胡 軼，吳世雄，李少萍，

(1.新疆師范大學化學化工學院，烏魯木齊 830054；2.華東理工大學石油加工研究所)

隨著汽輪機設備及各零部件的精度不斷提高，使得過濾器的精度也不斷提高，從而對油品的過濾性能要求越來越苛刻[1-3]。由于油品調合過程以及出廠前油品基本都能達到干法過濾性標準，但在實際使用過程中，油品常常會受到水的污染，導致水與潤滑油混合后形成乳液，破壞成品油體系，甚至產生沉積物，堵塞過濾器，影響汽輪機機組的正常運轉，因而對汽輪機油的濕法過濾性要求越來越嚴格，濕法過濾性成為衡量汽輪機油使用性能的一個重要參數，各大添加劑和油品公司也越來越重視油品的過濾性能[4]。

本研究考察2種不同復合添加劑對8種基礎油過濾性的影響，添加劑中各單劑對基礎油過濾性的影響，乳液粒徑與過濾性之間的關系，以及2種醚類助溶劑的含量對基礎油過濾性的影響，為分析添加劑對汽輪機潤滑油過濾性的影響提供依據。

1 實 驗

1.1 原 料

選擇不同產地、不同種類的8種基礎油進行試驗?；A油性質見表1。

表1 基礎油性質

添加劑X、Y，由不同生產廠家提供，含有抗氧劑、防銹劑、金屬減活劑、聚醚型溶劑等。

1.2 試驗方法

過濾性試驗采用Lawler公司生產的Lawler 377-4型過濾性自動測試儀，按SH/T 0805—2008(即ISO 13357)方法進行。干法過濾性測定：適用于評價在干燥的情況下潤滑油的過濾性，在規(guī)定條件下，試樣通過直徑為47 mm、平均孔徑為0.8 μm的酯類纖維素膜，記錄過濾規(guī)定體積試樣所用的時間。計算最初的過濾速率和最后100 mL的過濾速率，兩者的比率即為過濾性。濕法過濾性測定：適用于評價在有水存在的情況下潤滑油的過濾性，將(300±5) mL試樣與(0.66±0.02) mL水加入500 mL廣口瓶內，蓋上瓶蓋后置于(70±2) ℃的烘箱中存放(120±5) min，然后自烘箱中取出，控制攪拌器轉速為(1 500±50) r/min，攪拌(300±2) s。再將廣口瓶移至(70±2) ℃的烘箱中靜置(70±1) h，取出后經過24 h的避光、室溫儲存，便開始過濾性試驗。在(60±10) s時間內顛倒晃動廣口瓶30次，使試樣混合均勻，每次顛倒晃動之間要有間隔，然后將試樣立即倒入過濾容器，用橡皮塞堵住過濾器出油口，防止油品流出，(60±10) s后移去橡皮塞，打開控制閥，調整到正確的壓力，當試樣滴入量筒開始計時，依次記錄量筒內試樣達到10，50，200，300 mL時的時間，計算最初的過濾速率和最后100 mL的過濾速率，兩者的比率即為過濾性。每種油樣重復測定3次，取3次過濾性的平均值為該油樣的過濾性。

乳液粒徑測定采用馬爾文公司生產的Nano ZS(ZEN3600)動態(tài)光散射儀，對過濾性試驗中攪拌后在一定條件下放置4天的乳液進行測定，試驗溫度為25 ℃。

2 結果與討論

2.1 添加劑對基礎油過濾性的影響

圖1為添加劑X對基礎油干法和濕法過濾性的影響。由圖1可以看出：加入添加劑X后，8種不同基礎油的干法過濾性由原來的100以上下降到95～100，仍處在較好的水平；濕法過濾性則出現較大幅度的下降，黏度等級為68的5～8號基礎油的濕法過濾性由原來的70～80下降到50～55，下降幅度在24.31%～31.94%，而黏度等級為32的1～4號基礎油的濕法過濾性下降幅度居中；加入添加劑X后，1～8號基礎油的濕法過濾性的變化趨勢和純基礎油濕法過濾性的變化趨勢基本一致。

圖2為添加劑Y對基礎油干法和濕法過濾性的影響。由圖2可以看出：加入添加劑Y后，8種不同基礎油的干法過濾性由原來的100以上下降到90～100，仍表現較好；濕法過濾性則下降幅度較大，1號基礎油濕法過濾性下降幅度最小，3號基礎油濕法過濾性下降幅度最大，且1～4號基礎油的下降幅度在2.40%～28.72%，不同樣品下降幅度相差較大，而黏度較大的5～8號基礎油的濕法過濾性由75左右下降到65左右，下降幅度在8.21%～18.82%，不同樣品下降幅度相差較小，比較穩(wěn)定。

圖1 添加劑X對基礎油過濾性的影響■—基礎油(干法)； ●—基礎油+添加劑X(干法)； ▲—基礎油(濕法)； 基礎油+添加劑X(濕法)

圖2 添加劑Y對基礎油過濾性的影響■—基礎油(干法)； ●—基礎油+添加劑Y(干法)；▲—基礎油(濕法)； 基礎油+添加劑Y(濕法)

添加劑Y使得8種不同基礎油的濕法過濾性出現不同程度的下降，但都保持在60以上，而添加劑X使得5～8號基礎油的濕法過濾性出現了很大程度的下降，其濕法過濾性在50左右，這在汽輪機油生產和應用中是絕對不允許的，因此重點研究添加劑X導致基礎油濕法過濾性下降的原因。

2.2 添加劑X中各單劑對基礎油濕法過濾性的影響

為了探討添加劑X加入后導致基礎油濕法過濾性出現顯著下降的原因，選用黏度等級為32的HVIⅡ6基礎油(3號)和黏度等級為68的HVIⅡ 10基礎油(5號)進行單劑影響考察試驗。同時考察濕法過濾性與乳液平均粒徑間的關系，找出導致濕法過濾性下降的主要成分，從而進一步探究濕法過濾性下降的機理。

試驗中所用的添加劑X是由烷基二苯胺抗氧劑A、酚型抗氧劑B、烷基苯α萘胺抗氧劑C、烯烴基丁二酸酯防銹劑D、苯并三唑衍生物金屬減活劑E以及聚醚型助溶劑F共6種單劑按一定比例復配而成。

表2為添加劑X中各單劑加入到HVIⅡ 6基礎油后各油樣的濕法過濾性以及乳液平均粒徑。

表2 添加劑X中各單劑對HVI Ⅱ 6基礎油濕法過濾性和平均粒徑的影響

注：平均粒徑為在濕法過濾實驗中，加入體積分數為0.2%的水攪拌后形成的油包水型乳液的平均粒徑。表3同。

比較表2中的1號、2號數據可以看出，添加劑X的加入使得HVIⅡ6基礎油的濕法過濾性由原來的85.96下降到64.10，下降幅度達到25.43%。從3～9號數據可以看出，抗氧劑C以及金屬減活劑E的加入對濕法過濾性基本沒有影響，但助溶劑F的加入使得HVIⅡ6基礎油的濕法過濾性由85.96下降到58.60，下降幅度高達31.83%。分別加入抗氧劑A、B和防銹劑D后，HVIⅡ6基礎油的濕法過濾性下降幅度均不大。當同時將抗氧劑A，B，C，防銹劑D以及金屬減活劑E共5種添加劑加入到HVIⅡ6基礎油中，濕法過濾性由85.96下降到71.34，下降幅度為17.01%，遠小于助溶劑F使得基礎油濕法過濾性下降的幅度。所以添加劑X中使得基礎油過濾性變差的主要成分是助溶劑F。

從表2可以看出：1號、3～8號油樣的濕法過濾性為71.34～85.96，其對應的乳液平均粒徑為120～290 nm；2號、9號油樣的濕法過濾性分別為64.10和58.60，其對應的乳液平均粒徑分別為419.3 nm和443.9 nm。

表3為添加劑X中各單劑加入到HVIⅡ10基礎油后各油樣的濕法過濾性以及乳液平均粒徑。

表3 添加劑X中單劑對HVIⅡ10基礎油濕法過濾性及平均粒徑的影響

比較表3中1號、2號數據可以看出：添加劑X的加入使得HVIⅡ10基礎油的濕法過濾性由原來的75.38下降到52.53；從3～9號數據可以看出，抗氧劑A對HVIⅡ10基礎油的濕法過濾性基本沒有影響，但助溶劑F的加入使得HVIⅡ10基礎油的過濾性由75.38下降到50.35；分別加入抗氧劑A，B，C，防銹劑D以及金屬減活劑E后，濕法過濾性下降幅度均比較??；當將抗氧劑A，B，C，防銹劑D以及金屬減活劑E同時加入到HVIⅡ10基礎油中，濕法過濾性由75.38變?yōu)?4.39，基本保持不變。所以使得HVIⅡ10基礎油過濾性變差的主要成分也是助溶劑F。

從表3可以看出：1號、3～8號油樣的濕法過濾性為66.82～75.38，其對應的乳液平均粒徑都維持在200 nm左右；2號、9號油樣濕法過濾性分別為52.53和50.35，其對應的乳液平均粒徑分別為525.0 nm和468.1 nm。

從上述數據可以看出，2種基礎油形成的不同油品的濕法過濾性與其對應乳液的平均粒徑有直接聯系，并且乳液平均粒徑越大，對應油品濕法過濾性越差。這主要是由于油包水型乳液中顆粒平均粒徑越大，乳液通過過濾膜時膜越容易被堵塞和污染，膜阻力增加得越快，過濾性也就越差。

2.3 醚類助溶劑含量對基礎油過濾性的影響

汽輪機油添加劑中常見的醚類助溶劑有四乙二醇單甲基醚(TGME)和四乙二醇二甲基醚(TGDE)，添加劑X中的助溶劑F即為四乙二醇單甲基醚。故有必要考察TGME和TGDE的含量對基礎油濕法過濾的影響。

圖3為TGME、TGDE的含量對HVIⅡ6基礎油濕法過濾性的影響。由圖3可知：隨TGME含量的增加，HVIⅡ6基礎油的濕法過濾性出現急劇下降，并且當TGME含量(w)達到0.08%及以上時，便出現“不可過濾”現象；當TGDE含量(w)不超過0.04%時，HVIⅡ6基礎油的濕法過濾性沒有出現明顯變化，基本維持在85左右，而當TGDE含量繼續(xù)增加，達到0.06%及以上時，HVIⅡ6基礎油的濕法過濾性也出現了明顯下降，但下降趨勢沒有TGME顯著，并且當TGDE含量(w)高達0.1%時，濕法過濾性為68.37，并沒有出現“不可過濾”現象。

圖3 助溶劑含量對HVIⅡ6基礎油濕法過濾性的影響■—TGME； ●—TGDE

圖4為TGME、TGDE的含量對HVIⅡ10基礎油濕法過濾性的影響。從圖4可以看出：當TGME、TGDE含量(w)為0.02%時，兩者對HVIⅡ10基礎油的濕法過濾性均沒有明顯影響；但當TGME、TGDE含量(w)超過0.02%后，基礎油的對比圖3和圖4可知：TGME和TGDE的添加均會使得HVIⅡ6和HVIⅡ10基礎油的濕法過濾性變差，并且TGME對兩種基礎油濕法過濾性的影響都比TGDE的影響更加顯著；TGDE含量的增加會明顯導致基礎油濕法過濾性下降，且下降幅度也相當大，故用TGDE替換添加劑X中的TGME來提供成品油的濕法過濾性也不可行。

圖4 助溶劑含量對HVIⅡ10基礎油濕法過濾性的影響■—TGME； ●—TGDE

濕法過濾性均出現明顯下降，并且TGME的含量對HVIⅡ10基礎油濕法過濾性的影響更加顯著；當TGME含量(w)達到0.1%時，出現“不可過濾”現象。

圖5為TGME和TGDE的分子結構簡式。從圖5可以看出，TGME和TGDE的分子結構中都含有極性的C—O鍵，故TGME和TGDE不僅可以與油互溶，還可以與水互溶。由于濕法過濾性實驗中要加入0.2%的水并高速攪拌5 min，親水、親油性的TGME或TGDE加入到基礎油中后，便會充當表面活性劑的作用，使得體系形成較穩(wěn)定的油包水型乳液。添加劑的親水性越好，形成的乳液越穩(wěn)定，乳液的平均粒徑越大，這樣就越容易污染和堵塞過濾膜，過濾時阻力增加得也就越快，這也導致TGME或TGDE加入基礎油后使得基礎油的濕法過濾性明顯下降。與TGDE相比，TGME分子在末端有一個羥基，其有更好的親水性，這也就導致TGME對HVI Ⅱ 6基礎油和HVI Ⅱ 10基礎油的濕法過濾性的影響比TGDE的影響更加顯著[5-6]。

圖5 TGME和TGDE分子結構簡式

3 結 論

(1)加入添加劑后，8種基礎油的干法過濾性都出現了小幅度的下降，下降后的干法過濾性也都在90以上，仍表現較好。添加劑X對基礎油干法過濾性的影響比添加劑Y大。

(2)加入添加劑后，8種基礎油的濕法過濾性則出現較大幅度的下降，其中添加劑X對黏度等級為68的5～8號基礎油的影響尤其顯著。

(3)添加劑X中使得HVIⅡ6和HVIⅡ10基礎油過濾性變差的主要成分是助溶劑F(四乙二醇單甲基醚)。加入添加劑后，油品的濕法過濾性與其乳液的平均粒徑有明顯的相關性，乳液平均粒徑越大，濕法過濾性越差。

(4)醚類助溶劑TGME和TGDE的添加均會使得HVIⅡ6和HVIⅡ10基礎油的濕法過濾性變差，且醚類助溶劑的含量越高，濕法過濾性越差，當TGME達到一定含量時，2種基礎油均會出現“不可過濾”現象并且TGME對兩種基礎油濕法過濾性的影響都比TGDE的影響更加顯著。