品在凝固的過(guò)程中，分子上帶有的同種靜電荷阻礙了晶核的生長(zhǎng)和晶核的相互鏈接，使油品的凝固溫度降低，也就是對(duì)油品起到了靜電降凝作用。但這種靜電降凝只是使油品傾點(diǎn)降低的假象，抗靜電劑的加入和金屬器皿消除了油品中的靜電，油品過(guò)濾前后傾點(diǎn)不再發(fā)生變化。在本實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)條件的原因，無(wú)法檢測(cè)濾紙上所帶的靜電荷量，這是今后研究中要想辦法解決的問(wèn)題。

［1］于加，王斌.含蠟原油含蠟量與凝點(diǎn)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究［J］.青海石油，2009，27（3）:48－50.

［2］馮兵，岳湘安，蔣華義，等.熱歷史和剪切歷史對(duì)長(zhǎng)慶含蠟原油凝點(diǎn)的影響［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，33 （6）:59－62.

［3］張拂曉，方龍，聶兆廣，等.高凝原油降凝劑的制備及其降凝機(jī)理［J］.石油學(xué)報(bào)（石油加工），2009，25（6）:801－806.

［4］宋育紅，閻金城，傅承碧.加劑柴油凝點(diǎn)及冷濾點(diǎn)反彈回升的研究［J］.煉油技術(shù)與工程，2004，34（6）:43－46.

［5］黃文軒.潤(rùn)滑劑添加劑應(yīng)用指南［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2003:159.

［6］李永明，夏海英.降凝劑的作用機(jī)理、發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì)［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2008（21）:45－46.

［7］任雙贊，鐘力生.變壓器油流動(dòng)帶電度的微靜電測(cè)量方法極其影響因素［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，44（8）: 96－100.

Theory of Pour Point Dep ression of Lub ricating Oil Caused by Static Elec tric ity

CHEN Yu1，ZHANG Xiu－juan2，MENGMeng2，LI Ju－fang3
（1.PetroChina Karamay Lubricant Blending Plant，Karamay 834003，China;2.PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R＆D Institute，Karamay 834003，China;3.PetroChina Karamay Petrochemical Company，Karamay 834003，China）

The pour point is one of the generally technical targets evaluating the low－temperature fluidity of lubricating oil.Research found that the pour pointwould fall after lubricating oil is filtrated.The universal phenomenon is found by testing all sorts of lubricating oils.In order to explain the reason，the theoreticalmodel of pour pointdepression of lubricating oil caused by static electricity is put forward based on themechanism of solidification.Through the observing experiments on pour point changing after dealingwith the filter paper and oil，the correctness of this theory is proved.It also shows that the static electricity comes from the filter paper.

pour point;pour point depression;static electricity;filter paper;filtering

TE626.3

A

2011－01－31。

陳玉（1976－），女，技師，1996年畢業(yè)于克拉瑪依技工學(xué)校煉油專業(yè)，從事潤(rùn)滑油分析工作多年。