合成酯类助溶剂对汽轮机油基础油湿法过滤性的影响

胡 轶，吴世雄，李少萍，

(1.新疆师范大学化学化工学院，乌鲁木齐 830054；2.华东理工大学石油加工研究所)

随着汽轮机技术的发展，汽轮机设备及各零部件的精度不断提高，使得过滤器的精度也不断提高，从而对油品的过滤性能要求越来越苛刻[1-5]。由于油品调合过程以及出厂前都会经过循环过滤步骤，因而油品基本都能达到干法过滤性标准要求，但在实际使用过程中，油品常会受到水的污染，水与润滑油混合后会形成乳液，破坏成品油体系，甚至会产生沉积物，堵塞过滤器，影响汽轮机机组的正常运转，因而现在对汽轮机油的湿法过滤性要求越来越严格[6]。同时湿法过滤性成为衡量汽轮机油使用性能的一个重要参数，各大添加剂和油品公司也越来越重视油品的过滤性能[7]。

合成酯广泛用于合成润滑油配方中，可以提供更好的高、低温性能，与添加剂具有良好的相容性，挥发性低，并具有极好的润滑性能、清净性能以及生物可降解性能等。合成酯可以单独使用以最大程度提供高温性能，也可以与合成润滑油基础油聚α烯烃(PAO)和矿物油混合使用以提高其溶解性、稳定性和清净性[8-9]。

之前在醚类助溶剂的含量对润滑油湿法过滤性的影响研究中发现[10]，当醚类助溶剂达到一定浓度时，对应油品的湿法过滤性均出现了显著下降。因此，要改善成品油的过滤性，必须用其他助溶剂来替换复合添加剂中的醚类助溶剂。通过研究3种不同合成酯类助溶剂对汽轮机油湿法过滤性的影响，考察不同酯类助溶剂含量对基础油湿法过滤性的影响，考察酯类助溶剂替换醚类助溶剂后成品油过滤性的变化情况，旨在解决成品油的过滤性问题。

1 实 验

选用了科聚亚公司提供的较适合汽轮机油的3种合成酯A,B,C，其中A为双酯，B和C为多元醇酯，它们都是较好的助溶剂，能改善基础油对添加剂的溶解性。表1为3种合成酯的基本物理化学性质。本研究采用常用于汽轮机油的2种黏度等级的基础油1号和2号进行考察，其物理化学性质见表2。

表1 3种合成酯的物理化学性质

润滑油过滤性测定方法采用SH/T 0805—2008(即ISO 13357)，使用的过滤性试验仪型号为Lawler 377-4，由Lawler公司生产。

表2 基础油物理化学性质

过滤性测定方法一(干法)适用于评价在干燥的情况下润滑油的过滤性。在规定条件下，试样通过直径为47 mm、平均孔径为0.8 μm的酯类纤维素膜，记录过滤规定体积试样所用的时间。用最初的过滤速率和最后100 mL的过滤速率的比率计算过滤性。

过滤性测定方法二(湿法)适用于评价在有水存在的情况下润滑油的过滤性。试样经过加水(0.2%)高温处理后测量过滤性即得湿法过滤性。具体操作步骤为：将300 mL试样与0.66 mL水加入500 mL广口瓶内，盖上瓶盖后置于70 ℃的烘箱中存放2 h，然后自烘箱中取出，控制搅拌器转速为1 500 r/min，搅拌5 min。再将广口瓶移至70 ℃烘箱中静置70 h，然后取出后经过24 h的避光室温储存，便开始过滤性试验。在60 s时间内颠倒晃动广口瓶30次，使试样混合均匀，每次颠倒晃动之间要有间隔，将试样立即倒入过滤容器，用橡皮塞堵住过滤器出油口，防止油品流出，60 s后移去橡皮塞，打开控制阀，调整到正确的压力，当试样滴入量筒开始计时，依次记录量筒内试样达到10，50，200，300 mL时的时间T10，T50，T200，T300，按照下式计算过滤性FII：

方法一的步骤中没有方法二加水高温处理的步骤，而是直接进行过滤试验。每种油样重复测定3次，取3次过滤性的平均值为该油样的过滤性。

2 结果与讨论

2.1 醚类助溶剂含量对基础油过滤性的影响

汽轮机油添加剂中常见的醚类助溶剂有四乙二醇单甲基醚(TGME)和四乙二醇二甲基醚(TGDE)，研究发现影响两种不同黏度等级的基础油湿法过滤性的最主要成分均是醚类助溶剂[10]，TGME和TGDE的含量对基础油湿法过滤的影响见表3。从表3可以看出TGME和TGDE的添加均会使1号基础油和2号基础油的湿法过滤性变差，并且TGME对两种基础油湿法过滤性的影响都比TGDE的影响更加显著。

表3 助溶剂含量对基础油湿法过滤性的影响

注：“不可过滤”表示随着过滤的进行，过滤速率逐渐减小，直到出现油样成滴状流下或油样无法流下，过滤速率为0。

2.2 合成酯单剂对基础油湿法过滤的影响

醚类助溶剂的使用造成基础油过滤性变差，而多元醇酯是较好的助溶剂，能改善基础油对添加剂的溶解性。因此研究了3种合成酯类助溶剂对两种不同黏度等级基础油湿法过滤性的影响，并与醚类助溶剂进行对比分析。

图1为不同助溶剂对1号基础油湿法过滤性的影响。1号基础油湿法过滤性为85.96，5种助溶剂TGME,TGDE,A,B,C的添加量均与某复合剂X与1号基础油形成的成品油中助溶剂含量一致。从图1可以看出，加入醚类助溶剂后，1号基础油湿法过滤性出现不同程度下降，但加入合成酯类助溶剂后，1号基础油的湿法过滤性不但没有下降，反而出现小幅上升，并且助溶剂B对1号基础油的影响最明显，使得其湿法过滤性由85.96上升到了91.68。

图1 不同助溶剂对1号基础油湿法过滤性的影响

图2为不同助溶剂对2号基础油湿法过滤性的影响。2号基础油湿法过滤性为75.36，5种助溶剂TGME,TGDE，A，B，C的添加量均与某复合剂X与2号基础油形成的成品油中助溶剂含量一致。从图2可以看出，加入醚类助溶剂后2号基础油湿法过滤性出现不同程度下降，但加入合成酯类助溶剂后，2号基础油湿法过滤性出现小幅度上升，并且助溶剂C对2号基础油的影响最明显，使得其湿法过滤性由75.36上升到了83.23。

图2 不同助溶剂对2号基础油湿法过滤性的影响

结合图1和图2可以看出：5种不同助溶剂对两种不同黏度等级基础油湿法过滤性的影响效果是一致的，其中醚类助溶剂的加入均降低了两种基础油的湿法过滤性，且TGME的影响比TGDE的影响更加明显；合成酯类助溶剂的加入均小幅提高了两种基础油的湿法过滤性，这主要是因为醚类助溶剂是两亲性物质，既能与基础油互溶，又能与水互溶，它的加入会增加基础油的乳化程度以及乳液稳定性，而合成酯是疏水性物质，它的加入不会增加基础油的乳化程度和乳液稳定性[11-12]。另外，3种合成酯的加入都在一定程度上提高了两种不同黏度等级基础油的湿法过滤性，这就说明用合成酯类助溶剂来替换复合剂X中的醚类助溶剂有可能达到提高成品油湿法过滤性的目的。

2.3 合成酯含量对基础油湿法过滤性的影响

由上述研究可知，3种合成酯单剂的加入都在一定程度上提高了2种不同黏度等级基础油的湿法过滤性。为进一步探究用合成酯来替换复合剂X中的醚类助溶剂以提高成品油的湿法过滤性是否可行，有必要先研究一下不同合成酯含量对基础油湿法过滤性的影响。图3～图5分别为3种合成酯(A,B,C)的含量对1号基础油的湿法过滤性的影响，图6～图8分别为这3种合成酯的含量对2号基础油的湿法过滤性的影响。从图3～图8可以看出，3种合成酯质量分数从0逐渐增加到0.1%的过程中，两种不同基础油的湿法过滤性均没有出现明显下降，加入合成酯后，1号基础油的湿法过滤性都保持在85左右，2号基础油的湿法过滤性都保持在75左右，分别与其对应纯基础油的湿法过滤性相似。这就说明合成酯在配方含量范围内对两种基础油的湿法过滤性基本没有影响，因此用合成酯类助溶剂来替换复合剂X中的醚类助溶剂以达到提高成品油湿法过滤性的目的是有可能实现的。

图3 合成酯A含量对1号基础油湿法过滤性的影响

图4 合成酯B含量对1号基础油湿法过滤性的影响

图5 合成酯C含量对1号基础油湿法过滤性的影响

图6 合成酯A含量对2号基础油湿法过滤性的影响

图7 合成酯B含量对2号基础油湿法过滤性的影响

图8 合成酯C含量对2号湿法过滤性的影响

2.4 合成酯替换醚类助溶剂后成品油的过滤性

由于质量分数0～0.1%范围内，合成酯的含量变化对两种基础油的湿法过滤性基本都没明显负面影响，故可以考虑用合成酯替代复合剂X中的醚类助溶剂以提高成品油的湿法过滤性。先用3种合成酯分别替换复合剂X中的TGME以得到新型的复合剂，然后用这些复合剂分别与两种不同黏度等级的基础油复配后得到新型的成品油。考察了该成品油的湿法过滤性，并与纯基础油以及原始成品油进行对比分析，结果见表4。

表4 不同成品油的湿法过滤性

注：复合剂+A、复合剂+B和复合剂+C分别表示用合成酯A，B，C 替换复合剂X中的醚类助溶剂TGME后得到的复合剂。

由表4可以看出：纯基础油(1号)和复合剂X与1号基础油配成的成品油(1号+复合剂X)的湿法过滤性分别为85.96和64.10；用合成酯A，B，C 替换复合剂X中的醚类助溶剂TGME后，所得成品油1号+复合剂+A、1号+复合剂+B和1号+复合剂+C的湿法过滤性分别为73.37，73.93，69.72，均比1号+复合剂X配成的成品油湿法过滤性要好。纯基础油(2号)和复合剂X与2号基础油配成的成品油(2号+复合剂X)的湿法过滤性分别为75.38和52.53；用合成酯A，B，C替换复合剂X中的醚类助溶剂TGME后，所得成品油2号+复合剂+A、2号+复合剂+B和2号+复合剂+C的湿法过滤性分别为69.14，71.74，74.29，均比2号+复合剂X配成的成品油湿法过滤性要好。

对于两种不同黏度的基础油，用合成酯替换复合剂X中的醚类助溶剂TGME后，所得成品油的湿法过滤性均有所改善，这就说明用合成酯来替换复合剂X中的醚类助溶剂以提高成品油的湿法过滤性是可行的；另外替换后的复合剂对于黏度较大的2号基础油的湿法过滤性的影响更小，其对应成品油的湿法过滤性更接近于纯基础油的湿法过滤性。

3 结 论

(1)合成酯类助溶剂的加入均小幅度地提高了两种基础油的湿法过滤性。3种合成酯(A，B，C)质量分数从0逐渐增加到0.1%的过程中，2种基础油的湿法过滤性均没有出现明显下降，加入合成酯后，1号基础油的湿法过滤性都保持在85左右，2号基础油的湿法过滤性都保持在75左右，分别与其对应纯基础油的湿法过滤性相似。在配方含量范围内，合成酯的含量对两种基础油的湿法过滤性基本没有影响。

(2)用合成酯替换复合剂X中的醚类助溶剂TGME后，所得成品油的湿法过滤性均有所改善，替换后的复合剂对黏度较大的2号基础油的湿法过滤性的影响更小，其对应成品油的湿法过滤性更接近于纯基础油的湿法过滤性。