复合润滑油添加剂的协同作用与研发策略

复合润滑油添加剂的协同作用与研发策略

吉红梅

江苏飞亚化学工业集团股份有限公司

摘要：复合润滑油添加剂通过多种协同作用机制优化润滑性能。抗氧化与抗磨、极压与抗磨、清净与分散、抗泡与防锈等添加剂组合发挥协同效应，提升润滑油的综合性能。研发策略包括添加剂筛选与优化、协同作用机理研究和新型添加剂开发。先进分析技术和创新分子设计为复合添加剂的优化和新型添加剂的研发提供了科学依据和技术支持。

关键词：复合润滑油添加剂；协同作用；抗氧化

引言：润滑油在机械设备中主要起到减摩、降温、防锈、密封和清洁等功能。然而，单一成分的润滑油难以满足复杂工况下的使用需求。因此，通过添加不同种类的添加剂来改善润滑油的性能成为研究热点。

一、复合润滑油添加剂的协同作用机制

（一）抗氧化剂与抗磨剂协同

抗氧化剂和抗磨剂的协同作用在润滑油性能优化中扮演着关键角色。抗氧化剂通过阻断自由基链反应、分解过氧化物等机制有效抑制油品氧化，减缓润滑油的老化进程。常见的抗氧化剂包括酚类、胺类和硫磷类化合物。这些添加剂能够捕获自由基，阻止氧化链反应的传播，从而显著降低油泥和漆膜等有害物质的生成。与此同时，抗磨剂在摩擦表面形成保护膜，进一步减少机械部件的磨损。典型的抗磨剂如烷基硫代磷酸锌（ZDDP）在金属表面形成磷酸盐和多硫化物薄膜，这些薄膜具有良好的耐磨性能和承载能力。抗氧化剂与抗磨剂的协同作用不仅延长了润滑油的使用寿命，同时也提高了机械系统的可靠性和效率。

（二）极压剂与抗磨剂协同

在高负荷工况下，极压剂和抗磨剂的协同作用尤为显著。极压剂在高温高压条件下发生热分解，生成具有高活性的化学物质。这些物质与金属表面反应，形成一层低剪切强度的保护层，有效防止金属间的直接接触和烧结。常用的极压剂包含硫、磷、氯等活性元素，如二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基磷酸等。抗磨剂则通过化学吸附或物理覆盖在金属表面形成保护膜。这种保护膜在中等负荷条件下能够有效减少摩擦和磨损。极压剂和抗磨剂的协同作用体现在：极压剂在高负荷下形成的保护层为抗磨剂提供了良好的基础，而抗磨剂形成的保护膜则在中等负荷下发挥作用，两者相互补充，共同构建了全方位的保护体系，有效降低了各种工况下的摩擦和磨损[1]。

（三）清净剂与分散剂协同

清净剂和分散剂的协同作用在维护发动机清洁方面发挥着重要作用。清净剂主要由金属盐和表面活性剂组成，具有碱性，能够中和燃烧过程中生成的酸性物质，如硫酸、硝酸等。通过中和作用，清净剂防止了这些酸性物质对金属表面的腐蚀，同时也抑制了沉积物的生成。常见的清净剂包括烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐等。分散剂则是一类无灰非金属有机化合物，通常由极性头部和非极性尾部组成。分散剂能够将不溶物质包裹，形成胶体分散体系，防止这些物质在油中聚集和沉积。典型的分散剂包括聚异丁烯琥珀酰亚胺（PIBSI）等。清净剂和分散剂的协同作用体现在：清净剂通过中和反应减少了可能形成沉积物的前体物质，而分散剂则将已经形成的不溶物质稳定分散在油中，两者共同作用，有效保持了发动机的清洁，延长了机油的使用寿命，提高了发动机的工作效率。

（四）抗泡剂与防锈剂协同

抗泡剂和防锈剂的协同作用对于维持润滑油的稳定性和防腐性能至关重要。抗泡剂通常是聚硅氧烷类化合物，具有较低的表面张力。这些添加剂能够降低油气界面的表面张力，促使泡沫迅速破裂，防止泡沫在油中稳定存在。抗泡剂的作用机制包括降低油气界面张力、破坏泡沫薄膜的稳定性等。防锈剂则通过在金属表面形成保护膜来防止金属腐蚀。常见的防锈剂包括磺酸盐、羧酸盐、胺类化合物等。这些添加剂通过物理吸附或化学反应在金属表面形成一层疏水性保护膜，阻止水分和腐蚀性物质与金属直接接触。抗泡剂和防锈剂的协同作用体现在：抗泡剂通过抑制泡沫生成，确保了油膜的完整性和连续性，为防锈剂在金属表面形成均匀、稳定的保护膜创造了有利条件。同时，防锈剂形成的保护膜也在一定程度上增强了油膜的稳定性，进一步抑制了泡沫的生成。两者的协同作用不仅提高了润滑油的抗泡性能，还增强了其防腐蚀能力，从而显著提升了润滑系统的整体性能和可靠性。

二、复合润滑油添加剂的研发策略

（一）添加剂的筛选与优化

复合润滑油添加剂的研发过程中，添加剂的筛选与优化是一个至关重要的环节。这个过程涉及对各种添加剂进行全面评估，以选择性能优异且相互兼容的组分。筛选过程需考虑添加剂的化学结构、物理性质、性能特征以及与基础油的相容性等多个方面。实验分析是筛选过程中的关键步骤。通过标准化的实验方法，如四球摩擦磨损试验、高温高剪切粘度测试、氧化安定性测试等，可以全面评估添加剂的抗磨、润滑、抗氧化等性能。同时，理论分析也不可或缺，包括分子模拟、量子化学计算等方法可以预测添加剂的性能和相互作用。优化过程则着重于确定添加剂的最佳配比和使用条件。这需要采用正交试验、响应面法等实验设计方法，系统性地探究各添加剂的配比对润滑油性能的影响。通过数据分析和模型拟合，可以得出添加剂的最优配方

[2]。此外，考虑到实际应用环境，还需要进行长期台架试验和实车试验，以验证和优化添加剂配方在实际工况下的表现。

（二）协同作用的机理研究

深入研究添加剂之间的协同作用机理是优化复合添加剂配方的关键。这项研究不仅能够揭示添加剂之间的相互作用机制，还为配方设计提供了坚实的理论基础。现代分析技术在机理研究中发挥着重要作用。光谱分析技术：如傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、核磁共振（NMR）等，可以提供添加剂分子结构和相互作用的详细信息。色谱分析技术：如高效液相色谱（HPLC）和气相色谱-质谱联用（GC-MS），能够分离和鉴定复杂混合物中的各个组分，有助于了解添加剂在润滑油中的变化过程。电镜观察技术：包括扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM），可以直观地呈现添加剂在摩擦表面形成的保护膜结构和形貌。原子力显微镜（AFM）则能够在纳米尺度上研究添加剂与金属表面的相互作用。此外，X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）等表面分析技术可以提供摩擦表面化学组成和化学状态的信息。通过这些先进分析技术的综合应用，研究人员能够全面揭示添加剂之间的协同作用机制，为复合添加剂配方的优化设计提供科学依据[3]。

（三）新型添加剂的研发

随着工业技术的快速发展，传统润滑油添加剂已难以满足高性能润滑油的需求。因此，开发具有优异性能的新型添加剂成为研究重点。这一领域的创新主要集中在分子设计和合成方面，旨在研制出具有特殊功能的添加剂。纳米添加剂是近年来备受关注的研究方向。纳米材料如纳米二硫化钼、纳米氧化锌等，由于其独特的尺寸效应和表面效应，在改善润滑油的摩擦学性能方面表现出显著优势。这些纳米添加剂能够填补微观表面缺陷，形成稳定的摩擦转移膜，从而大幅降低摩擦系数和磨损率。环保型添加剂的开发也成为当前的研究热点。传统添加剂中含有的硫、磷等元素可能对环境造成负面影响。因此，研究人员致力于开发低硫、无灰、生物可降解的绿色添加剂。例如，基于植物油的极压抗磨剂、硼酸酯类添加剂等，不仅具有良好的润滑性能，还具有较高的生物降解性和低毒性。此外，智能响应型添加剂的研发也取得了显著进展。这类添加剂能够根据环境温度、压力等因素的变化，自适应地调整其结构和性能，从而在不同工况下都能保持优异的润滑效果。通过分子设计和合成，研究人员正在努力开发出具有多功能、高效能、环境友好等特性的新一代润滑油添加剂，以满足日益严格的性能要求和环保标准。

三、结论

复合润滑油添加剂的研发是一个系统工程，涉及多学科知识和先进技术的融合。通过深入理解添加剂间的协同作用机理，优化筛选方法，开发新型环保添加剂，可显著提升润滑油的综合性能。这不仅能满足工业发展对高性能润滑油的需求，还能推动润滑技术的持续进步。

参考文献：

[1]白香宁,张连耕.一种润滑油复合添加剂:CN202010755466.8.

[2]东方雨.润滑油添加剂:自主创新任重道远[J].中国石油和化工,2020(7):63-64.

[3]欧阳平,龚海峰,陈凌,等.一种多功能复合润滑油添加剂组成,加工工艺及加工设备:CN202211439628.2.