船用发动机油水分离性能影响因素研究

鞠媛媛

中国石化润滑油有限公司上海研究院

船用发动机油水分离性能是指船用发动机油与水接触时不易发生乳化，或发生乳化形成的乳化液不稳定，在循环油柜中停留一定时间或经分油机后即可发生油水分离的能力[1]。水分离性能是船用柴油机油与陆用柴油机油最重要的区别之一。

船用发动机油配方中的主要添加剂，如清净剂、分散剂等均为表面活性剂，同时具有亲水的极性基团和亲油的非极性基团。船用发动机油在使用过程中难免与水接触，油水混合物经搅拌将发生不同程度的乳化，破坏油膜强度，降低船用发动机油的润滑性能和防锈性能，造成磨损及轴承故障。

本文考察了船用发动机油水分离性能的影响因素，为船用发动机油产品的开发及应用提供技术支持。

试验部分

试验原料

API I、II类基础油（以下分别简称I、II类基础油）、丁二酰亚胺分散剂、磺酸盐清净剂、烷基水杨酸盐清净剂、硫化烷基酚盐清净剂等。

试验概述

采用SH/T 0619《船用发动机油水分离性测定法》，考察I/II类基础油、分散剂加剂量、清净剂配伍性对船用发动机油水分离性能的影响。该方法规定了试样在有水存在的条件下，油与水分离能力的测定方法，适用于船用低速十字头柴油机油及中速筒状柴油机油。于锥型离心管试管中加入98 mL试样和2 mL蒸馏水，在18 ℃，以特定的搅拌器在3600 r/min条件下搅拌30 s，然后将油水混合物在相对离心力为700的条件下分离2 h，通过观测离心分离后的水层、乳化层体积来评价油品的水分离能力。水层越多、乳化层越少，表明油品的水分离性能越好；水层越少、乳化层越多，表明油品的水分离性能越差。

结果与讨论

I/II类基础油

在船用发动机油产品A中考察I、II类基础油对水分离性能的影响，结果见图1。

由图1可见，当添加剂种类及加剂量相同时，单I类、单II类、I+II类基础油的水分离性能表现各不相同。单I类基础油配方的水分离性能表现相对最差，单II类基础油配方的水分离性能相对最好，I类+II类基础油配方的水分离性能介于这两者之间。这主要是因为I类、II类基础油中芳烃、胶质等极性组分的含量不同[2]。

图1 I、II类基础油对水分离性能的影响

分散剂加剂量

分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的表面活性剂，极易形成胶团，具有较好的分散作用和增溶作用。船用发动油产品中常用的分散剂以丁二酰亚胺为主，其化学结构由亲油基（烃基）、极性基和连接基团三部分组成。在船用发动机油产品A中考察丁二酰亚胺分散剂加剂量对水分离性能的影响，结果见图2。

由图2可见，当基础油和其他添加剂种类及加剂量相同时，船用发动机油产品A水分离性能随着丁二酰亚胺分散剂加剂量的提高而变差。

图2 分散剂加剂量对水分离性能的影响

分散剂单剂的水分离性能主要是由其具体结构决定的。丁二酰亚胺分散剂具有离子型亲水基团，同时具有亲油基团聚异丁烯，可以形成较稳定的油包水乳化液。随着丁二酰亚胺分散剂加剂量的提高，表面活性剂的含量增加，与水的结合能力增强，因此水分离性能变差。

清净剂配伍性

添加剂分子间存在着各种相互作用，如协同作用、拮抗作用等[3，4]，合理利用添加剂的配伍性对发动机油产品开发具有重要指导意义。

清净剂的基本结构是由油性的M部分、亲水基N部分及两者连接的极性基O部分组成，其中M为烃链，N为磺酸基、酚羟基、水杨酸基等，O为金属盐粒子，清净剂是典型的表面活性剂，具有酸中和、洗涤、分散、增溶作用[5]。船用发动机油产品中常用的清净剂包括磺酸盐、烷基水杨酸盐、硫化烷基酚盐等。

烷基水杨酸盐和硫化烷基酚盐相对加剂量

烷基水杨酸盐和硫化烷基酚盐复配具有较好的协同效应，在性能方面可以优缺点互补，硫化烷基酚盐可以弥补烷基水杨酸盐的抗氧抗腐性，而烷基水杨酸盐可以弥补硫化烷基酚盐的清净性。在船用发动机油产品A中考察烷基水杨酸盐和硫化烷基酚盐相对加剂量对水分离性能的影响，结果见图3。

由图3可见，当基础油和其他添加剂种类及加剂量相同时，船用发动机油产品A水分离性能随烷基水杨酸盐和硫化烷基酚盐相对加剂量的变化而不同，当烷基水杨酸盐和硫化酚盐相对加剂量为b时，水分离性能最好。

图3 水杨酸盐和酚盐相对加剂量对水分离性能的影响

磺酸盐和硫化烷基酚盐相对加剂量

磺酸盐和硫化烷基酚盐复配同样具有较好的协同效应，硫化烷基酚盐可以弥补磺酸盐的抗氧化性，而磺酸盐可以补偿硫化烷基酚盐的增溶和分散作用。在船用发动机油产品B中考察磺酸盐和硫化烷基酚盐相对加剂量对水分离性能的影响，结果见图4。

由图4可见，当基础油和其他添加剂种类及加剂量相同时，船用发动机油产品B水分离性能随磺酸盐和硫化烷基酚盐相对加剂量的变化而不同，当磺酸盐和硫化酚盐相对加剂量为b时，水分离性能最好。

图4 磺酸盐和酚盐相对加剂量对水分离性能的影响

清净剂单剂的水分离性能主要是由其具体结构和加剂量决定的。由于表面活性的差异，不同类型的清净剂会表现出不同的水分离性能。当两种及以上不同类型的清净剂复配时，必须考虑不同类型清净剂间的配伍性对水分离性能的影响。

结论

船用发动机油水分离性能的影响因素较复杂。I/II类基础油、分散剂加剂量、烷基水杨酸盐和硫化烷基盐相对加剂量、磺酸盐和硫化烷基酚盐相对加剂量均会影响水分离性能。在产品开发中需综合考虑各方面影响因素，以确保船用油具有良好的水分离性能。