硼酸在润滑油添加剂领域的应用现状

　　随着经济的发展与科技的不断进步，汽车发动机设计向小型化、大功率、高速度方向发展，对发动机油的热稳定性提出了更高的要求，要求添加剂在高温环境下发挥其功能。环境因素及政府公布的条例限制了某些添加剂的使用。近20a来，随着人们对硼元素的物理及化学性质的认识，发现硼元素引入润滑油添加剂中可改善和提高油品的抗磨性能以及热稳定性能等，硼改性添加剂可较好地解决因含有害组分和部分金属添加剂受限制而使添加剂加入量减少所出现的油品功能降低的问题，硼元素赋予了油品节能性与环保性。通常硼元素是通过硼酸与碱性化合物反应而引入添加剂分子上的，因而，硼酸已逐渐成为润滑油添加剂的重要原料之一。

　　1 硼酸在润滑油添加剂中的应用

　　1.1 含硼清净剂

　　清净剂在润滑油中主要起着中和酸、增溶和分散油泥的作用。有代表性的金属型清净剂为磺酸盐、酚盐及水杨酸盐等。

　　传统清净剂的过碱度组分是以碳酸盐的形式存在，这种碳酸化的金属清净剂在苛刻条件下会加速油品的氧化，易使润滑油失效，造成金属表面出现磨损。在高碱值金属清净剂中，硼化的高碱度金属清净剂性能比传统金属清净剂更加优越。这种硼酸盐具有优良的抗氧、减摩性能和抗氧化安定性，不污染环境，不腐蚀金属，被誉为新型多功能润滑油添加剂，已经成为世界各大石油公司研制和开发的重点。目前国外主要有日本的日本石油公司、美国的卢布里佐尔公司和德士古公司以及英国的壳牌石油公司进行工业生产。几种高碱性硼酸清净剂的合成方法见表1。

　　表1 合成高碱性硼酸清净剂的方法

　　合成方法 反应混合物 第一次过滤温度/℃ 硼化温度/℃ 第二次过滤温度/℃ 脱水温度/℃

　　A 中性磺酸盐，硼酸，稀释油，Ca(OH)2，甲醇 60 100 60 100-120

　　B 中性磺酸盐，硼酸，稀释油，Ca(OH)2，甲醇、二甲苯，水 　 70-95 　 110-150

　　C 中性磺酸盐，硼酸，稀释油，Ca(OH)2，甲醇、二甲苯 60 150-170 150 150

　　高碱性硼酸清净剂的氧化安定性、热稳定性、酸中和能力以及抗磨性均好于高碱性碳酸盐清净剂，可用于高档内燃机油中。

　　1.2 含硼分散剂

　　无灰分散剂是另一种内燃机油的主要添加剂。目前，以多胺为基础的丁二酰亚胺分散剂已成为主流，其使用量占整个分散剂的80%以上。

　　为提高内燃机油质量，防止油泥的生成，降低油耗，减少发动机磨损而大力发展无灰分散剂，特别是经过硼酸处理导入硼原子的丁二酰亚胺，其使用性能更好。特点是能有效防止油泥的生成，耐高温性能好，既可用在汽油机油中，又可用在柴油机油中，并且便于生产汽、柴油机通用润滑油。

　　国外主要生产添加剂的大公司如Infineum公司、埃西尔公司等均工业生产硼化丁二酰亚胺分散剂，并且含硼丁二酰亚胺产品产量已占丁二酰亚胺产品的半数以上。世界各大公司或生产厂生产的部分硼化丁二酰亚胺商品牌号及用途见表2。

　　表2 部分硼化丁二酰亚胺分散剂商品牌号及用途

　　商品牌号 化合物名称 主要性能和用途 生产厂或公司

　　LZ935 分散剂组分 改进发动机油的低温和高温分散性能 卢布里佐尔公司

　　Infineum C 9260 高分子量丁二酰亚胺 改进发动机油的高低温性能 Infineum

　　Hitec 648 硼化丁二酰亚胺 提高汽、柴油机油的低温分散性能 埃西尔石油添加剂集团公司

　　Hitec 7714 硼化丁二酰亚胺 在汽、柴油机油中可控制高温漆膜 埃西尔石油添加剂集团公司

　　MX 3316 硼化丁二酰亚胺 有效的低温油泥控制性能和优良防锈性，特别适合用于柴油机油中。 阿吉普石油集团

　　BT-154 硼化丁二酰亚胺 用于调制高档内燃机油中 中国石油锦州石化公司

　　硼化丁二酰亚胺的合成方法主要有直接硼化法和促进剂法，见表3。

　　表3 硼化无灰分散剂合成方法

　　合成方法 反应混合物 硼化温度/℃

　　直接硼化法 丁二酰亚胺，硼酸 125-165

　　促进剂法 丁二酰亚胺，硼酸，醇类促进剂 70-110

　　直接硼化法即是丁二酰亚胺与硼酸直接硼化。而促进剂法则是在促进剂的作用下丁二酰亚胺与硼酸进行硼化反应。

　　直接硼化法反应过程简单，但硼酸需经特殊研磨处理，设备投资较大，产品硼含量不高，并且产品质量不稳定，在使用过程中有硼析出现象。该方法是硼化丁二酰亚胺早期研发所采用的方法，并延用至今。促进剂法是在直接硼化法的基础上开发的。该方法无需对硼化剂做粉碎研磨处理，设备投资小，产品质量比较稳定。但反应结束后需脱出未反应的促进剂。

　　1.3 含硼极压抗磨剂

　　极压抗磨剂主要包括硫系极压抗磨剂、磷系极压抗磨剂、氯系极压抗磨剂、有机金属极压抗磨剂和硼酸盐极压抗磨剂。

　　硼酸盐极压抗磨剂是一种新型极压剂。研究表明，它的极压能力、抗磨损性能、热氧化安定性能、高温抗腐蚀性能和密闭性能优于某些其他类型的极压剂。如一般硫、磷剂的耐热温度为130℃左右，而硼酸盐极压剂可耐150℃。

　　硼酸盐极压剂于1974年由雪弗龙公司开始应用于齿轮油。它在不混入水的条件下使用时，能显著延长换油期、齿轮箱检修期，有良好的抗磨损性能和抗擦伤性，并能降低摩擦系数，在同样粘度级时，比硫-磷型齿轮油节约燃料1%-3%。它主要用于工业润滑油、润滑脂、发动机油、汽车和工业齿轮油，极压性和热稳定性好，不产生腐蚀。

　　合成硼酸盐极压抗磨剂的常用方法有两种，即研磨法和复分解法，见表4。

　　表4 合成硼酸盐极压抗磨剂的方法

　　方法 合成工艺 优点 缺点

　　研磨法 将硼酸盐在分散剂的存在下与基础油一起研磨、滚磨、振磨等制得硼酸盐-油分散体 工艺简单，易于操作 难以获得颗粒小的硼酸盐添加剂

　　复分解法 将硼酸盐和氢氧化钠分别溶于分散剂、助溶剂、促进剂中进行反应，反应产物经脱水、过滤制得硼酸盐-油分散体 制得的硼酸盐颗粒小，稳定性好 工艺复杂，反应和脱水温度控制严格

　　1.4 含硼防锈剂

　　防锈剂主要类型有磺酸盐、羧酸和羧酸盐、酯类、有机胺、咪唑啉及其有机盐等。尽管防锈剂在整个石油产品中所占的比例不大，但在石油产品使用性能上起着重要的作用。近年来，随着润滑油规格的发展变化，国外已研制出一些新型的润滑油防锈剂，如硼化丁二酰亚胺、硼化的高碱值羧酸盐、硼化的脂肪酸羟乙基酯等。

　　硼化丁二酰亚胺防锈剂用于车辆齿轮油中，除可通过规定的台架(L-33)试验外，还可有效地阻止含磷添加剂在氧化过程中产生的沉积物现象。其应用实例见表5。

　　表5 新型通用齿轮油复合剂组成

　　名称 质量分数/% 名称 质量分数/%

　　硼化丁二酰亚胺 15 —烷基胺 1.9

　　二烷基二硫代磷酸酯 17 抗泡、破乳剂 0.9

　　防锈剂 3 金属钝化剂 1.3

　　硫化异丁烯 40 稀释油 15.9

　　烷基(亚)磷酸酯 5

　　这种通用齿轮油复合剂可用于矿物油、合成油、半合成油中，可调制75W GL-5及其级别更高的车辆齿轮油和不同粘度级别的工业齿轮油。

　　硼化的高碱值羧酸盐是通过烷基水杨酸、烷基苯磺酸、脂肪酸等与NaOH，Ca(OH)2，Mg(OH)2等中和剂反应，再与硼酸、硼酸酯反应而制得。

　　硼化的高碱值羧酸盐在齿轮油中作为一种有用的防锈剂，价廉易得，不仅能抑制腐蚀、锈蚀的生成，而且对防止齿轮油的氧化和老化也有一定的作用，可提高齿轮油性能，克服使用胺类防锈剂对齿轮油氧化安定性产生不良影响的缺点。台架试验表明含这种防锈剂的齿轮油防锈性能好。典型国外硼化的高碱值羧酸盐的齿轮油配方组成见表6。

　　表6 齿轮油配方

　　名称 质量分数/%

　　硼化的高碱值羧酸盐 1

　　顺丁烯二酸酐/苯乙烯共聚物和乙醇胺反应产物 1

　　硫化烯烃 3

　　二烷基二硫代磷酸酯类化合物 3

　　R-NC3H6N 0.2

　　抗泡剂 0.075

　　2 含硼添加剂的应用前景

　　随着中国汽车工业的发展，环保、节能法规的不断出台与执行力度的加大，在不久的将来，含硼等环保、节能型添加剂将得到广泛使用。其中硼化丁二酰亚胺因具有改善润滑油与橡胶密封圈相容性，特别是氟橡胶相容性这一非常重要的性能，使得硼化丁二酰亚胺应用前景看好，并且未来市场需求潜力巨大。

来源：中国润滑油信息网

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