微量水對高黏度聚α－烯烴性能的影響

張丙伍，李 靜，金理力，李桂云

（中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，蘭州 730060）

潤滑油及其調合原料在生產、儲存和運輸過程中由于容器不干凈、密封不嚴和露天存放等原因使空氣中的水分及其它來源水分侵入，這部分乳化水或溶解水含量較小，一般質量分數小于0.03%，按照GB 260《石油產品水分測定法》中對水含量的界定，稱之為痕跡水或微量水。水對潤滑油的質量和使用性能產生負面影響，當溫度降低時，會導致潤滑油流動性能和黏溫性能變差，會堵塞油路；當溫度升高時，水會汽化而導致油路產生氣阻，同時還會使油品乳化，破壞油膜，降低潤滑效果。另外水會加劇油品氧化，加快有機酸對設備部件的腐蝕；而且還會使添加劑水解而失去功效［1］。微量水對潤滑油系統的危害越來越引起人們的重視。

合成型基礎油聚α－烯烴（PAO）因其優異的熱安定性和氧化安定性而廣泛應用于工業用油中，特別是工業齒輪油中。工業齒輪的負荷、速度以及環境介質如微量水等會對潤滑油的抗泡沫性、黏度等理化性能產生較嚴重的影響。而微量水對PAO，尤其是高黏度PAO的性能影響的研究還未見報道。本課題利用高剪切分散乳化機將聚α－烯烴中的微量水均勻分散，采用潤滑油泡沫特性測定法、石油產品運動黏度測定法、石油產品黏度指數計算法、閃點測定法（賓斯基－馬丁閉口杯法）和熱重分析法分別評價微量水對高黏度聚α－烯烴理化性能的影響，以期為工業用油的開發積累基礎數據。

1 實 驗

1.1 原 料

蒸餾水，實驗室自制；進口PAO 40，基本理化性能見表1。

表1 PAO 40的基本理化性能

1.2 儀器及條件

采用Fluko FA25Model實驗型管線式高剪切分散乳化機對油品進行在線分散乳化，具有勻度高、無分散死角等特點。

采用法國NORMORLAB公司生產的P643油品泡沫特性測定儀，依據GB／T 12579標準方法測定油品的泡沫特性；按照GB 265標準方法《運動黏度測定法》測定油品的運動黏度；按照GB 261標準方法《閉口閃點測定法》測定油品的閃點；采用瑞士梅特勒公司生產的METTLER TGA／DSC1熱重分析儀進行熱重分析，試驗條件：氣體氛圍為高純氮氣，氣體流量100mL／min，在50℃下恒溫1min，按20℃／min的升溫速率升溫至900℃。

1.3 實驗方法

以22000r／min高剪切轉速分散PAO 40中的微量蒸餾水，分散時間為30min，冷卻至室溫后進行理化性能分析。

2 結果與討論

2.1 微量水的分散

分別在PAO 40中添加質量分數為0.001%，0.005%，0.01%的蒸餾水，用實驗型管線式高剪切分散乳化機進行高速分散，分散結束后，油品產生許多細小氣泡，氣泡聚集上升劇烈，油品不透亮，燒杯明顯有發燙感，1h后泡沫消失，油品清澈透亮，說明微量水被均勻分散在PAO 40基礎油中。

2.2 微量水對PAO 40泡沫特性的影響

泡沫特性是指油品生成泡沫的傾向和泡沫穩定性。生成泡沫傾向的大小是以在一定條件下搖動或攪拌時產生的泡沫多少來評價的，泡沫穩定性是指生成的泡沫存在時間的長短，即泡沫的持久性或存在的壽命，也可以理解為泡沫破滅的難易程度。低黏度PAO的泡沫特性較好，因此選擇高黏度的PAO作為研究對象。

分別將質量分數為0.001%，0.005%，0.01%的蒸餾水分散到PAO 40中，進行油品生成泡沫特性和穩定性測試，結果分別見表2和表3。從表2可以看出，加入質量分數為0.001%和0.005%的蒸餾水后，前24℃時PAO 40生成泡沫的傾向從530mL分別驟降到5mL和10mL；93.5℃時從390mL分別驟降到15mL和15mL；后24℃時從450mL分別驟降到5mL和10mL；加入質量分數為0.01%的蒸餾水后，對生成泡沫傾向有一定程度的改善，但效果一般。從表3可以看出，加入質量分數為0.001%，0.005%，0.01%的蒸餾水后均能降低PAO 40的泡沫穩定性，加入質量分數為0.001%和0.005%的蒸餾水后對PAO 40的泡沫穩定性改善效果最好。

表2 微量水對PAO 40生成泡沫傾向的影響 mL

表3 微量水對PAO 40泡沫穩定性的影響 mL

抗泡作用機理比較復雜，具有代表性的三種觀點是降低部分表面張力、擴張和滲透［2－4］。根據表2和表3數據推測，未加微量水之前的泡沫是由PAO 40液體將大量流動性很高的氣體隔開的分散體系，它們有非常大的氣－液界面，為熱力學不穩定體系，在表面張力作用下具有較強的泡沫傾向性，形成大量的泡沫，泡沫穩定性差的原因主要是液膜的排液、膜的破裂及氣體的擴散［5］。加入質量分數為0.001%和0.005%的微量水后，微量水破壞了PAO 40和氣泡之間的作用力，泡膜的表面張力局部降低而其余部分保持不變，膜較強張力牽引著較弱張力部分，從而使泡膜破裂。而加入質量分數為0.01%的微量水后，可能是微量水與PAO 40相對均勻地包裹氣泡膜，反而使得泡沫受力較加入質量分數為0.001%和0.005%的微量水時有變平衡趨勢，表現為泡沫傾向變大。分散微量水后，起泡傾向均有一定程度的改善，因此通氣停止10min后，泡沫穩定性都比較低。

2.3 微量水對PAO 40黏度和閃點的影響

加入微量水對PAO 40黏度和閃點的影響見表4。從表4可以看出，加入微量水后，100℃運動黏度及黏度指數有所降低，而對40℃運動黏度影響不大，對閃點（閉口）基本沒有影響。黏度是流體黏滯性的一種量度，是流體流動力對其內部摩擦現象的一種表示。黏度大表明內摩擦力大，平均相對分子質量大，碳氫結合越多，這種力量也越大［6］。而分散微量水后，100℃時，部分PAO 40分子被水分子所取代，相當于稀釋作用，內摩擦力變小，導致運動黏度變小，這與微量水對PAO 40泡沫特性影響機理的推測一致；而40℃時，PAO 40分子之間的距離較100℃時小，作用力仍比較強，微量水對其影響不大，因此運動黏度變化不大。由于100℃的運動黏度變化比較大，所以黏度指數波動較大。

表4 微量水對PAO 40黏度和閃點的影響

2.4 微量水對PAO 40熱重性質的影響

熱重分析測量的是物質的質量與溫度的關系。微量水對PAO 40熱重性質的影響見表5。從表5可以看出，微量水對PAO 40的熱重性質基本沒有影響。這是因為微量水在PAO 40中的含量非常小，可忽略不計。

表5 微量水對PAO 40熱重性質的影響

2.5 微量水對PAO 40儲存穩定性的影響

將加入質量分數為0.001%，0.005%，0.01%的蒸餾水的PAO 40樣品儲存6個月后，重新對這些樣品進行泡沫特性分析，結果見表6。從表6可以看出，儲存6個月后樣品的生成泡沫傾向和泡沫穩定性與6個月前基本相當，說明微量水對PAO 40的儲存穩定性影響很小，微量水可以比較均勻穩定地分散在PAO 40中。

表6 微量水對儲存6個月的PAO 40生成泡沫傾向和泡沫穩定性的影響 mL

3 結 論

（1）微量水可以長時間均勻穩定地分散在PAO 40中，降低PAO 40的100℃運動黏度和黏度指數，改善PAO 40的生成泡沫傾向，降低PAO 40的泡沫穩定性。

（2）微量水對PAO 40的40℃運動黏度影響不大，對其閃點（閉口）和熱重性質基本沒有影響。

［1］楊俊杰.油液檢測技術［M］.北京：石油工業出版社，2009：52

［2］黃文軒.潤滑劑添加劑應用指南［M］.北京：中國石化出版社，2004：168

［3］王寧，朱元琪.潤滑油泡沫性能研究［J］.石油煉制與化工，2000，31（3）：9－12

［4］管飛，李桂云，劉嵐，等.金屬清凈劑在內燃機油中的抗泡性能研究［J］.潤滑油，2008，23（3）：53－56

［5］顧惕人.表面化學［M］.北京：中國石化出版社，2004：168

［6］楊俊杰.油液檢測技術［M］.北京：石油工業出版社，2009：48