环境温差下润滑油析出薄层乳白色物质成因探究.pdf

用油全方位ApplicationGuides冬季寒区存在室内外环境温差较大的情况，而一般寒区储存仓库设施简单，并未设有保温措施，对于部分润滑油品而言，在取样化验或实际使用中润滑油品温度从低温到高温的突变，在这个过程中油品表层时常出现薄层乳白色物质，然后逐渐聚集沉降，最终至容器底部。针对冬季寒区因室内外温差过大而产生的润滑油析出薄层乳白色物质的问题，采用模拟试验和傅里叶红外光谱等方法探究了该现象的成因。结果表明，环境温差较大情况下，润滑油品温度随环境温度升高过程中空气中的水分遇冷凝结至油品表面，随之在油品中分散剂的作用下，与油品发生乳化作用形成薄层乳白色物质，油品温度升高界面膜强度减小，物质逐渐聚集，后因与油品密度不同发生沉降。2023 August150120第四期38供图/戴振华用油全方位ApplicationGuides环境温差下润滑油析出薄层乳白色物质成因探究戴振华1，2 角熊志才1.2 李森燕.21中石化石油化工科学研究院有限公司2北京兴普精细化工技术开发有限公司2023August第四期润滑油品通常是以矿物油或合而相同产品在夏季或冬季温差较小该薄层逐渐收缩、聚集成片状，最成油为主要组成部分，加入清净剂、的地方均不存在此现象。对于此类后因重力发生沉降，沉降过程中因39分散剂、抗氧防腐剂、抗磨防锈等功能添加剂调制而成，具有良好的现象或问题，文献报道较少，故本文针对冬季寒区润滑油品出现的薄油品内部阻力出现拉丝现象，最终在底部形成分散的乳白色团状形态。润滑、冷却等作用，同时兼具良好层乳白色物质的问题，采用模拟试的密封、清洗摩擦副表面杂质等作验和傅里叶红外光谱等方法探究其成因分析油品组成分析该油品以全合成基础油为主要用，用量虽不大，却是保障装备正常运行的必需材料。笔者发现，在冬季寒区，在室内外温差较大的情况下，具有清净分散功能的发动机油从近零下2 0 的室外库房转移至成因，解决用户在油品实际使用中的困惑。现象描述冬季在例行化验过程中，经常组成部分，辅以部分矿物型加氢精制基础油，再加入添加剂如抗氧剂、近零上15的室内，因温度骤变，会发现油品表面出现薄层乳白色物作者简介：戴振华，硕士研究生，工程师，现主要从事润滑油脂生产技术工作。不时会在油品表面形成薄层乳白色物质，给油品带来不同程度的影响，也给用户带来使用上的疑虑和困惑，！质，如图1 图4所示。该物质首先会在油品表面形成丝状乳白色薄层，平铺在油品表面，随着时间推移，E-mail:用油全方位ApplicationGuides极压抗磨剂、分散剂和降凝剂等组成，具有良好的低温性能。考虑该油品的基础油组成，因基础油中含蜡而引起薄层乳白色物质析出的可能性很小，因蜡在低温下通常以片状或针状结晶析出，这些晶体慢慢增大并通过其菱角相互连接，形成三维网状结构，从而形成絮状物，导致结蜡，油品整体上会逐渐变得浑浊，这与油品表面出现薄层乳白色物质的现象不符。环境因素分析图1初始状态（丝状）对油品所在环境进行考察，然后通过对油品在低温、室温和温度变化（室外到室内）的环境下储存情况进行比较，分析环境因素对其的影响。经过了解，现场室外库房环境温度约-15，化验室室内温度约15，相对湿度2 2%。根据2023不同环境条件下可以得到，在现场低温条件下润滑油品未产生薄层乳August白色物质（现场不允许拍照，故无图片），说明低温环境下不会导致该现象发生。在室温恒温条件下，润滑油品随时间推移未产生薄层乳第四期白色物质，说明室温环境下不会导图2 中间状态（片状）致该现象发生（如图5所示）。在温度骤变的条件下，润滑油品由低40温区转移至室温后，在油品未密封的情况下，出现薄层乳白色物质，说明环境温度的变化有助于该现象的发生（如图6 所示）。由以上现象可以得出，在同一环境温度中取样观察，润滑油样品外观均未发生任何变化，仅在室外带入室内过程中，存在较大温度变化情况下会形成薄层乳白色物质，由此可以判断，环境温差会导致该现象发生（油品没有密封的情况图3 下降状态（拉丝）下）。用油全方位ApplicationGuides机理探究通过低温冰箱模拟温度、湿度等现场环境条件，设置低温温度为-15，室温控制在15，相对湿度为10%，进行模拟试验，然后采用傅里叶红外光谱（赛默飞NicoletiS50）对薄层乳白色物质进行分析，确定其物质组成和结构，最后通过控制变量方法，首先控制与空气接触，然后控制不同添加剂的加入，来分析引起该现象的原因，探究机理。图4底部状态（团状）薄层乳白色物质组成分析采用傅里叶红外光谱对薄层乳白色物质组成进行分析，红外吸收光谱是由分析振动和转动跃迁所引起的，组成化学键或官能团的原子处于不断振动（或转动）的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当，所以用红外光照射分子时，分2023子中化学键或官能团发生振动吸收，不同化学键或官能团吸收频率不同，August在红外光谱上就会处于不同位置，从而获得信息。所以通过红外光谱对薄层乳白色物质进行分析，通过其不同的吸收峰来定性判断该物第四期图5室温恒温润滑油样品外观（原包装密封静置2 4h）质的化学键或官能团信息。模拟薄层乳白色物质41取两个2 50 mL烧杯，洗净烘干，倒入润滑油样品，用塑料薄层密封2个烧杯，将低温冰箱设置为零下15，把装有两个润滑油样品的烧杯放入冰箱恒温储存2 4h，2 4h 后将两个润滑油样品从恒温冰箱中取出，置于室温15的环境温度下，注意禁止晃动，同时立即揭掉密封塑料膜，观察试验现象。结果如图7 所示。由图7 可以看出，经过2 4h的储存，两个烧杯中的润滑油样品表图6 变温条件下润滑油样品外观（室外低温到室内室温）面均形成薄层乳白色物质。用油全方位ApplicationGuides红外光谱定性分析准备洁净的试样、KBr载玻片、无水乙醇或石油醚清洗液，用滴管对两个烧杯中润滑油样品因环境温度变化所形成的薄层乳白色物质进行适量取样，把样品涂抹于KBr载玻片，使其均匀分布，再将载玻片放入固定夹，打开系统，选择定性分析方法进行红外光谱检测，结果如图8 所示。由图8 可以得出，由模拟试验得到的薄层乳白色状物质的谱图显示（红色为薄层乳白色物质图谱、蓝色为正常润滑油样品谱图，粉色为寒区图7 模拟条件下润滑油样品外观现场样品谱图），其3 0 0 0 cm-1以上吸收峰与正常产品有差别，薄层乳白色物质在3 2 0 0 3 50 0 cm-1处出现-OH键吸收峰，表明有羟基存在，经过分析判断，3 43 2 cm-1处%率其吸收峰为水中OH（氢键缔合）的可2023 August能性极大。为了进一步判别薄层乳白色物质组成，取该润滑油中不同添加剂样品进行红外光谱分析，通过与润滑油配方中各种添加剂的红外谱图400进行对比，判断其组成，结果如图350030002500200150010009所示。波数/cm-1第四期由图9可以看出（蓝色为薄图8 薄层乳白色物质、润滑油样品红外谱图层乳白色物质谱图、粉色为分散剂谱图、红色为黏度指数改进剂谱42图、紫色为极压剂谱图），薄层乳白色物质谱图与极压剂、黏度指数改进剂谱图差别较大，可排除两者析出。根据薄层乳白色物质状态特征，可排除固体抗氧剂析出。分散剂属于丁二酰亚胺类物质，其在3300cm-1左右有很尖锐的N-H结构红外特征强吸收峰，同时在地1768cm-1和17 0 0 cm-1左右存在亚酰胺结构的红外特征吸收峰，1650cm-1和1552 cm-1左右特征波数/cm-1吸收峰则反映出单挂无灰特有的仲图9薄层乳白色物质与添加剂红外谱图用油全方位ApplicationGuides酰胺结构。从薄层乳白色物质红外谱图来看，其在3 40 0 cm-1左右有宽而强的吸收峰，同时在17 0 0 cm-1和16 0 0 cm-1左右也存在亚酰胺结构和仲酰胺结构特征吸收峰，与分散剂特征吸收峰相似，同时结合产品配方的实际组成，可排除醇类等-OH吸收峰干扰，由此综合判断，薄层乳白色物质为分散剂和水的混合物。空气对薄层乳白色物质影响分析与空气接触条件图10 密封锥形瓶中样品外观分别用1个150 mL锥形瓶和2个2 0 0 mL烧杯取润滑油样品和该润滑油基础油样品，将装满润滑油样品的锥形瓶进行密封，使其不与空气接触，对其余两个烧杯中的润滑油样品和基础油样品进行散口放置，均与空气接触，同时均放置在2023低温冰箱中恒温储存2 4h，进行冷冻模拟试验。试验后油品外观如图10图12 所示。August由于环境温度的改变，在高温差下导致室温空气中水汽遇冷发生凝结覆盖在润滑油样品表面，为水第四期相，润滑油样品为油相，而润滑油图11口烧杯中样品外观样品中含有的分散剂属于表面活性剂3，其具有亲水基团和亲油基团，43同时表面活性剂分子会分布在润滑油样品表面，通过亲水基团与水分子（-OH键）相互作用 4，通过亲油基团与油相互作用，从而降低了水相和油相的油水界面张力，最终导致了分散剂、油与微量水三者微乳化，形成薄层乳白色物质。同时由于放置在室温后，润滑油样品温度是从低温向室温变化的一个过程，在温度升高至室温的过程中，油相中对分散剂的溶解度增大，从而降低了分散剂分子在润滑图12 口烧杯中基础油样品外观用油全方位ApplicationGuides油品表面的吸附量，加之热运动使其在界面上排列不规则，降低了界面膜强度，阻力减小，薄层乳白色物质开始聚并，符合图2 所产生的现象；另一方面，温度升高，薄层乳白色物质分子间的内聚力减小，热运动得到加强，使聚结机会增加，温度升高还使油相的黏度发生降低，进而使油水界面黏度下降，增加了两相的密度差，从而有利于薄层乳白色物质的聚结，最终导致薄层乳白色物质沉降至容器底部 5，符合图3、图4所产生的现象。图13 含分散剂润滑油样品外观验证试验取两个2 50 mL烧杯，洗净烘干，取润滑油产品所使用的分散剂，然后按照润滑油产品配方分别调制有分散剂的润滑油样品和无分散剂润滑油样品，分别倒入两个烧杯中，2023口放置，然后均放入低温冰箱中恒温储存2 4h后取出观察，结果如August图13、图14所示。由图13、图14可见，含分散剂的润滑油样品外观出现薄层乳白色物质，而不含分散剂的润滑油样品外观没有产生薄层乳白色物质，第四期与图12 的冰晶凝结在润滑油品表面相同。由此可以得出，高温差下室温空气遇冷气凝结，附于润滑油品44表面，而润滑油品中分散剂的存在降低了微量水与油的表面张力，为微量水与油的乳化提供了条件，从而导致油水微乳化，产生了薄层乳白色物质。结论薄层乳白色物质的产生是因为图14不含分散剂润滑油样品外观用，在油品温度升高至室温的过程等.浅谈我国近红外光谱设备的应用中，界面膜强度减小，薄层乳白色设备管理与维修，2 0 2 1，(19)：物质聚集阻力减小，发生聚集现象，122-123.同时薄层乳白色物质与油品的密度3韩宝同.表面活性剂的学学结差增大，导致发生沉降。该现象仅构和应用分析.化工设计通讯，在冬季温差较大取样过程中存在，2021,47(11):80-81.在密闭容器内则不会出现该现象。4王军，王萍，杨许召，等.离子由于油品所在的发动机内部工作环液体表面活性剂的合成与应用一离境较为密闭，并且温度高、搅动大，子液体表面活性剂的结构和分类.所以对使用过程不存在影响。日用化学工业，2 0 17，47(1）7-12,2 2.在环境温差较大情况下，油品从室参考文献5孙春柳，康万利，刘卫东，等.影外转移至室内后，室内空气中微量1林世雄.石油炼制工程 M.北京：响原油乳状液稳定性的因素研究水分遇冷凝结，并与油品和单挂或石油工业出版社，2 0 0 0：3 4-3 7.石油天然气学报，2 0 10，3 2(2)：双挂丁二酰亚胺分散剂发生乳化作2张志勇，赵全中，涂安琪，134-137.